FR3055361A1 - Procede de regeneration d'un filtre a particules avec intervalles de suppression de post-injections de carburant - Google Patents

Procede de regeneration d'un filtre a particules avec intervalles de suppression de post-injections de carburant Download PDF

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Abstract

L'invention porte sur un procédé de régénération d'un filtre à particules dans une ligne d'échappement de moteur à combustion interne de véhicule automobile par combustion des suies retenues à l'intérieur du filtre à particules, la régénération se faisant par des post-injections de carburant dans la ligne d'échappement, le carburant post-injecté étant brûlé dans la ligne d'échappement en produisant une montée de température dans la ligne. Pendant la régénération, il est effectué une succession d'intervalles de post-injections de carburant entrecoupés d'intervalles de suspension de post-injections de carburant pour une augmentation du taux d'oxygène (% O2 am FAP) dans la ligne d'échappement au moins au niveau du filtre à particules. Application dans le domaine des véhicules automobiles.

Description

Titulaire(s) : PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Société anonyme.
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Société anonyme.
PROCEDE DE REGENERATION D'UN FILTRE A PARTICULES AVEC INTERVALLES DE SUPPRESSION DE POST-INJECTIONS DE CARBURANT.
FR 3 055 361 - A1 (6/) L'invention porte sur un procédé de régénération d'un filtre à particules dans une ligne d'échappement de moteur à combustion interne de véhicule automobile par combustion des suies retenues à l'intérieur du filtre à particules, la régénération se faisant par des post-injections de carburant dans la ligne d'échappement, le carburant post-injecté étant brûlé dans la ligne d'échappement en produisant une montée de température dans la ligne. Pendant la régénération, il est effectué une succession d'intervalles de post-injections de carburant entrecoupés d'intervalles de suspension de post-injections de carburant pour une augmentation du taux d'oxygène (% 02 am FAP) dans la ligne d'échappement au moins au niveau du filtre à particules.
Application dans le domaine des véhicules automobiles.
Figure FR3055361A1_D0001
Figure FR3055361A1_D0002
PROCEDE DE REGENERATION D’UN FILTRE A PARTICULES AVEC INTERVALLES DE SUPPRESSION DE POST-INJECTIONS DE CARBURANT [0001] L’invention porte sur un procédé de régénération d’un filtre à particules dans une ligne d’échappement avec des intervalles de suppression des post-injections de carburant intercalés entre des intervalles de post-injections. La régénération du filtre à particules se fait donc avec des variations du taux d’oxygène dans les gaz de la ligne d’échappement pendant chaque régénération du filtre à particules.
[0002] L'invention trouve une application préférentielle dans le domaine de la dépollution des gaz d'échappement d’un moteur à combustion interne Diesel, et plus précisément de la filtration des suies des gaz d’échappement d’un moteur à combustion interne Diesel. Cependant, comme il est prévu d’équiper aussi un moteur à essence d’un filtre à particules spécifiquement dédié à un moteur à combustion interne à essence et retenant d’autres particules que des suies, la présente invention peut s’appliquer sur un tel moteur à essence pour toutes sortes de particules et tout ce qui est énoncé pour la destruction de particules de suie peut être extrapolé à toutes sortes de particules.
[0003] Il peut exister des filtres à particules simples ou des filtres à particules RCS. Un filtre à particules RCS est un filtre à particules dont les parois sont imprégnées avec un catalyseur de réduction catalytique sélective, aussi connu sous la dénomination anglosaxonne de SCR pour sélective catalytic réduction.
[0004] Le filtre à particules simple ou le filtre à particules RCS est un organe qui permet de retenir les suies présentes dans les gaz d'échappement d'un moteur, avantageusement Diesel, étant donné qu’un moteur Diesel produit plus de particules de suies qu’un moteur à essence. Au bout d'un certain temps ou d'une certaine distance, le filtre à particules se retrouve trop chargé en suies. Il faut alors le nettoyer ou le régénérer.
[0005] Cette régénération passe par la combustion de ces suies. Pour brûler ces suies, le moteur passe dans un mode de combustion spécifique pour augmenter la température des gaz d'échappement environ vers 600 °C et au-dessus pour brûler les suies, avantageusement sans additif d’aide à la combustion des suies dans le filtre à particules ou le filtre à particules RCS. Cette consigne de température de régénération est atteinte grâce un programme de contrôle moteur qui agit sur le débit de post-injections de carburant. Pendant une régénération, la température dans la ligne d’échappement en amont du filtre à particules est contrôlée pour être maintenue élevée.
[0006] Une unité de contrôle commande supervise le fonctionnement du moteur à combustion interne et de la ligne d’échappement, notamment en ce qui concerne la dépollution des gaz d’échappement. Il est établi un programme de contrôle de la température qui vise une consigne en température en amont du filtre à particules ou du filtre à particules RCS avec une concentration en oxygène résultante.
