FR2892465A1 - Systeme et procede de regeneration d'un filtre a particules et moteur a combustion interne - Google Patents

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Abstract

Système et procédé de régénération d'un filtre à particules 17 de moteur à combustion interne 1 comprenant un premier groupe de cylindres 2 et un deuxième groupe de cylindres 3. Une unité de commande 12 du moteur 1 est apte à augmenter le travail fourni par le premier groupe de cylindres 2 et à diminuer le travail fourni par le deuxième groupe de cylindres 3, le premier groupe de cylindres 2 débouchant dans le filtre à particules 17 à régénérer, de telle sorte que la température de sortie des gaz d'échappement traversant le filtre à particules 17 à régénérer soit augmentée.

Description

Système et procédé de régénération d'un filtre à particules et moteur à
combustion interne La présente invention concerne le domaine de l'échappement des moteurs à combustion interne, en particulier des moteurs à plusieurs bancs de cylindres équipés de filtres devant être régénérés. Les moteurs Diesel actuels produisant des particules de suies comprenant des hydrocarbures imbrûlés, il est souhaitable de placer un filtre à particules dans le circuit d'échappement. Le filtre à particules retient les particules et tend à s'encrasser ce qui provoque une augmentation des pertes de charge des gaz dans le filtre, une augmentation de la contre pression à l'échappement et une diminution de la puissance du moteur. Il est possible de régénérer le filtre en provoquant une combustion des suies, par exemple par chauffage par brûleur. Le document US 4 848 083 décrit une unité d'échappement pour moteurs Diesel à combustion interne, comprenant quatre filtres reliés par des conduites et des vannes au collecteur d'échappement du moteur. L'unité d'échappement est complexe, encombrante et coûteuse. La présente invention vise à remédier aux inconvénients des dispositifs évoqués ci-dessus. La présente invention propose un système de régénération de filtre de structure simple, de fabrication et d'utilisation économique, notamment en termes de consommation d'énergie. Le système de régénération d'un filtre à particules est destiné à un moteur à combustion interne comprenant un premier groupe de cylindres et un deuxième groupe de cylindres. Le système comprend une unité de commande du moteur apte à augmenter le travail fourni par le premier groupe de cylindres et à diminuer le travail fourni par le deuxième groupe de cylindres, le premier groupe de cylindres débouchant dans le filtre à particules à régénérer, de telle sorte que la température de sortie des gaz d'échappement traversant le filtre à particules à régénérer soit augmentée. Les conduites entre le moteur et le filtre peuvent être de structure simple. Le rendement du moteur est moins dégradé que lorsqu'une injection supplémentaire a pour seul but de provoquer la mise en combustion des suies, d'où une meilleure efficacité énergétique. Dans un mode de réalisation, le premier groupe de cylindres débouche dans un premier filtre à particules, et le deuxième groupe de cylindres débouche dans un deuxième filtre à particules. La présence d'une vanne entre le moteur et le filtre est facultative. Dans un mode de réalisation, le système comprend un moyen de détermination de la charge en particules de chaque filtre à particules, l'unité de commande du moteur étant apte à commander la régénération d'un filtre à particules en fonction de la charge dudit filtre à particules. On effectue la régénération de chaque filtre en fonction du besoin et non de façon systématique, d'où une réduction de la consommation de carburant due à un intervalle de temps trop court entre les régénérations et due à un encrassement excessif du filtre. Dans un mode de réalisation, l'unité de commande du moteur est apte à commander une injection de carburant après le point mort haut dans un cylindre débouchant dans le filtre à particules à régénérer. L'invention concerne également un moteur à combustion interne comprenant une pluralité de groupes de cylindres, un filtre à particules et un système de régénération. Les groupes de cylindres peuvent correspondre à des bancs. Alternativement, pour un moteur à cylindres en ligne, un groupe peut correspondre à une partie des cylindres du banc unique. Le moteur peut être de type à cylindres à plat, à cylindres en V ou W, par exemple V6, V8, V10 V12, etc. Le procédé de régénération d'un filtre à particules de moteur à combustion interne comprenant une pluralité de groupes de cylindres, comprend les étapes suivantes : -augmentation du travail fourni par un premier groupe de cylindres, et -diminution du travail fourni par un deuxième groupe de cylindres, le premier groupe de cylindres débouchant dans le filtre à particules à régénérer, de telle sorte que la température de sortie des gaz d'échappement traversant le filtre à particules à régénérer soit augmentée. On peut diminuer le rendement du deuxième groupe de cylindres et/ou diminuer la quantité de carburant injecté dans le deuxième groupe de cylindres. On peut augmenter la quantité de carburant injecté dans le premier groupe de cylindres et/ou diminuer le rendement du deuxième groupe de cylindres pour accroître la chaleur produite et faire monter la température du filtre à régénérer.
