Brevet FR2948147A1 — publié le 20110121

DISPOSITIF DE TRAITEMENT DE GAZ D'ECHAPPEMENT ET PROCEDE DE CONTROLE [0001 L'invention porte sur le domaine des moteurs à combustion, et plus précisément sur le domaine du recyclage des gaz d'un moteur à l'admission (EGR), en particulier dans un circuit dit basse pression, et au traitement des gaz recyclés. [0002 Dans un moteur à combustion, il est connu de réintroduire une partie des gaz d'échappement à l'admission du moteur. Cette fonction, de recyclage ou recirculation des gaz d'échappement à l'admission, est communément appelée � EGR �, selon l'acronyme pour l'expression anglophone � Exhaust Gas Recirculation �. La fonction EGR permet, notamment sur des moteur Diesel, de réduire les émissions dans l'atmosphère d'oxydes d'azote (NOx), polluants dont les émissions sont réglementées. [0003] Pour les moteurs suralimentés par un turbocompresseur, il existe deux grandes catégories d'architectures permettant de réaliser la fonction EGR : les architectures dites � haute pression � et les architectures dites � basse pression �. Dans les systèmes EGR à haute pression, les gaz d'échappement destinés à être recyclés sont prélevés en amont de la turbine (les notions d'amont et d'aval étant considérées selon le sens d'écoulement des gaz d'échappement dans le circuit d'échappement du moteur) et sont réinjectés en aval du compresseur. C'est actuellement l'architecture la plus communément employée. Dans les systèmes EGR à basse pression, les gaz d'échappement destinés à être recyclés sont prélevés en aval de la turbine et du système de dépollution (en général à la sortie du filtre à particule) et sont réinjectés en amont du compresseur. [0004 La recirculation des gaz d'échappement à basse pression permet une meilleure récupération d'énergie par le turbocompresseur, qui est traversé par l'ensemble du flux des gaz d'échappement, et garantit un meilleur remplissage des cylindres du moteur, car les gaz d'échappement réintroduit à l'admission sont naturellement plus froid que dans le cadre de l'EGR à haute pression. [0005] Cependant, dans une architecture EGR à basse pression, il est nécessaire de disposer un filtre à particules en amont (ou sur la boucle EGR basse pression) du piquage de prélèvement des gaz destinés à être recyclés, dans la mesure ou des particules pourraient endommager ou dégrader le fonctionnement de la turbine en amont de laquelle elles seraient réintroduites. Si les particules sont ainsi supprimées des gaz recyclés lors d'un fonctionnement normal du moteur et de ses moyens de dépollution, une défaillance du filtre à particule pourrait entrainer des défaillances en chaine, notamment au niveau du turbocompresseur. En particulier, si le filtre à particule se fissure, des particules de suies peuvent s'en échapper et passer dans le circuit EGR. En outre, avec le vieillissement du filtre, notamment du fait des importantes contraintes thermiques qu'il subit, un certain nombre de débris, et notamment des particules de silicium, peuvent s'en détacher. [0006] Des solutions ont été proposées pour protéger la boucle de recirculation. [0007] Le document FR-A-2 895 015 décrit un dispositif de traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne comprenant au moins une unité de traitement catalytique et un piquage de recirculation des gaz d'échappement dans une � boucle EGR �. Les gaz sont repartis a l'entrée de ce dispositif entre deux voies de traitement parallèles se réunissant à la sortie de celui-ci vers l'échappement, dont une première voie qui conduit toujours les gaz vers l'échappement et une deuxième voie qui porte le piquage et un clapet d'orientation sélective des gaz en direction de la boucle ou de l'échappement. [0008] Le document WO-A-01 92711 décrit un dispositif dans lequel un filtre spécifique à la ligne de recirculation est agencé en amont d'un filtre à particule dans la même enveloppe (ou � canning � en anglais) que ce dernier. Les gaz sont recirculés dans la boucle de recirculation à contre-courant du sens d'écoulement dans le filtre à particules. [0009] Toutefois, ces dispositifs ne permettent pas de protéger efficacement la boucle de recirculation. [0010 Pour cela, l'invention propose un