[0007] Le niveau d’oxygène résultant est cependant faible en tendant vers 4%. Cette concentration en oxygène devient limitante pour brûler les suies. Pour avoir une combustion efficace des suies dans le filtre à particules, il est important d’avoir à la fois le combustible, c’est-à-dire les suies, et le comburant, c’est-à-dire l’oxygène, en quantité suffisante. Si l’un des deux parmi le combustible ou le comburant est absent ou en présent en quantité limitée, alors la combustion ne se fera pas ou se fera de façon insatisfaisante.
[0008] Le document EP-A-2 587 010 décrit un système d’épuration des gaz d’échappement d’un moteur diesel, dans lequel, lors du redémarrage de la régénération de filtre à particules de moteur Diesel suite à un redémarrage automatique d'un moteur à partir d'une interruption dans la régénération du filtre à particules, une commande de régénération du filtre à particules est corrigée de sorte que les hausses de température dues à la régénération du filtre à particules soient minimisées.
[0009] Cette minimisation tient compte de l'accroissement de la concentration d'oxygène à l'échappement dû à l'interruption de la régénération du filtre à particules. En particulier, le redémarrage de la régénération du filtre à particules de moteur diesel par post-injections est désactivé pour une durée de désactivation prescrite à partir d'un instant de redémarrage automatique du moteur et la quantité de post-injections est corrigée en étant diminuée.
[0010] Ce document décrit un procédé d’optimisation d’une régénération du filtre à particules de moteur Diesel suite à un arrêt moteur entraînant une interruption de la régénération. La stratégie interdit les post-injections pendant une période prédéfinie lorsque le moteur est redémarré. Donc son enseignement s’applique à un cas spécifique de régénération et non à une régénération faite dans des conditions normales.
[0011] Par conséquent, le problème à la base de l’invention est, lors d’une régénération d’un filtre à particules dans une ligne d’échappement de moteur à combustion interne de véhicule automobile, de garantir toujours une quantité d’oxygène suffisante dans la ligne d’échappement pour que la régénération se fasse dans des conditions satisfaisantes.
[0012] Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l’invention un procédé de régénération d’un filtre à particules dans une ligne d’échappement de moteur à combustion interne de véhicule automobile par combustion des suies retenues à l’intérieur du filtre à particules, la régénération se faisant par des post-injections de carburant dans la ligne d’échappement, le carburant post-injecté étant brûlé dans la ligne d’échappement en produisant une montée de température dans la ligne, caractérisé en ce que, pendant la régénération, il est effectué une succession d’intervalles de post-injections de carburant entrecoupés d’intervalles de suspension de post-injections de carburant pour une augmentation du taux d’oxygène dans la ligne d’échappement au moins au niveau du filtre à particules.
[0013] L’effet technique consiste à modifier le contrôle de la régénération du filtre à particules afin que la température de régénération et la quantité d’oxygène disponible lors de la combustion des particules dans le filtre soient suffisantes. Ces deux paramètres varient en contradiction, la température étant augmentée par des post-injections de carburant avec des hydrocarbures brûlés dans la ligne, notamment par un catalyseur d’oxydation présent dans cette ligne, la quantité d’oxygène présente dans la ligne étant alors relativement faible et inversement pour des intervalles de suppression de postinjections.
[0014] En intercalant des intervalles de suppression de post-injections entre des intervalles de post-injections la température de la ligne en amont du filtre à particules et la quantité d’oxygène sont mieux contrôlées. Lors d’une suppression de post-injections, la température va baisser mais cette baisse sera relativement lente due à l’inertie thermique de la ligne. Pendant cet intervalle de suppression, la quantité d’oxygène va augmenter. Le compromis proposé par la présente invention est donc optimal pour ces deux paramètres.
[0015] Avantageusement, le premier intervalle de suspension débute dès que la température estimée ou mesurée dans la ligne d’échappement en amont du filtre à particules atteint une valeur de température seuil minimale prédéterminée pour garantir une régénération du filtre à particules.
[0016] Le procédé selon la présente invention prévoit donc de monter le filtre à particules en température en débutant comme une régénération classique en utilisant des postinjections de carburant. Une fois la consigne de température établie, les post-injections sont supprimées temporairement pendant des durées variables pour alimenter le filtre à particules en oxygène. Il y a alors un risque de chute progressive de la température. Il est ensuite repris des post-injections pour revenir à la température de consigne de régénération d’un filtre à particules.
[0017] Avantageusement, les intervalles de suspension de post-injections de carburant présentent des durées qui sont fonction des paramètres suivants pris unitairement ou en combinaison : un point de fonctionnement du moteur à combustion interne impactant le taux d’oxygène dans la ligne d’échappement, des températures en amont du filtre à particules dans la ligne d’échappement, une estimation d’une quantité restante en suies dans le filtre à particules, un débit volumique des gaz d’échappement dans la ligne d’échappement et le taux d’oxygène dans la ligne d’échappement.
