Brevet FR2949818A1 — publié le 20110311

DISPOSITIF DE TRAITEMENT DE GAZ D'ECHAPPEMENT, LIGNE 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 moteurs 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 US-A-2008 0264038 décrit un système de traitement des gaz d'échappement. Le système comprend un filtre à particules. Une boucle de recirculation basse pression prélève des gaz d'échappement en aval du filtre à particules et dirige les gaz d'échappement vers l'admission d'un moteur. La boucle comprend un refroidisseur des gaz d'échappement et un filtre de débris. En cas de régénération, les gaz passent par le refroidisseur. [0008] Le document JP-A-2008 184925 présente un moteur avec une boucle de recirculation basse pression. Lors de la régénération de l'un ou de l'autre d'éléments de dépollution de la ligne d'échappement, des volets pilotés ferment sélectivement la ligne d'échappement contenant l'un ou l'autre des éléments de dépollution. [0009] Toutefois, ces dispositifs ne permettent pas de protéger efficacement la boucle de recirculation tout en assurant un bon traitement des particules. [0010 Pour cela, l'invention propose un dispositif de traitement de gaz d'échappement comprenant un filtre à particules, un premier piquage en amont du filtre à particules, un deuxième piquage en aval du filtre à particules et un filtre additionnel dans un conduit reliant les piquages, caractérisé en ce que le dispositif comprend une première voie de communication à travers le filtre additionnel par l'intermédiaire du premier piquage dans un mode de régénération des filtres, et en ce que le dispositif comprend une deuxième voie de communication à travers le filtre additionnel par l'intermédiaire du deuxième piquage dans un mode de recirculation des gaz d'échappement. [0011] Dans une variante, le dispositif comprend en outre un piquage de recirculation des gaz d'échappement entre le filtre additionnel et le premier piquage. [0012] Dans une variante, dans le mode de recirculation, le piquage de recirculation est ouvert et le premier piquage est fermé. [0013] Dans une variante, dans le mode de régénération, le piquage de recirculation est fermé et le premier piquage est ouvert. [0014] Dans une variante, le dispositif comprend en outre un organe de fermeture sélective du premier piquage ou du piquage de recirculation. Avantageusement, cet organe de fermeture est une vanne trois voies ou un volet by-pass. [0015] Dans une variante, le dispositif comprend en outre un catalyseur en amont du filtre à particules et du premier piquage. [0016] Dans une variante, le dispositif comprend en outre une enveloppe contenant le filtre à particules, le conduit contenant le filtre additionnel s'étendant entre le premier piquage et le deuxième piquage pratiqués sur l'enveloppe. [0017] La présente invention a également pour objet une ligne d'échappement, caractérisée en ce qu'elle comprend le dispositif de traitement tel que défini précédemment et une boucle de recirculation des gaz d'échappement pour renvoyer une partie des gaz d'échappement vers l'admission du moteur, cette boucle étant reliée à un piquage de recirculation des gaz d'échappement du dispositif de traitement. [0018] Dans une variante, la boucle de recirculation est une boucle de recirculation basse pression. [0019] La présente invention a également pour objet un procédé de contrôle d'un dispositif de traitement de gaz d'échappement tel que défini précédemment, caractérisé en ce qu'il comprend le contrôle du fonctionnement du dispositif dans un mode de régénération des filtres dans lequel les premier et deuxième piquages sont ouverts et les gaz d'échappement sont dirigés vers la sortie du dispositif de traitement des gaz d'échappement au travers des filtres, ou dans un mode de recirculation des gaz d'échappement dans lequel le premier piquage est fermé et un piquage de recirculation est ouvert, une partie des gaz d'échappement étant dirigés vers le piquage de recirculation au travers du deuxième piquage et du filtre additionnel. [0020] Dans une variante, une unité de contrôle pilote un organe de fermeture entre plusieurs positions, dont une position correspondant au mode de régénération dans lequel le premier piquage est ouvert et dans lequel le piquage de recirculation est fermé et une position correspondant au mode de recirculation dans lequel le premier piquage est fermé et dans lequel le piquage de recirculation est ouvert. [0021] 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. [0022] L'invention se rapporte à un dispositif de traitement de gaz d'échappement comprenant un filtre à particules, un