dispositif de traitement de gaz d'échappement comprenant un filtre à particules caractérisé en ce qu'en sortie du filtre à particules le dispositif comprend en outre un piquage de recirculation des gaz d'échappement, et un filtre additionnel entre le filtre à particules et le piquage de recirculation. [0011] Dans une variante, le filtre additionnel a une section transversalement au sens d'écoulement des gaz qui est inférieure à la section du filtre à particules. [0012] Dans une variante, le filtre comprend plusieurs voies de circulation des gaz en sortie du filtre à particules, une première voie communiquant uniquement vers la sortie du dispositif de traitement et une deuxième voie communiquant vers le filtre additionnel. [0013] Dans une variante, le filtre comprend un clapet mobile entre plusieurs positions, dont une position ouverte dans laquelle la deuxième voie communique uniquement vers la première voie en aval du filtre additionnel et une position fermée dans laquelle la deuxième voie communique uniquement vers le piquage de recirculation en aval du filtre additionnel. [0014] Avantageusement, le filtre est adapté à fonctionner selon un mode de filtration des gaz d'échappement dans lequel le clapet est en position fermée. Par ailleurs, le filtre peut être de plus adapté à fonctionner selon un mode de régénération du filtre à particules et du filtre additionnel dans lequel le clapet est en position ouverte, avec alors de préférence, dans le mode de régénération, le piquage fermé et le clapet en position ouverte. [0015] Dans une variante le clapet est libre ou commandé par un ressort de rappel ou commandé par une unité de contrôle. [0016] Dans une variante, le clapet est en métal. [0017] Dans une variante, le dispositif comprend une enveloppe contenant le filtre à particules et le filtre additionnel. [0018] La présente également a également pour objet une ligne d'échappement caractérisée en ce qu'elle comprend le dispositif décrit précédemment et une boucle de recirculation reliée au piquage de recirculation des gaz d'échappement, cette boucle étant de préférence une boucle de recirculation basse pression. [0019] La présente invention a également pour objet un véhicule comprenant un moteur et une telle ligne d'échappement, la boucle de recirculation étant reliée à l'admission du moteur. [0020] Enfin, la présente invention a également pour objet un procédé de contrôle d'un dispositif de traitement de gaz d'échappement tel que décrit précédemment, ce procédé comprenant le contrôle du fonctionnement du dispositif dans un mode de recirculation des gaz d'échappement dans lequel le piquage de recirculation des gaz d'échappement est ouvert et une partie des gaz d'échappement est dirigée vers le piquage de recirculation au travers des filtres ou - dans un mode de régénération des filtres dans lequel le piquage de recirculation des gaz d'échappement est fermé et les gaz d'échappement sont dirigés vers la sortie du dispositif de traitement des gaz d'échappement au travers des filtres. [0021] Dans une variante, le procédé est mis en oeuvre avec un dispositif comportant un clapet positionné entre plusieurs positions, et en ce que ce clapet est commandé en position ouverte lors du mode de régénération dans lequel les gaz d'échappement sont acheminés uniquement au travers des filtres et en position fermée lors du mode de recirculation dans lequel une partie des gaz est recirculée au travers du filtre additionnel et du piquage de recirculation. [0022] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui montrent : • figure 1, une ligne d'échappement en sortie d'un moteur ; • figures 2 et 3, un exemple de dispositif de traitement des gaz d'échappement. [0023] L'invention se rapporte à un dispositif de traitement de gaz d'échappement comprenant un filtre à particules. En sortie du filtre à particules, le dispositif comprend en outre un piquage de recirculation des gaz d'échappement, et un filtre additionnel de filtration entre le filtre à particules et le piquage de recirculation. Le dispositif permet de filtrer les gaz d'échappement en sortie du filtre à particules. En particulier, le filtre additionnel peut filtrer des particules provenant d'une mauvaise