Brevet FR2904040A3 — publié le 20080125

FR 2904040 A3 20080125 FR 0653074 A 20060721 PROCEDE DE REGENERATION D'UN APPAREIL DE DEPOLLUTION DES GAZ D'ECHAPPEMENT D'UN MOTEUR La présente invention se rapporte au domaine des dispositifs permettant de dépolluer les gaz issus de la combustion dans le moteur d'un véhicule automobile, et s'applique plus particulièrement aux moteurs diesel. Afin de répondre aux normes de plus en plus contraignantes en matière d'émissions de polluants, il est connu de placer, sur la ligne d'échappement de tels moteurs, des ensembles de traitement permettant, en particulier, de réduire les émissions de particules, d'oxydes d'azote, de monoxyde de carbone, et d'hydrocarbures imbrûlés. Ces ensembles incluent typiquement, de manière connue, au moins un dispositif d'oxydation des substances réductrices émises par le moteur (CO, H, HC, etc ..), ou catalyseur d'oxydation, et, placé en aval du catalyseur d'oxydation sur la ligne d'échappement, un dispositif de piégeage des particules et suies contenues dans les gaz issus de la combustion, ou filtre à particules. De manière connue, certains appareils, ou filtres à particules catalytiques, peuvent cumuler les deux fonctions citées ci-dessus. Ces appareils fonctionnent alors de manière discontinue, en piégeant et en stockant les polluants et les particules et en les traitant lors de phases spécifiques de fonctionnement, également appelées phases de régénération. Les phases de régénération sont déclenchées lorsque l'accumulation de produits polluants au sein de l'appareil est telle qu'elle entraîne une forte contre-pression à l'échappement du moteur, risquant de limiter les performances de celui-ci. Lors de la phase de régénération, la température au sein de l'appareil est augmentée jusqu'à obtenir la destruction thermique des polluants et particules piégés. De manière connue, on distingue deux types de régénération : la régénération passive et la régénération active. Le processus de régénération passive consiste en une conversion catalytique des suies et particules piégées dans le filtre. La réaction qui intervient est du type C + 2NO2 CO2 + 2NO : ce processus intervient dans une plage de température sensiblement comprise entre 250 et 450 C, et se produit de façon continue lorsque le véhicule roule à vitesse soutenue, par exemple sur autoroute. 2904040 2 Lors d'une régénération active, une ou plusieurs injections tardives de carburant peuvent être réalisées dans les chambres de combustion du moteur, typiquement après le point mort haut du piston en phase de détente : ce carburant ne subit alors pas ou peu de combustion (la combustion dépend de 5 l'angle vilebrequin où ont lieu ces injections) dans les chambres de combustion du moteur, mais est brûlé dans le dispositif d'oxydation, contribuant ainsi à augmenter la température au sein de ce dernier ou la température à l'entrée du filtre à particules lorsque celui-ci est distinct du catalyseur d'oxydation. Ce processus intervient à des températures sensiblement comprises entre 570 et 10 650 C. L'optimisation de l'ensemble du dispositif de traitement des polluants émis par le moteur passe donc par une optimisation des phases de piégeage, de stockage, et de régénération des appareils évoqués ci-dessus. La décision de déclenchement d'une régénération est classiquement 15 prise par un automate intégré au dispositif de contrôle du moteur, à partir d'une estimation de la masse de particules et suies accumulées dans le dispositif de piégeage et d'une analyse des conditions de roulage du véhicule. Compte tenu des impératifs thermiques liés à la régénération, il sera donc préférable de déclencher cette opération lorsque le véhicule roule à vitesse 20 soutenue, par exemple sur autoroute, plutôt que de la déclencher lorsque le moteur fonctionne au ralenti, par exemple en zone urbaine, les apports de chaleur nécessaires risquant d'entraîner, dans ce dernier cas, une surconsommation de carburant non souhaitée. De plus, dans le cadre d'une utilisation urbaine, les conditions thermiques liées au fonctionnement fréquent 25 au ralenti du moteur sont défavorables à la réalisation d'une régénération passive, et le moteur génère une quantité plus importante de suies et particules qui s'accumulent dans le dispositif de piégeage. La présente invention a pour but de proposer un moyen permettant à la fois de limiter la charge en particules et suies du dispositif de piégeage lors 30 d'une utilisation prolongée du véhicule dans des conditions de circulation urbaine, et de favoriser la régénération passive de ce dispositif quelles que soient les conditions de roulage du véhicule. 