Brevet FR2922942A3 — publié le 20090501

FR 2922942 A3 20090501 FR 0758611 A 20071026 PROCEDE ET DISPOSITIF D'INJECTION ET DE VAPORISATION D'UN AGENT REDUCTEUR DANS UNE LIGNE D'ECHAPPEMENT L'invention concerne un procédé de régénération d'un filtre à particules situe dans un_ conduit d'échappement d'un moteur à combustion interne. Les normes de dépollution deviennent de plus en plus contraignantes, notamment en abaissant sensiblement les seuils de rejet dans l'atmosphère de particules ainsi que des 10 polluants tels que les oxydes d'azote et le monoxyde de carbone,. Afin de réduire leur_ _quantité, des moyens de post-traitement, notamment des catalyseurs et des filtres à particules prennent place dans la ligne d'échappement afin de 15 retenir et/ou transformer ces polluants avant qu'il ne soient libérés dans l'atmosphère. Les filtres â particules doivent être périodiquement régénérés pour éviter que l'accumulation de ces polluants n'obstruent en partie le conduit d'échappement et ne 20, provoquent des contre-pressions à l'échappement du moteur, ce qui diminuerait ses performances. Pour cela, on peut augmenter la température interne de ces filtres afin d'y brûler les polluants qui y sont retenus par l'apport d'un agent réducteur en amont de ce,lui-cii et apte à 25 provoquer une reaçtion exothermique. Il est proposé dans l'art antérieur d'injecter une petite quantité du carburant utilisé pour la combustion dans la ligne d'échappement en amont d'un catalyseur. Au contact des gaz d'échappement chauds, le carburant est vaporise et passe dans 30 un catalyseur placé en amont du filtre pour qu'il s'oxyde. Cette oxydation chimique est exotherme et permet d'élever température dans le filtre et d'y brûler les particules. Cette méthode de régénération ne peut fonctionner'" qu'en présence de gaz d'échappement suffisamment chauds pour permettre l'évaporation du carburant, ce qui limite l'utilisation de cette méthode a certaines conditions de fonctionnement du moteur. Pour augmenter l'étendue des conditions d'utilisation du véhicule pour lesquelles on atteint ces conditions de fonctionnement du moteur, les motifs d'injection sont parfois modifiés et des injections tardives sont utilisées. Cependant, ces injections tardives présente l'inconvénient d'augmenter significativement le phénomène de dilution par lequel le carburant injecte et imbrûlé semêle,au lubrifiant du moteur. L'invention vise à améliorer les systèmes de vaporisation d'agents réducteurs dans des lignes d'échappement et notamment .de proposer un système qui surmonte les inconvénients précédemment cités afin de permettre la régénération de moyens de post-traitement pour des conditions de fonctionnement du moteur plus étendues sans pour autant augmenter la dilution du carburant dans l'huile. C'est un objet de la présente invention que de proposer un procédé de régénération d'un filtre à particules situé dans un conduit d'échappement d'un m=oteur a-_combustion interne comprenant les étapes d'injecter périodiquement un liquide organique dans le conduit _ _d'echappement en amont d'un catalyseur situé en amont du filtre à particules, de vaporiser le liquide organique injecté par son passage dans les gaz d'échappement avant son passage dans le catalyseur, de former un dégagement exothermique dans le catalyseur apte à se diffuser jusqu'au filtre à particules pour en augmenter sa sont retenues, dans lequel le liquide organique injecté dans le conduit d'échappement, de préférence un composé de formule chimique CxHyOz, présente une température d'évaporation inférieure a celle du carburant injecté dans une chambre de combustion du moteur à combustion interne. température interne de manière à brûler des particules qui y Suivant des modes part iculiers de réalisation, le procédé comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes le liquide organique injecté dans le conduit 10 d'échappement est choisi parmi du GPL, du GNV, de l'hydrogène, un alcool tel que du méthanol ou de l'éthanol' et de l'essence le 'liquide organique injecté dans le conduit d'échappement provient d'un réservoir dédié distinct 15 d'un réservoir contenant le carburant injecté dans la chambre de combustion l'on utilise le liquide organique injecté à température d'évaporation inférieure a celle du carburant injecte dans la chambre de combustion du moteur à 20 combustion interne lorsque les gaz d'échappement sont à une température.,inférieure à une température prédéterminée. Un autre objet de l'invention ' concerne un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé de régénération 25 dans lequel le liquide organique est injecté périodiquement pare un injecteur situé en amont, d'un catalyseur et dont la tête d'injection sur laquelle se situent des buses d'injection débouche à l'intérieur du conduit d'échappement, ledit injecteur étant alimenté en liquide par une ligne hydraulique 30 d'alimentation reliant l'injecteur à une sortie d'un réservoir. modes particuliers de réalisation, le l'une ou plisieurs des caractéristiques la ligne d'alimentation comporte des moyens de . commutation dont la sortie est reliée à l'injecteur et les entrées sont reliées respectivement aux sorties du réservoir dédié et du réservoir de