[0018] Ce sont principalement les gaz d’échappement qui apportent l’oxygène. Les paramètres de fonctionnement du moteur et le débit de gaz d’échappement dans la ligne agissent donc directement sur la quantité d’oxygène présente dans la ligne d’échappement. Comme les températures dans la ligne d’échappement peuvent être suivies, une température suivie plus haute que la consigne peut permettre de supprimer des post-injections pour faire remonter la quantité d’oxygène dans la ligne d’échappement et une température suivie trop basse ne suffisant pas à mettre en œuvre une régénération efficace implique que alors que les post-injections de carburant sont à reprendre.
[0019] Avantageusement, les durées des intervalles de suspension de post-injections de carburant sont comprises entre 2 et 300 secondes. Ceci dépend principalement de la quantité d’oxygène présente dans la ligne, de la température dans la ligne et de la quantité en suies ou particules présente dans le filtre à particules en plus des paramètres précédemment mentionnés.
[0020] Avantageusement, la quantité restante en suies dans le filtre à particules est estimée à partir d’une vitesse prédite de combustion des suies et d’une durée écoulée de régénération, une quantité en suies brûlée étant calculée à partir de la vitesse prédite de combustion des suies et de la durée écoulée et la quantité en suies brûlée étant retranchée à la quantité en suies au départ de la régénération pour obtenir une quantité restante en suies dans le filtre à particules. Un tel modèle physique permet de suivre efficacement la quantité restante en suies dans le filtre à particules.
[0021] Avantageusement, la vitesse de combustion des suies est estimée aussi bien pendant des intervalles de post-injections de carburant que des intervalles de suspension de post-injections de carburant. Cette vitesse de combustion peut en effet varier entre ces deux types d’intervalle. L’augmentation de la vitesse de combustion des suies obtenue par la présente invention permet, d’une part, de limiter la durée de la régénération du filtre à particules, d’où une diminution de la consommation de carburant et, d’autre part, d’augmenter la distance entre des régénérations successives d’où une diminution de la consommation de carburant [0022] Avantageusement, une fin de régénération est déterminée quand la quantité restante en suies est inférieure à un seuil de quantité en suies calibré. Ce seuil peut être calibré en fonction du véhicule, du filtre à particules et d’autres paramètres.
[0023] Avantageusement, pendant au moins un intervalle de suspension de postinjections, il est effectué une introduction d’oxygène dans la ligne d’échappement autre que par les gaz d’échappement sortant du moteur à combustion interne. Cette caractéristique optionnelle permet de faire remonter très vite la quantité d’oxygène dans la ligne d’échappement donc de réduire les intervalles de suppression de post-injections. La durée totale d’une régénération est donc raccourcie mais cette caractéristique implique une adaptation spécifique de la ligne d’échappement, en réalisant par exemple un piquage prenant sa source sur une ligne d’admission d’air au moteur ou toute source de mélange gazeux riche en oxygène.
[0024] L’invention concerne aussi un ensemble d’un moteur à combustion interne muni d’une ligne d’échappement et d’une unité de contrôle commande du moteur, la ligne d’échappement comprenant au moins un filtre à particules et un catalyseur effectuant la combustion des hydrocarbures contenus dans les gaz d’échappement, l’unité de contrôle commande pilotant des régénérations du filtre à particules en fonction de la quantité en suies contenue dans le filtre à particules, caractérisé en ce que les régénérations du filtre à particules sont mises en œuvre conformément à un tel procédé de régénération d’un filtre à particules, l’unité de contrôle commande comportant des moyens de création et de suspension de post-injections de carburant dans le moteur à combustion interne et des moyens d’évaluation des durées de suspension de post-injections pendant chaque régénération.
[0025] La modification proposée par la présente invention dans son mode de réalisation le plus général concerne principalement l’unité de contrôle commande associée au moteur et est essentiellement logicielle sans requérir l’emploi de nouveaux éléments mécaniques équipant le moteur ou sa ligne d’échappement. Le coût de la mise en œuvre d’un tel procédé est faible car uniquement relatif à la programmation de l’unité de contrôle commande. Des gains sur la consommation de carburant et sur l’augmentation des distances entre les régénérations du filtre à particules et une diminution des régénérations du filtre à particules sont ainsi obtenus. Un tel ensemble permet aussi de ne plus utiliser ou d’utiliser moins d’additif dans les moteurs. Les performances en liaison avec un filtre à particules, par exemple la consommation de carburant, la distance entre des régénérations successives sont aussi améliorées.
[0026] Avantageusement, le filtre à particules est imprégné ou non de catalyseur pour une réduction catalytique sélective ou d’un catalyseur d’oxydation. Le catalyseur d’oxydation peut être un catalyseur d’oxydation Diesel ou catalyseur DOC pour un moteur Diesel ou un catalyseur trois voies pour un moteur à essence. L’emploi d’un filtre à particules RCS combinant un filtre à particules et un catalyseur de réduction sélective est de plus en plus répandu, ceci notamment pour les moteurs Diesel, en rendant plus compact des éléments de dépollution de la ligne d’échappement que sont le filtre à particules et le catalyseur de réduction sélective.
