FR2897647A1 - Systeme et procede de regeneration d'un filtre a particules catalytique situe dans la ligne d'echappement d'un moteur diesel - Google Patents

Systeme et procede de regeneration d'un filtre a particules catalytique situe dans la ligne d'echappement d'un moteur diesel Download PDF

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Abstract

Le système de régénération d'un filtre à particules catalytique (3) comprend un catalyseur d'oxydation (4) disposé en amont d'un filtre à particules (5), et situé dans la ligne d'échappement (1) d'un moteur diesel de véhicule automobile. Le système comprend également une unité de commande électronique (11) et un injecteur de carburant commandé (6), disposé en amont du filtre à particules catalytique (3) et alimenté en carburant par une pompe commandée (9). Le système comprend des moyens (17) de détermination de la température TECOX en entrée dudit catalyseur d'oxydation (4), et des moyens de commande (15) de la quantité de carburant injectée par ledit injecteur (6) de manière à ce que la température interne dudit catalyseur d'oxydation (4) reste inférieure à une température limite Tlimite, lesdits moyens de commande (15) comprenant des moyens de calcul (16) de ladite quantité de carburant à injecter en fonction de la température TECOX en entrée dudit catalyseur d'oxydation (4).

Description

1 Système et procédé de régénération d'un filtre à particules catalytique
situé dans la ligne d'échappement d'un moteur diesel
La présente invention concerne un système et un procédé de régénération d'un filtre à particules catalytique situé dans la ligne d'échappement d'un moteur diesel. Un filtre à particules catalytique capture des particules de suies émises par le moteur. Pour éviter un colmatage du filtre, des phases périodiques de régénération permettent de brûler les particules piégées. Les particules piégées sont brûlées par élévation de la température des gaz d'échappement. Il existe des systèmes de régénération de filtre à particules catalytique par injection de carburant à l'échappement, par exemple tel que décrit dans la demande de brevet français déposée sous le numéro 04 53 187 (RENAULT). L'injection de carburant est effectuée par un injecteur situé dans la ligne d'échappement d'un moteur diesel, en amont du filtre à particules catalytique. Cette injection de carburant entraîne une production de chaleur dans le catalyseur d'oxydation du filtre à particules catalytique. Cette chaleur permet d'atteindre en sortie du catalyseur d'oxydation, ou en entrée du filtre à particules, une température de l'ordre de 650 C nécessaire à la combustion des particules lors de phases de régénération. Cependant, lors d'une augmentation rapide de la charge du moteur, la température en entrée du catalyseur d'oxydation augmente très vite, ainsi que la température interne du catalyseur d'oxydation. Or, lorsque la température du catalyseur d'oxydation dépasse une température de l'ordre de 800 C, le catalyseur se dégrade très rapidement.
2 Aussi, un but de l'invention est d'éviter une telle dégradation du catalyseur d'oxydation. Ainsi, selon un aspect de l'invention, il est proposé un système de régénération d'un filtre à particules catalytique, comprenant un catalyseur d'oxydation disposé en amont d'un filtre à particules, et situé dans la ligne d'échappement d'un moteur diesel de véhicule automobile, comprenant une unité de commande électronique et un injecteur de carburant commandé, disposé en amont du filtre à particules catalytique et alimenté en carburant par une pompe commandée. Le système comprend des moyens de détermination de la température TECOX en entrée dudit catalyseur d'oxydation, et des moyens de commande de la quantité de carburant injectée par ledit injecteur de manière à ce que la température interne dudit catalyseur d'oxydation reste inférieure à une température limite Tlim11e, lesdits moyens de commande comprenant des moyens de calcul de ladite quantité de carburant à injecter en fonction de la température TECOX en entrée dudit catalyseur d'oxydation. Ainsi, on évite d'atteindre une température telle que le 20 catalyseur d'oxydation se dégrade. Selon un mode de réalisation, le système comprend, en outre, des moyens de détermination de la température TEFAP en entrée dudit filtre à particules, et des moyens de régulation de la température TEFAP en entrée dudit filtre à particules. Lesdits moyens de calcul 25 utilisent, en outre, une valeur de fraction massique de carburant dans les gaz traversant ledit filtre à particules catalytique, délivrée par lesdits moyens de régulation.
