FR2829180A1 - Procede de regeneration d'un dispositif de filtration des gaz d'echappement pour un moteur diesel et dispositif de mise en oeuvre - Google Patents

Procede de regeneration d'un dispositif de filtration des gaz d'echappement pour un moteur diesel et dispositif de mise en oeuvre Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de régénération d'un dispositif de filtration des gaz d'échappement produits par un moteur diesel, ce procédé étant du type de ceux dans lesquels des particules, retenues sur un moyen de filtration (22) du dispositif de filtration, sont brûlées grâce à l'action d'un catalyseur de combustion. Ce procédé consiste essentiellement à retenir les gaz d'échappement chauds autour du moyen de filtration (22) afin de fournir aux particules, au moins une partie de l'énergie calorifique nécessaire à leur combustion et à brûler lesdites particules de façon à régénérer le dispositif de filtration. L'invention concerne également un dispositif de mise en oeuvre du procédé, comportant un moyen de production de catalyseur de combustion (20), un moyen de filtration (22) des gaz d'échappement et un moyen d'injection de gazole, les moyens de production de catalyseur de combustion et de filtration étant contenus dans une enceinte réactionnelle (18).

Description

<Desc/Clms Page number 1>
PROCÉDÉ DE RÉGÉNÉRATION D'UN DISPOSITIF DE FILTRATION DES GAZ
D'ÉCHAPPEMENT POUR MOTEUR DIESEL ET DISPOSITIF DE MISE EN OEUVRE
La présente invention concerne de façon générale le domaine des filtres à particules et de façon plus particulière, un procédé de régénération d'un dispositif de filtration de gaz d'échappement pour moteur diesel.
En outre, la présente invention vise également un dispositif de filtration destiné à retenir les particules charbonneuses et de suie, produites par le moteur et à brûler ces dernières régulièrement afin d'éviter leur accumulation, cette dernière phase constituant la régénération, objet du procédé selon l'invention.
Le développement de l'ère industrielle a généré de graves conséquences sur l'environnement. En effet, les industries polluantes mais également le développement du parc automobile sont à l'origine d'un rejet important de polluants dans l'atmosphère qui entraîne sa modification. Cette modification est de deux ordres. On note tout d'abord, une modification chimique. Cette dernière se reflète surtout par une croissance continue de la teneur de l'air en composés, dérivés du carbone. Ces composés sont notamment le monoxyde de carbone (CO) et certains hydrocarbures imbrûlés, issus des combustions incomplètes. La présence de ces composés dans l'atmosphère constitue un risque direct pour la santé beaucoup plus important. Ainsi, le CO est un toxique respiratoire très puissant. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), tels que le benzopyrène, le benzanthracène ou encore le fluoranthrène, particulièrement importants dans les fumées, les suies ou les gaz d'échappement des moteurs sont des carcinogènes reconnus.
L'atmosphère est également modifiée par la libération de particules solides. Ces particules sont classées en fonction de leur taille. Ainsi, les plus petites dites particules insédimentables, car incapable de se déposer au sol sous l'effet de la gravitation, sont les plus dangereuses pour la santé humaine, car elles sont susceptibles de pénétrer dans les alvéoles pulmonaires. Par ailleurs, elles contaminent les plus hautes couches de l'atmosphère et sont donc responsables d'une pollution globale.
Aussi, au regard de ce constat alarmant, les pouvoirs publics, tant au niveau national qu'international, essaient-ils de mettre en place des normes antipollution. Ces normes touchent surtout l'industrie automobile. Ainsi, les marques automobiles doivent régulièrement apporter des modifications sur leurs véhicules afin de les mettre en conformité avec ces normes.
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Outre la mise au point de nouveaux moteurs ayant une consommation en carburant toujours plus réduite, un effort tout particulier a été fait sur le développement de nouveaux systèmes d'échappement, destinés à réduire l'émission de gaz polluants imbrûlés et de particules solides. Ainsi, les constructeurs automobiles ont mis au point les pots catalytiques ou catalyseurs, généralement constitués d'une enveloppe en acier inoxydable, d'un isolant thermique et d'un support en nid d'abeille imprégné de métaux précieux tels que le platine ou le rhodium. Ces catalyseurs permettent de réduire, avant tout, les émissions d'hydrocarbures polycycliques et de CO, et ceci dans une proportion de l'ordre de 50%. Toutefois, ils n'ont aucune action sur les émissions de particules solides. Ainsi, notamment en matière de moteurs diesels qui produisent de nombreuses particules solides, ces catalyseurs n'apportent pas d'amélioration notable de la qualité de l'air.
