Brevet FR2897642A1 — publié le 20070824

Procédé et dispositif de régénération du filtre à particules de l'échappement d'un moteur à combustion interne La présente invention concerne un procédé et un dispositif de régénération du filtre à particules placé sur la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne du type diesel. En raison des normes de dépollution de plus en plus exigeantes, les filtres à particules se généralisent sur les véhicules automobiles. Ces filtres à particules permettent de filtrer les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne et retiennent les particules nocives. Il est nécessaire de régénérer ces filtres à particules à intervalle régulier afin d'éviter qu'ils se colmatent et empêchent un fonctionnement correct du moteur. io Une solution connue pour effectuer la régénération décrite notamment dans l'US 2004/204818 Al consiste à disposer un injecteur de gasole directement sur la ligne d'échappement. Lors de la régénération cet injecteur injecte du gasole dans la ligne d'échappement. Le gasole réagit dans un catalyseur d'oxydation et produit de la chaleur. Cette chaleur permet de chauffer le filtre à particules à une is température de l'ordre de 650 C permettant la combustion des particules retenues dans le filtre. Dans le dispositif décrit dans ce document le catalyseur d'oxydation est disposé en amont du filtre à particules et l'injecteur de gasole est placé en amont du catalyseur d'oxydation. 20 Le processus de régénération du filtre à particules, c'est-à-dire l'injection de gasole dans la ligne d'échappement, est déclenché lorsque la perte de charge provoquée par la présence des particules dans le filtre atteint un certain seuil. Cette perte de charge est mesurée au moyen de capteurs de pression placés en amont et en aval du filtre à particules. 25 Dans la réalisation décrite dans la demande de brevet FR0453187 du 23 décembre 2004, le dispositif de dépollution comprend deux catalyseurs d'oxydation, le premier étant situé près du moteur à combustion interne et le second près du filtre à particules. Cependant, les solutions décrites ci-dessus présentent un risque important en ce qui concerne la durée de vie du catalyseur d'oxydation. En effet, lors de l'injection du carburant, c'est-à-dire du gasole, par l'injecteur dans le tube d'échappement, un film de carburant se forme à la surface intérieure du tube d'échappement. Si le temps disponible n'est pas suffisant pour vaporiser intégralement ce film de carburant, ce dernier entre en contact avec la surface du catalyseur d'oxydation sous la forme de gouttes de carburant. Ces gouttes créent des points chauds à l'entrée du catalyseur d'oxydation en engendrant une réaction très exothermique qui peut entraîner la destruction prématurée du revêtement io catalytique du catalyseur. Une solution connue pour augmenter la durée de vie d'un catalyseur d'oxydation est d'augmenter sa quantité de métaux précieux tels que platine ou palladium. Cependant, cette solution est coûteuse en raison du prix élevé de ces is métaux. Une autre solution connue pour limiter le risque que le film de carburant atteigne l'entrée du catalyseur d'oxydation est d'augmenter la distance entre l'injecteur et le catalyseur d'oxydation. Cette solution permet d'augmenter le temps disponible pour vaporiser le film de carburant. 20 Cependant, cette solution pose un problème d'encombrement. Le but de la présente invention est de proposer un procédé permettant d'éviter les inconvénients des solutions connues précitées. Suivant l'invention, on atteint ce but au moyen d'un procédé de régénération du filtre à particules placé sur la ligne d'échappement d'un moteur à combustion 25 interne, dans lequel, pendant la régénération du filtre à particule, du carburant est injecté dans le tube d'échappement en amont d'un catalyseur d'oxydation disposé en amont du filtre à particules, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on injecte le carburant dans le tube d'échappement en formant un jet de carburant conique dont l'angle au sommet est supérieur à 55 , de préférence de l'ordre de 170 . 30 Grâce à cet angle important du jet de carburant, on augmente la surface du film de carburant formé sur la surface intérieure du tube d'échappement, ce qui permet de réduire le temps de vaporisation de ce film et d'éviter les risques que des gouttes de carburant se forment à l'entrée du catalyseur d'oxydation. On augmente ainsi la durée de vie du catalyseur. De préférence, le jet de carburant est injecté sur une surface du tube d'échappement présentant une section transversale circulaire qui est sensiblement centrée sur le sommet du cône formé par le jet de carburant. Cette disposition permet également, en combinaison avec l'angle important du jet de carburant, d'augmenter la surface de contact du film de carburant avec la surface intérieure du tube d'échappement. io De préférence également, l'axe du jet conique est situé dans un plan de symétrie du tube d'échappement. Selon une mesure avantageuse du procédé, la section transversale du tube présente, à l'opposé de la section circulaire, une section tronquée. Cette mesure permet de réduire la surface du tube d'échappement qui n'est is pas en contact avec le jet de carburant et donc de réduire les déperditions thermiques du tube d'échappement avec l'extérieur. De préférence également, la section circulaire du tube d'échappement a une étendue suffisante pour recevoir la totalité du jet de carburant conique. Selon un autre aspect, l'invention concerne un dispositif pour la mise en 20 oeuvre du procédé selon l'invention comprenant un injecteur fixé à la paroi du tube d'échappement pour injecter du carburant à l'intérieur du tube dans une zone située en amont du catalyseur d'oxydation, ce dispositif étant caractérisé en ce que l'injecteur est adapté pour former un jet de carburant conique dont l'angle au sommet est supérieur à 55 , de préférence de l'ordre de 170 . 