[0027] D’autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs et sur lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique d’un ensemble moteur à combustion interne muni d’une ligne d’échappement avec une unité de contrôlecommande, cet ensemble pouvant mettre en oeuvre un procédé de régénération d’un filtre à particules selon la présente invention,
- la figure 2 illustre deux courbes respectivement de température et de pourcentage d’oxygène en amont d’un filtre à particules en fonction du temps pendant une mise en oeuvre du procédé de régénération d’un filtre à particules selon la présente invention,
- la figure 3 montre deux courbes de charge en suies d’un filtre à particules pendant une régénération, la courbe du haut étant obtenue par la mise en œuvre d’un procédé de régénération conforme à l’état de la technique et la courbe du bas par un procédé de régénération d’un filtre à particules conforme à la présente invention,
- la figure 4 montre un logigramme d’un mode de réalisation d’un procédé de régénération d’un filtre à particules selon la présente invention.
[0028] Il est à garder à l’esprit que les figures sont données à titre d'exemples et ne sont pas limitatives de l’invention. Elles constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques.
[0029] En particulier, les dimensions des différents éléments illustrés ne sont pas représentatives de la réalité. Par exemple, le catalyseur d’oxydation et le filtre à particules sont montrés intégrés dans une même brique à la figure 1, ce qui n’est pas forcément le cas, ces deux éléments pouvant être séparés l’un de l’autre, le catalyseur d’oxydation étant en amont par rapport au filtre à particules en se référant au parcours des gaz dans la ligne d’échappement.
[0030] Dans ce qui va suivre, il est fait référence à toutes les figures prises en combinaison. Quand il est fait référence à une ou des figures spécifiques, ces figures sont à prendre en combinaison avec les autres figures pour la reconnaissance des références numériques désignées.
[0031] Il va tout d’abord être détaillé en regard de la figure 1 un ensemble comprenant un moteur muni d’une ligne 1 d’échappement et d’une unité de contrôle commande 6. La ligne 1 d’échappement comprend un filtre 3 à particules et avantageusement un catalyseur 4, fréquemment un catalyseur d’oxydation. Le filtre 3 à particules peut être ou non imprégné d’un catalyseur pour une réduction catalytique sélective ou d’un catalyseur d’oxydation.
[0032] Un tel filtre 3 à particules se remplit de particules et doit être vidé à intervalles réguliers. Il est alors procédé à une régénération du filtre 3 à particules pendant laquelle les particules sont brûlées. Il est alors souhaité une forte augmentation de la température dans la ligne 1 d’échappement près du filtre 3 à particules. Le chauffage se continue alors tant que la régénération n’est pas détectée comme terminée. Un filtre 3 à particules effectue donc ses régénérations de manière passive en présence d’un fort taux d’oxygène où s’opère une auto-combustion des particules. Dans ce qui va suivre il va être pris comme exemple des suies pour les particules retenues dans le filtre 3 à particules mais ces particules peuvent être autres.
[0033] La figure 1 montre une ligne 1 d’échappement sortant d’un moteur à combustion interne 2. La ligne 1 d’échappement est équipée d’un filtre 3 à particules et d’un catalyseur 4. Ce catalyseur 4 peut être un catalyseur d’oxydation Diesel aussi connu sous l’acronyme de DOC pour la dénomination anglo-saxonne de Diesel Oxydation Catalyst ou un catalyseur qui a la fonction d’oxydation et de stockage de NOx aussi connu sous l’acronyme de PNA pour la dénomination anglo-saxonne de Passive NOx Adsorber ou un catalyseur trois voies pour un moteur à essence. D’autres éléments de dépollution peuvent cependant être présents dans cette ligne 1, par exemple mais pas uniquement des éléments de réduction catalytique sélective. A la figure 1, le catalyseur d’oxydation 4 et le filtre 3 à particules sont regroupés dans un même système, ce qui n’est pas obligatoire.
[0034] Le filtre 3 à particules est avantageusement sous la forme d’un système poreux composé de cordiérite, mullite ou carbure de silicium ou autre où les canaux sont bouchés alternativement à chaque extrémité. Il est caractérisé par un volume, une quantité de canaux, une épaisseur de paroi et une porosité. Le filtre 3 à particules est avantageusement positionné en aval du catalyseur d’oxydation 4. Ce filtre 3 à particules peut être imprégné d’un catalyseur pour effectuer une réduction catalytique sélective mais ceci n’est pas obligatoire.
[0035] De manière classique, il peut être prévu au moins une sonde à oxygène ou sonde lambda, à la figure 1 deux sondes à oxygène 5, 5a. Une 5a de ces deux sondes 5, 5a lambda peut être placée dans la ligne 1 d’échappement entre un collecteur d’échappement du moteur 2 et le catalyseur d’oxydation 4. Ses mesures peuvent être transmises à un calculateur d’injection prévu dans un contrôle-commande 6 du moteur 2 afin de procurer la possibilité de détermination de la proportion du mélange air-carburant pour laquelle l'efficacité du moteur 2 est optimale. Ces caractéristiques ne sont pas essentielles pour la mise en oeuvre de la présente invention.
