Brevet FR2917457A1 — publié le 20081219

-1- SYSTEME ET PROCEDE DE REGENERATION DE MOYENS DE DEPOLLUTION DE VEHICULE AUTOMOBILE La présente invention concerne un système et un procédé de régénération de moyens de dépollution à média filtrant agencés dans une ligne d'échappement de véhicule automobile. Plus particulièrement, la présente invention concerne la régénération des moyens de dépollution par la génération d'un exotherme en entrée de ceux-ci pour élever leur température interne. Un filtre à particules, ou FAP, agencé dans une ligne d'échappement d'un moteur de véhicule automobile nécessite d'être régulièrement régénéré afin de brûler les suies qu'il contient. De manière classique, il est prévu en amont de ceux-ci un catalyseur d'oxydation couplé à des moyens de post-injection de carburant dans les cylindres du moteur, la post-injection ayant pour effet d'augmenter la quantité d'hydrocarbures imbrûlés présents dans les gaz d'échappement. Ces hydrocarbures imbrûlés, ou HC, qui sont des réducteurs d'une réaction d'oxydation mise en oeuvre par le catalyseur, sont ainsi catalysés par ce dernier, produisant de ce fait un exotherme en sortie de celui-ci. La quantité de HC introduite dans les gaz d'échappement est commandée afin que l'exotherme produit par le catalyseur ait pour effet une augmentation de la température interne du FAP jusqu'à une température prédéfinie de combustion des suies de l'ordre de 600 à 700 C. Toutefois, si les conditions de la régénération du FAP sont mal contrôlées, et particulièrement les conditions d'élévation de la température interne du FAP, un emballement de la réaction de combustion des suies peut alors se produire. Ceci conduit à un choc thermique et de ce fait à un endommagement irréversible du média filtrant du FAP (fusion du matériau, fissuration,...), phénomène d'autant plus sensible si ce média filtrant comprend de la cordiérite. Pour limiter les risques d'emballement d'une réaction de combustion des suies dans un FAP, une stratégie généralement mise en oeuvre consiste à commander la production de l'exotherme pour que la température en entrée du FAP ne dépasse pas une température cible dont la valeur dépend de la masse de suie présente dans celui-ci. Ainsi, pour une température cible prédéfinie, la régénération du FAP devra être réalisée avant que la masse de suies -2- stockées n'atteigne une valeur limite plus connue sous le nom de SML (acronyme anglais de Soot Mass Limit). Le problème de ce type de stratégie est que la masse limite de suies pouvant être stockées par le FAP sans risque d'emballement est réduite. Une régénération fréquente du FAP est alors nécessaire, conduisant ainsi à une surconsommation de carburant et à un vieillissement accéléré de celui-ci. Le but de la présente invention est de proposer un système et un procédé de régénération de moyens de dépollution à média filtrant qui limitent le risque d'emballement d'une réaction de régénération de ceux-ci, permettant ainsi une augmentation de la masse d'agents polluants pouvant être stockés dans ceux-ci. A cet effet, l'invention a pour objet un système de régénération de moyens de dépollution à média filtrant agencés dans une ligne d'échappement de véhicule automobile, ledit système comportant des moyens de génération d'un exotherme en entrée des moyens de dépollution pour élever la température interne de ceux-ci, caractérisé en ce que les moyens de génération de l'exotherme sont aptes à générer celui-ci selon un profil de température comprenant une première phase d'augmentation rapide de la température en entrée des moyens de dépollution jusqu'à une première température prédéterminée suivie d'une seconde phase d'augmentation lente de la température en entrée des moyens de dépollution jusqu'à une seconde température prédéterminée. En effet, les inventeurs ont pu constater que l'augmentation lente de la température pour atteindre la température cible a pour effet de limiter de manière significative les risques d'emballement des réactions de régénération. Selon des modes de réalisation particuliers de l'invention, le système comprend l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : -les moyens de génération de l'exotherme comportent des moyens d'oxydation de réducteurs agencés en amont des moyens de dépollution et des moyens d'injection dans les gaz d'échappement de réducteurs en amont des moyens d'oxydation ; - les moyens de génération d'exotherme comprennent des moyens de mesure de la température en entrée des moyens de dépollution et de moyens de régulation de la température en entrée sur le profil de température par commande de la quantité de réducteurs injectés en amont des moyens de génération de l'exotherme ; - les moyens d'injection de réducteurs comprennent des moyens d'injection