FR2898155A1 - Procede et dispositif de regeneration d'une installation de nettoyage des gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne. - Google Patents

Procede et dispositif de regeneration d'une installation de nettoyage des gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne. Download PDF

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Abstract

Procédé de commande de la régénération d'un filtre à particules (32) dans une installation de nettoyage de gaz d'échappement (30) d'un moteur à combustion interne (10) selon lequel on fournit l'air comburant par un canal d'air comburant (11) équipé d'un volet d'étranglement (22) et on recycle les gaz d'échappement du canal de gaz d'échappement (12) par une conduite de recyclage de gaz d'échappement (21) et/ou une conduite de recyclage des gaz d'échappement basse pression (23) pour introduire des gaz d'échappement dans le canal d'air comburant (11). Les actions du volet d'étranglement (22) et du recyclage de gaz d'échappement (21) et/ou du recyclage de gaz d'échappement basse pression (23) se font dans un ordre prédéfini.

Description

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de
commande de la régénération d'un filtre à particules dans une installation de nettoyage de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne selon lequel on fournit l'air comburant par un canal d'air comburant équipé d'un volet d'étranglement et on recycle les gaz d'échappement du canal de gaz d'échappement par une conduite de recyclage de gaz d'échappement et/ou une conduite de recyclage des gaz d'échappement basse pression, pour introduire des gaz d'échappement dans le canal d'air comburant. L'invention concerne également un dispositif de commande de la régénération d'un filtre à particules d'une installation de nettoyage de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne dont le canal d'air comburant est équipé d'un volet d'étranglement et le canal des gaz d'échappement comporte un recyclage de gaz d'échappement et/ou un recyclage de gaz d'échappement basse pression reliés au canal d'air comburant. Etat de la technique On utilise depuis quelques années des filtres à particules pour éliminer les filtres de particules de suie contenues dans les gaz d'échappement notamment des moteurs à combustion interne diesels. Les particules de suie se déposent sur la surface du filtre et aussi en partie dans la structure même du filtre. Les filtres à particules ont une capacité de stockage limitée et c'est pourquoi il faut les régénérer pour rétablir leur capacité de nettoyage. Dans le cas des filtres à particules de suie, cette régénération se fait par augmentation de la température des gaz d'échappement, de façon caractéristique à un niveau de 600 C jusqu'à 650 C. Cela peut se faire par des interventions sur la préparation du mélange alimentant le moteur ou par des interventions faites en aval du moteur. On lance une réaction exothermique qui produit la combustion des particules de suie et régénère le filtre à particules en quelques minutes. Une augmentation de la concentration en oxygène dans les gaz d'échappement accélère la combustion et se traduit par une augmentation de la température qui le cas échéant peut ne concer-ner que certaines parties du filtre à particules. Une réduction du vo-lume de gaz d'échappement se traduit également par une augmentation de la température dans le filtre à particules et accélère la combustion mais peut se traduire par une élévation locale de la température. Cela peut entraîner une détérioration du matériau du filtre à particules si en cours d'opération de régénération, le volume de gaz d'échappement diminue trop fortement ou si en plus on a un apport trop important d'oxygène dans les gaz d'échappement, par exemple à un arrêt devant un feu rouge après un déplacement à vitesse rapide. En mode de poussée, on a également une augmentation de la teneur en oxygène dans les gaz d'échappement. Des températures élevées qui se produisent dans de tels états de fonctionnement critiques peuvent endommager des matériaux de filtre économiques mais moins résistants thermiquement tels que des métaux frittés ou de la Cordiérite, ou même des revêtements catalytiques de filtres à particules prévus pour abaisser la température nécessaire à la régénération. Selon l'état de la technique, on diminue la teneur en oxygène dans les gaz d'échappement à l'aide d'un volet d'étranglement installé dans le canal d'alimentation en air du moteur à combustion in-terne pour diminuer la section de passage du canal. Le volet d'étranglement n'est toutefois jamais complètement fermé