[0036] L’autre sonde à oxygène 5 peut être prévue en aval du catalyseur 4 et du filtre 3 à particules dans la ligne 1 d’échappement. La fonction principale de cette sonde à oxygène 5 en aval du filtre 3 à particules est, en plus de la sonde à oxygène 5a disposée en amont du filtre 3 à particules, de permettre d'évaluer l'efficacité du filtre 3 à particules et du catalyseur 4 en permanence. Chaque sonde à oxygène 5, 5a délivre une information de richesse par le biais d’une différence de potentiel fournie par l’élément sensible qui la compose.
[0037] D’autres capteurs de mesure, par exemple des capteurs de température et/ou des capteurs de pression peuvent aussi être présents sur la ligne 1 d’échappement. Toutes ces mesures sont envoyées à l’unité de contrôle commande 6 responsable du fonctionnement optimal du moteur à combustion interne et de la dépollution dans la ligne 1 d’échappement.
[0038] Comme précédemment mentionné, le filtre 3 à particules subit des régénérations fréquentes pour être vidé des particules de suies contenues dans le filtre 3 à particules.
[0039] En se référant à toutes les figures, l’invention concerne un procédé de régénération d’un filtre 3 à particules dans une ligne 1 d’échappement de moteur 2 à combustion interne de véhicule automobile par combustion des suies ou particules retenues à l’intérieur du filtre 3 à particules. De manière connue, la régénération se fait par des post-injections de carburant dans la ligne 1 d’échappement, le carburant post-injecté étant brûlé dans la ligne 1 d’échappement en produisant une montée de température dans la ligne 1.
[0040] Ceci se fait principalement par un catalyseur d’oxydation 4 présent dans la ligne 1 d’échappement. Le catalyseur d’oxydation 4, par exemple un catalyseur d’oxydation 4 Diesel, permet d’oxyder le monoxyde de carbone et les hydrocarbures. Durant les intervalles de post-injections le catalyseur d’oxydation 4 brûle les hydrocarbures émis par le moteur 2, ces hydrocarbures n’ayant pas été brûlés lors d’une combustion dans le moteur 2 pour augmenter la température des gaz d’échappement.
[0041] Selon l’invention, afin que de l’oxygène soit toujours présent dans la ligne 1 d’échappement en quantité suffisante, il est effectué dans le cadre du procédé une succession d’intervalles de post-injections de carburant entrecoupés d’intervalles de suspension de post-injections de carburant pour une augmentation du taux d’oxygène % 02 am FAP dans la ligne 1 d’échappement au moins au niveau du filtre 3 à particules.
[0042] Ainsi, il peut être effectué un apport d’oxygène dans la ligne 1 d’échappement tout en maintenant une température dans le filtre 3 à particules suffisamment élevée pour une régénération optimale du filtre 3 à particules.
[0043] Un procédé de régénération selon l’état de la technique prévoyait des postinjections de carburant dans la ligne 1 d’échappement, ce qui augmentait la température des gaz d’échappement en aval du catalyseur d’oxydation 4 après combustion dans ce catalyseur d’oxydation 4. Cela permettait de brûler à plus haute température les suies dans le filtre 3 à particules, simple ou filtre à particules RCS. Cependant, durant une telle phase ou un tel intervalle, l’oxygène dans les gaz d’échappement devenait très faible 3% et limitait la combustion des suies, avantageusement non additivées, les additifs étant utilisés principalement pour un moteur Diesel.
[0044] Le procédé de régénération selon la présente invention permet de faire des alternances ou passages par intermittence entre le mode régénération et le mode hors régénération ou régénération plus faible pour augmenter le taux d’oxygène % 02 am FAP pour mieux brûler les suies tout en maintenant la température dans le filtre 3 à particules à un niveau suffisamment haut.
[0045] La figure 2 montre la succession d’intervalles de post-injections et d’intervalles de suppression de post-injections. Un intervalle de suppression de post-injections succède à un intervalle de post-injections, l’intervalle de suppression de post-injections étant luimême suivi d’un intervalle de post-injections et ainsi de suite. Il est montré en haut de la figure 2 une courbe de température en amont du filtre 3 à particules T am FAP (°C) en degrés Celsius et en bas une courbe de pourcentage d’oxygène en amont d’un filtre 3 à particules ou un filtre 3 à particules imprégné pour une réduction catalytique sélective, ceci pendant une régénération et exprimé en pourcentage, ce pourcentage d’oxygène étant référencé %O2 am FAP// RCS F pend RG.
[0046] La succession d’intervalles de post-injections et d’intervalles de suppression de post-injections ne commence qu’après une durée initiale de régénération Dur ini RG mesurée en secondes ou l’atteinte d’une température prédéterminée. Cette température de début de succession d’intervalles peut être de 700 °C. Dur fin RG (s) indique la durée finale d’une régénération mesurée en secondes.