de carburant dans les cylindres du moteur du véhicule selon au moins une injection principale et une post-injection de carburant ; -3- - la première température correspond à un risque réduit d'emballement d'une réaction de régénération des moyens de dépollution ; - la seconde température correspond à une température de régénération des moyens de dépollution. L'invention a également pour objet un procédé de régénération de moyens de dépollution à média filtrant agencés dans une ligne d'échappement de véhicule automobile, ledit procédé comportant une étape de génération d'un exotherme en entrée des moyens de dépollution pour élever la température interne de ceux-ci, caractérisé en ce que l'étape de génération de l'exotherme comprend une première étape d'augmentation rapide de la température en entrée des moyens de dépollution jusqu'à une première température prédéterminée suivie d'une seconde étape d'augmentation lente de la température en entrée des moyens de dépollution jusqu'à une seconde température prédéterminée. L'invention a également pour objet une ligne de véhicule automobile comprenant des moyens de dépollution à média filtrant et un système de régénération du type susmentionné. Selon l'invention, les moyens de dépollution comprennent un filtre à particules. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en relation avec les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'une ligne d'échappement d'un moteur de véhicule automobile pourvue d'un FAP et d'un système de régénération selon l'invention ; - la figure 2 est un organigramme d'un procédé de régénération mis en oeuvre par le système de la figure 1 ; - la figure 3 est un graphique de profils temporels de températures en entrée du FAP selon l'état de la technique et selon l'invention ; - la figure 4 est un graphique de profils temporels de températures internes du FAP selon l'état de la technique et selon l'invention à différentes positions dans le FAP ; et - la figure 5 est un graphique de profils temporels d'un gradient thermique atteint dans le FAP selon l'état de la technique et selon l'invention. -4- Sur la figure 1, un système de régénération 10 d'un FAP 12, agencé dans une ligne d'échappement 14 d'un moteur Diesel 16 de véhicule automobile équipé de moyens 18 d'injection de carburant dans les cylindres du moteur à rampe commune d'alimentation, comporte un catalyseur d'oxydation 20 agencé dans la ligne d'échappement 14 en amont du FAP 12 et apte à produire en sortie un exotherme par réduction d'hydrocarbures imbrûlés présents dans les gaz d'échappement, des moyens 22 de pilotage des moyens 18 d'injection pour que ceux-ci délivrent une post-injection de carburant dans les cylindres du moteur 16 et un capteur de température 24 agencé dans la ligne d'échappement 14 en entrée du FAP 12 et connecté aux moyens 22 de pilotage. Le système de régénération 10 met en oeuvre un procédé de régénération du FAP 12 illustré à la figure 2. Dans une première étape 30, la régénération du FAP 12 est déclenchée. Dans une étape 32 suivante, les moyens 22 de pilotage commandent alors les moyens 18 d'injection pour que ceux-ci injectent dans les cylindres du moteur 16 une post- injection selon une première stratégie prédéterminée de post-injection. Cette première stratégie est déterminée pour que la quantité de HC introduite dans la ligne d'échappement 14 amène le catalyseur 20 à produire en entrée du FAP 12 une augmentation rapide de la température, d'environ 5 degrés Celsius par seconde. Dans une étape 34, un test est mis en oeuvre par les moyens 22 de pilotage pour savoir si la température mesurée en entrée du FAP 12 par le capteur 24 est sensiblement égale à une première température Trisque prédéterminée. La température Trisque est une température en deçà de laquelle, il n'existe sensiblement aucun risque d'emballement de la réaction de régénération du FAP. Si le résultat du test mis en oeuvre en 34 est négatif, l'étape 34 reboucle sur l'étape 25 32 et la première stratégie de post-injection se poursuit. Selon un mode de réalisation, les moyens 22 de pilotage mettent en oeuvre une régulation de l'augmentation de la température mesurée par le capteur 24 sur une valeur de consigne AT1 C/min prédéterminée, par exemple au moyen d'une loi de commande du type proportionnelle intégrale, ou loi PI. L'augmentation de température est ainsi commandée de 30 manière précise et les risques d'emballement réduits de manière accrue. Si le résultat de ce test est positif, les moyens 22 de pilotage commandent alors en 36 la post-injection de carburant selon une seconde stratégie prédéterminée de post-injection. Cette seconde stratégie est déterminée pour que la quantité de HC introduite dans la ligne -5- d'échappement 14 amène le catalyseur 20 à produire en entrée du FAP 12 une augmentation lente de la température, d'environ 1 degré Celsius par seconde. Un test est alors mis en oeuvre en 38 par les moyens 22 de pilotage pour savoir si la température mesurée en entrée du FAP 12 par le capteur 24 est sensiblement égale à une seconde température Tcible prédéterminée. La seconde température Tcible est la température à atteindre pour que la combustion des suies stockées dans le FAP 12 ait lieu. Si le résultat de ce test est négatif, l'étape 38 reboucle sur l'étape 36 et la seconde stratégie de post-injection se poursuit. Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens 22 de pilotage mettent en oeuvre une régulation, par exemple PI, de l'augmentation de la température mesurée par le capteur 22 sur une valeur de consigne AT2 C/min prédéterminée. L'augmentation de température est ainsi commandée de manière précise et les risques d'emballement réduits de manière accrue. Si le résultat de ce test est positif, c'est-à-dire si la température en entrée du FAP 12 a atteint la seconde température Tcible, les moyens 22 de pilotage commande alors les moyens pour que ceux-ci injectent dans les cylindres du moteur une post-injection selon une troisième stratégie prédéterminée de post-injection par exemple pour maintenir la température en entrée du FAP sensiblement proche de la température Tcible afin de compléter la régénération de celui-ci. Un test est alors mis en oeuvre en 42 par les moyens 22 de pilotage pour savoir si la régénération du FAP 12 est terminée. Si cela n'est pas le cas, l'étape 42 boucle sur l'étape 40 pour la poursuite de la régénération. Sinon, la régénération se termine et les moyens 22 de pilotage commandent les moyens 18 d'injection pour stopper la post-injection. A la figure 3, des courbes de la température en entrée du FAP 12 en fonction du temps illustrent les élévations de température en entrée du FAP 12 selon l'état de la technique et selon l'invention. Une première courbe en ligne pointillée correspond à l'état de la technique dans lequel l'élévation de la température en entrée du FAP 12 est réalisée en une seule phase pour atteindre la température Tcible. Une seconde courbe en ligne continue correspond à une élévation de température selon l'invention. Comme on peut le constater, l'élévation de la température est réalisée en deux phases. La première phase consiste en une augmentation rapide de la température jusqu'à la température Trisque, par exemple au même taux que celui de l'état de la technique. La seconde phase, déclenchée une fois la température Trisque atteinte, consiste en une -6- augmentation plus lente de la température en entrée du FAP 12 que celle de l'état de la technique jusqu'à la température Tcible. Les figures 4 et 5 illustrent les effets sur la température interne du FAP de la mise en oeuvre d'une telle stratégie. Sur la figure 4, une première et une seconde courbes en lignes pointillées illustrent l'évolution temporelle de la température en deux positions internes différentes P1 et P2 du FAP, en appliquant la stratégie d'élévation de l'état de la technique illustrée à la figure 3. De même, une troisième et une quatrième courbes en ligne continue illustrent l'évolution temporelle de la température aux mêmes positions P1 et P2 respectivement en appliquant la stratégie d'élévation selon l'invention illustrée à la figure 3. Comme il est possible de le constater, l'application de la stratégie selon l'invention a pour effet que les températures maximales atteintes en ces deux positions sont inférieures de 200 C à 300 C respectivement à celles constatées dans l'état de la technique, limitant ainsi de manière sensible le choc thermique subit par le FAP 12. A la figure 5, il est illustré des courbes d'évolutions temporelles du gradient thermique atteint dans le FAP 12, c'est-à-dire la différence de températures entre les deux positions P1 et P2 du FAP 12. La courbe en ligne pointillée correspond à l'application de la stratégie de l'état de la technique et la courbe en ligne continue correspond à l'application de la stratégie de l'invention, illustrées à la figure 3. Comme il est également possible de le constater, le gradient maximal obtenu par l'invention est inférieur à celui obtenu par l'état de la technique de près de 230 C/cm. Le choc thermique est donc moindre par application de la stratégie selon l'invention. En outre, les températures à l'intérieur du FAP 12 sont plus homogènes, accroissant de ce fait l'efficacité de la régénération dans le FAP. Comme il a été précisé précédemment, la température Tcible classiquement choisie est déterminée en fonction d'une masse prédéterminée de suies stockées pour éviter un emballement. Comme on peut le constater, l'invention permet d'obtenir des températures et des gradients