dans le cas des systèmes existants. Le document EP 1364110 B1 décrit un procédé permet-tant d'éviter la surchauffe du filtre à particules. Selon ce procédé, à partir des paramètres de fonctionnement du moteur à combustion in- terne et/ou du système de post-traitement des gaz d'échappement, on détermine une grandeur caractéristique donnant une information relative à l'intensité prévisible de la réaction dans le système de post-traitement des gaz d'échappement. Si la grandeur caractéristique dé-passe un seuil prédéfini, on lance des mesures pour diminuer l'intensité de la réaction. Comme mesure il y a la réduction de la quantité d'air d'alimentation et/ou un dosage supplémentaire de carburant et/ou une augmentation du coefficient de recyclage des gaz d'échappement. Il est indiqué que pour réduire la quantité d'air d'alimentation, on ferme le volet d'étranglement ou du moins on le ferme partiellement. Toutefois ce document ne décrit aucune succession avantageuse de mesure ou en- core la fermeture simultanée du volet d'étranglement et l'ouverture du recyclage des gaz d'échappement. Le document DE 10 2004 048135 non publié antérieurement prévoit d'accélérer la combustion lors de la régénération d'un filtre à particules en ajoutant de l'oxygène aux gaz d'échappement et de ralentir la combustion en ajoutant de l'azote. L'oxygène et l'azote sont fournis à partir de l'air ambiant à l'aide d'un dispositif de décomposition de l'air comme par exemple une membrane perméable aux molécules d'oxygène. Pour cela, il faut comprimer l'air d'alimentation par une étape de compression à la pression de gaz nécessaire pour avoir un dé-bit suffisant. Cela nécessite un apport d'énergie supplémentaire qui va à l'encontre du fonctionnement économique du moteur à combustion in-terne. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un pro-cédé permettant de réduire la teneur en oxygène dans les gaz d'échappement pour protéger le filtre à particules et de ne pas avoir d'effet gênant perceptible pour le conducteur du véhicule. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que l'action du volet d'étranglement et celle du recyclage de gaz d'échappement et/ ou du recyclage de gaz d'échappement basse pression se font dans un ordre prédéfini. Ainsi, on protège le filtre à particules contre les domma- ges engendrés par une surchauffe et en même temps, on ne détériore pas le confort de fonctionnement. Par la fermeture du volet d'étranglement, on produit une dépression d'aspiration dans le moteur à combustion interne qui est compensée par l'ouverture du recyclage des gaz d'échappement. En particulier, par une succession accordée entre les actions sur le volet d'étranglement et sur le recyclage des gaz d'échappement, l'intervention sera neutre du point de vue du couple et elle ne sera pas non plus perceptible du point de vue acoustique. La commande de l'opération de régénération du filtre à particules selon le procédé permet d'utiliser des matériaux économiques tels que du métal fritté ou de la Cordiérite pour le filtre à particules.
Si les actions sur le volet d'étranglement et le recyclage des gaz d'échappement et/ou le recyclage des gaz d'échappement basse pression sont faites pour réduire l'apport en oxygène, en ouvrant au cours de la première étape le recyclage des gaz d'échappement et/ou le recyclage des gaz d'échappement basse pression, et en fermant dans une seconde étape le volet d'étranglement, on obtient qu'au passage dans un état de fonctionnement avec des gaz d'échappement riches en oxygène comme par exemple le mode de poussée, on ralentit efficace-ment l'opération de régénération du filtre à particules sans diminuer le confort de roulage. Suivant l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne, il suffit ainsi de ne pas fermer totalement le volet d'étranglement. Si l'on effectue les interventions sur le volet d'étranglement et le recyclage des gaz d'échappement et/ou le recyclage des gaz d'échappement basse pression pour augmenter l'apport en oxygène, au cours de la première étape en ouvrant le volet d'étranglement et dans la seconde étape en fermant le recyclage des gaz d'échappement et/ou le recyclage des gaz d'échappement basse pression jusqu'à un niveau prédéfini, au passage en fonctionnement normal on poursuit l'opération de régénération et le conducteur dispose du couple demandé. Le recyclage des gaz d'échappement et/ou le recyclage des gaz d'échappement basse pression sera alors fermé jusqu'à une valeur qui correspond au mode de fonctionnement normal du moteur à combustion interne pour les paramètres actuels de fonctionnement.