D'autres techniques ont été élaborées afin de limiter l'émission de particules polluantes par les véhicules. C'est le cas du filtre à particules. Ce filtre permet de réduire de 90% la masse totale des particules émises par les moteurs diesels. Il est encore plus efficace pour la rétention des très fines particules, puisque le taux de rétention peut aller jusqu'à 99%.
Le filtre à particules nécessite toutefois une régénération permettant de brûler les particules qui ont été piégées. Les particules sont généralement piégées par une cartouche filtrante faisant partie du filtre à particules. Cette cartouche pour résister aux températures élevées rencontrées peut être constitué d'un corps poreux de cordiérite, de quartz ou de carbure de silicium, généralement de structure en nid d'abeille pour présenter une surface maximum de filtration.
Un inconvénient majeur de tels filtres à particules consiste dans la combustion incomplète des particules retenues par la cartouche filtrante. En effet, pour des conditions d'utilisation urbaine, la température des gaz d'échappement atteinte est insuffisante pour provoquer leur combustion et limiter significativement le colmatage du filtre et donc sa régénération. Sans assistance chimique, les particules charbonneuses issues de la combustion du gazole dans les moteurs diesels ne commencent à s'oxyder significativement qu'au-dessus de 500 C. Ces températures ne sont pratiquement jamais atteintes dans des conditions de roulage urbain.
Il apparaît alors nécessaire de faire appel à un procédé chimique pour éliminer ces particules. Différentes techniques sont utilisées permettant d'obtenir leur combustion.
Une première technique consiste à disposer en amont du filtre, un catalyseur d'oxydation du monoxyde d'azote (NO) contenu dans les gaz
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d'échappement en dioxyde d'azote (N02), ce dernier ayant la propriété de catalyser la combustion des particules charbonneuses à partir de 250 C. Toutefois, ce procédé impose d'utiliser un gazole dont la teneur en soufre est inférieure à 50 ppm (parties par million), pour garder une efficacité de conversion du NO en N02 suffisante.
Cette technique, appelée "Continuous Regenerating Trap" (C. R. T.), allie les effets du filtre à particules et du catalyseur d'oxydation du NO. Ce système nécessite pour assurer un bon fonctionnement des filtres, une régénération régulière qui limite la perte de charge du filtre en éliminant le risque de régénération non contrôlé et exothermique.
Un tel fonctionnement n'est obtenu que lorsque les gaz d'échappement ou l'enceinte de combustion présentent une température supérieure à 300 C pendant au moins 30% du temps de fonctionnement du véhicule.
Dans le cas contraire, il se développe des réactions violentes liées à la concentration excessive de particules charbonneuses colmatant le filtre. Ces réactions consistent en la combustion, trop rapide d'une grande masse de particules, ce qui conduit généralement à une destruction du filtre par choc thermique, les températures obtenues étant très élevées localement.
D'autres techniques font appel à l'utilisation d'additifs organométalliques rajoutés au gazole tel que le cérium, fer, strontium, calcium ou autres. Ces techniques permettent d'obtenir un effet similaire à celui obtenu avec le N02 en catalysant la combustion des matières charbonneuses à des températures voisines de 300 C.
Un premier inconvénient de ces techniques est le coût prohibitif des additifs utilisés.
Un autre inconvénient majeur réside dans le fait qu'il est nécessaire de prévoir un dispositif d'additivation complémentaire.
Encore un autre inconvénient de ces techniques est qu'elles présentent une tendance encore plus importante au colmatage du filtre et donc aux réactions qui en découlent, si les températures atteintes en fonctionnement ne sont pas suffisamment importantes, les additifs présents dans les matières charbonneuses contribuant à encrasser encore plus rapidement le médiat filtrant.
D'autres techniques ont consisté à expérimenter des dispositifs basés sur des moyens de chauffage complémentaires du type brûleurs, résistances électriques ou autres. Ces moyens de chauffage complémentaire sont mis en oeuvre uniquement lorsque la cartouche présente un début de colmatage, se traduisant par une augmentation de la perte de charge. Un tel dispositif de régénération est mis en oeuvre avec le moteur en marche, c'est à dire en présence d'un débit de gaz
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d'échappement important. Un tel dispositif nécessite donc une puissance de chauffage importante pour simultanément porter à la bonne température les gaz d'échappement et la masse de la cartouche filtrante.
Dans un tel contexte technique, l'objectif de la présente invention est de fournir un procédé de régénération d'un dispositif de filtration, qui remédie aux inconvénients des différentes techniques existantes consistant à traiter les particules charbonneuses et de suies émises par les moteurs diesels.