maximaux dans le FAP 12 sensiblement inférieurs ceux constatés dans l'état de la technique. Il est donc possible, pour cette même température Tcible, d'augmenter la masse de suies stockées dans le FAP jusqu'à obtenir les niveaux de température et de gradients de l'état de la technique et cela sans risquer d'emballement. Il est également possible de garder les mêmes valeurs de masse que celles prévues dans l'état de la technique en vue d'augmenter la durée de vie du FAP qui est soumis à des contraintes thermiques plus faibles avec l'application de la stratégie selon l'invention. -7- L'invention permet donc une gestion de la régénération du FAP beaucoup plus souple. Bien qu'il ait été décrit un système de régénération d'un filtre à particules, on comprendra qu'un tel système s'applique également à tout type de moyens de dépollution à média filtrant comme un piège à NOx par exemple. En effet, un piège NOx nécessite également une régénération exigeant une augmentation de la température en entrée de celui-ci, par exemple lors d'une phase de désulfatation, et est soumis au même risque d'emballement si cette température n'est pas commandée de manière adéquate. De même, bien qu'il ait été décrit un système de régénération utilisant une post- injection de carburant, on comprendra que d'autres types d'injections peuvent être utilisés, comme par exemple un déphase de l'injection principale de carburant pour qu'une partie de celle-ci ait lieu après le point mort haut du cycle des cylindres, ou une injection de carburant non réalisée par le moteur mais par un système d'injection dédié comme par exemple un injecteur ou un vaporisateur supplémentaire dans la ligne d'échappement. REVENDICATIONS 1. Système de régénération de moyens (12) de dépollution à média filtrant agencés dans une ligne d'échappement (14) de véhicule automobile, ledit système (10) comportant des moyens (18, 20, 22, 24) de génération d'un exotherme en entrée des moyens (12) de dépollution pour élever la température interne de ceux-ci, caractérisé en ce que les moyens (18, 20, 22, 24) de génération de l'exotherme sont aptes à générer celui-ci selon un profil de température comprenant une première phase d'augmentation rapide de la température en entrée des moyens (12) de dépollution jusqu'à une première température prédéterminée suivie d'une seconde phase d'augmentation lente de la température en entrée des moyens (12) de dépollution jusqu'à une seconde température prédéterminée. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (18, 20, 22, 24) de génération de l'exotherme comportent des moyens (20) d'oxydation de réducteurs, agencés en amont des moyens (12) de dépollution, et des moyens (18) d'injection dans les gaz d'échappement de réducteurs en amont des moyens (18) d'oxydation. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens (18, 20, 22, 24) de génération d'exotherme comprennent des moyens (24) de mesure de la température en entrée des moyens (12) de dépollution et des moyens (22) de régulation de la température en entrée sur le profil de température par commande de la quantité de réducteurs injectés en amont des moyens de génération de l'exotherme. 4. Système selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens (18) d'injection de réducteurs comprennent des moyens d'injection de carburant dans les cylindres du moteur du véhicule selon au moins une injection principale et une post-injection de carburant. 5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première température correspond à un risque réduit d'emballement d'une réaction de régénération des moyens de dépollution.-9- 6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la seconde température correspond à une température de régénération des moyens de dépollution. 7. Procédé de régénération de moyens (12) de dépollution à média filtrant agencés dans une ligne d'échappement de véhicule automobile, ledit procédé comportant une étape (32,36) de génération d'un exotherme en entrée des moyens (12) de dépollution pour élever la température interne de ceux-ci, caractérisé en ce que l'étape (32, 36) de génération de l'exotherme comprend une première étape (32) d'augmentation rapide de la température en entrée des moyens de dépollution jusqu'à une première température prédéterminée suivie d'une seconde étape (36) d'augmentation lente de la température en entrée des moyens de dépollution jusqu'à une seconde température prédéterminée. 8. Ligne d'échappement (14) de véhicule automobile comprenant des moyens (12) de dépollution à média filtrant et un système de régénération de ceux-ci conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6. 9. Ligne d'échappement selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de dépollution comprennent un filtre à particules.20