FR2944555A1

FR2944555A1 - Filtre a particules equipant une ligne d'echappement d'un moteur a combustion interne d'un vehicule automobile

Info

Publication number: FR2944555A1
Application number: FR0952499A
Authority: FR
Inventors: Vincent Chassefeyre
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2009-04-16
Filing date: 2009-04-16
Publication date: 2010-10-22

Abstract

L'invention a pour objet un filtre à particules (7) destiné à équiper une ligne d'échappement (5) d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. Le filtre à particules (7) comprend au moins un média filtrant (8) pour retenir des composés particulaires constitutifs de gaz d'échappement (2) produits par le moteur à combustion interne. Le filtre à particules (7) comprend des moyens de traitement sélectif (12) des gaz d'échappement (2) dont la mise en oeuvre est placée sous la dépendance de moyens d'analyse (11) d'un mode de roulage du véhicule automobile.

Description

FILTRE A PARTICULES EQUIPANT UNE LIGNE D'ECHAPPEMENT D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE D'UN VEHICULE AUTOMOBILE. [000l] L'invention a trait au domaine des dispositifs d'échappement comportant des moyens pour traiter des gaz d'échappement produits par un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. Elle a pour objet un filtre à particules équipant une ligne d'échappement en relation avec un tel moteur. Elle a aussi pour objet une méthode pour la mise en oeuvre d'un tel filtre à particules. [0002 Un moteur à combustion interne équipant un véhicule automobile, moteur Diesel notamment, génère des gaz d'échappement comprenant des composés gazeux et des composés particulaires, tels que des suies. Ces composés sont rejetés dans l'atmosphère par l'intermédiaire d'une ligne d'échappement en relation avec le moteur. Les normes environnementales visent à diminuer au maximum le rejet des composés particulaires dans l'atmosphère par de tels moteurs. Pour limiter ces rejets, il est connu d'équiper la ligne d'échappement d'un filtre à particules qui est destiné à retenir les composés particulaires tout en autorisant le passage des composés gazeux. [0003] Le filtre à particules comprend un média filtrant présentant une structure en nid d'abeilles . Le média filtrant est constitué d'une pluralité de canaux contigus, qui sont parallèles entre eux et de section homogène les uns par rapport aux autres. Chaque canal est délimité par une paroi s'étendant entre une face d'entrée et une face de sortie des gaz d'échappement. Pour forcer ces derniers à traverser les parois des canaux, la face d'entrée d'un canal est bouchée tandis que la face de sortie de chacun des canaux qui lui sont contigus est obturée par un opercule. [0004] Un problème général posé réside dans un colmatage du média filtrant provoqué par un stockage des composés particulaires à l'intérieur des canaux. De plus, le colmatage du média filtrant s'avère distinct selon la nature du mode de roulage du véhicule, tel qu'un roulage à faible vitesse avec des arrêts fréquents ou à grande vitesse avec peu d'arrêts. En effet, lorsque le débit des gaz d'échappement est faible, par exemple quand le véhicule se déplace en ville, les composés particulaires tendent à s'accumuler contre une face interne de l'opercule. Par contre, lorsque le débit des gaz d'échappement est élevé, par exemple lorsque le véhicule se déplace sur autoroute, les composés particulaires tendent à se déposer le long de la paroi des canaux. [0005i Le document FR 2 879 246 propose un dispositif de régénération du média filtrant qui détermine le moment où il est nécessaire de brûler les composés particulaires piégés à l'intérieur des canaux, pour éviter un colmatage important du média filtrant. [0006] Un inconvénient d'un tel dispositif réside dans le fait qu'il ne prend notamment pas en compte divers types de roulage, par exemple du type ville et du type autoroute , selon lesquels le véhicule peut être successivement utilisé. [000n Un but de la présente invention est de proposer un filtre à particules destiné à équiper une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, le filtre à particules