Brevet FR2931514A3 — publié le 20091127

REN089FR / PJ8951 - dépôt DA 1 L'invention concerne un procédé de régénération d'un dispositif de post-traitement de gaz d'échappement émis par un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. Elle concerne aussi un groupe motopropulseur équipé d'un dispositif de post-traitement et un véhicule automobile en tant que tels mettant en oeuvre un tel procédé de régénération du dispositif de post-traitement. L'invention est particulièrement adaptée aux véhicules automobiles équipés d'un moteur diesel et utilisant une double suralimentation. Les moteurs à combustion interne, et plus particulièrement les moteurs de type diesel, rejettent dans l'atmosphère des particules polluantes dont il convient de diminuer la quantité massique. Ces particules, qui sont constituées de suies produites lors d'une combustion imparfaite dans le moteur, peuvent être piégées dans les gaz d'échappement par l'implantation d'un filtre à particules disposé dans la ligne d'échappement en aval des chambres de combustion du moteur. Un tel filtre est conçu de façon à pouvoir retenir les particules se trouvant dans les gaz d'échappement, qui traversent le filtre. Au fur et à mesure de l'utilisation du moteur, les particules s'accumulent dans le filtre et finissent par entraîner une contre-pression importante à l'échappement du moteur, ainsi qu'une augmentation de la pression différentielle aux bornes du filtre à particules, ce qui diminue considérablement les performances du moteur. Afin de rétablir les performances du moteur, on pratique une régénération du filtre à particules par combustion des particules qui s'y sont accumulées. Cette opération de combustion est rendue possible par une élévation de la température interne du filtre à particules par augmentation de la thermique des gaz d'échappement. Pour ce faire, on procède généralement à une injection retardée de carburant dans les chambres de REN089FR / PJ8951 - dépôt DA 2 combustion du moteur. On peut en particulier injecter du carburant juste après le point mort haut lors de la phase de détente, ce qui a pour effet d'augmenter la température des gaz à l'échappement. En variante, il est également possible de prévoir une ou plusieurs injections tardives, c'est-à- dire nettement après le point mort haut ou une introduction de carburant directement dans la ligne d'échappement via l'utilisation d'un cinquième injecteur ou d'un vaporisateur à l'échappement. Le carburant ainsi injecté ne brûle pas dans la chambre de combustion du moteur, mais, par exemple, dans un dispositif catalytique également prévu dans la ligne d'échappement, augmentant ainsi la température des gaz traversant ensuite le filtre à particules. Le filtre à particules est en effet généralement associé à un dispositif catalyseur monté en amont du filtre, de façon à diminuer les émissions polluantes. Le dispositif catalytique peut être intégré dans le filtre à particules lui-même, qui peut alors comprendre un matériau catalytique, tel que du platine. Les hydrocarbures imbrûlés et l'oxyde de carbone provenant des injections retardées et des injections tardives dans les chambres de combustion peuvent s'oxyder sur le matériau catalytique en augmentant la température au sein du filtre à particules. Classiquement, les filtres à particules fonctionnent donc de manière périodique, en deux phases. Lors d'une première phase, le filtre stocke des particules émises par le moteur, et lors d'une deuxième phase, les particules stockées dans le filtre sont brûlées afin de régénérer le filtre. La régénération du filtre à particules peut être faite périodiquement au cours de phases de régénération, dès que la masse de particules dans le filtre devient trop importante. Les phases de régénération s'effectuent lorsque le moteur fonctionne, sans que le conducteur du véhicule en ait conscience. REN089FR / PJ8951 - dépôt DA 3 D'autres dispositifs de post-traitement des gaz d'échappement, installés sur la voie d'échappement d'un véhicule automobile, comme un dispositif pour piéger les oxydes d'azote généralement appelé Nox-trap, fonctionnent de manière similaire au filtre à particules, nécessitant aussi des phases de régénération durant lesquelles des modes de combustion spécifiques du moteur sont mis en oeuvre afin de garantir des niveaux de thermique et/ou de richesse nécessaires pour éliminer des éléments polluants piégés dans ces dispositifs de post-traitement. Les solutions de régénération de l'état de la technique basées sur des injections supplémentaires de carburant pour atteindre les conditions thermiques nécessaires pour une régénération sont particulièrement coûteuses car elles nécessitent un