filtration par le filtre à particules (en cas de fissures du filtre à particules par exemple). Le filtre additionnel peut en outre filtrer des particules provenant de l'érosion naturelle du filtre à particules. Ceci permet une meilleure protection de la boucle de recirculation reliée au piquage de recirculation. Enfin, le dispositif ne nécessite pas de modification fondamentale sur les architectures d'éléments de dépollution existants. [0024] La figure 1 montre une ligne 12 d'échappement en sortie d'un moteur 10. Le moteur est par exemple du type Diesel. La ligne 12 est reliée au moteur 10 par l'intermédiaire d'un collecteur 14 d'échappement du moteur. La ligne 12 comprend un dispositif 16 de traitement des gaz d'échappement en circulation dans la ligne 12 d'échappement. La ligne 12 peut comprendre d'autres organes de traitement des gaz d'échappement (en amont ou en aval du dispositif 16) qui ne sont pas représentés sur la figure 1. Le dispositif 16 comprend notamment un filtre à particules qui sera mieux décrit en relation avec les figures 2 et 3. [0025] En outre, la figure 1 montre une boucle 18 de recirculation des gaz d'échappement ou boucle EGR (pour � Exhaust gas re-circulation � en anglais). La boucle 18 permet de recirculer des gaz depuis la ligne 12 vers l'admission du moteur 10. En particulier, la boucle 18 de recirculation est une boucle de recirculation basse pression ou boucle EGR basse pression. La boucle EGR basse pression permet d'accroître le taux de recyclage des gaz d'échappement. Ceci permet de baisser les émissions d'oxydes d'azote. Pour cela, la ligne 18 prélève les gaz d'échappement en sortie du dispositif 16, et en particulier en aval du filtre à particules, et réinjecte les gaz en amont d'un compresseur. [0026] Les figures 2 et 3 montrent le dispositif 16 de traitement des gaz d'échappement. Le dispositif 16 comporte le filtre à particules 20 qui permet de filtrer les suies issues de la combustion du carburant dans le moteur 10. Le filtre à particules 20 peut subir une régénération de sorte à brûler les suies emprisonnées par le filtre à particules 20. En sortie du filtre à particules 20, le dispositif 16 comprend un piquage 22 de recirculation des gaz d'échappement. La boucle 18 est reliée en sortie du dispositif 16 par l'intermédiaire du piquage 22. Le dispositif 16 comprend en outre un filtre 24 additionnel 24 entre le filtre à particules 20 et le piquage 22. Ceci permet de protéger la boucle 18 de recirculation (et notamment un turbocompresseur à l'admission du moteur). En effet, prélever les gaz en sortie du filtre à particules 20 peut poser des problèmes car pendant la durée de vie du filtre à particules, différents phénomènes peuvent se produire. Le filtre à particules 20 peut perdre des particules de Silicium (qui constituent le filtre à particules 20). Le filtre à particules 20 peut également se fissurer, et laisser passer les particules de combustion. Ces deux sources de pollutions peuvent être très dommageables pour le circuit d'admission (et le turbocompresseur notamment) si ces pollutions sont ingérées. Le filtre 24 additionnel permet donc de traiter ces sources de pollution. Ce filtre 24 stocke les particules de combustion et les autres particules. [0027] Le dispositif 16 peut comporter une enveloppe 26 ou � canning � en anglais dans lequel sont réunis les filtres 20 et 24. L'enveloppe 26 peut comporter une entrée 28 et une sortie 30 entre lesquelles s'écoulent les gaz comme indiqué par des flèches sur les figures 2 et 3. En outre, le dispositif 16 peut aussi comporter un catalyseur d'oxydation 25 en amont du filtre à particules 20, dans l'enveloppe 26. Ceci permet de disposer d'un dispositif 16 de traitement qui soit un module unitaire et plus aisé à installer sur la ligne 12. [0028] Le filtre 24 peut être non régénérable. Le filtre 24 stocke alors les particules de combustion et de filtre à particules. Ceci peut être le cas si une stratégie de détection de fissures dans le filtre à particules 20 est utilisée, impliquant un remplacement de celui-ci du filtre 20. Le filtre 24 peut alors être aussi remplacé, ce qui ne nécessite pas de traiter les particules de combustion donc de régénérer. [0029] De