Un autre objectif de l'invention est de fournir un procédé de régénération, évitant ainsi tout risque d'accumulation de particules dans le dispositif de filtration et donc tout risque de régénération incontrôlée.
Encore un autre objectif de l'invention, est de fournir un procédé de régénération n'entraînant pas de surconsommation significative de carburant et plus généralement, n'entraînant pas de surcoût financier, pour l'utilisateur.
Encore un autre objectif de l'invention est de fournir un procédé de régénération n'entamant pas les performances du moteur, notamment par des pertes de charge, dues à la contre-pression exercée par les gaz d'échappement'sur le moteur, du fait d'un colmatage du dispositif de filtration.
Enfin un dernier objectif de l'invention est de fournir un dispositif de filtration permettant de mettre en oeuvre le procédé de régénération selon l'invention.
Ces objectifs, parmi d'autres, sont atteints par la présente invention qui concerne tout d'abord un procédé de régénération d'un dispositif de filtration des gaz d'échappement émis par un moteur diesel, ce procédé étant du type de ceux dans lesquels des particules, retenues sur un moyen de filtration dudit dispositif de filtration, sont brûlées grâce à l'action d'un catalyseur de combustion. Ce procédé consiste essentiellement à retenir les gaz d'échappement chauds autour du moyen de filtration afin de fournir aux particules, au moins une partie de l'énergie calorifique nécessaire à leur combustion et à brûler lesdites particules de façon à régénérer le dispositif de filtration.
Selon une variante, ce procédé consiste également à : - mettre en oeuvre un moyen de production de catalyseur de combustion dans le dispositif de filtration, - mesurer une température 8m au voisinage du moyen de production de catalyseur de combustion, - comparer 8m à une température Or correspondant à la température à laquelle la combustion du gazole, en présence du catalyseur de combustion, est complète,
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- si 8m est supérieure ou égale à 8r, déclencher une post-injection de gazole, par l'intermédiaire d'un moyen d'injection, dans le dispositif de filtration, pendant une durée déterminée, afin d'entraîner une augmentation de température des particules pour permettre leur combustion.
Selon encore une autre variante, ce procédé consiste en outre à : - mesurer une pression Pm au voisinage du moyen de production de catalyseur de combustion, ladite pression Pm reflétant le degré d'obstruction du moyen de filtration par les particules, - mesurer la température 8m, - comparer ladite pression Pm à une pression Pr de référence correspondant au degré d'obstruction maximal acceptable, - si Pm est supérieure ou égale à la pression Pr, comparer 8m à Or, - si 8m est supérieure ou égale à Or, déclencher la post-injection de gazole.
Un autre objet de l'invention concerne un dispositif de filtration permettant la mise en oeuvre du procédé de régénération selon l'invention. Ce dispositif comporte un moyen de production de catalyseur de combustion, un moyen de filtration des gaz d'échappement en aval du moyen de production de catalyseur de combustion, et un moyen d'injection de gazole en amont du moyen de production de catalyseur de combustion, les moyens de production de catalyseur de combustion et de filtration étant contenus dans une enceinte, qui se situe dans la trajectoire du flux des gaz d'échappement produit par un moteur.
Le moyen de filtration, constitué par un ensemble d'unités filtrantes, baigne dans une chambre de réception des gaz d'échappement, lesdits gaz d'échappement venant chauffer les unités filtrantes.
De façon préférentielle, le moyen de filtration est constitué par au moins deux filtres à particules comportant un corps, formé par les unités filtrantes solidarisées par un joint, et une enveloppe métallique.
Avantageusement, le moyen d'injection de gazole communique avec un conduit d'évacuation des gaz d'échappement.
Selon une autre caractéristique'préférentielle, ce moyen d'injection comprend un réservoir secondaire de gazole et une chambre d'injection du gazole contenu dans le réservoir, dans le conduit d'évacuation des gaz d'échappement.
Ainsi, la chambre d'injection chambre est alimentée, d'une part, en gazole par l'intermédiaire d'un premier conduit la reliant au réservoir secondaire, et d'autre part, en air comprimé par l'intermédiaire d'un second conduit la reliant au moteur, la
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chambre comportant un orifice par lequel le gazole est injecté dans le dispositif de filtration.
Avantageusement, le dispositif comporte un boîtier électronique de commande.
Le dispositif comporte également au moins une sonde de température, placée à l'intérieur de l'enceinte, permettant de mesurer la température 8m en son sein.
Selon une variante remarquable, il comporte également au moins une sonde de pression, à l'intérieur de ladite enceinte, permettant de mesurer la pression Pm en son sein.