comprenant au moins un média filtrant pour retenir des composés particulaires de gaz d'échappement générés par le moteur à combustion interne, le filtre à particules étant adapté pour optimiser une rétention des composés particulaires quel que soit le mode de roulage du véhicule automobile, afin d'optimiser une perte de charge affectant les gaz d'échappement lors de leur traversée du média filtrant, pour finalement augmenter une durée de vie du filtre à particules quel que soit le mode de roulage du véhicule automobile. Un autre but de la présente invention est de proposer un filtre à particules apte à limiter au maximum le rejet des composés particulaires dans des conditions diverses d'utilisation du véhicule, climatiques notamment, et/ou dans des états variés d'utilisation du moteur, moteur froid au démarrage par exemple. Un dernier but de la présente invention est de proposer une méthode pour la mise en oeuvre d'un tel filtre à particules. [000si Le filtre à particules de la présente invention est un filtre à particules destiné à équiper une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. Le filtre à particules comprend au moins un média filtrant pour retenir des composés particulaires constitutifs de gaz d'échappement produits par le moteur à combustion interne. [0009] Selon la présente invention, le filtre à particules comprend des moyens de traitement sélectif des gaz d'échappement dont la mise en oeuvre est placée sous la dépendance de moyens d'analyse d'un mode de roulage du véhicule automobile. [ooio] Les moyens de traitement sélectif comprennent avantageusement des zones spécifiques du média filtrant qui sont distinctes les unes des autres. [0011] Les zones spécifiques sont avantageusement ménagées à l'intérieur d'un plan P d'extension générale du média filtrant. [0012] Chaque zone spécifique comprend préférentiellement des canaux respectifs de section S1, S2 différente de l'une à l'autre des zones spécifiques. [0013] Chaque zone respective présente préférentiellement un traitement chimique et/ou une structure chimique respectifs différents de l'une à l'autre des zones spécifiques. [0014] Les moyens de traitement sélectif comprennent avantageusement au moins un volet de distribution des gaz d'échappement pour autoriser un passage des gaz d'échappement à travers une seule des zones spécifiques. [0015] Les moyens de traitement sélectif comprennent préférentiellement un actionneur pour manoeuvrer le volet de distribution. [0016] De préférence, les moyens d'analyse comprennent un calculateur pour déterminer une information relative audit mode de roulage en fonction d'une information relative à la vitesse de déplacement du véhicule, d'une information relative à la température extérieure au véhicule, et/ou d'une information relative à la température du liquide de refroidissement du moteur, et/ou d'une information relative à la température d'huile de lubrification du moteur, et/ou d'une information relative au régime du moteur et/ou d'une information relative au rapport engagé du moteur. [ooi7] Une méthode pour la mise en oeuvre d'un tel filtre à particules est principalement reconnaissable en ce que la méthode comprend : • une étape de détermination d'un mode de roulage du véhicule, puis • une étape de traitement différentiel des gaz d'échappement selon le mode de roulage déterminé. [oois] L'étape de traitement différentiel consiste avantageusement à distribuer sélectivement les gaz d'échappement vers une des zones spécifiques du média filtrant. [0019] La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va en être faite d'exemples de réalisation non limitatifs, en relation avec les figures des planches annexées, dans lesquelles : • Les fig.1 et fig.2 sont des illustrations schématiques respectives d'un filtre à particules selon la présente invention équipant une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne. • Les fig.3a et fig.3b sont des illustrations schématiques respectives de zone d'entrée et de zone de sortie d'un média filtrant constitutif du filtre à particules illustrés sur les fig.1 et fig.2, selon une première variante de réalisation.

