FR2974147A1 - Procede et dispositif de regeneration d'un filtre a particules dans systeme de gaz d'echappement a structure en y - Google Patents

Procede et dispositif de regeneration d'un filtre a particules dans systeme de gaz d'echappement a structure en y Download PDF

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Abstract

Procédé et dispositif de régénération d'un composant de post-traitement des gaz d'échappement comprenant deux groupes de cylindres reliés par une conduite (20, 70) distincte à un catalyseur (40, 90) et se réunissant dans une conduite d'échappement commune (140). Un filtre à particules équipe chaque conduite (20, 70). Il est régénéré en appliquant une mesure interne au moteur et une modulation du coefficient Lambda pour accorder l'une à l'autre les deux conduites de gaz d'échappement (20, 70).

Description

i Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé et dispo- sitif de régénération d'au moins un composant de post-traitement des gaz d'échappement pour filtrer des particules de noir de fumée dans un moteur à combustion interne comprenant : - un premier groupe de cylindres dont les gaz d'échappement sont conduits par une première conduite de gaz d'échappement et dont le rapport de mélange/air est commandé par un premier système de dosage de carburant par une unité de commande à l'aide d'un premier circuit de régulation pour régler un premier coefficient lambda fondé sur le signal d'une première zone de gaz d'échappement installée en amont d'un catalyseur selon le sens de passage des gaz d'échappement dans la conduite des gaz d'échappement, et - au moins un autre groupe de cylindres dont les gaz d'échappement 15 passent dans une autre conduite de gaz d'échappement et dont le rapport de mélange carburant/air est réglé par un autre circuit de régulation pour régler un autre coefficient lambda sur le fondement du signal d'une autre sonde de gaz d'échappement installée en amont du catalyseur selon le sens de passage des gaz 20 d'échappement dans la conduite des gaz d'échappement, * les conduites de gaz distinctes se réunissant en aval des cataly- seurs dans une conduite de gaz d'échappement, commune, équi- pée d'un catalyseur commun. Etat de la technique 25 Selon l'état de la technique on connaît un procédé et un dispositif tels que définis ci-dessus. Dans le cas des moteurs à combustion interne fonctionnant selon le principe du moteur à essence, il n'est pas encore nécessaire d'utiliser un filtre à particules pour respecter les valeurs limites 30 imposées actuellement par l'Union européenne. Le post-traitement des gaz d'échappement pour les composants nocifs tels que les hydrocarbures imbrûlés (HC), le monoxyde de carbone (CO) et les oxydes d'azote (NOx) se fait dans le cas de principes de fonctionnement homogènes par un catalyseur à trois voies. En mode de fonctionnement maigre, un ca- 35 talyseur accumulateur en aval, traite les oxydes d'azote NOx. Mais, il n'y
2 a pas dans ces conditions de catalyseur à trois voies proche du moteur qui assure la fonction à trois voies en mode homogène et qui est utilisé en mode maigre pour oxyder le monoxyde de carbone CO et les hydrocarbures HC. Pour des concepts homogènes, le catalyseur amont est souvent suivi d'un catalyseur principal distinct du point de vue constructif par exemple installé sous le plancher du véhicule. Mais des valeurs limites plus strictes imposées aux gaz d'échappement à l'avenir et concernant les émissions de particules comme par exemple les valeurs limites fixées par l'Union européenne io selon la réglementation relative aux gaz d'échappement portant la référence EU6 à partir de 2014, imposent d'équiper de plus en plus les moteurs à combustion interne à essence avec des filtres à particules. La veine des gaz d'échappement est conduite, comme dans les moteurs Diesel, dans un filtre à particules (GPF = filtre à particules d'essence) 15 installé dans la conduite des gaz d'échappement pour retenir les parti-cules solides chargeant les gaz d'échappement. La masse des particules de noir de fumée stockées dans le filtre conduit toutefois à une fermeture progressive du filtre et ainsi à une augmentation de la contre-pression des gaz d'échappement se répercutant de manière négative sur 20 la puissance fournie par le moteur et sur sa consommation de carburant. L'effet de filtrage de particules utilise sur un substrat en céramique poreuse avec des canaux fermés alternativement sur les côtés et que la veine de gaz d'échappement doit traverser de force. Les 25 particules de noir de fumée (ci-après : les particules) se déposent ainsi à la surface et dans les parois (pénétration profonde) du substrat poreux. Ces filtres à particules se chargent particules pendant leur fonctionne-ment et c'est pourquoi il faut les régénérer à des intervalles réguliers. La charge maximale de particules dans le filtre dépend ainsi de manière 30 décisive de la matière du substrat du filtre telle que par exemple la porosité, la densité en cellules et la géométrie des canaux et notamment la température de fusion ainsi que la capacité thermique. La même remarque s'applique également aux substrats de filtres à particules à revêtement catalytique qui, à côté de l'effet de catalyseur à trois voies,