Un mode de réalisation de l'invention qui respecte tout particulièrement le confort de roulage prévoit que les actions sur le volet d'étranglement et le recyclage des gaz d'échappement et/ou le recyclage des gaz d'échappement basse pression se fassent suivant plusieurs cycles de procédé. En agissant pas à pas et en fermant par exemple le vo- let d'étranglement d'une certaine valeur et en ouvrant le recyclage des gaz d'échappement d'une certaine valeur, on peut au cours de cette étape du procédé produire des modifications non perceptibles par le conducteur. Dans l'étape suivante, on ferme alors le volet d'étranglement d'une autre valeur et on ouvre un peu plus le recyclage des gaz d'échappement. Ces opérations sont répétées jusqu'à la position souhaitée du volet d'étranglement et du recyclage des gaz d'échappement. On arrive à une transition sans secousse entre les différents modes de fonctionnement du moteur à combustion interne par les actions du volet d'étranglement et du recyclage des gaz d'échappement et/ou du recyclage des gaz d'échappement basse pression faites de manière neutre vis-à-vis du couple. Les étapes de réglage du volet d'étranglement et du recyclage des gaz d'échappement sont accordées les unes par rapport aux autres en fonction des données enregistrées dans la commande d'exécution. Selon un mode de réalisation préférentiel, les opérations d'ouverture et de fermeture du volet d'étranglement et du recyclage des gaz d'échappement et/ou du recyclage des gaz d'échappement basse pression se font suivant des trajectoires prédéfinies.
Si en plus d'une ou plusieurs des actions évoquées ci-dessus à l'ouverture du recyclage des gaz d'échappement basse pression on ferme un volet de gaz d'échappement, on peut couper complètement le système d'alimentation en air et de gaz d'échappement du moteur à combustion interne par rapport à l'environnement et protéger ainsi le système d'une manière particulièrement efficace contre l'entrée d'oxygène. Si pour la commande des actions du volet d'étranglement et du recyclage des gaz d'échappement et/ou du recyclage des gaz d'échappement basse pression, on prévoit une commande d'exécution des opérations selon un ordre prédéfini, pour l'exécution du procédé tel que défini ci-dessus on peut protéger le filtre à particules contre les dommages par surchauffe d'une manière particulièrement économique et efficace sans nécessiter de dispositif supplémentaire, coûteux. La commande des opérations peut être réalisée le cas échéant sous la forme d'un programme exécuté par la commande de moteur existante. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à combustion in-terne équipé d'un recyclage de gaz d'échappement, -la figure 2 montre le moteur à combustion interne équipé d'un recyclage de gaz d'échappement basse pression, - la figure 3 montre un ordinogramme pour la commande de la régénération d'un filtre à particules. Description de modes de réalisation La figure 1 montre un moteur à combustion interne 10 équipé d'un canal d'alimentation en air comburant 11 et d'un canal de gaz d'échappement 12. Le canal d'alimentation en air comburant 11 est équipé d'un volet d'étranglement 22 et d'un étage de compression 14 permettant de donner au débit d'air d'alimentation 15 les valeurs souhaitées quant à la quantité et à la pression d'alimentation selon le point de fonctionnement instantané du moteur à combustion interne 10. Un recyclage de gaz d'échappement 21 est prévu entre le canal de gaz d'échappement 12 et le canal d'alimentation en air comburant 11. Le volet d'étranglement 22 et le recyclage de gaz d'échappement 21 sont commandés par une commande d'opérations 20. Le canal de gaz d'échappement 12 du moteur à combustion interne 10 est équipé d'une turbine à gaz d'échappement 13 couplée mécaniquement à l'étage de compression 14 et formant avec celui-ci le turbocompresseur de gaz d'échappement. La turbine de gaz d'échappement 13 du canal de gaz d'échappement 12 est suivie par une installation de nettoyage des gaz d'échappement 30 ; cette installation comporte un catalyseur d'oxydation 31 et un filtre à particules 32 pour nettoyer le flux de gaz d'échappement 33. Selon l'invention, on peut réduire l'apport en oxygène pour commander la régénération du filtre à particules 32 en diminuant la section du canal d'alimentation en air comburant 11 par le volet d'étranglement 22. A mesure que la section du canal d'alimentation en