premier piquage en amont du filtre à particules et un deuxième piquage en amont du filtre à particules. Le dispositif comprend en outre un filtre additionnel dans un conduit reliant les piquages. Le dispositif comprend une première voie de communication à travers le filtre additionnel par l'intermédiaire du premier piquage dans un mode de régénération des filtres et une deuxième voie de communication à travers le filtre additionnel par l'intermédiaire du deuxième piquage dans un mode de recirculation des gaz d'échappement. Le dispositif permet de filtrer les gaz d'échappement avant la recirculation dans une boucle de recirculation et de faire bénéficier le filtre additionnel d'une stratégie de régénération du filtre à particules. Ceci permet de protéger la boucle de recirculation tout assurant un bon traitement des particules stockées sur le filtre additionnel. En outre, le dispositif ne nécessite pas de modification fondamentale sur les architectures d'éléments de dépollution existants. [0023] 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. [0024] 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. [0025] 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. [0026] Le dispositif 16 comprend un premier piquage 21 en amont du filtre à particules 20 et un deuxième piquage 23 en aval du filtre à particules 20. Un conduit 60 relie le premier piquage 21 et le deuxième piquage 23. Le dispositif 16 comprend en outre un piquage 22 de recirculation dans le conduit 60. La boucle 18 est reliée au conduit 60 par l'intermédiaire du piquage 22. Le dispositif 16 peut comporter une enveloppe 26 ou � canning � en anglais dans lequel est le filtre à particules 20. 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. Les piquages 21 et 23 sont pratiqués sur l'enveloppe 26. Le conduit 60 est une dérivation par rapport à l'écoulement des gaz. [0027] Le dispositif 16 comprend en outre un filtre 24 additionnel dans le conduit 60. Le filtre 24 additionnel est en parallèle du filtre à particules 20. Le filtre 24 additionnel est entre d'une part le deuxième piquage 23 et d'autre part le premier piquage 21 et le piquage 22 de recirculation. Le filtre 24 additionnel permet de filtrer les gaz d'échappement prélevés en sortie du filtre à particules 20 pour la recirculation. Ceci permet de limiter la pollution de la boucle 18 de recirculation. 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. [0028] 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 de 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. [0029] Une première voie de communication à travers le filtre additionnel 24 est définie, par l'intermédiaire du premier piquage 21. Un flux de gaz peut circuler depuis l'entrée 28, à travers le premier piquage 21, le filtre additionnel 24 et le deuxième piquage 23 puis est évacué à travers la sortie 30. La première voie de communication permet un écoulement des gaz dans le conduit 60 dans le même sens que dans l'enveloppe 26. [ooso] Egalement, une deuxième voie de communication à travers le filtre additionnel 24 est définie, par l'intermédiaire du deuxième piquage 23. En sortie du filtre à particules 20, un flux de gaz peut circuler depuis le deuxième piquage 23, à travers le filtre additionnel 24 et le piquage 22 de recirculation puis est évacué dans la boucle 18 de recirculation. La deuxième voie de communication permet un écoulement des gaz dans le conduit 60 dans le sens opposé à celui dans l'enveloppe 26. [0031] Le dispositif 16 peut être placé dans divers modes de fonctionnement, en faisant circuler les gaz selon l'une ou l'autre des voies de communication. Dans un mode de recirculation des gaz d'échappement, les gaz sont circulés selon la deuxième voie de communication. En sortie du filtre à particules 20, une partie des gaz sont dérivés vers le piquage 22 de recirculation à travers le filtre 24 additionnel. Dans ce mode de fonctionnement, le filtre 24 additionnnel permet de protéger la boucle 18 de recirculation (et notamment un turbocompresseur à l'admission du moteur). Dans un mode de régénération, les filtres 20, 24 sont régénérés. Un flux de gaz est circulé selon la première voie de communication. En amont du filtre à particules 20, une partie des gaz sont dérivés vers le filtre 24 additionnel à travers le premier piquage 21 et évacués du dispositif 16 à travers le deuxième piquage 23 vers la sortie 30. Ceci 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. [0032] Le dispositif 16 peut comporter un organe 36 de fermeture sélective du premier piquage 21 ou du piquage 22 de recirculation. L'organe 36 permet d'ouvrir l'une