Brevet FR2925938A1 — publié le 20090703

STRATEGIE ET SYSTEME DE REGENERATION D'UN FILTRE A PARTICULES POUR VEHICULE AUTOMOBILE DONT LE MOTEUR THERMIQUE EST ARRETE DANS CERTAINES PHASES DE ROULAGE L'invention concerne les systèmes de dépollution des véhicules automobiles équipés d'un moteur à combustion interne fonctionnant en mélange pauvre dans lesquels ce moteur est arrêté dans certaines phases de roulage. A ce type de véhicule appartiennent, notamment, ceux dont le io moteur est coupé lors des arrêts de courte durée et ceux dits hybride dans lesquels un moteur auxiliaire, par exemple électrique, prend le relais du moteur principal au-dessous d'une certaine vitesse de roulage. Les moteurs Diesel et les moteurs à injection directe à 15 essence fonctionnant en mélange pauvre émettent des particules solides carbonées dont l'élimination fait appel à un filtre à particules. Le filtre à particules permet d'éliminer par filtration les particules solides présentes dans les gaz d'échappement. Une 20 fois piégées au sein du filtre, les particules doivent être éliminées périodiquement par élévation de la température jusqu'à 450 à 700°C au sein du filtre afin d'entraîner leur combustion. Cette opération est couramment appelée � régénération � du filtre à particules. 25 Pour réaliser la combustion des suies piégées dans le filtre, plusieurs méthodes sont utilisées par les constructeurs automobiles comme, par exemple, l'additivation du carburant avec un composé organométallique permettant de réduire significativement la température de combustion des suies, 30 l'oxydation grâce à une formulation catalytique spécifique directement déposée sur les parois du filtre à particules, ou l'oxydation des suies en continu par réaction avec le NO2, ou encore par une technique de réchauffage électrique. En outre, la combustion des suies est initiée par un apport de chaleur en amont du filtre à particules qui peut provenir de plusieurs sources comme l'utilisation de la post-injection moteur et/ou la modification des moyens d'injections pour augmenter la température des gaz d'échappement jusqu'à un seuil d'au moins 500 °C. L'utilisation d'injection de gazole à l'échappement est également un moyen performant d'augmenter la chaleur en amont du filtre à particules. Dans ce cas la chaleur est io générée par combustion du gazole introduit à l'échappement sur le catalyseur en amont du filtre à particules. Le gazole peut être introduit sous forme liquide ou gazeuse. L'utilisation d'un filtre à particules sur un véhicule qui n'utilise pas son moteur thermique sur toute l'étendue de son roulage 15 provoque d'importantes difficultés dans la gestion de la charge du filtre. En effet dans un profil de roulage de type urbain il sera impossible de régénérer à l'arrêt du véhicule, par exemple à un feu rouge, car le moteur sera coupé. Pour un véhicule 20 hybride il sera également impossible de régénérer en dessous d'un seuil de vitesse prédéfini. Cela va avoir pour effet de diminuer la température dans la ligne d'échappement, à chaque arrêt du moteur thermique, et donc d'augmenter le temps global nécessaire pour effectuer une régénération. 25 Le but de l'invention est donc de proposer une stratégie et un système permettant de continuer la régénération d'un filtre à particules initiée avant l'arrêt du moteur thermique. A cet effet, la présente invention a pour objet une stratégie de régénération d'un filtre à particules installé dans le conduit 30 d'échappement d'un véhicule automobile équipé d'un moteur à combustion interne fonctionnant en mélange pauvre dans lequel ledit moteur est arrêté dans certaines phases de roulage, ladite ligne d'échappement comportant un catalyseur, en amont du filtre à particules, et un dispositif d'injection de carburant en amont du catalyseur. Selon cette stratégie, lors d'un arrêt du moteur, on vérifie si une régénération du filtre à particules est en cours et, dans ce cas, on insuffle de l'air chaud dans le conduit d'échappement, en amont du dispositif d'injection de carburant pour reproduire une circulation de flux gazeux, puis on introduit dans ce flux du carburant afin de créer ou maintenir un exotherme au niveau du catalyseur. io Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention : - L'air est prélevé dans une zone chaude du compartiment moteur. - Dans un mode de réalisation, la quantité de carburant injectée dans le conduit d'échappement est régulée en 15 fonction de la quantité d'air admise dans ledit conduit. - En variante, la quantité d'air admise dans le conduit d'échappement est régulée en fonction de la quantité de carburant injectée dans ledit conduit. - On injecte le carburant sous forme gazeuse. 