Les fig.4a et fig.4b sont des illustrations schématiques respectives de zone d'entrée et de zone de sortie d'un média filtrant constitutif du filtre à particules illustrés sur les fig.1 et fig.2, selon une deuxième variante de réalisation. [0020] Ainsi que cela est montré à la fig.1, un véhicule automobile est équipé d'un moteur à combustion interne 1, notamment du type Diesel, qui génère des gaz d'échappement 2 comprenant des composés gazeux 3 et des composés particulaires 4, tels que des suies. Les gaz d'échappement 2 sont évacués dans l'atmosphère par l'intermédiaire d'une ligne d'échappement 5 ménagée en aval du moteur à combustion interne 1 selon un sens d'écoulement 6 des gaz d'échappement 2 depuis le moteur à combustion interne 1 vers l'atmosphère. Pour limiter un rejet préjudiciable des composés particulaires 4 dans l'atmosphère, un filtre à particules 7 équipe la ligne d'échappement 5. Le filtre à particules 7 comprend principalement un média filtrant 8 qui s'étend selon la totalité d'une section S de la ligne d'échappement 5 prise selon un plan P d'extension générale du média filtrant 8. Le plan P est ménagé orthogonalement au sens d'écoulement 6 des gaz d'échappement 2 à l'intérieur de la ligne d'échappement 5. [0021] Le véhicule automobile est susceptible de se déplacer selon divers modes de roulage, tels qu'en mode roulage de type ville , c'est-à-dire à faible vitesse et avec des arrêts fréquents, ou en mode roulage de type autoroute , c'est-à-dire à grande vitesse et avec peu d'arrêts. Selon le mode roulage du véhicule, le média filtrant 8 du filtre à particules 7 tend à retenir différemment les composés particulaires 4. Plus particulièrement, en mode roulage de type ville , les composés particulaires 4 tendent à s'accumuler dans une zone de sortie 9 des gaz d'échappement 2 hors du média filtrant 8, en raison d'un faible débit des gaz d'échappement 2 à l'intérieur de la ligne d'échappement 5. En mode roulage de type autoroute , les composés particulaires 4 tendent à s'accumuler dans une zone d'entrée 10 des gaz d'échappement 2 à l'intérieur du média filtrant 8, en raison d'un fort débit des gaz d'échappement 2 à l'intérieur de la ligne d'échappement 5. [0022] Ainsi que cela est montré à la fig.2, pour éviter un colmatage rapide du média filtrant 8 et espacer le plus possible les phases de régénération du filtre à particules 7, il est proposé, selon la présente invention, d'équiper le filtre à particules 7 de moyens d'analyse 11 du mode roulage du véhicule automobile et de moyens de traitement sélectif 12 des gaz d'échappement 2 en fonction d'une information relative au mode de roulage du véhicule automobile 13. Ces dispositions visent à optimiser la rétention des composés particulaires 4 par le média filtrant 8, en fonction de la situation réelle d'utilisation du véhicule. A partir d'une analyse du mode de roulage du véhicule et/ou de paramètres d'utilisation du véhicule, une sélection est opérée parmi diverses possibilités de traitement des gaz d'échappement 2 qu'offre le filtre à particules 7 de la présente invention. Il en résulte une augmentation de la durée de vie du filtre à particules 7, grâce à un colmatage contrôlé du média filtrant 8 par les composés particulaires 4. Il en découle finalement une diminution des pertes de charge affectant les gaz d'échappement 2 lors de leur traversée du média filtrant 8, ce qui tend à diminuer les opérations de maintenance et/ou de remplacement du filtre à particules 7, tout en respectant les normes environnementales en vigueur. Ces dispositions permettent également une diminution de la fréquence des opérations de régénération d'un tel filtre à particules 7. [0023] Les moyens d'analyse 11 comprennent un calculateur 14 qui est apte à déterminer l'information relative au mode de roulage du véhicule automobile 13 à partir de l'une quelconque au moins : • d'une information relative à la vitesse de déplacement du véhicule 15, ^ d'une information relative à la température extérieure au véhicule 16, • d'une information relative à la température du liquide de refroidissement 17, • d'une information relative à la température d'huile de lubrification du moteur 18, • d'une information relative au régime du moteur 19, et • d'une information relative au rapport de vitesse engagé du moteur 20. [0024] A titre d'exemple non limitatif, si la vitesse du véhicule automobile excède 90 km/h, le calculateur 14 détermine que le mode de roulage est de type autoroute tandis que si la vitesse du véhicule automobile est inférieure à 90 km/h, le calculateur 14 détermine que le mode de roulage est de type ville . De même, et toujours à titre d'illustration, si le rapport de vitesse engagé du moteur est en première vitesse ou en deuxième vitesse, le calculateur détermine que le mode roulage est de type ville tandis que si le rapport de vitesse engagé du moteur est en troisième vitesse, en quatrième vitesse ou en cinquième vitesse, le calculateur détermine que le mode roulage est de type autoroute . [0025] L'information relative au mode de roulage du véhicule automobile 13 est transmise à un actionneur 21 qui est constitutif des moyens de traitement sélectif 12 des gaz d'échappement 2. L'actionneur 21, préférentiellement électrique, permet de déplacer un volet de distribution 22 des gaz d'échappement 2 vers des zones spécifiques 23, 23' du média filtrant 8. A partir d'une manoeuvre du volet de distribution 22, les gaz d'échappement 2 s'écoulent soit vers une première zone spécifique 