De façon remarquable, le boîtier électronique de commande est relié aux sondes de température et de pression, compare les valeurs 8m et éventuellement Pm mesurées, respectivement avec les valeurs de références 8r et éventuellement Pr, et déclenche l'injection de gazole dans le conduit d'évacuation, par l'intermédiaire du système d'injection, lorsque les mesures 8m et éventuellement Pm sont supérieures ou égales aux valeurs de référence 8r et éventuellement Pr.
De façon avantageuse, les conduits alimentant la chambre du système d'injection en gazole et en air comprimé comportent chacun une électrovanne commandée par le boîtier électronique de commande, l'ouverture de ces électrovannes entraînant l'entrée de gazole et d'air comprimé dans la chambre et donc la post-injection de gazole dans le conduit d'évacuation des gaz d'échappement.
Avantageusement, la chambre du système d'injection est munie d'une buse, en regard de l'orifice permettant d'injecter le gazole sous forme nébulisée, dans le conduit d'évacuation des gaz.
Préférentiellement, les unités filtrantes sont avantageusement en carbure de silicium ou tout matériau équivalent, dont la structure est de type nid d'abeille.
Selon un autre caractéristique remarquable de l'invention, le moyen de production de catalyseur de combustion est constitué par au moins un cartouche à base de platine ou tout matériau équivalent, catalysant la transformation du monooxyde d'azote (NO), contenu dans les gaz d'échappement en dioxyde d'azote (NO2).
Selon une autre caractéristique remarquable, la capacité du réservoir secondaire est préférentiellement équivalente au volume maximum de gazole injecté lors de la post-injection.
De façon avantageuse, les filtres à particules sont placés en parallèles, dans le dispositif de filtration.
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La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite en référence aux dessins qui représentent, de façon nullement limitative, un exemple de réalisation du dispositif de filtration selon l'invention et dans lesquels :
La figure 1 représente une vue générale schématique du système comprenant le dispositif de filtration et permettant la mise en oeuvre du procédé de régénération.
La figure 2 représente une vue en coupe longitudinale du dispositif de filtration selon un premier mode de réalisation.
La figure 3 représente une vue en coupe transversale, selon l'axe i-i), du dispositif de filtration représenté en coupe longitudinale sur la figure 3.
La figure 4 représente une variante de ce premier mode réalisation, vue en coupe longitudinale du dispositif de filtration.
La figure 5 représente une vue en coupe longitudinale du dispositif de filtration selon un second mode de réalisation.
Le système qui permet la mise en oeuvre du procédé de régénération selon l'invention est représenté de façon schématique à la figure 1, selon un mode préférentiel. Dans ce système, collaborent différents éléments mécaniques du véhicule, qui font ou non partie du dispositif de filtration et qui concourent à la régénération de ce dispositif.
Ainsi, un moteur diesel 10, alimenté en carburant par un réservoir principal 12 via un système d'alimentation 14, produit en fonctionnement des gaz d'échappement. Ces gaz sont récupérés par le biais d'un collecteur (non représenté) à la sortie du moteur et sont évacués par l'intermédiaire d'un conduit d'évacuation 16.
Ce conduit rejoint une enceinte 18 contenant un moyen de production de catalyseur de combustion 20 et un moyen de filtration 22. Sont également placées au niveau de l'enceinte 18, une sonde de température 24 et une sonde de pression 26. Ces sondes ont pour fonction de mesurer la température et la pression au voisinage du moyen de production de catalyseur de combustion. Les données relatives à ces mesures sont transmises à un boîtier électronique de commande 28 et sont analysées par ce dernier.
Le boîtier électronique de commande est relié à deux conduits 30 et 32 et déclenche leur ouverture. Le conduit 30 relie un réservoir secondaire 34 à la chambre d'injection 36. Ce réservoir secondaire 34 alimente la chambre d'injection 36 en gazole. Lui-même est alimenté par le réservoir principal 12 par le biais d'un système de tuyauterie 38.
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Le conduit 32 relie, quant à lui, le moteur 10 à la chambre d'injection 36. Il permet au moteur 10 d'alimenter la chambre d'injection 36 en air comprimé.
L'ouverture des conduits 30 et 32 se fait par l'intermédiaire de deux électrovannes 31 et 33, commandées électriquement par le boîtier électronique de commande.
Une vue détaillée en coupe longitudinale de l'enceinte 18 est représentée sur la figure 2.
Dans l'enceinte sont regroupés le moyen de production de catalyseur de combustion 20 et le moyen de filtration 22. Le moyen de production de catalyseur de combustion 20 est constitué par deux cartouches 20a et 20b de production de catalyseurs de combustion.