20 L'invention concerne encore un système de régénération d'un filtre à particules installé dans le conduit d'échappement d'un véhicule automobile équipé d'un moteur à combustion interne fonctionnant en mélange pauvre dans lequel ledit moteur est arrêté dans certaines phases de roulage, ladite ligne 25 d'échappement comportant un catalyseur, en amont du filtre à particules et un dispositif d'injection de carburant en amont du catalyseur. Selon l'invention, ce système comporte des moyens pour insuffler de l'air chaud dans le conduit d'échappement, en 30 amont du dispositif d'injection de carburant, dans les phases d'arrêt du moteur, lorsqu'une régénération du filtre à particules est en cours. Selon d'autres caractéristiques avantageuses : - Les moyens d'insufflation d'air chaud comportent une électrovanne à trois voies, placée dans le conduit d'échappement en amont du dispositif d'injection de carburant, dont l'une des entrée est connectée à une conduite reliée à la sortie d'une pompe à air. - Lorsque le véhicule est dans un mode de roulage dans lequel son moteur fonctionne, la pompe à air est arrêtée et la vanne est dans une position telle que son entrée io branchée sur la sortie du moteur est ouverte et son entrée reliée à la pompe à air fermée. - Lorsque le véhicule passe dans un mode de roulage dans lequel le moteur est arrêté alors qu'une régénération du filtre à particule est en cours, la pompe à air est activée, 15 l'entrée de l'électrovanne branchée sur la sortie du moteur est fermée et son entrée reliée à la pompe à air ouverte. - Le dispositif d'injection de carburant injecte celui-ci sous forme gazeuse. -La pompe à air prélève l'air dans une zone chaude du 20 compartiment moteur. - Dans un mode de réalisation, la conduite reliée à la pompe à air comporte un dispositif permettant de régler et/ou de mesurer la quantité d'air injecté par la pompe. - La quantité de carburant introduite par le dispositif 25 d'injection est ajustée en fonction de la quantité d'air insufflé mesurée et/ou réglée. - En variante, la quantité d'air admise dans le conduit d'échappement est ajustée en fonction de la quantité de carburant injectée dans ledit conduit. 30 - Les moyens d'insufflation d'air chaud comportent des moyens de chauffage de cet air. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description ci-après, donnée à titre indicatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : û La figure 1 est une vue schématique d'une ligne d'échappement selon l'invention. Sur la figure 1 on a représenté le moteur 1 à combustion interne, fonctionnant en mélange pauvre, par exemple un moteur Diesel d'un véhicule automobile. Ce véhicule io comporte, par ailleurs, soit un moteur électrique qui prend le relais du moteur thermique au dessous d'une vitesse de roulage déterminée, soit un agencement permettant d'arrêter ledit moteur thermique lors des arrêts de courte durée du véhicule, par exemple devant un feu rouge. 15 La ligne d'échappement de ce moteur comporte un conduit d'échappement 2 dans lequel sont installés différents agencements de dépollution placés dans le trajet des gaz d'échappement afin de traiter les différents composants de ceux-ci. 20 Les gaz circulent dans le sens des flèches pleines et, d'amont en aval de leur flux, on trouve un catalyseur d'oxydation 3 qui traite les hydrocarbures imbrûlés HC et le monoxyde de carbone CO suivi d'un filtre à particules 4. Par ailleurs, un dispositif permet l'introduction de carburant 25 dans le conduit d'échappement lors des phases de régénération du filtre à particules. Ce dispositif comprend, généralement, une pompe (non représentée) qui envoie dans un dispositif d'injection 5 le carburant qu'elle prélève, soit dans le réservoir de carburant 30 du véhicule soit un plus en aval sur la ligne à carburant soit sur le retour de carburant qui va au réservoir. Ce dispositif a été schématiquement représenté sous forme de conduit, mais il pourrait également s'agir d'un injecteur directement placé dans le conduit d'échappement. Le