23, soit vers une deuxième zone spécifique 23' du média filtrant 8. La distinction entre les différentes zones spécifiques 23, 23' du média filtrant 8 est à considérer à l'intérieur du plan P d'extension générale du média filtrant 8, de telle sorte que, dans ledit plan P d'extension générale du média filtrant 8, la structure de la première zone spécifique 23 diffère de la structure de la deuxième zone spécifique 23', l'une étant adaptée au traitement des gaz d'échappement 2 lorsque le véhicule automobile est utilisé en mode roulage de type ville , l'autre étant adaptée au traitement des gaz d'échappement 2 lorsque le véhicule automobile est utilisé en mode roulage de type autoroute . Ainsi, selon la nature de l'information relative au mode de roulage du véhicule automobile 13, le volet de distribution 22 distribue les gaz d'échappement 2 vers la zone spécifique 23, 23' appropriée pour le traitement des gaz d'échappement 2. [0026] Une limite de séparation 24 entre les zones spécifiques 23, 23' est à la fois parallèle au sens d'écoulement 6 des gaz d'échappement 2 et orthogonale au plan P d'extension générale du média filtrant 8. Par ailleurs, dans le cas préféré où le volet de distribution 22 est mobile autour d'un axe de rotation 25, ce dernier est placé sensiblement à l'aplomb de la limite de séparation 24. La première zone spécifique 23 est par exemple une zone supérieure du média filtrant 8 et la deuxième zone spécifique 23' une zone inférieure du média filtrant 8. [0027] On notera, à ce stade de la description, que le média filtrant 8 est susceptible de comporter plus de deux zones spécifiques, notamment quatre, le volet de distribution étant dans ce cas adapté pour distribuer les gaz d'échappement 2 vers autant de zones spécifiques que le média filtrant 8 en comporte. [0028] Sur les fig.3a, fig.3b, fig.4a et fig.4b, le média filtrant 8 comprend une pluralité de canaux 26 qui sont ménagés entre la zone d'entrée 10 et la zone de sortie 9, et qui sont parallèles entre eux, en étant orthogonaux au plan P d'extension générale du média filtrant 8. Chaque canal 26 comporte une face d'entrée 27 constitutive de la zone d'entrée 10 et une face de sortie 28 constitutive de la zone de sortie 9. Pour un canal 26 donné, la face d'entrée 27 de ce canal 26 est obturée tandis que la face de sortie 28 de ce canal 26 est libre alors que les canaux contigus 26 au canal donné 26 présentent une face d'entrée 27 libre et une face de sortie 28 obturée. Ces dispositions visent à forcer les gaz d'échappement 2 à traverser une paroi 29 délimitant les canaux 26 les uns des autres, pour retenir les composés particulaires 4. [0029] La distinction entre les zones spécifiques 23, 23' relève par exemple d'une différence de section S1, S2 des canaux 26, les sections S1, S2 étant prises dans le plan P d'extension générale du média filtrant 8, tel qu'illustré sur les fig.3a et fig.3b, et/ou d'une différence de structure chimique et/ou de traitement chimique des différentes zones spécifiques 23, 23', tel que schématisé sur les fig.4a et fig.4b. [0030] Plus particulièrement, ainsi que cela est montré aux fig.3a et fig.3b, les canaux 26 de la zone spécifique 23 présentent une section S1 qui est inférieure à une section S2 des canaux 26 de la zone spécifique 23'. Dans ce cas, les canaux 26 de la zone spécifique 23 sont adaptés au traitement des gaz d'échappement 2 en mode roulage de type autoroute tandis que les canaux 26 de la zone spécifique 23' sont adaptés au traitement des gaz d'échappement 2 en mode roulage de type ville . Ces dispositions visent à optimiser non seulement la filtration des gaz d'échappement 2 et mais aussi la perte de charge que ces derniers subissent, en fonction du type de roulage du véhicule automobile. La zone spécifique 23 présentent des canaux 26 dont la surface d'échange globale des parois 29 qui les constituent est optimisée pour une filtration des gaz d'échappement 2 en mode roulage de type ville . La zone spécifique 23' présente des canaux 26 dont le volume interne est optimisé pour une filtration des gaz d'échappement 2 en mode roulage de type autoroute . Une telle différence de structure des canaux 26 des zones spécifiques 23,23' est notamment obtenue à partir d'une taille différenciée de pores que comprend le média filtrant 8 réalisé par exemple en carbure de silicium. [0031] Plus particulièrement, sur les fig.4a et fig.4b, les canaux 26 des zones spécifiques 23, 23' sont réalisés à partir de proportions différentes de cordiérite et de carbure de silicium, de telle sorte que les canaux 26 de la zone spécifique 23 diffèrent chimiquement des canaux 26 de la zone spécifique 23'. De manière optionnelle, les zones spécifiques 23,23' sont susceptibles de présenter un revêtement catalytique respectif différent l'un de l'autre, au regard de taux d'oxyde de zircone, et/ou de taux de cérine, et/ou de taux de métaux précieux, platine et/ou palladium notamment. [0032] II résulte de l'ensemble de ces dispositions, qu'à partir d'une analyse fréquente et répétée du mode de roulage du véhicule automobile, une sélection du filtrage des gaz d'échappement 2 le plus adapté est réalisée à partir d'un choix de la zone spécifique 23, 23' appropriée du média filtrant 8 pour le traitement des gaz d'échappement 2, ce choix consistant à canaliser l'écoulement des gaz d'échappement 2 vers la zone spécifique 23, 23' structurellement et/ou chimiquement la plus adaptée à un stockage optimisé des composés particulaires 4 des gaz d'échappement 2.