3 permettent également de retenir des particules et sont, dans ces conditions appelés catalyseurs à quatre voies. Les stratégies classiques de régénération partent de pro-fils d'application spéciaux et de débit d'air pour avoir une température plus élevée dans le canal des gaz d'échappement du moteur à combustion interne et réaliser l'oxydation des particules avec un excédent d'oxygène. Pour cela, on applique de nombreuses mesures pour atteindre des températures homogènes requises des gaz d'échappement entre 600° C et 650° C en mode de fonctionnement normal, seulement io près de la pleine charge. Dans le cas d'un moteur à combustion interne à plu-sieurs cylindres, on répartit souvent les cylindres en deux bancs. L'air nécessaire à la combustion est fourni à tous les cylindres par une con-duite d'admission commune. Cette conduite peut être équipée d'une 15 installation de mesure de quantité d'air qui mesure la masse d'air aspirée à travers la conduite d'admission. En sortie, les deux bancs de cylindres sont reliés à des conduites de gaz d'échappement distinctes qui sont également appelées bancs de gaz d'échappement. Chacune de ces conduites de gaz d'échappement comporte un capteur de gaz 20 d'échappement mesurant la composition des gaz d'échappement. Dans le cas d'un moteur à essence, les deux capteurs de gaz d'échappement sont usuellement réalisés sous la forme de sondes lambda. Le post-traitement des gaz d'échappement se fait alors habituellement par des catalyseurs installés à proximité du moteur dans les conduites dis- 25 tinctes des gaz d'échappement ou à l'aide d'un catalyseur installé dans la conduite commune des gaz d'échappement ; les conduites séparées des gaz d'échappement sont en général réunies seulement sous le plan-cher du véhicule à une conduite commune de gaz d'échappement. Dans ce cas, le système de conduites de gaz d'échappement est en général 30 appelé système à structure en Y. En fonction des signaux de sortie des sondes lambda installées dans les deux bancs de cylindre, l'appareil de commande calcule séparément les quantités de carburant à injecter dans les deux bancs de cylindres ; en fonction des signaux de sortie des deux sondes lamb- 35 da, il calcule un coefficient de régulation respectif qui influence
4 l'injection de carburant dans chaque banc de cylindres. Ce coefficient de régulation s'obtient habituellement à l'aide d'un régulateur lambda et à chacun des deux bancs de cylindres est associé un régulateur lambda distinct.
Le document DE-10 2006 003487 Al décrit un procédé de modulation lambda d'un moteur à combustion interne comportant un premier groupe de cylindres dont les gaz d'échappement passent dans une première conduite de gaz d'échappement et dont le rapport de mélange carburant/air est commandé par un système de dosage de io carburant à l'aide d'une unité de commande qui règle par un premier circuit de régulation, un premier coefficient lambda à partir du signal fourni par une première sonde de gaz d'échappement installée dans la conduite des gaz d'échappement en amont du catalyseur selon le sens de passage des gaz d'échappement et avec au moins un autre groupe de 15 cylindres dont les gaz d'échappement passent dans une autre conduite de gaz d'échappement et dont le rapport de mélange carburant/air est réglé par un système de dosage de carburant par un autre circuit de régulation qui règle un autre coefficient lambda fondé sur le signal fourni par une autre sonde de gaz d'échappement installée en amont du 20 catalyseur selon le sens de passage des gaz d'échappement ou pour un autre catalyseur distinct dans la conduite des gaz d'échappement ; la modulation lambda du premier coefficient lambda étant synchronisée pour la première conduite des gaz d'échappement et pour l'autre con-duite des gaz d'échappement. Ce procédé permet de réduire la variation 25 du couple moteur dans le cas d'un moteur à combustion interne à plu-sieurs bancs de conduites de gaz d'échappement et d'améliorer ainsi le confort de roulage. En outre, dans le cas de plusieurs bancs de con-duites de gaz d'échappement réunies en amont