pilotage particulier. De plus, elles sont encombrantes. Ainsi, un objet général de l'invention est de proposer une autre solution de gestion de la régénération d'un dispositif de post-traitement de gaz d'échappement d'un véhicule automobile. A cet effet, l'invention repose sur un procédé de régénération d'un dispositif de post-traitement de gaz d'échappement émis par un moteur interne d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'utilisation d'un turbo compresseur pour acheminer de l'air dans une voie d'échappement en amont du dispositif de post traitement. Le procédé peut comprendre l'étape préalable suivante : information sur le fonctionnement du moteur pour savoir si le turbo compresseur n'est pas utilisé par le moteur.30 REN089FR / PJ8951 - dépôt DA 4 Selon ce procédé, le moteur peut ne pas utiliser le turbo compresseur à faible régime et faible charge. De plus, il peut comprendre le pilotage d'une vanne pour ouvrir ou non une voie d'acheminement d'air depuis le compresseur du turbo compresseur vers la voie d'échappement pour permettre d'acheminer de l'air vers la voie d'échappement en amont du dispositif de post traitement sans passer par le moteur. Pour cela, il peut comprendre le pilotage et la fermeture d'une vanne positionnée sur une voie de by-pass de la turbine du turbo compresseur de sorte d'orienter les gaz d'échappement à travers cette turbine. De plus, le procédé peut comprendre une phase d'injection parallèle 15 retardée de sorte d'augmenter la quantité d'hydrocarbures (HC) présents dans les gaz d'échappement. Il peut aussi comprendre l'admission d'air dans le moteur par un second turbo compresseur de plus haute pression. 20 L'invention porte aussi sur un groupe motopropulseur pour véhicule automobile, comprenant un moteur alimenté en air guidé par une conduite d'admission et traversant un compresseur d'un turbo compresseur avant d'atteindre le moteur, une conduite d'échappement pour conduire les gaz 25 d'échappement vers au moins un dispositif de post-traitement, caractérisé en ce qu'il comprend une voie d'acheminement d'air depuis le compresseur du turbo compresseur vers la conduite d'échappement en amont du dispositif de post-traitement. REN089FR / PJ8951 - dépôt DA 5 Le Groupe motopropulseur peut de plus comprendre une vanne sur la voie d'acheminement d'air, pilotée par une unité de commande électronique (ECU) de sorte de mettre en oeuvre le procédé de régénération tel que décrit précédemment. La voie d'acheminement d'air peut comprendre un compresseur mécanique ou électrique. Le Groupe motopropulseur peut en outre être à double suralimentation et 10 comprendre un autre turbo compresseur haute pression alors que le turbo compresseur relié par la voie d'acheminement d'air depuis le compresseur du turbo compresseur vers la conduite d'échappement est un turbo compresseur basse pression. 15 L'invention porte aussi sur un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend un groupe motopropulseur tel que décrit précédemment. Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'un mode d'exécution 20 particulier fait à titre non-limitatif en relation avec l'unique figure jointe qui représente schématiquement un groupe motopropulseur équipé d'un dispositif anti-pollution selon un mode d'exécution de l'invention. Une implémentation avantageuse de l'invention concerne un groupe 25 motopropulseur à double suralimentation, comprenant un premier turbocompresseur haute pression (HP) pour les bas régimes et un second turbocompresseur basse pression (BP) pour les hauts régimes, et comprenant au moins un dispositif de post-traitement de gaz d'échappement. 30 REN089FR / PJ8951 - dépôt DA 6 La figure 1 illustre schématiquement un tel groupe motopropulseur selon l'invention. Ce dispositif comprend un moteur 1, alimenté en air arrivant par une entrée d'air 2. L'air frais entrant traverse un filtre à air 3 puis est ensuite guidé par une conduite d'admission 4 vers le compresseur d'un premier turbo compresseur 5 dit basse pression (BP), puis après traversée d'un premier échangeur basse pression 6 vers le compresseur d'un second turbo compresseur 7 dit haute pression (HP) ou à travers une voie de by-pass 8 de ce second turbocompresseur. Ensuite, l'air traverse un échangeur haute pression 9 avant d'atteindre le moteur 1. En sortie du moteur, les gaz d'échappement sont conduits par une conduite d'échappement 10, et à travers un passage dans la turbine haute pression du second turbo compresseur 7 ou dans une voie de by-pass 11, puis de même à travers un passage dans la turbine basse pression du premier turbo compresseur 5 ou dans une voie de by-pass 12 selon la position d'une vanne de décharge 21 