[0047] Ensuite, pendant la succession d’intervalles de post-injections et d’intervalles de suppression de post-injections, la température baisse et atteint en moyenne 670°C. Inversement, pendant un intervalle de post-injections le pourcentage d’oxygène en amont du filtre 3 à particules %O2 am FAP ou d’un filtre 3 à particules imprégné RCSF baisse à 4% tandis que, pendant un intervalle de suppression de post-injections le pourcentage d’oxygène en amont du filtre 3 à particules remonte à 17%.
[0048] A la figure 2, la température en amont du filtre 3 à particules est montrée constante pendant toute la succession des intervalles par simplification. Cependant il faut s’attendre à une baisse de la température en amont du filtre 3 à particules ou filtre 3 à particules RCS qui est fonction de la durée d’un intervalle de suppression de postinjections. Plus cet intervalle de suppression est long et plus la baisse de température sera importante en amont du filtre 3 à particules.
[0049] La figure 3 montre deux courbes de charge en suies CHARG SUIES d’un filtre 3 à particules pendant une régénération, cette charge en suies CHARG SUIES en gramme g décroissant pendant le temps t que dure la régénération exprimé en secondes, à la figure 3 environ 1.200 secondes. La courbe du haut montre une courbe de charge obtenue selon un procédé de régénération classique selon l’état de la technique tandis que la courbe du bas montre une courbe de charge obtenue conformément à un procédé de régénération selon la présente invention.
[0050] La courbe selon la présente invention décroît plus vite que la courbe selon l’état de la technique, ce qui montre qu’une régénération se faisant selon le procédé de la présente invention est plus effective qu’une régénération conforme à l’état de la technique. A la fin de la régénération il est montré un AS illustrant le gain de charge en suies CHARG SUIES obtenu conformément au procédé selon l’invention, ce qui est dû à une meilleure combustion des suies, le gain de charge AS étant d’environ 4 grammes pour une charge initiale d’environ 18g en début de régénération.
[0051] La temporisation de la désactivation des post-injections est fonction de la température en amont du filtre 3 à particules ou du filtre 3 à particules RCS, de l’estimation du chargement en suies, du débit volumique des gaz et du taux d’oxygène % 02 am FAP.
[0052] Le domaine de durée d’un intervalle de suspension de post-injections qui varie entre deux secondes et 300 secondes se veut suffisamment large pour couvrir l’ensemble des cas de vie, par exemple un filtre 3 à particules faiblement chargé en suies avec un débit de gaz élevé ou encore un filtre 3 à particules très chargé avec un faible débit volumique ou encore suivant le point de fonctionnement moteur 2 qui a un fort impact sur le taux d’oxygène % 02 am FAP présent dans les gaz d’échappement hors de la phase de régénération.
[0053] Actuellement de nombreux véhicules sont équipés d’un calculateur de la vitesse de combustion des suies en fonction des différents paramètres cités ci-dessus débit de gaz d’échappement, quantité en suies dans le filtre 3 à particules, taux d’oxygène % 02 am FAP, température en amont du filtre 3 à particules, etc. Ce modèle est un modèle physique qui prédit le comportement de la combustion des suies et du niveau de chargement du filtre 3 à particules en suies.
[0054] La fin de la régénération est décidée par ce module quand le niveau de chargement en suies du filtre 3 à particules passe sous un seuil calibré, par exemple de 2g suies par litre de filtre 3 à particules.
[0055] Ce modèle étant physique, il peut parfaitement prévoir le comportement de la combustion des suies lorsque des phases d’alternance faible taux d’oxygène % 02 am FAP et fort taux d’oxygène % 02 am FAP soit respectivement des intervalles de postinjections et des intervalles de suppression de post-injections.
[0056] Le premier intervalle de suspension débute dès que la température estimée ou mesurée dans la ligne 1 d’échappement en amont du filtre 3 à particules atteint une valeur de température seuil minimale prédéterminée pour garantir une régénération du filtre 3 à particules. Par exemple à la figure 2 la température en début de régénération est 700 °C, pour initier vigoureusement la combustion des suies. Néanmoins cette température n’est pas indispensable, un lancement de la régénération à 670 °C est suffisant. D’autre part, l’initiation de la régénération à une température plus élevée (700°C) que la consigne (670 °C) permet d’anticiper les chutes de températuies liées à l’invention.
[0057] Les intervalles de suspension de post-injections de carburant peuvent présenter des durées qui sont fonction des paramètres suivants pris unitairement ou en combinaison : un point de fonctionnement du moteur 2 à combustion interne impactant le taux d’oxygène % 02 am FAP dans la ligne 1 d’échappement, des températures en amont T am FAP du filtre 3 à particules dans la ligne 1 d’échappement, une estimation d’une quantité restante en suies dans le filtre 3 à particules, un débit volumique des gaz d’échappement dans la ligne 1 d’échappement et un taux d’oxygène % 02 am FAP dans la ligne 1 d’échappement.