3 Dans un mode de réalisation, lesdits moyens de calcul utilisent, en outre, une température de référence Tnominale en entrée du catalyseur d'oxydation. Selon un mode de réalisation, lesdits moyens de calcul utilisent, en outre, une valeur de référence de fraction massique de carburant dans les gaz traversant ledit filtre à particules catalytique, par degré Celsius. Dans un mode de réalisation, lesdits moyens de calcul utilisent, en outre, une cartographie d'une fraction massique en carburant dans les gaz traversant ledit filtre à particules catalytique, en fonction de la température TEFAPb en entrée dudit filtre à particules à atteindre en fonctionnernent en boucle ouverte desdits moyens de régulation de la température en entrée dudit filtre à particules. Selon un mode de réalisation, lesdits moyens de calcul utilisent, en outre, une dérivée de fraction massique en carburant dans les gaz traversant ledit filtre à particules catalytique. Dans un mode de réalisation, lesdits moyens de calcul utilisent, en outre, une cartographie d'un gain de ladite dérivée de fraction massique en carburant dans les gaz traversant ledit filtre à particules catalytique en fonction du débit des gaz à l'échappement. Dans un mode de réalisation, ladite température limite Tiimi1e est de l'ordre de 800 C. Dans un mode de réalisation, lesdits moyens de détermination de la température TECOX en entrée dudit catalyseur d'oxydation, et lesdits moyens de détermination de la température en entrée dudit filtre à particules sont des capteurs de mesure de température. Selon un autre aspect de l'invention, il est également proposé un procédé de régénération d'un filtre à particules catalytique, comprenant un catalyseur d'oxydation disposé en amont d'un filtre à
4 particules, et situé dans la ligne d'échappement d'un moteur diesel de véhicule automobile. On détermine la température TECOX en entrée dudit catalyseur d'oxydation, et on commande une quantité de carburant injectée en amont dudit filtre à particules catalytique de manière à ce que la température interne dudit catalyseur d'oxydation reste inférüeure à une température limite Tiimite, en calculant ladite quantité de carburant à injecter en fonction de la température TECOX en entrée dudit catalyseur d'oxydation. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, de quelques exemples nullement limitatifs, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est un schéma synoptique d'un mode de réalisation d'un système selon un aspect de l'invention ; - la figure 2 est schéma synoptique d'un module de calcul selon un aspect de l'invention ; et - la figure 3 est un schéma synoptique d'un module de calcul selon un autre aspect de l'invention. Sur la figurel, la ligne d'échappement 1 d'un véhicule automobile équipé d'un moteur diesel, comprend un dispositif catalytique amont 2 d'oxydation des hydrocarbures et du monoxyde de carbone. La ligne d'échappement comprend également un filtre à particules catalytique 3, comprenant un catalyseur d'oxydation 4 et un filtre à particules 5. Un injecteur 6 pulvérise du carburant en amont du catalyseur d'oxydation 4. Le catalyseur d'oxydation 4 est sollicité périodiquement pendant les phases de régénération du filtre à particules 5 pour créer de la chaleur permettant la régénération du filtre à particules 5. L'injection de carburant par l'injecteur 6 permet de réchauffer les gaz d'échappement. L'injecteur 6 est alimenté en carburant par l'intermédiaire d'un conduit 7 reliant l'injecteur 6 à un réservoir de carburant 8. 5 Une pompe à carburant 9 permet de fournir du carburant sous pression à l'injecteur 6 par le conduit 7. L'injecteur 6, et la pompe 9 sont respectivement connectés à une unité de commande électronique 11 par des connexions 12 et 14. L'unité de commande électronique 11 comprend un module de commande 15 de la quantité de carburant injectée par l'injecteur 6, de manière à ce que la température interne dudit catalyseur d'oxydation 4 reste inférieure à une température limite Tiimite. De manière classique la température Tlimi1e est de l'ordre de 800 C.