d'un catalyseur commun (système à structure en Y), on améliore le diagnostic du 30 catalyseur. Dans le cas de systèmes équipés de catalyseurs accumulateur d'oxydes d'azote NOx (catalyseur NSC) il faut désulfuriser le catalyseur NSC à des intervalles réguliers car du fait du soufre contenu dans l'essence, le catalyseur s'encombre d'oxydes de soufre SOx ce qui 35 diminue sa capacité de stockage des oxydes d'azote NOx. Pour éliminer le soufre du catalyseur NCS, il faut générer des températures élevées des gaz d'échappement et apporter un gaz riche au catalyseur. Dans le cas d'une structure en Y, on réalise cela par le procédé dit de "division de coefficient lambda" comme cela est, par exemple, décrit dans le do- 5 cument DE 10 2006 003487 Al ; selon ce procédé on fait fonctionner en mode riche un banc de conduites de gaz d'échappement et l'autre banc en mode légèrement maigre, de sorte que la somme, après réunion, correspond à des gaz d'échappement légèrement riches. De cette manière, des compositions imbrûlées ou partiellement brûlées d'hydrocarbures io HC ou de monoxyde de carbone CO susceptibles de réagir rencontrent l'oxygène dans le catalyseur NSC. Cela se traduit par une réaction exothermique et ainsi une augmentation de la température du catalyseur. Comme les gaz d'échappement sont en même temps en moyenne légèrement riches, on libère ainsi les oxydes de soufre SOx stockés. 15 La régénération d'un filtre à particules dans le cas des moteurs à essence (GPF) ou aussi dans le cas d'un filtre à particules à revêtement (catalyseur à quatre voies) nécessite non seulement une température élevée des gaz d'échappement mais également un excédent d'oxygène. Ainsi, pendant la régénération, il faut s'écarter de la stratégie 20 de fonctionnement usuelle, (c'est-à-dire = 1) pour les moteurs à combustion interne à essence et passer à un coefficient lambda maigre. Mais cela est toutefois synonyme d'un passage en force oxydes d'azote NOx car le catalyseur à trois voies ou encore le filtre à particules ne permet pas de convertir les oxydes d'azote NOx, en mode maigre. 25 But de l'invention La présente invention a ainsi pour but de développer un procédé permettant, d'une part, une régénération à faible émission du filtre à particules et, d'autre part, d'appliquer une stratégie de régénération commune dans le cas de système équipé d'un catalyseur à accu- 30 mulateur d'oxydes d'azote NOx. L'invention a également pour but d'appliquer le procédé avec un dispositif ou un montage correspondant pour éliminer les composants des gaz d'échappement à nettoyer. 35
6 Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un procédé du type défini ci-dessus caractérisé en ce que - les composants de post-traitement des gaz d'échappement pour fil- trer les particules sont installés respectivement dans les conduites de gaz d'échappement là où celles-ci sont encore séparées et pour chauffer ces composants, on applique une mesure interne au moteur pour le premier groupe de cylindres et ensuite, à l'aide d'une modulation lambda on règle le coefficient lambda dans cette première con-duite de gaz d'échappement associée à ce groupe de cylindres pour un coefficient > 1, et en même temps, dans l'autre conduite de gaz d'échappement on règle un coefficient lambda tel que < 1 ou - les composants de post-traitement des gaz d'échappement pour fil- 15 trer les particules sont installés dans une conduite commune de gaz d'échappement et la régénération des composants filtrant les parti-cules se fait à l'aide d'une mesure interne au moteur et d'une modulation lambda accordée l'une à l'autre pour les deux conduites de gaz d'échappement. 20 Le procédé tel que défini ci-dessus correspond à une stratégie de fonctionnement permettant une régénération particulièrement pauvre en émission des composants filtrants les particules car on évite le passage d'oxydes d'azote NOx qui peut se produire par ailleurs lors-que le catalyseur travaille en mode de fonctionnement maigre. Malgré 25 les phases de régénération dans les différentes conduites de gaz d'échappement, cela permet à un catalyseur commun d'assurer une plage optimale pour le coefficient lambda. On réduit d'une façon particulièrement efficace l'émission de particules si, comme composant filtrant les particules, on utilise un 30 filtre à particules ou des catalyseurs à quatre voies, qui sont des substrats de filtre en céramique revêtus d'une matière catalytique. Les filtres à particules sont connus depuis longtemps comme filtres à particules appliqués au moteur Diesel et ont été optimisés plusieurs fois du point de vue technique. Les catalyseurs à quatre voies utilisent des substrats 35 de particules.
