FR2789910A1 - Procede de regeneration assistee de filtre a particules par apport de solution contenant des composes hydroxyles - Google Patents

Procede de regeneration assistee de filtre a particules par apport de solution contenant des composes hydroxyles Download PDF

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Abstract

Procédé de régénération d'un filtre à particules (6) placé sur la conduite d'échappement (5) d'un moteur à combustion interne (1). Un apport de solution, contenant des composés possédant au moins une fonction hydroxyle, est effectué en amont du filtre à particules (6) de façon à diminuer la température d'inflammation des particules capturées par le filtre à particules (6).

Description

-I1- Procédé de régénération assistée de filtre à particules par apport de
solution contenant des composés hydroxyles.
La présente invention se rapporte au domaine technique de régénération des filtres à particules. Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de régénération par combustion d'un filtre à particules placé sur la conduite
d'échappement d'un moteur à combustion interne.
Les gaz d'échappement des moteurs Diesel contiennent des 0o particules solides qu'il est souhaitable de retenir dans des filtres, de façon à
réduire la pollution.
Ces filtres ont tendance à s'obstruer à cause de l'accumulation des particules filtrées. Le colmatage progressif des filtres, au cours de leur utilisation, provoque, dans les conduits d'échappement, une contre pression de valeur croissante, qui peut devenir dommageable. C'est pourquoi, un filtre doit périodiquement être nettoyé afin de pouvoir être utilisé dans des conditions acceptables. Cette étape s'appelle la régénération du filtre. Elle est obtenue par oxydation totale in situ des particules, constituées essentiellement de molécules carbonées solides, polycondensées et
fortement deshydrogénées, et d'hydrocarbures lourds absorbés.
Le démarrage de la combustion nécessite une température de l'ordre de 600 C, température qui est supérieure à la température moyenne des gaz d'échappement des moteurs Diesel. Pour obtenir la régénération totale des
filtres, deux axes d'action peuvent être envisagés.
Le premier consiste en une assistance passive, par l'ajout d'une phase catalytique sur le filtre ou d'un additif organométallique dans le
carburant de façon à abaisser la température de démarrage de la combustion.
-2 - Cependant, les phases catalytiques ne sont généralement pas stables. En effet, la combustion des particules fixées sur le filtre est une réaction exothermique qui provoque le vieillissement du catalyseur. En outre, la phase catalytique et les additifs peuvent ne pas permettre la combustion des particules à des températures inférieures à 400 C. De plus, certains additifs peuvent dégrader les supports céramiques des filtres, et d'une manière
générale, l'accumulation de ces additifs entraîne le bouchage des filtres.
Le deuxième axe d'action consiste en une assistance active par un apport d'énergie par chauffage extérieur. Ceci peut être réalisé notamment au moyen d'un brûleur ou d'une résistance électrique. Un tel apport n'a généralement lieu que pour la phase de démarrage de la réaction, celleci, une fois amorcée, s'entretenant d'elle-même. Néanmoins, la puissance
électrique nécessaire pour chauffer les gaz d'échappement ou le filtre lui-
même, entraîne un surcoût d'installation et une surconsommation
importante.
La présente invention propose de favoriser la régénération d'un filtre
à particules à plus basse température.
Dans ce but, elle propose un procédé de régénération par combustion de filtre à particules comportant un apport de solution, contenant des composés possédant au moins une fonction hydroxyle. Cet apport est
effectué en amont du filtre à particules.
Selon une autre caractéristique de l'invention, un tel apport est réalisé dans les gaz d'admission du moteur à combustion interne ou dans le
carburant, ou directement dans les gaz d'échappement.
Selon une autre caractéristique de l'invention, un tel apport est
réalisé de façon continue ou pendant des durées limitées.
-3 - Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé comporte un apport additionnel de composés chimiques, tels que le fer, le sodium ou
le cérium, mélangés directement au carburant.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé comporte la présence d'une phase catalytique disposée sur le filtre à particules. Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé comporte
un apport d'énergie au niveau du filtre à particules.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la solution utilisée est
une solution aqueuse ou une solution contenant des alcools.
La figure 1 représente, de façon schématique, le système d'admission
et d'échappement d'un moteur à combustion interne.
Sur la figure 1 est représenté un moteur à combustion interne 1, constitué d'une chambre de combustion 7, liée à un système d'admission, qui se compose d'un conduit d'admission 2 et d'un collecteur d'admission 3, et à un système d'échappement, qui se compose d'un collecteur d'échappement 4 et d'un conduit d'échappement 5. Sur le conduit d'échappement 5 est placé un filtre 6, qui est traversé par les gaz
d'échappement issus de la combustion.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, l'apport de
solution a lieu avant que la combustion du mélangé carburé n'ait eu lieu.
L'apport peut se faire, par exemple, par une injection directe dans le carburant ou par une injection directe dans l'air d'admission, dans le conduit de recirculation des gaz d'échappement, ou dans le cylindre. L'apport peut également se faire par un carburant préalablement additivé (du type aquazole, par exemple) pour lequel différents procédés de stabilisation de
l'émulsion carburant/solution existent déjà.
Des systèmes d'injection de solution aqueuse en amont du moteur 1 sont déjà utilisés puisque la présence d'eau dans le carburant, lors de la -4 -
combustion, permet de diminuer la production d'oxydes d'azote et de suies.
Pour ces systèmes, l'injection d'eau a lieu durant tout le fonctionnement du
moteur 1.
Un second mode de réalisation consiste à effectuer l'injection de la solution, contenant des composés possédant au moins une fonction
hydroxyle, en aval de la chambre de combustion 7 et en amont du filtre 6.
L'injection de la solution se fait donc directement dans les gaz d'échappement. L'injection de la solution, selon les modes de réalisation décrits i0 précédemment, permet de provoquer des régénérations du filtre plus fréquentes, ce qui présente l'avantage, d'une part, de limiter l'exothermicité de la combustion dûe à la régénération du filtre pour des masses de suies relativement faibles, permettant la préservation de l'intégrité du matériau constituant le filtre, An évitant son vieillissement prématuré dû aux chocs
thermiques.
Il est possible d'envisager l'ajout d'une phase catalytique sur le filtre pour faire diminuer encore davantage la température de démarrage de la combustion des particules. L'ajout de la solution dans les gaz d'échappement permet dans un tel cas, comme pour le filtre, de préserver la phase catalytique contre un vieillissement du catalyseur dû à la quantité de
chaleur dégagée pendant la combustion.
Selon la présente invention, il n'est pas nécessaire d'injecter la
solution en permanence. En effet, dans les deux modes de réalisation ci-
dessus décrits, il est possible d'injecter la solution dans le carburant, seulement en transitoire, pendant des phases de durées déterminées, par
exemple juste pendant la phase de régénération du filtre.
Les deux modes de réalisation décrits peuvent être combinés. En effet, un premier système d'injection de la solution dans le carburant, placé - 5 en amont de la chambre de combustion, peut participer à la régénération du filtre, mais aussi faire diminuer, par exemple si la solution utilisée est de l'eau, la production d'oxydes d'azote et de suies lors de la combustion. Un second système d'injection situé en aval de la chambre de combustion peut être exclusivement dédié à favoriser la régénération du filtre. Si le filtre contient une phase catalytique, ou si le carburant comprend des additifs du type Fer, Sodium, Cérium, Cuivre, Manganèse, l'apport de solution dans les gaz d'échappement permet d'obtenir une régénération du filtre en cycle urbain et extra urbain, c'est à dire même pour o10 des températures de gaz d'échappement relativement basses. Dans ce cas, un apport extérieur d'énergie par chauffage du filtre, par exemple du type chauffage électrique, brûleur ou micro-onde, est très faible, voire inutile. Il est alors possible d'utiliser un système de chauffage des gaz d'échappement ou du filtre peu consommateur d'énergie, et, voire même, de supprimer
complètement un tel système.
Le fait de diminuer la température d'inflammation des particules, impose des contraintes thermiques moins importantes pour les matériaux constituant le filtre. Il est alors envisageable d'utiliser d'autres matériaux ayant une tenue thermique moins élevée. Par exemple, il est possible de réaliser des filtres en cordiérite, moins coûteux que ceux réalisés en carbure
de silicium.
L'apport de solution, contenant des composés possédant au moins une fonction hydroxyle, donne la possibilité d'utiliser des additifs en plus faible concentration dans le carburant. Il y a alors une accumulation moins importante de ces additifs sur le filtre, et donc un colmatage de ce dernier
moins rapide.
La solution utilisée peut être, par exemple, tout simplement de l'eau, mais peut aussi être une solution d'alcools, ou bien d'un mélange de ces -6- deux composés. Un exemple de solution aqueuse utilisée dans la présente
invention est celle d'eau glycolée.
En conclusion, la présente invention favorise la régénération d'un filtre à particules en faisant baisser la température d'inflammation des particules et de propagation à tout le lit de suies, et permet des régénérations
plus fréquentes du filtre.
-7-