Le module de commande 15 comprend un module de calcul 16 pour calculer la quantité de carburant à injecter dans la ligne d'échappement en fonction de la température TECOX en entrée du catalyseur d'oxydation 4. La température TECOX en entrée du catalyseur d'oxydation 4 est mesurée au moyen d'un capteur 17 de mesure de température, disposé en entrée du catalyseur d'oxydation 4, et relié à l'unité de commande électronique 11 par une connexion 18. En outre, un capteur 19 de mesure de la température, disposé dans la ligne d'échappement 1 entre le catalyseur d'oxydation 4 et le filtre à particules 5, et relié à l'unité de commande électronique 11 par une connexion 20, permet de mesurer la température TEFAP en entrée du filtre à particules 5, ou, en d'autres termes, en sortie du catalyseur d'oxydation 4.
6 L'unité de commande électronique 11 comprend également un module de régulation 21 de la température TEFAP en entrée du filtre à particules 5. Un tel module de régulation 21, fournit, par exemple, une valeur de fraction massique en carburant dans les gaz traversant le filtre à particules catalytique 3, en fonction de la différence entre la température TEFAP en entrée du filtre à particules 5 et une valeur de consigne. Sur la figure 2 est illustré un exemple de réalisation du module 10 de calcul 16. Un soustracteur 25 reçoit une température de référence Tnominale en entrée du catalyseur d'oxydation 4, et la température TECOX en entrée du catalyseur d'oxydation 4 transmise par le capteur de température 17. 15 Le soustracteur 25 délivre en sortie la différence entre la température de référence Tnominale et la température TECOX en entrée du catalyseur d'oxydation 4. La sortie du soustracteur 25 est transmise à un premier multiplicateur 26 qui reçoit également en entrée une valeur de 20 référence de fraction massique de carburant dans les gaz traversant ledit filtre à particules catalytique 3, par degré Celsius. Le multiplicateur 26 effectue le produit des valeurs reçues à ses deux entrées, et délivre le résultat en sortie, à destination d'un premier additionneur 27. 25 Le premier additionneur 27 reçoit, en outre, en entrée, une valeur de fraction massique en carburant dans les gaz traversant le filtre à particules catalytique 3, en fonction de la température TEFAPbo en entrée du filtre à particules 5 à atteindre en fonctionnement en
7 boucle ouverte desdits moyens de régulation 21 de la température en entrée dudit filtre à particules 5. Cette valeur de fraction massique est fournie par une cartographie mémorisée 28.
Le premier additionneur 27 délivre en sortie une valeur de fraction massique, égale à la somme des valeurs de fractions massiques reçues en entrées, à destination d'un deuxième additionneur 29 Le deuxième additionneur 29 reçoit également, en entrée, une valeur de fraction massique de carburant dans les gaz traversant ledit filtre à particules catalytique 3, délivrée par lesdits moyens de régulation 21. Le deuxième additionneur 29 additionne les valeurs reçues sur ses entrées., et délivre en sortie une commande en fraction massique de carburant traversant le filtre à particules catalytique 3, qui est transformée en commande en quantité de carburant à injecter par l'injecteur 6 par un module de transformation 30. Sur la figure 3 est représenté un exemple de réalisation amélioré du module de calcul 16. Les éléments ayant des références communes avec des références de la figure 2 sont identiques à ceux de la figure 2. Ainsi, un module de dérivée 31 transforme le signal dupliqué de valeurs de fractions massiques en carburant délivré par le multiplicateur 26, en son signal de dérivée temporelle, et transmet ce signal dérivé à un deuxième multiplicateur 32.
Le deuxième multiplicateur 32 reçoit, en outre, en entrée, une valeur de gain de dérivée fourni par une cartographie mémorisée 33. Le deuxième multiplicateur 32 effectue le produit des valeurs reçues sur ses entrées, et délivre, en sortie, le résultat à destination d'une entrée supplémentaire du premier additionneur 27.
8 Cette prise en compte de la dérivée temporelle d'un signal de fraction massique en carburant permet d'améliorer encore l'amortissement d'une variation rapide de la température TECOX en entrée du catalyseur d'oxydation 4.