carburant la ligne hydraulique d'alimentation comprend une crépine pour filtrer le liquide transporté vers l'injecteur et/ou une électrovanne de coupure ; le réservoir dédié comporte une jauge apte à renseigner l'utilisateur du niveau du liquide dans le réservoir, l'utilisateur étant renseigné de préférence par des moyens aptes à transmettre une information vers-un afficheur du tableau de bord le réservoir dédié comporte des moyens de remplissage aptes à coopérer avec des perches de distribution de station de carburant des moyens de commutation permettent de prélever du carburant dans le réservoir dédié ou dans le réservoir de carburant, de préférence en fonction d'une température de gaz d'échappement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante 25 des modes de réalisation non limitatif de celle-ci, en liaison avec les figures annexées sur lesquelles la figure 1 est un schéma de principe du système de régénération d'un' moyen de post-traitement selon un premier mode de réalisation; Suivant des. dispositif comporte suivantes la figure 2 est un schéma de principe du système de régénération d'un moyen de post-traitement selon un deuxième mode de réalisation. Selon un premier mode de réalisation, le système 5 représenté sur la figure 1 prend place sur un conduit d'échappement 1 en aval d'une soupape d'échappement, non représentée, et juste en amont des moyens de post-traitement. D'une manière générale, la régénération du filtre à particules 2 est réalisée périodiquement lorsque le filtre 2 est 10 considéré comme obstrue, ce qui arrive généralement tous les 500km parcourus par le véhicule. Cette régénération s'effectue par l'injection d'un liquide organique dans la ligne d'échappement 1 pour produire une chaleur -suffisante, de l'ordre de 650°C à l'intérieur du filtre à 15 particules 2 afin de brûler les particules retenues et qui, le colmate en partie. Le liquide organique est injecté au moyen d'un injecteur 4 situé en amont du catalyseur 3 et dont la tête d'injection sur laquelle sont situees des buses d'injection, débouche à 20 l'intérieur du conduit d'échappement 1. La quantité de chaleur nécessaire est obtenue par une réaction exothermique entre le liquide injecté et un catalyseur 3 situé en amont du filtre a particule 2 et en aval de l'injecteur 4. Pour éviter d'endommager le catalyseur 3, le liquide injecté doit être vaporisé lorsqu'il atteint celui-ci. Ce changement d'état s'opère par l'apport de chaleur "des gaz d'échappement qui circulent dans le conduit d'échappement 1 Le liquide injecté peut être le liquide qui est utilisé comme 30 carburant et injecté dans la chambre de combustion. Cependant, l'utilisation d un liquide organique dont la température d'évaporation est inférieure à celle de ce carburant permet de régénérer le filtre à particules 2 pour des valeurs de température des gaz d'échappement plus basses que dans le cas où l'on utilise le carburant. Il devient alors possible de régénérer le filtre à particules 2 dans des conditions d'utilisation du véhicule augmentées, notamment lors de trajets urbains relativement courts, pour lesquels les gaz d'échappement atteignent une température modérée. On pourra injecter dans le conduit d'échappement 1 un 10 liquide dont la formule chimique est du type CxHyOz. Le liquide organique pourra être choisi parmi un gaz pétrole liquéfié (GPL), un gaz nattarel volatile (GNV) ou bien de l'hydrogène. Le liquide organique pourra aussi être choisi parmi un 15 alcool, tel que du méthanol ou de l'éthanol, ou bien de l'essence. Ces liquides sont avantageux en ce qu'ils sont disponibles dans des stations de remplissage de carburant, ce qui permet à l'utilisateur du véhicule de réapprovisionner le 20 système en liquide organique de façon simple et accessible. Le liquide organique sera contenu dans un réservoir dédié 5 distinct d'un réservoir contenant le carburant injecté dans la chambre de combustion. Une pompe d'alimentation 6 prélève le liquide dans ce réservoir dédié 5 et une ligne hydraulique 25 d'alimentation 7 amène le _liquide organique à partir d'un port de sortie 51 du réservoir dédié 5 jusqu'à l'injecteur 4. La ligne hydraulique 7 comprend une crépine 71 pour filtrer le liquide et éviter que l'injecteur 4 ne se bloque, en raison d'impuretés transportées. La ligne hydraulique 7 comprend une électrovanne de coupure 72 'commandée. par un calculateur 8 qui pourra etre une unite de controle électronique (ECU). Ce calculateur 8 pourra commander les éléments du système, par exemple en fonction- d'une valeur de température des gaz d'échappement mesuré par un capteur de température 9. Selon un deuxième mode de réalisation, représenté à la figure 2, on peut prévoir que le liquide organique est injecté dans le conduit d'échappement 1 pour la régénération lorsque la température des gaz d'échappement estimée ou bien mesurée par un capteur de température 9 placé dans le conduit d'échappement 1 sera inférieure à une température d'évaporation du carburant. On pourra prévoir que lorsque la température des gaz d'échappement est supérieure à la température d'évaporation du carburant, ori injectera du carburant pour régénérer le filtre à particules 2. Dans ce cas, on pourra limiter le nombre de