Ces cartouches sont de préférence sur un support métallique de manière à obtenir une inertie thermique la plus faible possible. Selon un mode préféré de réalisation, ces cartouches sont préférentiellement à base de platine et sont le siège d'une transformation du monooxyde d'azote (NO) contenu dans les gaz d'échappement en dioxyde d'azote (N02), qui constitue le catalyseur de combustion.
Le N02 produit diffuse jusqu'au moyen de filtration 22.
Le moyen de filtration 22 est constitué par un ensemble d'unités filtrantes tridimensionnelles. De façon avantageuse, ces unités filtrantes sont de type nid d'abeille en carbure de silicium.
Selon un premier mode de réalisation représenté sur la figure 2, ces unités filtrantes sont assemblées de façon à former le corps d'un filtre à particules. Ainsi, le moyen de filtration est constitué par trois filtres à particules 22a, 22b et 22c. Ces filtres à particules ainsi disposés, sont représentés vus de dessus sur la figure 3. Les filtres sont constitués d'un corps 40, et d'une enveloppe métallique 42. Le corps 40 est constitué par l'assemblage de plusieurs unités filtrantes 44, séparées par un joint 46, qui a pour fonction de compenser leur dilatation.
L'enceinte 18 comporte dans sa partie inférieure une chambre de rétention permettant d'accroître leur temps de résidence dans l'enceinte, des gaz d'échappement épurés par passage dans le moyen de filtration (unités filtrantes ou filtres à particules).
Cet accroissement du temps de résidence des gaz d'échappement permet à ces derniers de venir chauffer les unités filtrantes ou les filtres à particules et donc les particules elles-même. Cette caractéristique remarquable permet de maintenir ces dernières à une température bien supérieure à la température habituelle. Cette température peut atteindre la température permettant leur combustion en présence du
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catalyseur de combustion. Dans ce cas, la régénération se déroule sans injection de gazole.
Une variante de ce mode de réalisation est représentée sur la figure 4.
Selon cette variante, les filtres à particules 22a, 22b et 22c sont disposés en sens inverse. Le dispositif comporte alors une zone particulière de rétention des gaz d'échappement, non encore filtrés. En effet, ceux-ci sont contenus entre les cartouches de catalyseur et le support inférieur 48 des filtres, ce qui permet un temps de séjour plus important des gaz d'échappement, avant leur passage dans les filtres à particules, qui va d'une part, favoriser l'échange de chaleur entre les gaz et les filtres et d'autre part, limiter la déperdition de chaleur par échange avec l'extérieur.
Selon un second mode de réalisation du dispositif selon l'invention, les unités filtrantes 44 sont indépendantes les unes des autres. Ainsi, chaque unité filtrante est séparée de celles adjacentes par un espace suffisant pour permettre leur dilatation. Cette disposition est particulièrement avantageuse car, d'une part, elle permet de réduire de façon très importante les contraintes de dilatations thermiques, notamment en cas de combustion brutale de particules retenues, ce qui limite fortement le risque de voir les unités filtrantes se détériorer ; d'autre part, la surface disponible pour la transmission de chaleur par les gaz est augmentée de façon considérable, ce qui accentue d'autant cette transmission de chaleur.
Une variante de ce second mode de réalisation, représentée sur la figure 5, consiste à disposer les unités filtrantes 44 en sens inverse dans le dispositif de filtration, avec un support positionné dans la partie inférieure, à l'image de la variante du premier mode de réalisation, représentée à la figure 4. Les avantages de cette disposition sont identiques à ceux cités supra dans la description de la figure 4.
Selon un exemple de réalisation, chaque unité filtrante est un cylindre à base carrée ayant une largeur et une profondeur de 35 mm, et une longueur variant de 150 à 300 mm.
Dans le cas où la température n'est pas suffisante pour déclencher la combustion des particules, la régénération se produit grâce à l'injection de gazole.
Pour se faire, la température au voisinage du moyen de production de catalyseur est mesurée, grâce à la sonde 24. La valeur de température 8m mesurée est recueillie par le boîtier électronique de commande. Le boîtier va comparer cette valeur 8m à une valeur de référence Or, correspondant à la température à laquelle la combustion du gazole, en présence de catalyseur, se fait de façon complète.