ou l'autres des voies de communication. L'organe 36 peut être un vanne trois voies ou un volet by-pass. L'organe 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). [0033] L'organe 36 peut occuper une position dans laquelle la première voie de communication est ouverte. L'organe 36 ferme alors le piquage 22 de recirculation et ouvre le premier piquage 21. Cette position est représentée sur la figure 3. En amont du filtre à particules 20, une partie des gaz d'échappement sont dérivés vers le filtre 24 puis sont acheminés vers la sortie du dispositif 16. Ceci permet de placer le dispositif 16 dans le mode de régénération des filtres 20, 24. [0034] L'organe 36 peut occuper une position dans laquelle la deuxième voie de communication est ouverte. L'organe 36 ferme alors le premier piquage 21 et ouvre le piquage 22 de recirculation. Cette position est représentée sur la figure 2. En sortie du filtre à particules 20, une partie des gaz d'échappement sont dérivés 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. [0035] L'organe 36 peut être piloté par une unité de contrôle non représentée. L'unité positionne alors l'organe 36 dans la position correspondant au mode de fonctionnement du dispositif 16. [0036] 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. [0037] 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 à particules (20), un premier piquage (21) en amont du filtre à particules (20), un deuxième piquage (23) en aval du filtre à particules (20) et un filtre additionnel (24) dans un conduit (60) reliant les piquages, caractérisé en ce que le dispositif (16) comprend une première voie de communication à travers le filtre additionnel (24) par l'intermédiaire du premier piquage (21) dans un mode de régénération des filtres, et en ce que le dispositif (16) comprend une deuxième voie de communication à travers le filtre additionnel (24) par l'intermédiaire du deuxième piquage (23) dans un mode de recirculation des gaz d'échappement. 2. Le dispositif (16) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un piquage de recirculation (22) des gaz d'échappement entre le filtre additionnel (24) et le premier piquage (21). 3. Le dispositif (16) selon la revendication 2, caractérisé en ce que, dans le mode de recirculation, le piquage de recirculation (22) est ouvert et le premier piquage (21) est fermé. 4. Le dispositif (16) selon la revendication 2, caractérisé en ce que, dans le mode de régénération, le piquage de recirculation (22) est fermé et le premier piquage (21) est ouvert. 5. Le dispositif (16) selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un organe (36) de fermeture sélective du premier piquage (21) ou du piquage de recirculation (22). 6. Le dispositif (16) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un catalyseur en amont du filtre à particules (20) et du premier piquage (21). 7. Le dispositif (16) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une enveloppe (26) contenant le filtre à particules (20), leconduit contenant le filtre additionnel (24) s'étendant entre le premier piquage (21) et le deuxième piquage (23) pratiqués sur l'enveloppe. 8. Une ligne (12) d'échappement, caractérisée en ce qu'elle comprend le dispositif (16) de traitement selon l'une des revendications précédentes et une boucle de recirculation (18) reliée à un piquage de recirculation (22) des gaz d'échappement du dispositif (16) de traitement. 9. Un procédé de contrôle d'un dispositif (16) de traitement de gaz d'échappement selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend le contrôle du fonctionnement du dispositif (16) dans un mode de régénération des filtres dans lequel les premier et deuxième piquages (21, 23) sont ouverts et les gaz d'échappement sont dirigés vers la sortie du dispositif (16) de traitement des gaz d'échappement au travers des filtres, ou dans un mode de recirculation des gaz d'échappement dans lequel le premier piquage (21) est fermé et un piquage de recirculation (22) est ouvert, une partie des gaz d'échappement étant dirigés vers le piquage de recirculation (22) au travers du deuxième piquage (23) et du filtre additionnel (24). 10. Le procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'une unité de contrôle pilote un organe (36) de fermeture entre plusieurs positions, dont une position correspondant au mode de régénération dans lequel le premier piquage (21) est ouvert et dans lequel le piquage de recirculation (22) est fermé et une position correspondant au mode de recirculation dans lequel le premier piquage (21) est fermé et dans lequel le piquage de recirculation (22) est ouvert.