air comburant 11 diminue, on ouvre le recyclage des gaz d'échappement 21 ce qui par comparaison au flux d'air d'alimentation 15 fait passer dans le canal d'alimentation d'air comburant 11 des gaz d'échappement moins riches en oxygène. Par la fermeture du volet d'étranglement 22 et l'ouverture du recyclage des gaz d'échappement 21 selon les opérations accordées par la commande d'opérations 20, on peut fermer complète-ment le volet d'étranglement 22 sans produire ainsi des variations de couple ou des effets perceptibles du point de vue acoustique. Lorsque le volet d'étranglement 22 est complètement fermé, le système ne reçoit plus d'oxygène et la teneur en oxygène du flux de gaz d'échappement 23 diminue en permanence ce qui permet de ralentir efficacement la combustion de la suie dans le filtre à particules. La figure 2 montre un moteur à combustion interne 10 dont le canal des gaz d'échappement 12 comporte en plus du montage représenté à la figure 1, un volet de gaz d'échappement 24. En outre, il est prévu en plus un recyclage de gaz d'échappement basse pression 23 entre le canal de gaz d'échappement 12 et le canal d'alimentation en air comburant 11. Le volet de gaz d'échappement 24 et le recyclage de gaz d'échappement basse pression 23 peuvent être installés dans le canal de gaz d'échappement 12 également en amont du filtre à particules 32. La commande d'opérations 20 est reliée en plus du montage comme représenté à la figure 1 également au recyclage de gaz d'échappement basse pression 23 et au volet de gaz d'échappement 24. Le volet d'étranglement 22 et le volet de gaz d'échappement 24 permettent de couper le système totalement vis-à-vis de l'air ambiant. La commande d'opérations 20 permet par exemple d'éviter une contre-pression de niveau élevé gênante des gaz d'échappement qui pourrait freiner le moteur à combustion interne 10 ou l'arrêter si le volet de gaz d'échappement 24 était fermé en même temps ou de manière retardée par rapport à la fermeture du volet d'étranglement 22. La figure 3 montre un ordinogramme d'exécution du pro-cédé de l'invention pour la commande de la régénération dans le mode de fonctionnement de poussée. Pour d'autres modes de fonctionnement dans lesquels on veut commander une réduction de l'apport en oxygène pour commander la vitesse de la combustion, on peut appliquer égale-ment l'ordinogramme. Après le démarrage 40 du schéma, on décide du mode de poussée 41 en vérifiant si l'on est en présence du mode de poussée.
Dans la négative, les opérations se poursuivent par une branche sans mode de poussée 42 pour arriver à la case de décision au début du mode de poussée 43. Dans le cas négatif, on passe par une branche qui n'atteint pas le début du mode de poussée 44 jusqu'à la décision du mode de poussée 41. En cas de réponse positive, on passe de la case du début de mode de poussée 43 par la branche de début de mode de poussée 45 jusqu'à une action d'ouverture 46 du recyclage de gaz d'échappement ; cette action est suivie par l'action de fermeture du vo-let d'étranglement 47. A partir de l'action de fermeture du volet d'étranglement 47, on revient à la case de décision du mode de poussée 41. Si la case de décision du mode de poussée 41 a donné une réponse positive, on poursuit par la branche de mode de poussée 50 jusqu'à la case de décision de fin de mode de poussée 51. Si le résultat de la case de fin de mode de poussée 51 est négative, on passe par la branche d'absence de fin de mode de poussée 52 à la case de décision de mode de poussée 41. Si la case de décision de fin de mode de poussée 51 a donné un résultat positif, on poursuit par une branche de fin de mode de poussée 53 jusqu'à l'action d'ouverture du volet d'étranglement 54 et de là jusqu'à la case de l'action de fermeture du recyclage de gaz d'échappement 55. A partir de cette case concernant l'action de fermeture de recyclage de gaz d'échappement 55, on revient à la case de décision de mode de poussée 41. Le déroulement des opérations ainsi décrit fait que la case de décision de début de mode de poussée 41 reconnaît le passage du mode normal au mode de poussée et entraîne tout d'abord l'action ouverture du recyclage des gaz d'échappement 46 puis l'action fermeture du volet d'étranglement 47. Les deux actions 46, 47 peuvent être réparties ou étagées entre plusieurs parcours de l'ordinogramme pour que la transition ne soit pas perçue par le conducteur du véhicule.