Si la température 8m mesurée est supérieure ou égale à la valeur de référence Or, le boîtier électronique de commande déclenche l'ouverture des
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électrovannes 31 et 33. Cette ouverture entraîne l'entrée de gazole et d'air comprimé dans la chambre 36. Dans la chambre 36, le gazole se mélange à l'air comprimé et le mélange, ainsi constitué, est pulvérisé, sous forme nébulisé dans le conduit d'évacuation des gaz 16. Cette pulvérisation se fait par un orifice aménagé dans la paroi de la chambre 36, en regard duquel se trouve une buse, fixée à la chambre, permettant d'obtenir un jet nébulisé sous pression. Selon un exemple de réalisation, la chambre 36 est de type pistolet à peinture à air comprimé.
Lorsque la quantité de gazole nécessaire, prédéterminée par le boîtier électronique de commande, a été injectée, l'alimentation en gazole est coupée par fermeture de l'électrovanne 33. Seule l'alimentation en air comprimé persiste de telle sorte que ce dernier est pulvérisé dans le conduit 16 en lieu et place du mélange.
Cette alimentation prolongée en air comprimé a pour but de d'éliminer tout reste de gazole dans la chambre d'injection 36 et le conduit 16.
La capacité du réservoir secondaire 34 est déterminée de façon à ce qu'elle corresponde au volume maximum de gazole nécessaire à la régénération.
Ainsi, il ne peut se produire de surconsommation de gazole. De plus, grâce à ce mode de réalisation, la fréquence des cycles de régénération est limitée par le temps nécessaire au remplissage du réservoir secondaire 34, ce qui permet également d'éviter des surconsommations conséquentes en carburant.
Le carburant injecté dans le conduit d'évacuation 16 entre dans l'enceinte et subit une combustion complète au niveau du moyen de production de catalyseur.
Cette combustion induit une augmentation significative de température jusqu'à une température Oc à laquelle va se dérouler la combustion des particules qui colmatent le moyen de filtration. Les molécules de N02 produites vont catalyser cette réaction de combustion. Ainsi, cette réaction se produit à une température inférieure à la température normale. Lors de cette combustion, les particules solides sont transformées en gaz qui sont évacués.
Le moyen de filtration se retrouve alors dépourvu de dépôts et récupère sa pleine capacité de filtration.
Selon un mode de réalisation particulier, la mesure de Om peut être exploitée par le boîtier électronique afin d'évaluer la température des particules au niveau du moyen de filtration. En effet, si 6m est voisine de la température à laquelle la combustion de particules peut se faire sans post-injection de gazole, le calculateur peut décider de ne pas déclencher cette post-injection, ce qui permet de faire une économie substantielle de carburant.
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Selon une variante de ce mode de réalisation, une sonde de température supplémentaire est disposée à proximité du moyen de filtration de façon à obtenir la température exacte des particules.
Un troisième mode opérationnel consiste à mesurer simultanément la température et la pression au niveau du moyen de production de catalyseur, grâce à la sonde de température 24 et à la sonde de pression 26. La valeur de pression Pm mesurée reflète le degré d'obstruction du moyen de filtration par les particules. En effet, si le moyen de filtration est colmaté, les gaz d'échappement passent plus difficilement et exercent alors une contre-pression. Ainsi, la mesure de la pression Pm correspond au meilleur moyen de contrôler le colmatage du moyen de filtration. Le boîtier électronique de commande compare la valeur Pm mesurée à une valeur de référence Pr, correspondant au degré d'obstruction maximal acceptable du moyen de filtration. Si Pm est supérieure ou égale à Pr, le boîtier électronique de commande compare 8m à Or. Si 8m est supérieure ou égale 8r, le boîtier déclenche alors la postinjection de gazole qui conduit à la régénération du moyen de filtration. Ce mode opérationnel a pour intérêt de ne déclencher de post-injection que lorsque le moyen de filtration a atteint un degré de colmatage déterminé, ce qui permet de fortement limiter la surconsommation de carburant.
EXEMPLE
A titre d'exemple non limitatif, est présenté ci-dessous un dispositif de filtration utilisé avec un moteur de véhicule industriel, le moteur Renault VI 620-45 suralimenté, de 10 litres de cylindrée et d'une puissance de 190 Kw. Ce moteur équipe des bus urbains.
Le dispositif de filtration est composé de : - Deux cartouches de catalyseurs à base de platine permettant la transformation du NO en N02. Ces cartouches, de 7,5 pouces diamètre et de 3 pouces de long, montées en parallèle sur un support métallique, tel que représenté sur la figure 2. Le volume de catalyseur a été déterminé de sorte que le taux de conversion de NO en N02 soit supérieur à 85 %.
- Trois filtres à particules IBIDEN, de type nid d'abeille en carbure silicium, montés en parallèle. Ces filtres ont une section de 162 cm2 (diamètre 143,8 mm) et une longueur de 254 mm.