[0058] Comme précédemment mentionné, les durées des intervalles de suspension de post-injections de carburant peuvent être comprises entre 2 et 300 secondes. A la figure 2, il est représenté des durées d’intervalles de post-injection. Entre deux intervalles de postinjections consécutifs s’intercalent un intervalle de suspension d’injection, par exemple d’une minute. Ceci n’est pas limitatif.
[0059] La quantité restante en suies dans le filtre 3 à particules peut être estimée à partir d’une vitesse prédite de combustion des suies et d’une durée écoulée de régénération. Une quantité en suies brûlée peut être calculée à partir de la vitesse prédite de combustion des suies et de la durée écoulée. Cette quantité en suies brûlée est retranchée à la quantité en suies au départ de la régénération pour obtenir une quantité restante en suies dans le filtre 3 à particules.
[0060] La vitesse de combustion des suies peut être estimée aussi bien pendant des intervalles de post-injections de carburant que des intervalles de suspension de postinjections de carburant. Cette vitesse de combustion peut être moins forte pendant un intervalle de suspension de post-injections durant longtemps étant donné que la température en amont du filtre 3 à particules diminue mais cette vitesse de combustion peut aussi être moins forte pendant un intervalle de post-injections s’il y a une trop faible quantité d’oxygène dans la ligne 1 d’échappement.
[0061] De manière connue, une fin de régénération peut être déterminée quand la quantité restante en suies est inférieure à un seuil de quantité en suies calibré. Ce seuil de quantité restante en suies peut être par exemple de 2grammes de suies par litre de filtre 3 à particules.
[0062] Pour compenser une trop faible quantité d’oxygène dans les gaz d’échappement traversant la ligne 1, ceci même pendant des intervalles de suspension de post-injections, il peut être effectué, pendant au moins un intervalle de suspension de post-injections, une introduction d’oxygène dans la ligne 1 d’échappement autre que par les gaz d’échappement sortant du moteur 2 à combustion interne.
[0063] Ceci peut par exemple être fait par l’ajout d’un piquage sur la ligne 1 de dépollution qui permet d’injecter de l’air ou de l’oxygène en amont du filtre 3 à particules ou du filtre 3 à particules RCS. Il est ainsi créé un surplus d’oxygène ne provenant pas du moteur 2 à combustion interne.
[0064] La figure 4 montre un logigramme d’un mode de réalisation d’un procédé de régénération selon la présente invention.
[0065] La référence 7 illustre un lancement de la régénération du filtre 3 à particules. La référence 8 illustre un questionnement pour savoir si la température en amont du filtre 3 à particules a atteint ou non une valeur de température seuil minimale prédéterminée pour garantir une régénération satisfaisante du filtre 3 à particules. Si la réponse est non symbolisée par N, il est retourné au lancement de la régénération et si la réponse et oui, symbolisée par O, le procédé de régénération se poursuit.
[0066] L’étape suivante référencée 9 est la détermination de la durée d’un intervalle de suppression de post-injections. Cette détermination peut se faire par exemple en fonction du chargement en suies du filtre 3 à particules, du débit de gaz d’échappement, du taux d’oxygène % 02 am FAP et d’autres paramètres comme précédemment indiqué.
[0067] L’étape suivante référencée 10 est la succession d’intervalles de post-injections avec un intervalle de suppression de post-injections phase intercalé entre deux intervalles de post-injections successifs. Le taux d’oxygène % 02 am FAP ou quantité d’oxygène varie comme indiqué à la figure 2.
[0068] Il est alors procédé à un questionnement 11 pour déterminer si le chargement du filtre 3 à particules est passé sous le seuil calibré, c’est-à-dire si la quantité restante en suies dans le filtre 3 à particules est inférieure à un seuil de quantité en suies calibré. Si la réponse est oui O, il n’y a pas lieu de continuer la régénération et la régénération est arrêtée en 13.
[0069] Si la réponse est non N, il est procédé à un questionnement 12 pour déterminer si une durée maximale de régénération a été atteinte. En effet, il est commun de prévoir une telle durée pour arrêter une régénération anormalement longue. Si la réponse est oui O et que cette durée maximale a été atteinte, la régénération, pourtant peut-être incomplète, est arrêtée d’office, ce qui est référencé 13 à la figure 4. Si la réponse est non N, il est retourné à l’étape 9 de succession d’intervalles de post-injections avec un intervalle de suppression de post-injections phase intercalé entre deux intervalles de postinjections successifs.
[0070] L’invention concerne aussi un ensemble d’un moteur 2 à combustion interne muni d’une ligne 1 d’échappement et d’une unité de contrôle commande 6 du moteur 2. La ligne 1 d’échappement comprend au moins un filtre 3 à particules et un catalyseur 4 effectuant la combustion des hydrocarbures contenus dans les gaz d’échappement. L’unité de contrôle commande 6 pilote des régénérations du filtre 3 à particules en fonction de la quantité en suies contenue dans le filtre 3 à particules.