Dans un mode de réalisation, on augmente le travail fourni par le deuxième groupe de cylindres et on diminue le travail fourni par le premier groupe de cylindres, le deuxième groupe de cylindres débouchant dans un deuxième filtre à particules à régénérer. Dans un mode de réalisation, la régénération de chaque filtre à particules est commandée en fonction de la charge dudit filtre à particules. Dans un mode de réalisation, la régénération est assistée par une injection de carburant après le point mort haut dans un cylindre débouchant dans le filtre à particules à régénérer. Une partie du carburant injecté tardivement brûlera en aval du cylindre, par exemple dans une partie catalytique, provoquant un fort accroissement de température. Grâce à l'invention, la régénération peut être menée de façon économique par un groupe de cylindres, l'autre groupe de cylindres étant susceptible de compenser la variation de couple provoquée par la régénération. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un système selon un mode de réalisation; et - la figure 2 est un organigramme des étapes d'un procédé selon un mode de réalisation. Comme on peut le voir sur la figure 1, un moteur référencé 1 dans son ensemble comprend deux bancs de cylindres 2 et 3, chacun pourvu d'une pluralité de cylindres, ici trois. Le moteur 1 comprend également un circuit d'admission 4 pourvu de deux compresseurs 5 et 6 dont la sortie débouche dans un échangeur 7 assurant le refroidissement des gaz compressés. Les compresseurs 5 et 6 peuvent être pourvus d'un capteur 8, 9 de la température des gaz en entrée. La sortie de l'échangeur 7 est pourvue d'un volet d'admission 10 et d'un capteur de température 11. La sortie du volet d'admission 10 est reliée à l'entrée des bancs de cylindres 2 et 3. Les capteurs 8, 9 et 11 sont reliés à une unité de commande 12. La liaison entre le capteur 8 et l'unité de commande 12 n'est pas représentée pour des raisons de clarté du dessin. De même, le volet 10 est commandé par l'unité de commande 12.
Le moteur 1 comprend un circuit d'échappement 13 pourvu, pour chaque banc de cylindres 2, 3, d'un capteur de température 14 dont la sortie est reliée à l'unité de commande 12, d'une turbine 15, chaque turbine 15 entraînant un compresseur 5, 6, d'un pot catalytique 16, monté en sortie de la turbine 15, d'un filtre à particules 17 monté en sortie du pot catalytique 16, la sortie des deux filtres à particules 17 débouchant dans un silencieux 18 commun. Des capteurs de température 19 et 20 sont respectivement montés en amont et en aval de chaque filtre à particules 17. En outre, un capteur de pression différentielle 21 est monté entre l'entrée et la sortie du filtre à particules 17. Les sorties des capteurs 14 et 17 à 21 sont reliées à l'unité de commande 12. Le moteur 1 comprend également un circuit de recyclage des gaz d'échappement 22, comprenant un capteur de pression monté sur une portion de conduite commune aux deux bancs de cylindres 2 et 3 et débouchant dans un échangeur de refroidissement 24 commun aux deux bancs de cylindres 2 et 3. Le système de recyclage des gaz d'échappement comprend également une vanne 25 commandée par l'unité de commande 12 et disposée entre la sortie de l'échangeur 24 et le circuit d'admission 1 entre le volet d'admission 10 et les bancs de cylindres 2 et 3. Chaque banc de cylindres 2, 3 est équipé d'un capteur de position angulaire 26 d'arbre à cames dont la sortie est reliée à l'unité de commande 12.