carburant peut être introduit sous forme liquide ou sous forme gazeuse. Le dispositif d'injection 5 débouche dans le conduit d'échappement en amont du catalyseur 3 de sorte que celui-ci reçoit, au cours des phases de régénération du filtre à particules, une dose supplémentaire de carburant. On conçoit que, lorsque le moteur thermique est coupé, aucun flux d'air ne circule plus dans la ligne d'échappement et la température de celle-ci va baisser. Dans un scénario de io roulage urbain, par exemple, où ces arrêts sont fréquents, le fonctionnement de la dépollution risque d'être fortement perturbé, en particulier la régénération du filtre à particules car les températures requises ne pourront pas être atteintes. Selon l'invention, on reproduit donc artificiellement une 15 circulation de flux gazeux chaud dans la ligne d'échappement pour simuler le flux de gaz d'échappement en provenance du moteur thermique 1. Ensuite, on introduit dans ce flux du carburant, de préférence sous forme gazeuse, afin de créer ou maintenir un exotherme au niveau du catalyseur et continuer 20 ainsi une régénération amorcée avant la coupure du moteur thermique. Dans ce but, une électrovanne 6 à trois voies est placée dans le conduit d'échappement 2 en aval de la sortie moteur et en amont du dispositif d'injection de carburant 5. L'entrée E1 de 25 cette électrovanne est branchée sur le collecteur d'échappement du moteur 1 et sa seconde entrée E2 est connectée à une conduite 7 reliée à la sortie d'une pompe à air 8 tandis que sa sortie S débouche dans le conduit d'échappement en amont du catalyseur 3. 30 L'électrovanne est pilotée par le calculateur de contrôle moteur (non représenté). La pompe à air 8 prélève de l'air ambiant suffisamment chaud, par exemple dans une zone chaude du compartiment moteur afin de l'insuffler dans le conduit d'échappement 2 à la température la plus élevée possible. Lorsque le véhicule est dans un mode de roulage dans lequel son moteur thermique fonctionne, le calculateur de contrôle moteur maintient la pompe à air 8 arrêtée et pilote la vanne 6 dans une position telle que son entrée E1 est ouverte et son entrée E2 fermée. Ainsi l'air provenant du moteur est autorisé à circuler dans la ligne d'échappement mais ne peut pas remonter vers la pompe à air. Ce trajet est matérialisé par les io flèches pleines sur la figure. Lorsque le véhicule passe dans un mode de roulage dans lequel le moteur thermique est arrêté alors qu'une régénération du filtre à particule est en cours, le calculateur moteur active la pompe à air 8 et commande la fermeture de 15 l'entrée E1 de l'électrovanne 6 et l'ouverture de son entrée E2. L'air provenant de la pompe à air est insufflé dans le conduit d'échappement 2 en direction du catalyseur 3 et du filtre à particules 4, selon le trajet matérialisé par les flèches en pointillées. La fermeture de l'entrée E1 empêche l'air 20 provenant de la pompe de remonter dans le moteur. Dans le même temps, le calculateur de contrôle moteur active ou continu d'activer le dispositif d'injection de carburant 5 qui injecte dans le conduit d'échappement 2 une quantité prédéfinie de carburant, de préférence sous forme gazeuse. 25 Un flux d'air circule donc de nouveau dans la ligne d'échappement. Ce flux d'air ainsi recréé permet de conserver la fonction d'injection de gazole à l'échappement et donc de lui ajouter la quantité de gazole nécessaire pour créer ou maintenir un exotherme au niveau du catalyseur et continuer 30 ainsi la régénération débutée avant la coupure du moteur thermique. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté. C'est ainsi, par exemple, que la conduite 7 peut comporter un dispositif permettant de régler et/ou de mesurer la quantité d'air injecté par la pompe 8. Dans ce cas, le calculateur de contrôle moteur peut ajuster la quantité de carburant introduite par le dispositif d'injection 5 à la quantité d'air mesurée et/ou réglée. En variante et inversement, on peut envisager de régler la quantité d'air admise dans le conduit d'échappement en fonction de la quantité de carburant injectée dans ledit lo conduit. On peut encore envisager d'intégrer au moyens d'insufflation d'air un moyen de chauffage de cet air afin de mieux régler la température dans le conduit d'échappement. L'invention permet donc d'obtenir une régénération complète 15 d'un filtre