Claims

REVENDICATIONS1. Filtre à particules (7) destiné à équiper une ligne d'échappement (5) d'un moteur à combustion interne (1) d'un véhicule automobile, le filtre à particules (7) comprenant au moins un média filtrant (8) pour retenir des composés particulaires (4) de gaz d'échappement (2) produits par le moteur à combustion interne (1), caractérisé en ce que le filtre à particules (7) comprend des moyens de traitement sélectif (12) des gaz d'échappement (2) dont la mise en oeuvre est placée sous la dépendance de moyens d'analyse (11) d'un mode de roulage du véhicule automobile.
2. Filtre à particules (7) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de traitement sélectif (12) comprennent des zones spécifiques (23, 23') du média filtrant (8) qui sont distinctes les unes des autres.
3. Filtre à particules (7) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les zones spécifiques (23, 23') sont ménagées à l'intérieur d'un plan P d'extension générale du média filtrant (8).
4. Filtre à particules (7) selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que chaque zone spécifique (23, 23') comprend des canaux respectifs (26) de section (Si, SZ) différente de l'une à l'autre des zones spécifiques (23, 23').
5. Filtre à particules (7) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que chaque zone respective (23, 23') présente un traitement chimique et/ou une structure chimique respectifs différents de l'une à l'autre des zones spécifiques (23, 23').
6. Filtre à particules (7) selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les moyens de traitement sélectif (12) comprennent au moins un volet de distribution (22) des gaz d'échappement (2) pour autoriser un passage des gaz d'échappement (2) à travers une seule des zones spécifiques (23, 23').
7. Filtre à particules (7) selon la revendication 6, caractérisé en ce que les 30 moyens de traitement sélectif (12) comprennent un actionneur (21) pour manoeuvrer le volet de distribution (22).
8. Filtre à particules (7) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'analyse (11) comprennent un calculateur (14) pour déterminer une information relative audit mode de roulage (13) en fonction d'une information relative à la vitesse de déplacement du véhicule (15), d'une information relative à la température extérieure au véhicule (16), et/ou d'une information relative à la température du liquide de refroidissement du moteur (17), et/ou d'une information relative à la température d'huile de lubrification du moteur (18), et/ou d'une information relative au régime du moteur (19) et/ou d'une information relative au rapport engagé du moteur (20).
9. Méthode pour la mise en oeuvre d'un filtre à particules (7) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la méthode comprend une étape de détermination d'un mode de roulage du véhicule, puis une étape de traitement différentiel des gaz d'échappement (2) selon le mode de roulage déterminé.
10. Méthode selon la revendication 9 pour la mise en oeuvre d'un filtre à particules (7) selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, ou selon la revendication 8 quand elle dépend directement ou indirectement de la revendication 2, caractérisée en ce que l'étape de traitement différentiel consiste à distribuer sélectivement les gaz d'échappement (2) vers une des zones spécifiques (23, 23') du média filtrant (8).20