En fonctionnement normal, les compresseurs 5 et 6 provoquent une augmentation de la pression de la température de l'air dans le circuit d'admission 4. L'air est ensuite refroidi par l'échangeur 7 et son écoulement est commandé par le volet d'admission 10 dont la position est commandée par l'unité de commande 12. Le fonctionnement des deux parties identiques du circuit d'échappement est sensiblement le même. Les gaz d'échappement issus du banc de cylindres 2 transitent dans la partie du circuit d'échappement associée au banc de cylindres 2, entraînent la turbine 15, puis passent dans le catalyseur 16 et dans le filtre à particules 17 avant de rejoindre les gaz d'échappement de l'autre banc de cylindres 3 dans le silencieux 18. Une partie des gaz d'échappement peut être prélevée en vue d'un recyclage par le circuit 23 et passent alors par l'échangeur 24 en vue de leur refroidissement. Le volet 25 commande l'admission de gaz d'échappement recyclés dans le circuit d'admission 4. Comme on peut le voir sur la figure 2, l'unité de commande 12 effectue une surveillance à intervalles réguliers de la pression différentielle entre l'amont et l'aval du filtre à particules 17 au moyen du capteur 21. Si la pression différentielle est inférieure à un seuil S, prédéterminé, alors aucune action n'est enclenchée et la surveillance de la pression différentielle reprend à intervalles réguliers, la pression différentielle étant représentative de la charge en particules de suies du filtre à particules 17 et également de la contre-pression à l'échappement subie par le moteur et qui a tendance à diminuer les performances. Si la pression différentielle est supérieure au seuil S,, alors l'unité de commande 12 effectue une mesure de température, notamment de la température en aval du filtre à particules au moyen du capteur 20, de la température en amont du filtre à particules au moyen du capteur de température 19 et, si nécessaire, de la température en amont de la turbine au moyen du capteur de température 14, puis commande une augmentation de la quantité de carburant injecté dans le banc de cylindres correspondant au filtre à particules devant être régénéré, dans l'exemple illustré sur la figure 2, le banc de cylindres 2, et ce en fonction des températures mesurées. Ensuite, l'unité de commande 12 effectue une surveillance de la température T20 mesurée par le capteur de température 20 en aval du filtre à particules 17, la température T20 étant représentative, d'une part, de la combustion des particules en cas de combustion en cours et, d'autre part, de la facilité à déclencher la combustion des particules lorsqu'une combustion n'est pas en cours. Si la température T20 n'est pas supérieure à un seuil de température S2 prédéterminé, alors l'unité de commande 12 retourne à l'étape précédente et effectue de nouvelles mesures de température et une augmentation de l'injection du banc de cylindres concerné en fonction des mesures de température. Si la température T20 est supérieure au seuil S2, alors il est considéré que la combustion des particules est en cours. Cette combustion peut être auto-entretenue. L'unité de commande 12 peut alors ramener l'injection de carburant dans les deux bancs de cylindres à des niveaux similaires. Ensuite, l'unité de commande 12 vérifie que la régénération a été complète en comparant la pression différentielle entre l'amont et l'aval du filtre à particules 17 à un seuil S3 prédéterminé. Si la pression différentielle n'est pas supérieure au seuil S3, alors la régénération est considérée comme terminée et un retour à la première étape de surveillance normale de la pression différentielle est effectué. Au contraire, si la pression différentielle reste supérieure au seuil S3, alors l'unité de commande 12 effectue à nouveau les étapes de mesure de température et d'augmentation de la quantité de carburant injecté dans le banc de cylindres associé au filtre à particules concerné.
Ainsi, l'unité de commande 12 est capable de commander de façon séquentielle les régénérations des deux filtres à particules en modulant les injections de carburant dans les deux bancs de cylindres, de telle sorte que le banc de cylindres dont le filtre à particules doit être régénéré voit son travail et par conséquent sa production de chaleur et la puissance fournie augmenter et que l'autre banc de cylindres voit sa puissance fournie diminuer de façon complémentaire, de telle sorte que la puissance totale fournie par le moteur est conservée, ce qui permet de préserver l'agrément d'utilisation et de conduite du véhicule pour le conducteur et les passagers. De plus, la quantité de carburant injecté dans le banc de cylindres ne faisant pas l'objet de la régénération, est réduite, d'où une économie de carburant par rapport au système prévoyant une augmentation forte et globale de la quantité de carburant injecté. En tout état de cause, l'invention permet de réduire la quantité globale de carburant injecté dans le moteur lors d'une régénération de filtre. Le mode de réalisation illustré sur la figure 1 concerne un moteur V6 à deux bancs de trois cylindres. Toutefois, l'invention s'applique bien évidemment à d'autres types de moteurs, par exemple un moteur à quatre ou six cylindres en ligne avec un groupe de deux ou respectivement trois cylindres reliés à un filtre à particules. L'augmentation de la quantité de carburant injecté dans le banc de cylindres relié au filtre à particules 17 à régénérer, peut être effectuée au moyen d'injection tardive, par exemple après le point mort haut du vilebrequin, et ce grâce au signal d'angle d'arbre à cames détecté par les capteurs 26 et envoyé à l'unité de traitement 12 qui est ainsi capable de commander l'injection de carburant au moment le plus propice. Afin de préserver une puissance fournie par le moteur relativement constante, et donc une régénération de filtre non perçue par le conducteur ou les passagers, l'unité de commande 12 est prévue pour éviter la régénération simultanée des deux filtres à particules, si nécessaire en retardant de quelques minutes la régénération de l'un des deux filtres.