8 trants les particules et la désulfurisation du catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote NOx soient réunies dans une phase de temps commune et que ces opérations soient accordées l'une par rapport à l'autre. Cela permet d'éviter des phases de régénération supplémentaires qui aug- mentent les émissions polluantes et la consommation. Ainsi, selon une caractéristique préférentiellement du procédé, dans cette phase de régénération commune, on réalise d'abord la désulfurisation du catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote NOx en ce que l'on chauffe le catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote NOx par io des moyens internes au moteur et on règle un coefficient lambda tel que < 1. Cela permet une désulfurisation efficace du catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote NOx. Après cette désulfurisation du catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote NOx on règle un coefficient lambda tel que > 1 pour régénérer les composants filtrants les particules pour oxyder 15 les particules dans les gaz d'échappement avec l'excédent d'oxygène. Si on détermine la fréquence des phases de régénération des composants filtrant les particules et du catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote NOx en fonction d'une charge de particules pronostiquée à partir du modèle ou mesurée par un capteur de particules et/ou 20 en fonction de la teneur en soufre du carburant utilisé, on pourra le cas échéant assurer la régénération et éviter une augmentation de la con-sommation de carburant ou minimiser le nombre des phases avec éventuelle réduction du confort de circulation. Selon une application préférentielle du procédé décrit ci- 25 dessus, l'utilisation dans le cas de moteurs à essence équipés d'un système de gaz d'échappement à structure en Y, on utilise un filtre à parti-cules ou un catalyseur à trois voies combiné à un filtre. Cela s'applique pour le mode de fonctionnement homogène et aussi pour le mode de fonctionnement maigre du moteur à combustion interne. Dans le cas du 30 mode de fonctionnement homogène, le procédé peut s'appliquer à la fois dans le cas de moteur à injection dans la tubulure d'admission et aussi de moteur à injection directe. Cela permet, en particulier pour des moteurs à essence, de respecter les limites européennes plus strictes con-cernant les gaz d'échappement selon la réglementation EU6.
7 La conversion des composants polluants NOx, CO et HC contenus dans les gaz d'échappement sera faite de manière optimale par un catalyseur commun si, à la régénération des composants filtrant les particules dans les conduites de gaz d'échappement distinctes, on synchronise la modulation lambda dans les conduites de gaz d'échappement de façon à régler un coefficient lambda égal ou proche de l'unité (1) après réunion des gaz d'échappement dans la conduite commune des gaz d'échappement, en amont du catalyseur commun. Si, en plus on utilise un autre circuit de régulation lamb- ic) da avec une autre sonde de gaz d'échappement installée en aval du catalyseur commun selon le sens de passage des gaz d'échappement, on pourra régler, de façon précise, le mélange total de façon optimale sur le point de conversion du catalyseur. Comme sonde de gaz d'échappement en aval du catalyseur commun, on pourra utiliser une sonde à saut 15 (sonde à variation brusque). Comme dispositif particulièrement avantageux d'une réduction efficace de l'émission de matière polluante, on utilise comme catalyseur commun dans la conduite commune des gaz d'échappement, un catalyseur à trois voies et, comme catalyseur dans les conduites sé- 20 parées, chaque fois un catalyseur à quatre voies ou une combinaison d'un catalyseur à trois voies et d'un catalyseur installé en aval du filtre à particules. A côté des oxydes d'azote, du monoxyde de carbone et des hydrocarbures imbrûlés, cette conception permet également d'éliminer efficacement les particules, ce qui permettra de respecter, à l'avenir, 25 d'autres valeurs limites de gaz d'échappement ou autres prescriptions relatives aux gaz d'échappement. En liaison avec un catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote NOx, on aura une réduction particulièrement efficace des oxydes d'azote NOx. Un dispositif particulièrement efficace est celui de compo- 30 sants de filtre à particules dans le système de post-traitement des gaz d'échappement qui sont combinés au moins en partie avec au moins un catalyseurs accumulateur d'oxydes d'azote NOx. Comme à la fois les conditions physiques aux limites et aussi la fréquence de la régénération dans les deux systèmes (catalyseurs NSC et catalyseur GPF) sont 35 analogues, il est avantageux que la régénération des composants fil-
9 Le problème posé est également réalisé par un dispositif du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que les composants de post-traitement des gaz d'échappement sont installés pour filtrer les parti-cules chaque fois dans les conduites de gaz d'échappement encore sé- parées ou dans la conduite des gaz d'échappement commune et pour chauffer les composants, l'unité de commande applique, séparément, des mesures internes au moteur pour les groupes de cylindres et règle pour les deux conduites de gaz d'échappement des modulations différentes du coefficient lambda différentes pour la valeur lambda dans les io deux conduites de gaz d'échappement, ces conduites étant synchronisées l'une par rapport à l'autre ou encore on régénère des composants filtrant les particules dans la conduite commune des gaz d'échappement par des mesures interne au moteur et une modulation du coefficient lambda accordée l'une à l'autre et selon laquelle on guide les gaz 15 d'échappement, - l'unité de commande comportant une installation pour la mise en oeuvre du procédé développé ci-dessus. Ainsi, suivant une caractéristique, les composants filtrant les particules sont combinés au moins en partie avec au moins un cata- 20 lyseur accumulateur d'oxydes d'azote NOx en amont du filtre à parti-cules et à côté de la réduction de la concentration en particules on retient efficacement les oxydes d'azote. Les fonctions du procédé et de ses variantes peuvent être assurées sous la forme de programmes ajoutés aux diagnostics clas- 25 Biques de filtre à particules ou de diagnostics embarqués et/ou de stratégies de régénération dans l'unité de commande. Les moyens à mettre en oeuvre sur le plan de l'application sont, dans ces conditions, réduits et peuvent être réalisés simplement ultérieurement comme mises à jour de programmes. L'unité de commande peut faire partie intégrante d'une 30 commande principale de moteur, par exemple de l'unité de commande de moteur (ou unité de gestion du moteur). Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation d'un procédé et d'un
10 dispositif de régénération d'un composant de post-traitement des gaz d'échappement, représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique de l'environnement technique dans lequel s'inscrit le procédé de l'invention, - la figure 2 montre, à titre d'exemple, un dispositif pour un système de gaz d'échappement à structure en Y avec des catalyseurs différents, - la figure 3 montre, à titre d'exemple, un autre dispositif pour un système de gaz d'échappement à structure en Y avec des catalyseurs et des filtres à particules, et - la figura 4 montre, à titre d'exemple, un autre dispositif d'un système de gaz d'échappement à structure en Y avec des catalyseurs, un catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote NOx et un filtre à parti-cules.
Description de modes de réalisation La figure 1 montre schématiquement l'environnement technique dans lequel s'inscrit l'invention. La figure montre les composants principaux d'un moteur à combustion interne 1 sous la forme d'un moteur à huit cylindres et bi-turbo comportant un système de gaz d'échappement à double flux ; dans cet exemple de réalisation, les veines de gaz d'échappement de chaque fois quatre cylindres sont regroupées dans une conduite de gaz d'échappement (banc de gaz d'échappement). Les composants principaux du moteur à combustion in- terne 1 sont le bloc moteur 10, une unité de commande 120 coopérant avec une installation de régulation et deux conduites de gaz d'échappement 20, 70 ayant chacune au moins un catalyseur 40, 90. Dans l'exemple de réalisation présenté, les deux conduites de gaz d'échappement 20, 70 ont, en amont des catalyseurs 40, 90, chaque fois au moins une sonde de gaz d'échappement 50, 100 qui est une sonde à fonctionnement continu ou une sonde dite à saut. Des sondes de gaz d'échappement 50, 100 sont reliées à l'unité de commande 120 par des lignes de transmission de signaux 51, 101 pour la régulation du coefficient lambda ; l'unité de commande 120 est reliée par les lignes de transmission de signaux 12, 14 aux systèmes de dosage de carburant
Il 11, 13 du bloc moteur 10. Les systèmes de dosage de carburant 11, 13 de l'exemple présenté sont conçus, chacun, pour quatre cylindres et sont commandés habituellement par une commande de moteur, principale non représentée ici. Les systèmes de dosage de carburant 11, 13 et l'installation de mesure de quantité d'air 130 reliée à l'unité de commande 120 par une ligne de transmission de signaux 131 permet de régler le mélange carburant/air de façon à obtenir un certain coefficient dans les conduites de gaz d'échappement 20, 70 grâce aux circuits de régulation 50, 120, 11 ou 100, 120, 13. io Pour augmenter la puissance dans l'exemple de réalisation présenté, les conduites de gaz d'échappement 20, 70 comportent chacune un turbocompresseur de gaz d'échappement 30, 80 en amont des sondes de gaz d'échappement 50, 100 et des catalyseurs 40, 90. L'unité de commande 120 est reliée par des lignes de transmission de 15 signaux 61, 111 aux capteurs de température 60, 110 dans une con-duite de gaz d'échappement 20 en amont du turbocompresseur de gaz d'échappement 30, associé et dans l'autre conduite de gaz d'échappement 70 en amont du turbocompresseur de gaz d'échappement 80 équipant cette conduite ; les capteurs de tempéra- 20 ture 60, 110 servent à protéger les turbocompresseurs de gaz d'échappement 30, 80 contre les températures excessives. Partant de cette disposition, deux bancs de conduites de gaz d'échappement peuvent être réunis en une conduite commune de gaz d'échappement 140 en amont d'un catalyseur commun 150 (cataly- 25 seur installé sous le plancher) selon une structure dite en Y. Cela est également représenté schématiquement aux figures 2, 3 et 4. Derrière le catalyseur commun 150, dans l'exemple présenté, on a une autre sonde de gaz d'échappement 160 reliée par une ligne de transmission de signaux 161 également à l'unité de commande 120. 30 Selon un premier développement de l'invention, comme le montre la figure 2, le système de gaz d'échappement a une structure en Y dont chaque conduite de gaz d'échappement 20, 70, tout d'abord in-dépendante du bloc moteur 10 du moteur à combustion interne 1, est équipée d'un catalyseur à quatre voies 170 (correspondant au cataly- 35 seur 40, 90 de la figure 1) et après la réunion la conduite commune de
12 gaz d'échappement 140, a un catalyseur commun à trois voies 180 (correspondant au catalyseur 150 de la figure 1). En variante, la figure 3 montre un catalyseur à trois voies 180 comme pré-catalyseur installé tout d'abord dans chacune des con- duites indépendantes de gaz d'échappement 20, 70 du bloc moteur 10 selon le sens de passage des gaz d'échappement et d'un filtre à parti-cules 190 (filtre GPF) en aval de chaque catalyseur et, après la réunion dans la conduite commune de gaz d'échappement 140, est équipée d'un catalyseur commun à trois voies 180.