[0071] Selon l’invention, les régénérations du filtre 3 à particules sont mises en œuvre conformément à un tel procédé de régénération d’un filtre 3 à particules. L’unité de contrôle commande 6 comporte des moyens de création et de suspension de postinjections de carburant dans le moteur 2 à combustion interne et des moyens d’évaluation des durées de suspension de post-injections pendant chaque régénération.
[0072] Avantageusement, le filtre 3 à particules est imprégné d’un catalyseur pour une réduction catalytique sélective et le catalyseur est un catalyseur d’oxydation 4.
[0073] L’invention n’est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n’ont été donnés qu’à titre d’exemples.

Claims (10)

  1. Revendications :
    1. Procédé de régénération d’un filtre (3) à particules dans une ligne (1) d’échappement de moteur (2) à combustion interne de véhicule automobile par combustion des suies retenues à l’intérieur du filtre (3) à particules, la régénération se faisant par des postinjections de carburant dans la ligne (1) d’échappement, le carburant post-injecté étant brûlé dans la ligne (1) d’échappement en produisant une montée de température dans la ligne (1), caractérisé en ce que, pendant la régénération, il est effectué une succession d’intervalles de post-injections de carburant entrecoupés d’intervalles de suspension de post-injections de carburant pour une augmentation du taux d’oxygène (% 02 am FAP) dans la ligne (1) d’échappement au moins au niveau du filtre (3) à particules.
  2. 2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le premier intervalle de suspension débute dès que la température estimée ou mesurée dans la ligne (1) d’échappement en amont du filtre (3) à particules atteint une valeur de température seuil minimale prédéterminée pour garantir une régénération du filtre (3) à particules.
  3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les intervalles de suspension de post-injections de carburant présentent des durées qui sont fonction des paramètres suivants pris unitairement ou en combinaison : un point de fonctionnement du moteur (2) à combustion interne impactant le taux d’oxygène (% 02 am FAP) dans la ligne (1) d’échappement, des températures en amont (T am FAP) du filtre à particules dans la ligne (1) d’échappement, une estimation d’une quantité restante en suies dans le filtre (3) à particules, un débit volumique des gaz d’échappement dans la ligne (1) d’échappement et le taux d’oxygène (% 02 am FAP) dans la ligne (1) d’échappement.
  4. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel les durées des intervalles de suspension de post-injections de carburant sont comprises entre 2 et 300 secondes.
  5. 5. Procédé selon l’une quelconque des revendications 3 ou 4, dans lequel la quantité restante en suies dans le filtre (3) à particules est estimée à partir d’une vitesse prédite de combustion des suies et d’une durée écoulée de régénération, une quantité en suies brûlée étant calculée à partir de la vitesse prédite de combustion des suies et de la durée écoulée et la quantité en suies brûlée étant retranchée à la quantité en suies au départ de la régénération pour obtenir une quantité restante en suies dans le filtre (3) à particules.
  6. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la vitesse de combustion des suies est estimée aussi bien pendant des intervalles de post-injections de carburant que des intervalles de suspension de post-injections de carburant.
  7. 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, dans lequel une fin de régénération est déterminée quand la quantité restante en suies est inférieure à un seuil de quantité en suies calibré.
  8. 8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, pendant au moins un intervalle de suspension de post-injections, il est effectué une introduction d’oxygène dans la ligne (1) d’échappement autre que par les gaz d’échappement sortant du moteur (2) à combustion interne.
  9. 9. Ensemble d’un moteur (2) à combustion interne muni d’une ligne (1) d’échappement et d’une unité de contrôle commande (6) du moteur (2), la ligne (1) d’échappement comprenant au moins un filtre (3) à particules et un catalyseur (4) effectuant la combustion des hydrocarbures contenus dans les gaz d’échappement, l’unité de contrôle commande (6) pilotant des régénérations du filtre (3) à particules en fonction de la quantité en suies contenue dans le filtre (3) à particules, caractérisé en ce que les régénérations du filtre (3) à particules sont mises en oeuvre conformément à un procédé de régénération d’un filtre (3) à particules selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’unité de contrôle commande (6) comportant des moyens de création et de suspension de post-injections de carburant dans le moteur (2) à combustion interne et des moyens d’évaluation des durées de suspension de postinjections pendant chaque régénération.
  10. 10. Ensemble selon la revendication 9, dans lequel le filtre (3) à particules est imprégné ou non de catalyseur pour une réduction catalytique sélective et le catalyseur est un catalyseur d’oxydation (4).
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DE102006017300A1 (de) * 2006-04-12 2007-10-25 Siemens Ag Verfahren zur Regeneration von zumindest einer oxidierend arbeitenden Abgasreinigungseinrichtung und zumindest einer reduzierend arbeitenden Abgasreinigungseinrichtung sowie Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens
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