25 D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore tout au long de la description ci-après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples, non limitatifs : la figure 1 est un schéma général d'un dispositif connu de régénération d'un filtre à particules, 30 la figure 2 est un schéma général du système d'admission et d'échappement d'un moteur thermique diesel turbocompressé comportant le dispositif selon l'invention, la figure 3 est une vue en coupe transversale du tube d'échappement, montrant l'injecteur et le jet de carburant, la figure 4 est une vue en coupe longitudinale du tube d'échappement, montrant l'injecteur et le jet de carburant. La figure 1 illustre schématiquement un dispositif de dépollution des gaz d'échappement d'un moteur thermique de type diesel, tel que décrit dans la demande de brevet français FR0453187 du 23 décembre 2004. Ce dispositif comprend un filtre à particules 1 disposé sur la ligne d'échappement 2 du moteur thermique, sur laquelle sont placés, un premier io catalyseur d'oxydation 3 situé près du moteur et un second catalyseur d'oxydation 4 situé juste en amont du filtre à particules 1. En amont du second catalyseur d'oxydation 4, est placé un injecteur de gasole 5 relié à une pompe 6 qui permet d'injecter du gasole dans la ligne d'échappement 2 dont la combustion permet d'élever la température du catalyseur 15 d'oxydation 4 pendant les phases de régénération du filtre à particules 1. En amont du catalyseur 4 et entre celui-ci et le filtre 1 sont disposés des capteurs de température 7, 8. La référence 9 désigne un capteur permettant de mesurer la pression différentielle entre l'entrée du catalyseur 4 et la sortie du filtre 1. 20 La régénération du filtre 1 est déclenchée lorsque la pression différentielle mesurée par le capteur 9 atteint un certain seuil. Dans ce cas, du gasole est injecté par l'injecteur 5 dans la ligne d'échappement. La combustion du gasole élève la température du catalyseur jusqu'à environ 650 C ce qui permet de brûler les particules de suie présentes dans le filtre 1. 25 La figure 2 représente un moteur diesel 10 comprenant un turbocompresseur 11 dont le compresseur 12 permet de comprimer l'air dans la tubulure d'admission 13 qui est reliée au collecteur d'admission 13a du moteur 10. En aval du turbocompresseur 11, la ligne d'échappement 2 comprend le dispositif représenté sur la figure 1, à savoir successivement un premier 3o catalyseur d'oxydation 3, un injecteur de gasole 5, un second catalyseur d'oxydation 4 et le filtre à particules 1. Un capteur de température 7 est disposé près de l'entrée du catalyseur d'oxydation 4. Ce capteur 7 coopère avec un calculateur 14 qui contrôle le fonctionnement du moteur 10. Lors de l'injection du carburant dans le tube d'échappement 2, il se forme, à l'intérieur de ce dernier, un film de carburant qui risque d'être déplacé vers l'entrée s du catalyseur d'oxydation 4 sous forme de gouttes capables de déclencher une réaction exothermique très violente qui risque de détériorer le catalyseur. Pour éviter ce risque, le procédé selon l'invention consiste (voir figures 3 et 4) à injecter le carburant dans le tube d'échappement 2 en formant un jet de carburant conique 15 dont l'angle au sommet est supérieur à 55 , de préférence lo de l'ordre de 170 . De cette façon, le film de carburant qui est susceptible de se former au contact de la surface intérieure du tube 2 est réparti sur une grande surface. Ainsi, ce film de carburant peut être vaporisé plus rapidement en réduisant les risques que des gouttes de carburant liquide se déposent à l'entrée du catalyseur 4. is De préférence, comme montré par la figure 3, le jet de carburant 15 est injecté sur une surface du tube d'échappement présentant une section transversale circulaire 2a qui est sensiblement centrée sur le sommet 16 du cône formé par le jet de carburant 15. Cette mesure permet d'augmenter encore davantage la surface de contact 20 entre le jet de carburant et la surface intérieure du tube d'échappement 2. Les figures 3 et 4 montrent d'autre part que l'axe du jet conique est situé dans un plan de symétrie du tube d'échappement 2. Par ailleurs, la section transversale du tube d'échappement 2 présente, à l'opposé de la section circulaire, une section tronquée 2b. 25 Cette disposition permet de réduire la surface intérieure du tube d'échappement 2 qui n'est pas directement en contact avec le jet de carburant 15, mais qui est en contact avec l'extérieur. De ce fait, on réduit les échanges thermiques du tube d'échappement 2 avec l'extérieur et on limite ainsi les déperditions de chaleur inutiles et nuisibles. REVENDICATIONS 1) Procédé de régénération du filtre à particules (1) placé sur la ligne d'échappement (2) d'un moteur à combustion interne (10), dans lequel, pendant la régénération du filtre à particules (1), du carburant est injecté dans le tube d'échappement (2) en amont d'un catalyseur d'oxydation (4) disposé en amont du filtre à particules (1), caractérisé en ce qu'on injecte le carburant dans le tube d'échappement (2) en formant un jet de carburant conique (15) dont l'angle au sommet est supérieur à 55 , de préférence de l'ordre de 170 . 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le jet de carburant (15) est injecté sur une surface (2a) du tube d'échappement io présentant une section transversale circulaire qui est sensiblement centrée sur le sommet (16) du cône formé par le jet de carburant (15). 3) Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'axe du jet conique est situé dans un plan de symétrie du tube d'échappement (2). 15 4) Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la section transversale du tube (2) présente, à l'opposé de la section circulaire, une section tronquée (2b). 5) Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la section circulaire a une étendue suffisante pour recevoir la totalité du jet de 20 carburant conique (15). 6) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 5, comprenant un injecteur (5) fixé à la paroi du tube d'échappement (2) pour injecter du carburant à l'intérieur du tube (2) dans une zone située en amont du catalyseur d'oxydation (4), caractérisé en ce que 25 l'injecteur (5) est adapté pour former un jet de carburant conique (15) dont l'angle au sommet est supérieur à 55 , de préférence de l'ordre de 170 .