Lorsque l'un des catalyseurs à quatre voies 170 ou le filtre à particules 190 (filtre GPF) sont chargés de particules nécessitant une régénération, on chauffe tout d'abord, comme le prévoit le procédé de l'invention, l'une des conduites de gaz d'échappement 20 avec le catalyseur à quatre voies 170 ou avec la combinaison d'un catalyseur à trois voies 180 et d'un filtre à particules 190 par un moyen de chauffage du catalyseur, par exemple, par un allumage retardé (retard de l'angle d'allumage). Ensuite, on dérègle le mélange de ce banc de façon à avoir globalement un coefficient lambda de mode maigre (X > 1) uniquement pour ce banc de conduite de gaz d'échappement pour avoir ainsi suffi- samment d'oxygène pour la combustion des particules. En même temps, dans l'autre conduite de gaz d'échappement 70, on règle un mélange riche (X < 1) tel qu'en aval de la réunion de la structure en Y, on aura un coefficient lambda = 1 dans la conduite commune des gaz d'échappement 140.
Pour accorder aussi bien que possible les différents coefficients lambda les uns par rapport aux autres dans les deux conduites de gaz d'échappement 20, 70, il est avantageux d'utiliser chaque fois une sonde de gaz d'échappement 50, 100 réalisée comme sonde lambda à bande large en tant que sonde LSU (voir figure 1) en amont des cata- lyseurs à quatre voies 170 ou des catalyseurs à trois voies 180. Ces sondes à gaz d'échappement 50, 100 et une régulation lambda permettent de réguler exactement les coefficients lambda différents de = 1 dans les deux conduites de gaz d'échappement 20, 70. En plus, un autre circuit de régulation fondé sur la sonde à gaz d'échappement 160 réalisée comme sonde à saut (voir figure 1) en aval du catalyseur à trois
13 voies 180 constituant le catalyseur principal 150, dans la conduite commune des gaz d'échappement 140 pour régler le mélange global de façon optimale pour le point de conversion des catalyseurs. La figure 4 montre un autre développement de l'invention dans lequel les conduites de gaz d'échappement distinctes 20, 70 du bloc moteur 10 comportent, chacune, un catalyseur à trois voies 180 (TWC) en amont de la réunion selon la structure en Y ainsi qu'un catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote NOx 200 (catalyseur NSC) suivi d'un filtre à particules 190 après la réunion de la structure en Y dans la lo conduite commune de gaz d'échappement 140. En variante, les deux pré-catalyseurs 40, 90 ou 180 et/ou le catalyseur à trois voies 180 réalisé comme catalyseur principal 150 pourront également être réalisés comme catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote NOx 200 combiné avec une fonction de catalyseur à trois voies comme cela est indiqué 15 schématiquement à la figure 4. Selon l'invention, la régénération du filtre à particules 190, c'est-à-dire la combustion des particules accumulées pourra être couplée à la désulfurisation du catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote NOx 200 (catalyseur NSC). Pour cela, il faut d'une part des tem- 20 pératures élevées des gaz d'échappement pour la désulfurisation du catalyseur (NSC) ainsi qu'un apport riche et d'autre part pour la régénération du filtre à particules (filtre GPF), il faut également des gaz d'échappement à des températures élevées mais en même temps un gaz maigre pour brûler les particules. 25 Pour la fréquence de la régénération, il faut une désulfurisation du catalyseur NSC suivant la teneur en soufre du carburant et l'importance du catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote NOx 200, tous les 500 km jusqu'à 2 000 km. La régénération active du filtre à particules à essence (filtre GPF) doit se faire selon les émissions de par- 30 ticules par le moteur, la conception du filtre à particules et le mode de fonctionnement du véhicule (températures des gaz d'échappement, phases de poussée) se faire environ tous les 500 km à quelques milliers de kilomètres. Comme à la fois les conditions physiques aux limites 35 mais également la fréquence de la régénération dans les deux systèmes
14 (catalyseur NSC et catalyseur GPF) sont analogues, il est avantageux de regrouper les deux régénérations dans une seule phase et d'accorder l'une par rapport à l'autre les deux régénérations. Pour cela, on chauffe tout d'abord le catalyseur NSC par un mélange globalement riche et on le désulfurise. Ensuite, on appauvrie le mélange pour régénérer le catalyseur GPF. Cette stratégie de fonctionnement peut s'appliquer en principe également dans le cas de systèmes de gaz d'échappement mono-flux dans lesquels un catalyseur NSC est combiné à un catalyseur GPF dans la conduite des gaz d'échappement.10 NOMENCLATURE