- Un système d'injection de gazole comportant une chambre d'injection tel que décrit précédemment et un réservoir secondaire d'une capacité de 50 cm3. Le
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débit de système d'injection est de 50 cm3 par minute. Ce débit a été déterminé de sorte que l'augmentation de température des gaz d'échappement, engendrée par la post-injection soit comprise entre 170 et 250 C, selon les conditions d'utilisation.
- Un boîtier électronique commandant la post-injection de gazole. Une temporisation limite la durée de la post-injection à 1 minute et une programmation spécifique du boîtier permet d'obtenir au plus une post-injection toutes les 5 minutes.
L'essai a été réalisé sur banc, dans des conditions correspondant à des conditions de roulage urbain.
Le boîtier électronique a été réglé de manière à ce que la post-injection soit déclenchée dès que la contre-pression atteint 120 mb et que la température des gaz est supérieure à 300 C.
On sait que, pour que la régénération se fasse correctement, il est nécessaire que le temps pendant lequel la température des gaz d'échappement est supérieure à 300 C, soit supérieur à 30 % du temps d'utilisation du véhicule.
Le dispositif décrit dans cet exemple permet d'obtenir une température de gaz d'échappement constamment supérieur à 300 C, quelle que soit la température initiale des gaz d'échappement.
Ainsi, la valeur de contre-pression mesurée après chaque processus de régénération du dispositif de filtration est de 50 mb, ce qui correspond à la valeur de contre-pression mesurée sur un dispositif de filtration neuf. La régénération du dispositif est donc complète.
Le procédé de régénération selon l'invention et le dispositif de filtration associé sont donc particulièrement adéquats pour le traitement des gaz d'échappement des véhicules de transport en commun urbain. En effet, les gaz produits par ces véhicules sont généralement à une température inférieure à celle nécessaire pour permettre la régénération des dispositifs de filtration classiques, ce qui entraîne un colmatage de ces dispositifs et donc leur détérioration rapide par de brutales réactions de combustion. Or, les résultats obtenus avec la présente technique permettent d'envisager une durée de vie minimale du dispositif de filtration de 100 000 km, sur des véhicules de ce type.
Une telle technique pourrait également être utilisée sur des véhicules de tourisme. En effet, ces derniers fonctionnant à des régimes plus importants, les gaz d'échappement produits ont des températures bien supérieures qui peuvent atteindre plus de 500 C. Le problème de régénération de filtre est donc moins crucial. Toutefois, les systèmes existants utilisent généralement des additifs organométalliques pour catalyser la combustion des particules, ce qui engendre un coût de fonctionnement
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important. Le dispositif selon l'invention, associé à son procédé de régénération, permet de pallier ce problème de coût.
Ainsi, si le dispositif de filtration selon l'invention, ne comporte pas d'éléments techniques nouveaux, les inventeurs ont le mérite d'avoir su combiner et adapter différentes techniques existantes afin de potentialiser leurs effets et d'obtenir un dispositif ayant une très grande efficacité, pour lutter contre l'émission de particules polluantes produites par les moteurs diesels et, d'autre part, pour obtenir d'excellents résultats en terme de régénération de filtres, même dans le cas de véhicules dont les régimes moteurs ne permettent pas d'obtenir des gaz d'échappement ayant une température élevée.

Claims (19)

  1. REVENDICATIONS 1. Procédé de régénération d'un dispositif de filtration des gaz d'échappement produits par un moteur diesel, ce procédé étant du type de ceux dans lesquels des particules, retenues sur un moyen de filtration dudit dispositif de filtration, sont brûlées grâce à l'action d'un catalyseur de combustion, caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à retenir les gaz d'échappement chauds autour du moyen de filtration (22) afin de fournir aux particules, au moins une partie de l'énergie calorifique nécessaire à leur combustion et à brûler lesdites particules de façon à régénérer le dispositif de filtration.
  2. 2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il consiste également à : - mettre en oeuvre un moyen de production de catalyseur de combustion (20) dans le dispositif de filtration, - mesurer une température On au voisinage du moyen de production de catalyseur de combustion (20), - comparer 6m à une température Or correspondant à la température à laquelle la combustion du gazole, en présence du catalyseur de combustion, est complète, - si 6m est supérieure ou égale à Qr, déclencher une post-injection de gazole, par l'intermédiaire d'un moyen d'injection, dans le dispositif de filtration, pendant une durée déterminée, afin d'entraîner une augmentation de température des particules pour permettre leur combustion.