2904040 3 Dans ce but, l'invention a pour objet un procédé de régénération d'un appareil (T) placé sur la ligne d'échappement d'un moteur (1) et assurant, d'une part, le piégeage des particules et suies contenues dans les gaz (G) d'échappement, et, d'autre part, le traitement de celles-ci au moyen d'un 5 dispositif comprenant au moins un catalyseur (3) grâce auquel, pour une plage de température donnée, lesdites suies et particules subissent une conversion catalytique, caractérisé en ce qu'un dispositif de chauffage (9) est placé à l'entrée dudit appareil (T) et permet d'atteindre la température nécessaire à ladite conversion catalytique lorsque celle-ci ne peut être atteinte par le 10 moteur (1). Avantageusement, la décision d'activation du dispositif de chauffage est validée par le dispositif de contrôle et de commande du moteur, sur la base : - d'une estimation continue, grâce à un capteur de pression différentielle placé à l'entrée de l'appareil de traitement, de la masse 15 de polluants piégée dans l'appareil, - de l'analyse des conditions de roulage du véhicule, - d'une mesure de la température à l'entrée de l'appareil de traitement grâce à un capteur de température approprié. Avantageusement, ledit dispositif de chauffage est préférentiellement 20 actif lors des phases de fonctionnement au ralenti ou à faible régime du moteur. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le fonctionnement du dispositif de chauffage sera couplé à un ensemble de réglages spécifiques du moteur permettant, d'une part, de réguler la température à l'entrée de 25 l'appareil de traitement en fonction d'une vitesse de conversion catalytique prédéterminée, et, d'autre part, d'optimiser les conditions de surconsommation induites par l'entretien de cette température. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence à la figure 1 annexée qui 30 présente une vue schématique d'ensemble d'une ligne d'échappement dans laquelle est mis en oeuvre le procédé selon l'invention. La ligne d'échappement E du moteur à combustion interne 1 d'un véhicule automobile comporte, classiquement, au moins un conduit 2904040 4 d'échappement 2 reliant la sortie du moteur 1 à l'entrée d'un dispositif de traitement T des polluants, particules, et suies contenus dans les gaz G issus de la combustion dans le moteur 1. Le dispositif de traitement T comporte ici, de manière connue, un dispositif de conversion catalytique 3 et un filtre à 5 particules 4, reliés par un conduit 5. Afin de limiter les pertes thermiques, le conduit 5 et le conduit d'échappement 2 sont entourés d'un matériau isolant thermique approprié 6. Il est à noter que le dispositif de conversion catalytique 3 et le filtre à particules 4 peuvent être réunis en un seul appareil sans affecter l'invention. De manière classique, un capteur de température 7 est placé à 10 l'entrée de l'appareil de traitement T, ainsi qu'un capteur de pression différentielle 8, destiné à permettre l'évaluation, par le dispositif de contrôle et de commande du moteur C, de la masse de polluants piégée dans l'appareil de traitement T. De manière connue, lorsque les dispositifs 3 et 4 mentionnés ci-dessus sont distincts, les capteurs 7 et 8 sont préférentiellement placés à 15 l'entrée du filtre à particules 4, comme c'est le cas selon le mode de réalisation présenté par la figure 1 et décrit ci-après. Lorsque les dispositifs 3 et 4 mentionnés ci-dessus sont réunis en un seul filtre à particules catalytique, les capteurs 7 et 8 sont placés à l'entrée de celui-ci. Selon l'invention, un dispositif de chauffage 9 est inséré sur le conduit 20 d'échappement 2, à l'entrée de l'appareil de traitement T. Lorsque le véhicule roule, le dispositif de contrôle et de commande C effectue, au moyen du capteur de pression différentielle 8, une estimation continue de la masse de polluants piégés dans l'appareil de traitement T, et analyse également les conditions de roulage. Lorsque la masse de polluants 25 piégés atteint une valeur seuil préalablement déterminée, et si les conditions de roulage du véhicule sont défavorables à la réalisation d'une régénération active de l'appareil de traitement T par injection tardive de carburant dans les chambres de compression du moteur 1, la nécessité de provoquer une régénération passive dudit appareil de traitement T est validée. S la 30 température relevée par le capteur de température 7 est insuffisante pour permettre cette régénération passive, le dispositif de chauffage 9 est activé, ainsi qu'un réglage spécifique du moteur 1 permettant, à la fois : 2904040 5 - de maintenir la température souhaitée à l'entrée de l'appareil de traitement T, établie grâce au dispositif de chauffage 9, - d'optimiser, dans ces conditions, la surconsommation et les émissions de polluants induites par le maintien de ladite température. 