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS
    i.Procédé de régénération par combustion d'un filtre à particules (6) placé sur la conduite d'échappement (5) d'un moteur à combustion interne (1), caractérisé en ce qu'il comporte un apport de solution, contenant des composés possédant au moins une fonction hydroxyle, cet apport étant effectué en amont du filtre à particules (6), de façon à faciliter
    l'inflammation des particules.
  2. 2.Procédé de régénération par combustion d'un filtre à particules (6) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'apport de solution est réalisé dans les gaz d'admission du moteur à combustion interne (1) ou dans le carburant.
  3. 3.Procédé de régénération par combustion d'un filtre à particules (6)
    selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que
    l'apport de solution est réalisé directement dans les gaz d'échappement.
  4. 4.Procédé de régénération par combustion d'un filtre à particules
    selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que
    l'apport de solution est réalisé de façon continue.
  5. 5.Procédé de régénération par combustion d'un filtre à particules
    selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que
    l'apport de solution est réalisé pendant des durées limitées.
  6. 6.Procédé de régénération par combustion d'un filtre à particules
    selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il
    comporte un apport additionnel de composés chimiques, tels que le fer, le
    sodium ou le cérium, mélangés directement au carburant.
  7. 7.Procédé de régénération par combustion d'un filtre à particules
    selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il
    comporte la présence d'une phase catalytique disposée sur le filtre à
    particules (6).
  8. -8- 8.Procédé de régénération par combustion d'un filtre à particules
    selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il
    comporte un apport d'énergie au niveau du filtre à particules (6).
  9. 9.Procédé de régénération par combustion d'un filtre à particules
    selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la
    solution est une solution aqueuse.
    Io.Procédé de régénération d'un filtre à particules selon l'une
    quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la solution
    contient des alcools.
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