  3. 3. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il consiste également à : - mesurer une pression Pm au voisinage du moyen de production de catalyseur de combustion (20), ladite pression Pm reflétant le degré d'obstruction du moyen de filtration (22) par les particules, - mesurer la température ûm, - comparer ladite pression Pm à une pression Pr de référence correspondant au degré d'obstruction maximal acceptable, - si Pm est supérieure ou égale à la pression Pr, comparer ûm à Or, - si On est supérieure ou égale à Or, déclencher la post-injection de gazole.
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  4. 4. Dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé de régénération selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de production de catalyseur de combustion (20), un moyen de filtration (22) desdits gaz d'échappement en aval dudit moyen de production de catalyseur de combustion, et un moyen d'injection de gazole en amont dudit moyen de production de catalyseur de combustion, lesdits moyens de production de catalyseur de combustion et de filtration étant contenus dans une enceinte réactionnelle (18), dans la trajectoire du flux des gaz d'échappement produits par un moteur (10).
  5. 5. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit moyen de filtration, constitué par un ensemble d'unités filtrantes (44), baigne dans une chambre de réception des gaz d'échappement, lesdits gaz d'échappement venant chauffer lesdites unités filtrantes.
  6. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit moyen de filtration est constitué par au moins deux filtres à particules (22a, 22b) comportant un corps (40), formé par les unités filtrantes (44) solidarisées par un joint (46), et une enveloppe métallique (42).
  7. 7. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que ledit moyen d'injection de gazole communique avec un conduit d'évacuation (16) des gaz d'échappement.
  8. 8. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que ledit moyen d'injection comprend un réservoir de gazole (34) et une chambre d'injection (36) du gazole contenu dans ledit réservoir, dans le conduit d'évacuation (16).
  9. 9. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite chambre (36) est alimentée, d'une part, en gazole par l'intermédiaire d'un premier conduit (30) la reliant audit réservoir (34), et d'autre part, en air comprimé par l'intermédiaire d'un second conduit (32), la reliant au moteur (10), ladite chambre comportant un orifice par lequel le gazole est injecté dans ledit dispositif de filtration.
  10. 10. Dispositif, selon l'une des revendications 4 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier électronique de commande (28).
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  11. 11. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une sonde de température (24), placée à l'intérieur de ladite enceinte (18), servant à mesurer la température 8m en son sein.
  12. 12. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une sonde de pression (26), placée à l'intérieur de ladite enceinte (18), servant à mesurer la pression Pm en son sein.
  13. 13. Dispositif selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que le boîtier électronique de commande (28) est relié à ladite sonde de température (24) et à ladite sonde de pression (26), compare les valeurs Or, et éventuellement Pm mesurées respectivement avec les valeurs de références Or et éventuellement Pr, et déclenche l'injection de gazole dans le conduit d'évacuation (16), par l'intermédiaire dudit système d'injection, lorsque les mesures Or, et éventuellement Pm sont supérieures ou égales aux valeurs de référence 8r et éventuellement Pr.
  14. 14. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que les conduits (30 et 32) alimentant la chambre (36) du système d'injection en gazole et en air comprimé comportent chacun une électrovanne (31 et 33) commandée par le boîtier électronique de commande, l'ouverture de ces électrovannes entraînant l'entrée de gazole et d'air comprimé dans la chambre (36) et donc l'injection de gazole dans le conduit d'évacuation des gaz d'échappement.
  15. 15. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 14, caractérisé en ce que la chambre (36) du système d'injection est munie d'une buse en regard de l'orifice permettant d'injecter le gazole sous forme nébulisée, dans le conduit d'évacuation des gaz.
  16. 16. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 15, caractérisé en ce que les unités filtrantes sont constituées préférentiellement en carbure de silicium ou tout autre matériau équivalent, dont la structure est de type nid d'abeille.
  17. 17. Dispositif selon l'une des 4 à 16, caractérisé en ce que le moyen de production de catalyseur de combustion est constitué par au moins une cartouche à base de platine ou tout matériau équivalent, catalysant la transformation du monooxyde d'azote (NO), contenu dans les gaz d'échappement en dioxyde d'azote
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    (N02), le N02 produit catalysant la réaction de combustion des particules colmatant le filtre.
  18. 18. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 17, caractérisé en ce que la capacité du réservoir secondaire (34) est préférentiellement équivalente au volume maximum de gazole injecté lors de la post-injection.
  19. 19. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 18, caractérisé en ce que les filtres à particules (22a et 22b) sont placés dans l'enceinte (18), en parallèle.
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PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1995, no. 08 29 September 1995 (1995-09-29) *
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