Cette procédure permet de fermer complètement le volet d'étranglement. En outre, l'opération fait que le passage du mode de poussée au mode normal soit reconnu par la case de décision de fin de mode de poussée 51 et que tout d'abord l'action ouverture du volet d'étranglement 54 puis l'action fermeture du recyclage des gaz d'échappement 55 se fasse ainsi. Dans ce cas également, les deux ac- 5 tions 54, 55 peuvent être réparties de manière étagée entre plusieurs parcours du cycle de préférence suivant des trajectoires qui leurs sont propres. 10

Claims (7)

REVENDICATIONS
1 ) Procédé de commande de la régénération d'un filtre à particules (32) dans une installation de nettoyage de gaz d'échappement (30) d'un moteur à combustion interne (10) selon lequel on fournit l'air comburant par un canal d'air comburant (11) équipé d'un volet d'étranglement (22) et on recycle les gaz d'échappement du canal de gaz d'échappement (12) par une conduite de recyclage de gaz d'échappement (21) et/ou une conduite de recyclage des gaz d'échappement basse pression (23) pour introduire des gaz d'échappement dans le canal d'air comburant (11), caractérisé en ce que les actions du volet d'étranglement (22) et du recyclage de gaz d'échappement (21) et/ou du recyclage de gaz d'échappement basse pression (23) se font dans un ordre prédéfini.
2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'action du volet d'étranglement (22) et celle du recyclage des gaz d'échappement (21) et/ou du recyclage des gaz d'échappement basse pression (23) se font pour réduire l'apport en oxygène, dans une pre- mière étape en ouvrant le recyclage des gaz d'échappement (21) et/ou le recyclage des gaz d'échappement basse pression (23), et au cours d'une seconde étape en fermant le volet d'étranglement (22).
3 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'action du volet d'étranglement (22) et celle du recyclage des gaz d'échappement (21) et/ou le recyclage des gaz d'échappement basse pression (23) sont faites pour augmenter l'apport en oxygène au cours d'une première étape en ouvrant le volet d'étranglement (22), et dans une seconde étape en fermant jusqu'à une valeur prédéfinie le recyclage des gaz d'échappement (21) et/ou le recyclage des gaz d'échappement basse pression (23).
4 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce queIl on effectue les actions du volet d'étranglement (22) et celles du recyclage des gaz d'échappement (21) et/ou du recyclage des gaz d'échappement basse pression (23) au cours de plusieurs cycles de pro-cédé.
5 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on effectue les actions du volet d'étranglement (22) et du recyclage des gaz d'échappement (21) et/ ou du recyclage des gaz d'échappement 10 basse pression (23) de façon neutre vis-à-vis du couple.
6 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les opérations d'ouverture et de fermeture du volet d'étranglement (22) 15 et du recyclage des gaz d'échappement (21) et/ou du recyclage des gaz d'échappement basse pression (23) se font suivant des trajectoires pré-définies.
7 ) Procédé selon la revendication 1, 20 caractérisé en ce qu' en plus d'une ou plusieurs des opérations ci-dessus à l'ouverture du recyclage des gaz d'échappement basse pression (23), on ferme un volet de gaz d'échappement (23). 25 8 ) Dispositif de commande de la régénération d'un filtre à particules (32) d'une installation de nettoyage de gaz d'échappement (30) d'un moteur à combustion interne (10), dont le canal d'air comburant (11) est équipé d'un volet d'étranglement (22) et le canal des gaz d'échappement (12) comporte un recyclage de gaz d'échappement (21) 30 et/ou un recyclage de gaz d'échappement basse pression (23) reliés au canal d'air comburant (11), caractérisé par une commande d'opération (20) qui exécute suivant un ordre prédéfini l'action du volet d'étranglement (22) et celle du recyclage des gaz 35 d'échappement (21) et/ou du recyclage des gaz d'échappement bassepression (23), pour la mise en oeuvre du procédé selon au moins l'une quelconque des revendications 1 à 7.5
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