dite waste gate basse pression. Ensuite, les gaz d'échappement traversent un ou plusieurs dispositifs de post-traitement 13, comme un catalyseur ou un filtre à particules. Le dispositif est de plus équipé d'un système de recirculation EGR haute pression, qui consiste en une recirculation 14 d'une partie des gaz d'échappement récupérés vers la sortie du moteur 1 et réinjectés en entrée du moteur, après traversée d'un refroidisseur 15 ou d'une voie de by-pass. Une vanne EGR 16 permet de réguler la quantité de gaz haute pression à recirculer. Enfin, le dispositif est équipé d'une voie 17 d'acheminement d'air frais en amont du dispositif de post traitement 13 sur la voie d'échappement 10, après traversée d'un compresseur mécanique ou électrique 18. L'air frais acheminé ainsi est régulé par une vanne pilotée 19. Le dispositif comprend de plus une unité de commande électronique 30 (ECU) 20, composée d'éléments matériel (hardware) et/ou logiciel REN089FR / PJ8951 - dépôt DA 7 (software), qui se présente généralement sous la forme d'un ordinateur de bord. Cette unité ECU reçoit des données de différents capteurs, non représentés, comme par exemple un capteur de température pour mesurer la température des gaz d'échappement, une sonde à oxygène qui mesure la quantité d'oxygène dans les gaz d'échappement, un capteur de température disposé en entrée du filtre à particules de sorte de mesurer la température des gaz d'échappement au niveau de ce filtre, un capteur de pression différentielle monté aux bornes du filtre à particules. A partir de ces données et/ou de modèles mémorisés, l'unité ECU met en oeuvre un procédé de gestion du groupe motopropulseur et notamment de gestion de la régénération du dispositif de post-traitement 13. Elle pilote aussi les différentes vannes et injecteurs. Le concept de l'invention est d'utiliser le turbo compresseur non exploité pour injecter de l'air en amont du dispositif de post traitement lors d'une phase de régénération, de manière combinée avec l'arrivée de gaz comprenant des hydrocarbures (HC), afin d'obtenir une augmentation de la température au niveau du dispositif de post traitement favorable à sa régénération. Avec cette approche, l'invention permet la mise en oeuvre de la régénération du dispositif de post traitement dans toutes les conditions de fonctionnement du groupe motopropulseur. Ce dernier peut en effet se trouver dans une phase haut ou bas régime, à forte ou faible charge. La régénération est facile dans les conditions de fonctionnement à forte charge car la température des gaz d'échappement est naturellement élevée. En revanche, à faible charge, cette température est souvent trop basse pour initier la régénération. La situation est particulièrement critique à faible régime du moteur : dans une telle situation, seul le turbo compresseur haute pression 7 est actif. Ainsi, le concept de l'invention REN089FR / PJ8951 - dépôt DA 8 permet de remédier à cette situation en utilisant le turbo compresseur basse pression 5, non utilisé pour sa fonction première d'alimentation en air du moteur, pour apporter de l'air en amont du dispositif de post-traitement 13 sur la voie d'échappement 10, comme expliqué ci-dessus. Pour cela, la vanne pilotée 19 est ouverte pour acheminer l'air via un compresseur mécanique ou électrique 18 en série du turbo compresseur et en amont du post-traitement 13, dont la fonction est d'aider le turbo compresseur. En variante, il est possible de se passer de ce compresseur 18 en série. Ainsi, le turbo compresseur basse pression 5 remplit une seconde fonction d'acheminement d'air dans la voie d'échappement lors d'une phase de régénération d'un dispositif de post traitement. Ainsi, le procédé de régénération selon le mode d'exécution de l'invention comprend les étapes suivantes : Evaluation de la quantité d'éléments polluants stockés dans le dispositif de post-traitement, par exemple par une information de pression en amont et en aval du dispositif de post-traitement, pour décider si la régénération est nécessaire ; Information sur le régime et la charge du groupe motopropulseur pour savoir si le turbo compresseur BP n'est pas exploité. si la régénération est nécessaire et si le point de fonctionnement sur lequel le moteur se trouve correspond à une zone de non exploitation du turbo compresseur BP (pour un régime inférieur à 2000-3000 tr/min et une charge faible ou moyenne, inférieure à 6 bar environ û le critère de la charge dépend du niveau de la température avant turbine TAVT atteint en fonctionnement normal) : o ouverture de la vanne 19 pour acheminer de l'air en amont du dispositif de post traitement à l'aide du turbo compresseur BP ; pour cela, la vanne 