1 - Moteur à combustion interne 10 - Bloc moteur 11 - Système de dosage de carburant 12 - Ligne de transmission de signaux 13 - Système de dosage de carburant 14 - Ligne de transmission de signaux 20 - Conduite de gaz d'échappement 30 - Turbocompresseur de gaz d'échappement 40 - Catalyseur 50 - Sonde de gaz d'échappement 51 - Lignes de transmission de signaux 60 - Capteur de température 61 - Ligne de transmission de signaux 70 - Conduite de gaz d'échappement 80 - Turbocompresseur de gaz d'échappement 90 - Catalyseur 100 - Sonde de gaz d'échappement 101 - Lignes de transmission de signaux 110 - Capteurs de température 111 - Lignes de transmission de signaux 120 - Unité de commande 130 - Installation de mesure de quantité d'air 131 - Ligne de transmission de signaux 140 - Conduite commune de gaz d'échappement 150 - Catalyseur commun 160 - Sonde de gaz d'échappement 161 - Ligne de transmission de signaux 170 - Catalyseur à quatre voies 180 - Catalyseur commun à trois voies 190 - Filtre à particules 200 - Catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote NOx35

Claims (1)

  1. REVENDICATIONS1°) Procédé de régénération d'au moins un composant de post- traitement des gaz d'échappement pour filtrer des particules de noir de fumée dans un moteur à combustion interne (1) comprenant : - un premier groupe de cylindres dont les gaz d'échappement sont conduits par une première conduite de gaz d'échappement (20) et dont le rapport de mélange/air est commandé par un premier système de dosage de carburant (11) par une unité de commande (120) à l'aide d'un premier circuit de régulation pour régler un premier coefficient lambda fondé sur le signal d'une première zone de gaz d'échappement (50) installée en amont d'un catalyseur (40) selon le sens de passage des gaz d'échappement dans la conduite des gaz d'échappement (20), et - au moins un autre groupe de cylindres dont les gaz d'échappement passent dans une autre conduite de gaz d'échappement (70) et dont le rapport de mélange carburant/air est réglé par un autre système de dosage (13) pour régler un autre coefficient lambda sur le fonde-ment du signal d'une autre sonde de gaz d'échappement (100) installée en amont du catalyseur (90) selon le sens de passage des gaz d'échappement, dans la conduite des gaz d'échappement (70), * les conduites de gaz (20, 70) distinctes se réunissant en aval des cata- lyseurs (40, 90) dans une conduite de gaz d'échappement (140), com- mune, équipée d'un catalyseur commun (150), procédé caractérisé en ce que - les composants de post-traitement des gaz d'échappement pour filtrer les particules sont installés respectivement dans les conduites de gaz d'échappement (20, 70) là où celles-ci sont encore séparées et pour chauffer ces composants, on applique une mesure interne au moteur pour le premier groupe de cylindres et ensuite, à l'aide d'une modulation lambda, on règle le coefficient lambda dans cette première conduite de gaz d'échappement (20) associée à ce groupe de cylindres pour un coefficient X > 1, * et en même temps, dans l'autre conduite de gaz d'échappement (70) on règle un coefficient lambda tel que X < 1 ou- les composants de post-traitement des gaz d'échappement pour filtrer les particules sont installés dans une conduite commune de gaz d'échappement (140) et la régénération des composants filtrant les particules se fait à l'aide d'une mesure interne au moteur et d'une modulation lambda accordée l'une à l'autre pour les deux conduites de gaz d'échappement (20, 70). 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lo comme composant filtrant les particules, on utilise un filtre à particules (190) ou des catalyseurs à quatre voies (170), les catalyseurs à quatre voies (170) étant réalisés en céramique avec des substrats de filtre à revêtement catalytique. 15 3°) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que pour la régénération des composants filtrant les particules dans les conduites de gaz d'échappement (20, 70), distinctes, on synchronise la modulation du coefficient lambda dans les conduites de gaz 20 d'échappement (20, 70) de façon qu'après réunion des gaz d'échappement dans la conduite commune des gaz d'échappement (140), en amont du catalyseur commun (150), on règle un coefficient lambda égal ou voisin de 1. 25 4°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' en plus, on utilise un autre circuit de régulation lambda avec une autre sonde lambda (160) de gaz d'échappement qui est installée en aval du catalyseur commun (150) selon le sens de passage des gaz 30 d'échappement. 