Ainsi, l'invention permet d'éviter une dégradation rapide du catalyseur d'oxydation d'un filtre à particules catalytique lors de montées rapides en température en entrée et dans le catalyseur d'oxydation du filtre à particules catalytique.10

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1, Système de régénération d'un filtre à particules catalytique (3), comprenant un catalyseur d'oxydation (4) disposé en amont d'un filtre à particules (5), et situé dans la ligne d'échappement (1) d'un moteur diesel de véhicule automobile, comprenant une unité de commande électronique (11) et un injecteur de carburant commandé (6), disposé en amont du filtre à particules catalytique (3) et alimenté en carburant par une pompe commandée (9), caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens (17) de détermination de la température TECOX en entrée dudit catalyseur d'oxydation (4), et des moyens de commande (15) de la quantité de carburant injectée par ledit injecteur (6) de manière à ce que la température interne dudit catalyseur d'oxydation (4) reste inférieure à une température limite Tiimite, lesdits moyens de commande (15) comprenant des moyens de calcul (16) de ladite quantité de carburant à injecter en fonction de la température TECOX en entrée dudit catalyseur d'oxydation (4).
  2. 2. Système selon la revendication 1, comprenant, en outre, des moyens (19) de détermination de la température TEFAP en entrée dudit filtre à particules (5), et des moyens de régulation (21) de la température TEFAP en entrée dudit filtre à particules (21), dans lequel lesdits moyens de calcul (16) utilisent, en outre, une valeur de fraction massique de carburant dans les gaz traversant ledit filtre à particules catalytique (3), délivrée par lesdits moyens de régulation (21).
  3. 3. Système selon la revendication 1 ou 2, dans lequel lesdits moyens de calcul (16) utilisent, en outre, une température de référence Tnominale en entrée du catalyseur d'oxydation (4). 10
  4. 4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdits moyens de calcul (16) utilisent, en outre, une valeur de référence de fraction massique de carburant dans les gaz traversant ledit filtre à particules catalytique, par degré Celsius.
  5. 5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdits moyens de calcul (16) utilisent, en outre, une cartographie (28) d'une fraction massique en carburant dans les gaz traversant ledit filtre à particules catalytique (3) en fonction de la température TEFAPb en entrée dudit filtre à particules (5) à atteindre en fonctionnement en boucle ouverte desdits moyens de régulation (21) de la température en entrée dudit filtre à particules (5).
  6. 6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdits moyens de calcul (16) utilisent, en outre, une dérivée (31) de fraction massique en carburant dans les gaz traversant ledit filtre à particules catalytique (3).
  7. 7. Système selon la revendication 6, dans lequel lesdits moyens de calcul (16) utilisent, en outre, une cartographie (33) d'un gain de ladite dérivée de fraction massique en carburant dans les gaz traversant ledit filtre à particules catalytique (3) en fonction du débit des gaz à l'échappement.
  8. 8. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite température limite Tiimite est de l'ordre de 800 C.
  9. 9. Système selon la revendication 2, dans lequel lesdits moyens de détermination (17) de la température TECOX en entrée dudit catalyseur d'oxydation (4), et lesdits moyens de détermination (19) de la température en entrée dudit filtre à particules (5) sont des capteurs (17, 19) de mesure de température. 11
  10. 10. Procédé de régénération d'un filtre à particules catalytique (3), comprenant un catalyseur d'oxydation (4) disposé en amont d'un filtre à particules (5), et situé dans la ligne d'échappement (1) d'un moteur diesel de véhicule automobile, caractérisé par le fait qu'on détermine la température TECOX en entrée dudit catalyseur d'oxydation (4), et on commande une quantité de carburant injectée en amont dudit filtre à particules catalytique (3) de manière à ce que la température interne dudit catalyseur d'oxydation (4) reste inférieure à une température limite Tiimite, en calculant ladite quantité de carburant à injecter en fonction de la température TECOX en entrée dudit catalyseur d'oxydation (4).15
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