En outre, l'invention permet de découpler les régénérations des filtres à particules, ce qui permet de régénérer chaque filtre à particules sensiblement au moment où la régénération devient nécessaire en tenant compte de la pression différentielle de chaque filtre et en évitant de régénérer les filtres à intervalles prédéterminés, ce qui risque de se traduire par des régénérations trop fréquentes provoquant une augmentation inutile de la consommation de carburant due à l'apport d'énergie nécessaire à la régénération ou encore une dégradation du rendement du moteur due à une perte de charge trop élevée dans le filtre en raison d'une régénération trop tardive, d'où, là encore, une consommation excessive et inutile de carburant. L'invention permet également de commander la régénération de chaque filtre au moment le plus adéquat, sans qu'il soit nécessaire de prévoir des conduites ou des volets supplémentaires entre les deux parties de circuit d'échappement, chacun dédié à l'un des groupes de cylindres. La structure du circuit d'échappement reste donc relativement simple, ce qui est avantageux en termes d'encombrement, de coût de fabrication et de fiabilité.20

Claims (9)

REVENDICATIONS
1-Système de régénération d'un filtre à particules (17) de moteur à combustion interne (1) comprenant un premier groupe de cylindres (2) et un deuxième groupe de cylindres (3), caractérisé par le fait qu'il comprend une unité de commande (12) du moteur apte à augmenter le travail fourni par le premier groupe de cylindres et à diminuer le travail fourni par le deuxième groupe de cylindres, le premier groupe de cylindres débouchant dans le filtre à particules à régénérer, de telle sorte que la température de sortie des gaz d'échappement traversant le filtre à particules à régénérer soit augmentée.
2-Système selon la revendication 1, dans lequel le premier groupe de cylindres (2) débouche dans un premier filtre à particules, et le deuxième groupe de cylindres (3) débouche dans un deuxième filtre à particules.
3-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un moyen de détermination de la charge en particules de chaque filtre à particules, l'unité de commande (12) du moteur étant apte à commander la régénération d'un filtre à particules en fonction de la charge dudit filtre à particules.
4-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'unité de commande du moteur (12) étant apte à commander une injection de carburant après le point mort haut dans un cylindre débouchant dans le filtre à particules à régénérer.
5-Moteur à combustion interne (1) comprenant une pluralité de groupes de cylindres (2, 3), un filtre à particules (17) et un système selon l'une quelconque des revendications précédentes.
6-Procédé de régénération d'un filtre à particules de moteur à combustion interne comprenant une pluralité de groupes de cylindres, dans lequel on augmente le travail fourni par un premier groupe de cylindres et on diminue le travail fourni par un deuxième groupe de cylindres, le premier groupe de cylindres débouchant dans le filtre à particules à régénérer, de telle sorte que la température de sortie des gaz d'échappement traversant le filtre à particules à régénérer soit augmentée.
7-Procédé selon la revendication 6, dans lequel on augmente le travail fourni par le deuxième groupe de cylindres et on diminue le travail fourni par le premier groupe de cylindres, le deuxième groupe de cylindres débouchant dans un deuxième filtre à particules à régénérer.
8-Procédé selon la revendication 7, dans lequel la régénération de chaque filtre à particules est commandée en fonction de la charge dudit filtre à particules.
9-Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel la régénération est assistée par une injection de carburant après le point mort haut dans un cylindre débouchant dans le filtre à particules à régénérer.
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