5 Un réglage spécifique peut consister à activer le vannage à l'admission, à provoquer une augmentation de la richesse du mélange air/carbuant qui se traduit par une élévation de la température des gaz d'échappement. Le procédé selon l'invention permet ainsi, dans des conditions de fonctionnement au ralenti ou à bas régime du moteur 1, de réaliser de manière 10 simple une régénération passive de l'appareil de traitement T, permettant ainsi de limiter les phases de régénération active de celui-ci et de réserver celles-ci aux conditions de roulage favorables. Par bas régimes, on peut entendre des régimes du moteur qui entraînent un débit de gaz d'échappement inférieur à deux fois le débit de gaz d'échappement au ralenti, exprimé en kg/ h. 15 Le procédé selon l'invention, en limitant le nombre de régénérations actives de l'appareil de traitement T, permet également de limiter la dilution du film d'huile par le gazole, inhérente à ce type d'opération. Il permet, en outre, de réduire le vieillissement mécanique de l'appareil de traitement T sous l'effet de températures élevées répétées. 20 L'association du dispositif de chauffage 9 au réglage spécifique du moteur 1 évoqué plus haut permet également de limiter la surconsommation engendrée par l'élévation nécessaire de la température à l'entrée de l'appareil de traitement T lors d'une opération de régénération, tout en garantissant une efficacité suffisante de la régénération. REVENDICATIONS 1. Procédé de régénération d'un appareil (T) placé sur la ligne d'échappement d'un moteur (1) et assurant, d'une part, le piégeage des particules et suies contenues dans les gaz (G) d'échappement, et, d'autre part, le traitement de celles-ci au moyen d'un dispositif comprenant au moins un catalyseur (3) grâce auquel, pour une plage de température donnée, lesdites suies et particules subissent une conversion catalytique, caractérisé en ce qu'un dispositif de chauffage (9) est placé à l'entrée dudit appareil (T) et permet d'atteindre la température nécessaire à ladite conversion catalytique lorsque celle-ci ne peut être atteinte par le moteur (1). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la décision 15 d'activation du dispositif de chauffage (9) est validée par le dispositif de contrôle et de commande (C) du moteur, sur la base : - d'une estimation continue, grâce à un capteur de pression différentielle (8) placé à l'entrée de l'appareil de traitement (T), de la masse de polluants piégée dans l'appareil (T), 20 - de l'analyse des conditions de roulage du véhicule, - d'une mesure de la température à l'entrée de l'appareil de traitement (T) grâce à un capteur de température approprié (7). 3. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce 25 que le dispositif de chauffage (9) est préférentiellement activé lorsque le moteur (1) fonctionne au ralenti ou à bas régime. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un réglage spécifique du moteur est associé à l'utilisation du dispositif de 30 chauffage (9). 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le réglage spécifique consiste à agir sur le volet d'admission du moteur. 2904040 7 6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le réglage spécifique consiste à provoquer une augmentation de la richesse du mélange air/carburant. 5 7. Moteur à combustion interne (1) pour un véhicule automobile dont la ligne d'échappement comporte au moins un appareil (T) pour le traitement des gaz (G) issus de la combustion dans le moteur, dans lequel l'appareil (T) comporte au moins une partie (3) permettant la conversion catalytique des polluants io contenus dans les gaz (G) et une partie (4) assurant le piégeage des particules et suies contenues dans lesdits gaz (G), caractérisé en ce que la régénération de l'appareil (T) est réalisée selon un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.