préférence, le filtre 24 additionnel peut être un filtre régénérable. Il est possible de régénérer le filtre 24 additionnel pour le débarrasser des particules retenues. Ceci permet d'éviter au filtre d'avoir une capacité stockage importante et permet de ne pas augmenter la perte de charge sous peine de boucher la boucle EGR basse pression. Ce type de filtre régénérable est compatible avec n'importe quelle architecture de boucle EGR basse pression. De même ce concept est compatible avec n'importe quelle architecture de filtre à particules: additivé ou non, filtre à particules sous caisse ou embarqué sur moteur, constitué de silicium ou métallique. Le filtre 24 régénérable étant placé avant le piquage 22 (et en particulier, dans la même enveloppe 26) permet de profiter de la stratégie de régénération du filtre à particules 20 en faisant également passer le flux de régénération à travers le filtre 24 additionnel, pour le régénérer et ainsi brûler les suies. [0030] Le filtre 24 additionnel a de préférence une section transversalement à la direction d'écoulement des gaz dans le dispositif qui est inférieure à la section du filtre à particules 20. En d'autres termes, le filtre 24 intégré dans l'enveloppe 26 ne couvre de préférence qu'une partie de la section de l'enveloppe 26. Ceci permet d'atténuer la perte de charge causée par sa présence en pleine charge. En outre, ceci permet au dispositif 16 de traitement de comporter plusieurs voies 32, 34 de circulation des gaz en sortie du filtre à particules 20. Une première voie 32 communique uniquement vers la sortie 30 du dispositif 16. Les gaz empruntant cette voie 32 en sortie du filtre à particules 20 sont directement acheminés en sortie du dispositif 26. Une deuxième voie 34 communique vers le filtre 24 additionnel. Les gaz empruntant cette voie 34 en sortie du filtre à particules 20 sont acheminés vers le filtre 24 additionnel. La voie 34 permet d'acheminer les gaz d'échappement vers le piquage 22 de recirculation. [0031] Le dispositif 16 peut comporter un clapet 36 mobile entre plusieurs positions. Le clapet 36 permet de cloisonner les voies 32, 34 ou de les faire communiquer. Le clapet 36 peut être en métal pour résister à des hautes températures, notamment celles atteintes en cas de régénération des filtres 20, 24 (1000°C ou plus). [0032] Le clapet 36 peut occuper une position ouverte dans laquelle la deuxième voie 34 de communication communique uniquement vers la première voie 32 de communication en aval du filtre 24 additionnel. Dans cette position, le piquage 22 est fermé. Cette position ouverte est représentée sur la figure 3. En sortie du filtre à particules 20, les gaz d'échappement sont acheminés vers le filtre 24 puis sont acheminés vers la voie 32 en direction de la sortie du dispositif 16. Ceci permet de placer le dispositif 16 dans un mode de régénération des filtres 20, 24. Dans ce mode, le flux de gaz de régénération passe à travers les deux filtres 20, 24 pour brûler les particules emprisonnées sur les filtres sans pour autant s'engager dans la boucle 18 de recirculation. [0033] Le clapet 36 peut occuper une position fermée dans laquelle la deuxième voie 34 de communication communique uniquement vers le piquage 22 de recirculation en aval du filtre 24 additionnel. Dans cette position, le piquage 22 est ouvert. Cette position ouverte est représentée sur la figure 2. En sortie du filtre à particules 20, les gaz d'échappement sont acheminés vers le filtre 24 puis sont acheminés vers le piquage 22 et la boucle 18 de recirculation. Ceci permet de placer le dispositif 16 dans un mode de recirculation des gaz d'échappement. Dans ce mode, le flux de gaz est filtré avant d'être recirculé en direction de l'admission du moteur. [0034] Indépendamment de la position du clapet 36, la voie 32 permet toujours d'évacuer des gaz vers la sortie 30 du dispositif 16. [0035] Le clapet peut être piloté par une unité de contrôle non représentée. L'unité positionne alors le clapet 36 dans la position correspondant au mode de fonctionnement du dispositif 16. Le clapet 36 peut être un volet libre qui n'est pas piloté. Dans le cas de la figure 2, il y a une pression des gaz qui est légèrement moins importante dans la