à particules même en cas d'arrêt du moteur thermique d'un véhicule autorisant les arrêts dudit moteur dans certaines conditions de roulage. REVENDICATIONS 1. Stratégie de régénération d'un filtre à particules (4) installé dans le conduit d'échappement (2) d'un véhicule automobile équipé d'un moteur (1) à combustion interne fonctionnant en mélange pauvre dans lequel ledit moteur est arrêté dans certaines phases de roulage, ladite ligne d'échappement comportant un catalyseur (3), en amont du filtre à particules (4) et un dispositif d'injection de carburant (5) en amont du catalyseur, io caractérisée en ce que lors d'un arrêt du moteur (1), on vérifie si une régénération du filtre à particules (4) est en cours et, dans ce cas, on insuffle de l'air chaud dans le conduit d'échappement (2), en amont du dispositif (5) d'injection de carburant pour reproduire une circulation de flux gazeux, puis 15 on introduit dans ce flux du carburant afin de créer ou maintenir un exotherme au niveau du catalyseur (3). 2. Stratégie selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'air est prélevé dans une zone chaude du compartiment moteur. 20 3. Stratégie selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la quantité de carburant injectée dans le conduit d'échappement (2) est régulée en fonction de la quantité d'air admise dans ledit conduit. 4. Stratégie selon la revendication 1 ou 2, 25 caractérisée en ce que la quantité d'air admise dans le conduit d'échappement (2) est régulée en fonction de la quantité de carburant injectée dans ledit conduit. 5. Stratégie selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'on injecte le carburant sous forme 30 gazeuse.l0 6. Système de régénération d'un filtre à particules (4) installé dans le conduit d'échappement (2) d'un véhicule automobile équipé d'un moteur (1) à combustion interne fonctionnant en mélange pauvre dans lequel ledit moteur est arrêté dans certaines phases de roulage, ladite ligne d'échappement comportant un catalyseur (3), en amont du filtre à particules (4) et un dispositif d'injection de carburant (5) en amont du catalyseur, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (6, 7, 8) pour io insuffler de l'air chaud dans le conduit d'échappement (2), en amont du dispositif (5) dans les phases d'arrêt du moteur (1), lorsqu'une régénération du filtre à particules (4) est en cours. 7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens d'insufflation d'air chaud 15 comportent une électrovanne (6) à trois voies, placée dans le conduit d'échappement (2) en amont du dispositif d'injection de carburant (5), dont l'une des entrée (E2) est connectée à une conduite (7) reliée à la sortie d'une pompe à air (8). 8. Système selon la revendication 7, 20 caractérisé en ce que, lorsque le véhicule est dans un mode de roulage dans lequel son moteur (1) fonctionne, la pompe à air (8) est arrêtée et la vanne (6) est dans une position telle que son entrée (E1) branchée sur la sortie du moteur, est ouverte et son entrée (E2) fermée. 25 9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que, lorsque le véhicule passe dans un mode de roulage dans lequel le moteur (1) est arrêté alors qu'une régénération du filtre à particule est en cours, la pompe à air (8) est activée, l'entrée (E1) de l'électrovanne (6) 30 est fermée et son entrée (E2) ouverte. 10. Système selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le dispositif (5) injecte le carburant sous forme gazeuse. 11. Système selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que la pompe à air (8) prélève l'air dans une zone chaude du compartiment moteur. 12. Système selon l'une des revendications 7 à 11 , caractérisé en ce que la conduite (7) comporte un dispositif permettant de régler et/ou de mesurer la quantité d'air injecté par la pompe (8). 13. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que la quantité de carburant introduite par le io dispositif d'injection (5) est ajustée en fonction de la quantité d'air insufflé mesurée et/ou réglée. 14. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que la quantité d'air admise dans le conduit d'échappement (2) est ajustée en fonction de la quantité de 15 carburant injectée dans ledit conduit. 15. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'insufflation d'air chaud comportent des moyens de chauffage de cet air.