21 est fermée pour obtenir le travail du compresseur basse pression ; REN089FR / PJ8951 - dépôt DA 9 o en parallèle, choix d'une injection adaptée pour générer des hydrocarbures (HC) dans les gaz d'échappement, destinés à réagir avec l'air frais ajouté dans la voie d'échappement. Finalement, il convient de mettre en oeuvre l'étape essentielle suivante pour le procédé de régénération selon le concept de l'invention : -utilisation du turbo compresseur (5) pour acheminer de l'air dans la voie d'échappement (10) en amont du dispositif de post traitement (13). L'obtention des éléments HC dans les gaz d'échappement peut se faire par une ou plusieurs injection(s) très tardive(s), au delà du Point Mort Haut, à une pression réduite à moins de 1000 bars. Ce type de stratégie conduit à une forte augmentation des FiC. En variante, toute autre solution conduisant de manière équivalente au même résultat pourrait être implémentée. REN089FR / PJ8951 - dépôt DA 10 Revendications1. Procédé de régénération d'un dispositif de Revendications1. Procédé de régénération d'un dispositif de post-traitement (13) de gaz d'échappement émis par un moteur interne d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'utilisation d'un turbo compresseur (5) pour acheminer de l'air dans une voie d'échappement (10) en amont du dispositif de post traitement (13). 2. Procédé de régénération d'un dispositif de post-traitement (13) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape préalable suivante : information sur le fonctionnement du moteur (1) pour savoir si le turbo compresseur (5) n'est pas utilisé par le moteur (1). 3. Procédé de régénération d'un dispositif de post-traitement (13) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moteur (1) n'utilise pas le turbo compresseur (5) à faible régime et faible charge. 4. Procédé de régénération d'un dispositif de post-traitement (13) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend le pilotage d'une vanne (19) pour ouvrir ou non une voie d'acheminement (17) d'air depuis le compresseur du turbo compresseur (5) vers la voie d'échappement (10) pour permettre d'acheminer de l'air vers la voie d'échappement (10) en amont du dispositif de post traitement (13) sans passer par le moteur (1). 5. Procédé de régénération d'un dispositif de post-traitement (13) selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comprend le pilotage et la fermeture d'une vanne (21) positionnée sur une voie de by-pass (12) de la turbine du turbo compresseur de sorte d'orienter les gaz d'échappement à travers cette turbine.REN089FR / PJ8951 - dépôt DA 11 6. Procédé de régénération d'un dispositif de post-traitement (13) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend une phase d'injection parallèle retardée de sorte d'augmenter la quantité d'hydrocarbures (HC) présents dans les gaz d'échappement. 7. Procédé de régénération d'un dispositif de post-traitement (13) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend l'admission d'air dans le moteur (1) par un second turbo compresseur (7) de plus haute pression. 8. Groupe motopropulseur pour véhicule automobile, comprenant un moteur (1) alimenté en air guidé par une conduite d'admission (4) et traversant un compresseur d'un turbo compresseur (5) avant d'atteindre le moteur (1), une conduite d'échappement (10) pour conduire les gaz d'échappement vers au moins un dispositif de post-traitement (13), caractérisé en ce qu'il comprend une voie d'acheminement d'air (17) depuis le compresseur du turbo compresseur (5) vers la conduite d'échappement (10) en amont du dispositif de post-traitement (13). 9. Groupe motopropulseur pour véhicule automobile selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend une vanne (19) sur la voie d'acheminement d'air (17), pilotée par une unité de commande électronique (ECU) (20) de sorte de mettre en oeuvre le procédé de régénération selon l'une des revendications 1 à 7. 10. Groupe motopropulseur pour véhicule automobile selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que la voie d'acheminement d'air (17) comprend un compresseur mécanique ou électrique (18).30REN089FR / PJ8951 - dépôt DA 12 11. Groupe motopropulseur pour véhicule automobile selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'il est à double suralimentation et comprend un autre turbo compresseur (7) haute pression alors que le turbo compresseur (5) relié par la voie d'acheminement d'air (17) depuis le compresseur du turbo compresseur (5) vers la conduite d'échappement (10) est un turbo compresseur basse pression. 12. Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend un groupe motopropulseur selon l'une des revendications 8 à 11. 15