voie 34 que dans la voie 32 du fait de la perte de charge subie par les gaz au travers du filtre 24. Le clapet 36 est donc maintenu fermé, d'autant que les gaz sont évacués vers la boucle 18 au travers du piquage 22. Dans le cas de la figure 3, il y a une pression des gaz qui est légèrement plus importante dans la voie 34 que dans la voie 32 du fait de la fermeture du piquage 22. Le clapet 36 est donc maintenu par les gaz eux-mêmes empruntant la voie 34. On peut en outre prévoir un ressort de rappel du clapet 36 vers l'une des positions, de préférence la position fermée. [0036] L'invention se rapporte aussi à un procédé de contrôle du dispositif 16 permettant de faire fonctionner le dispositif 16 dans l'un des modes de fonctionnement précédemment décrit. REVENDICATIONS1. Un dispositif (16) de traitement de gaz d'échappement comprenant un filtre (20) à particules caractérisé en ce qu'en sortie du filtre (20) à particules le dispositif (16) comprend en outre un piquage (22) de recirculation des gaz d'échappement, et un filtre (24) additionnel entre le filtre (20) à particules et le piquage (22) de recirculation. 2. Le dispositif (16) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filtre (24) additionnel a une section transversalement au sens d'écoulement des gaz qui est inférieure à la section du filtre (20) à particules. 3. Le dispositif (16) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs voies de circulation des gaz en sortie du filtre (20) à particules, une première voie (32) communiquant uniquement vers la sortie du dispositif (16) de traitement et une deuxième voie (34) communiquant vers le filtre (24) additionnel. 4. Le dispositif (16) selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un clapet (36) mobile entre plusieurs positions, dont une position ouverte dans laquelle la deuxième voie (34) communique uniquement vers la première voie (32) en aval du filtre (24) additionnel et une position fermée dans laquelle la deuxième voie (34) communique uniquement vers le piquage (22) de recirculation en aval du filtre (24) additionnel. 5. Le dispositif (16) selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est adapté à fonctionner selon un mode de filtration des gaz d'échappement dans lequel le clapet (36) est en position fermée. 6. Le dispositif (16) selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'il est adapté à fonctionner selon un mode de régénération du filtre (20) à particules et du filtre (24) additionnel dans lequel le clapet (36) est en position ouverte. 7. Une ligne (12) d'échappement caractérisée en ce qu'elle comprend le dispositif (16) selon l'une des revendications 1 à 6 et une boucle (18) de recirculation reliée au piquage (22) de recirculation des gaz d'échappement, de préférence de type boucle de recirculation basse pression. 8. Un véhicule caractérisé en ce qu'il comprend un moteur (10) et une ligne (12) d'échappement du moteur selon la revendication 7, la boucle (18) de recirculation étant reliée à l'admission du moteur. 9. Un procédé de contrôle d'un dispositif (16) de traitement de gaz d'échappement selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend le contrôle du fonctionnement du dispositif (16) - dans un mode de recirculation des gaz d'échappement dans lequel le piquage (22) de recirculation des gaz d'échappement est ouvert et une partie des gaz d'échappement est dirigée vers le piquage (22) de recirculation au travers des filtres ou - dans un mode de régénération des filtres dans lequel le piquage (22) de recirculation des gaz d'échappement est fermé et les gaz d'échappement sont dirigés vers la sortie du dispositif (16) de traitement des gaz d'échappement au travers des filtres. 10. Le procédé selon la revendication 9, caractérisé en qu'il est mis en oeuvre avec un dispositif comportant un clapet (16) positionné entre plusieurs positions, et en ce que ce clapet est commandé en position ouverte lors du mode de régénération dans lequel les gaz d'échappement sont acheminés uniquement au travers des filtres (20, 24) et en position fermée lors du mode de recirculation dans lequel une partie des gaz est recirculée au travers du filtre (24) additionnel et du piquage (22) de recirculation.