5°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le catalyseur commun (150) dans une conduite de gaz d'échappement 35 (140) commune, est un catalyseur à trois voies (180) et les catalyseurs(40, 90) dans les conduites de gaz d'échappement distinctes (20, 70), sont chaque fois un catalyseur à quatre voies (170) ou une combinaison formée d'un catalyseur à trois voies (180) et d'un filtre à particules (190) en aval de celui-ci. 6°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que on combine les composants filtrant les particules dans le système de post-traitement des gaz d'échappement au moins en partie avec au moins un catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote NOx (200) et on accorde la régénération des composants filtrant les particules et la désulfurisation du catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote NOx (200) en les réunissant dans une phase commune et en les accordant les uns aux autres. 7°) Procédé selon les revendications 1 et 6, caractérisé en ce que dans la phase de régénération commune, on effectue tout d'abord la désulfurisation du catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote NOx (200) en ce qu'avec des moyens internes au moteur on chauffe le catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote NOx (200) et on règle un coefficient lambda tel que a, < 1 et une fois la désulfurisation du catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote NOx (200) effectuée, on règle un coefficient lambda tel que > 1 pour régénérer les composants filtrants les particules. 8°) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que on détermine la fréquence des phases de régénération des composants filtrant les particules et du catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote NOx (200) en fonction d'une charge particules, prévisionnelle, faite sur un modèle ou mesurée par des capteurs des particules et/ou en fonction d'une teneur en soufre du carburant utilisé.9°) Application du procédé selon l'une des revendications 1 à 8 à des moteurs à essence (1) qui ont un système des gaz d'échappement à con-figuration en Y. 10°) Dispositif de régénération d'au moins un composant de post- traitement des gaz d'échappement pour filtrer des particules de noir de fumée dans un moteur à combustion interne (1) comprenant : un premier groupe de cylindres dont les gaz d'échappement passent dans une première conduite de gaz d'échappement (20) et dont le rapport de mélange/air est commandé par un premier système de dosage de carburant (11) par une unité de commande (120) à l'aide d'un premier circuit de régulation pour régler un premier coefficient lambda fondé sur le signal d'une première zone de gaz d'échappement (50) installée en amont d'un catalyseur (40) selon le sens de passage des gaz d'échappement dans la conduite des gaz d'échappement (20), et au moins un autre groupe de cylindres dont les gaz d'échappement passent dans une autre conduite de gaz d'échappement (70) et dont le rapport de mélange carburant/air est réglé par un autre système de dosage (13) pour régler un autre coefficient lambda sur le fonde-ment du signal d'une autre sonde de gaz d'échappement (100) installée en amont du catalyseur (90) selon le sens de passage des gaz d'échappement, dans la conduite des gaz d'échappement (70), * les conduites de gaz (20, 70) distinctes se réunissant en aval des cata- lyseurs (40, 90) dans une conduite de gaz d'échappement (140), com- mune, équipée d'un catalyseur commun (150), dispositif caractérisé en ce que les composants de post-traitement des gaz d'échappement sont installés pour filtrer les particules chaque fois dans les conduites de gaz d'échappement (20, 70) encore séparées ou dans la conduite des gaz d'échappement (140) commune et pour chauffer les composants, l'unité de commande (120) applique, séparément, des mesures internes au moteur pour les groupes de cylindres et règle pour les deux conduites de gaz d'échappement (20, 70) des modulations de coefficient lambda diffé- rentes pour la valeur lambda dans les deux conduites de gazd'échappement (20, 70), ces conduites étant synchronisées l'une par rapport à l'autre ou encore on effectue la régénération des composants filtrant les particules dans la conduite commune des gaz d'échappement (140) par des mesures interne au moteur et une modulation du coefficient lambda accordée l'une à l'autre et selon laquelle on guide les gaz d'échappement (20, 70), - l'unité de commande (120) comportant une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 à 8. 10 11°) Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les composants filtrant les particules peuvent être combinés au moins avec un catalyseur d'oxydes d'azote NOx (200). 15
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