remplissages, augmenter la période de remplissage ou bien reduirela taille du réservoir dédie 5, en n'utilisant ' ce liquide organique que lorsque les gaz d'échappement n'ont pas atteint la valeur de ' par un dimensionnement satisfaisant du réservoir dédié 5 que le remplissage du liquide organique sera effectué au moment des interventions mécaniques périodiques couramment appelé révisions, libérant ainsi l'utilisateur d'une contrainte de double surveillance du 30 remplissage du réservoir de carburant et du réservoir dédié en liquide organique. Les. organes du système d'alimentation sont commandés température adéquate à l'évaporation du carburant utilisé dans la chambre de combustion. On pourra ainsi prévoir Le dispositif pourra comporter des moyens de commutation 10 commandés, par exemple en fonction de la température mesurée des gaz d'échappement, peur permettre de chôisir .,_entre 'une alimentation de l'injecteur 4 par le réservoir dédié 5 ou par le réservoir de carburant 15 pourvu d'une pompe d'alimentation 16. Ces moyens de' commutation 10 pourront comporter une vanne trois voies, dont la sortie 10S est connectée à la ligne hydraulique d'alimentation 7 et les deux entrées 10E1, 10E2 respectivement connectées à une sortie, 5t du reservoir dédié 5 et à une sortie 151 du réservoir de carburant 15. Le système pourra comporter des moyens d'avertissement visibles au tableau 'de bord du véhicule pour prévenir l'utilisateur -que le remplissage du réservoir dédié 5 par le 15 liquide organique servant à la régénération est à prévoir. REVENDICATIONS 1. Procédé de régénération d'un filtre, à particules (2) situé dans un conduit d'échappement (1) d'un moteur a combustion interne comprenant les étapes : d'injecter périodiquement un liquide organique dans le conduit d'échappement (1) en amont d'un catalyseur 10 (3) situé en amont du filtre a particules (2), de vaporiser le liquidé organique injecté par son passage dans les gaz d'échappement avant son passage dans le catalyseur (3), - de former un dégagement exothermique dans le 15 catalyseur (3) apte à se diffuser. jusqu'au filtre à particules (2) pour en augmenter sa température interne de manière a brûler des particules qui y sont retenues, caractérisé en ce que 20 - le liquide organique injecté dans le conduit d'échappement (1), de préférence un composé de formule chimique CxHyOz, présente une température d'évaporation inférieure a celle du carburant injecte dans une- chambre de combustion du moteur à 25 combustion interne. 2) Procédé de régénération selon la revendication précédente caractérisé en_ce que le liquide organique injecté dans le conduit d'échappement (1) est choisi parmi du GPL, du GNV, de l'hydrogène, un alcool tel que du méthanol ou de 30 l'éthanol et de l'essence 3) Procédé de régénération selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le liquide organique injecté dans le conduit d'échappement (1) provient d'un réservoir dédié (5) distinct d'Un réservoir contenant le carburant (15) injecte dans ia chambre de combustion. 4) Procédé de 'régénération selon l'une des revendications précédentes caractérisé en' ce que l'on utilise le liquide organique injecté à température d'évaporation inférieure à celle du carburant injecté dans la chambre de combustion du moteur a combustion interne lorsque les gaz d'échappement- sont à une température infériéure à une température prédéterminée. 5) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le liquide organique est injecté périodiquement par un injecteur. (4) situé en amont d'un catalyseur (2) et dont la tête d'injection sur laquelle se situent des buses d'injection débouche à l'intérieur du conduit d'échappement (1), ledit injecteur (4) étant alimenté en liquide par une ligne hydraulique d'alimentation (7) reliant l'injecteur (4) à une sortie (51, 151) d'un réservoir (5, 15) 6) Dispositif selon la revendication précédente caractérisé en ce, que la ligne'd'alimentation (7) comporte des moyens de commutation (10) dont la sortie (10S) est reliée à l'injecteur (4) et les entréés (10E1, 10E2) sont reliées respectivement aux sorties du réservoir dédié (51) et du réservoir de carburant (151) . 7) Dispositif selon la revendication 5 ou 6 caractérisé en ce que la ligne hydraulique d'alimentation (7) comprend une crépine (71) pour filtrer le liquide transporté vers l'injecteur (4) et/ou une électrovanne de coupure (72). 8) Dispositif selon _ l'une des revendications 5 caractérisé en ce que le réservoir dédié (5) comporte une jauge apte à renseigner l'utilisateur du niveau du liquide dans le réservoir, l'utilisateur étant renseigné de préférence par des moyens aptes à transmettre une information vers un afficheur du tableau de bord. 9) Dispositif pour la mise ën-ouvre du procédé selon l'une des revendications 5 à 8 caractérisé en ce que le réservoir dédié (5) comporte des moyens de remplissage aptes 10 à coopérer avec des perches de distribution de station de 10) Dispositif selon l'une des revendications_ 5 à 9 caractérisé en ce queûdes moyens de commutation (10) permettent de prélever du carburant dans le réservoir dédié (5) 15 ou dans le réservoir de carburant (15), 'de préférence en fonction d'une température de gaz d'échappement.