FR3068388A1 - Systeme de regeneration d'un filtre a particules avec pompe a air electrique - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un ensemble (1) moteur comprenant au moins - un conduit d'admission (4) s'étendant entre une entrée (11) d'air et un moteur thermique (2), - un conduit d'échappement (10) s'étendant entre un moteur thermique (2) une sortie (12) d'air, un moteur thermique (2), - un filtre (122) à particules disposé sur le conduit d'échappement, un système (200) de régénération disposé sur le conduit (4) d'admission, et comportant au moins une pompe à air. caractérisé en ce que le système (200) de régénération comporte une vanne (202) de régénération associée à la pompe (201) à air.
Description
SYSTEME DE REGENERATION D'UN FILTRE A PARTICULES AVEC POMPE A AIR ELECTRIQUE
La présente invention concerne le domaine des pompes à air électrique, et plus particulièrement un système de régénération de filtre à particules avec une pompe à air régénérative et le procédé de contrôle associé.
Les normes de dépollution deviennent de plus en plus contraignantes pour les véhicules à moteur thermique. Un moteur thermique émet des émissions polluantes, dites brutes, qui sont ensuite traitées par le système de dépollution qui est inclus au système d'échappement. Le filtre à particules est un système de dépollution qui traite les émissions de particules. Il se remplit de particules et lorsqu'il atteint un certain seuil en quantité de particules, il se régénère en brûlant les particules qu'il contient. La température doit être alors suffisamment élevée et de l'oxygène doit être présent pour que la réaction ait lieu. Or, lors des phases de fonctionnement d'un moteur à allumage commandé actuel, il y a très peu d'oxygène dans le système d'échappement ou la localisation du filtre à particules dans le système d'échappement ne permet pas d'avoir des températures suffisamment élevées. Ce type de moteur thermique justifie alors l'utilisation d'un système pour régénérer le filtre à particules.
Une des problématiques actuelles est de trouver un système qui permet de contrôler précisément la quantité d'air injectée dans le système de dépollution. En effet, le bon fonctionnement de la régénération du filtre à particules est étroitement lié à la quantité d'air qui est injectée.
Les technologies actuelles des pompes à air sont celles d'un compresseur centrifuge qui voient leurs caractéristiques de débit énormément évoluer pour une même vitesse de rotation en fonction du rapport de pression aux bornes du compresseur. Or, lors d'une régénération, le filtre à particules voit ses pertes de charge diminuer du fait qu'il se vide de ses particules. Ainsi, le rapport de pression aux bornes de la pompe à air n'est pas fixe, ce qui entraîne un contrôle complexe de la quantité d'air injectée car elle n'est pas directement liée au régime de rotation du compresseur, ainsi que la nécessité de disposer de capteurs supplémentaires (par exemple capteurs de pression, ou de delta de pression ou encore de débit d'air) pour assurer un contrôle précis de la pompe à air.
Il est donc intéressant de proposer une solution où la quantité d'air injectée ne dépend pas ou peu du rapport de pression aux bornes de la pompe à air pour un même régime de rotation de celle-ci.
Pour cela la présente invention propose, un ensemble moteur comprenant au moins un conduit d'admission s'étendant entre une entrée d'air et un moteur thermique, un conduit d'échappement s'étendant entre un moteur thermique et une sortie d'air, un moteur thermique, un filtre à particules disposé sur le conduit d'échappement, un système de régénération, et comportant au moins une pompe à air.
la pompe à air étant une pompe à air volumétrique.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le système de régénération comporte une vanne de régénération associée à la pompe à air
Selon un mode de réalisation de l'invention, le système de régénération est disposé sur le conduit d'admission.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la pompe à air comporte un filtre à air.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la vanne est une vanne tout ou rien.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la vanne est une vanne passive ou active.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la vanne comporte un système de non retour.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la vanne est intégrée à la pompe à air.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'ensemble comporte un conduit de régénération débouchant en amont du filtre à particules.
L'invention concerne également, l'utilisation de l'ensemble selon l'invention, dans un moteur à combustion interne pour véhicule automobile.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et apparaîtront plus clairement à la lecture de la description faite, ci-après, en se référant à la figure annexée, donnée à titre d'exemple et qui est une représentation graphique d'un ensemble moteur selon l'invention.
La présente invention concerne un système comportant une pompe à air régénérative associée à une vanne régénérative.
Dans le cadre de l'invention, une pompe à air électrique est une pompe alimentée électriquement dans le but d'introduire une quantité d'air dans le système d'échappement d'un moteur thermique à allumage commandé, quel que soit le carburant utilisé, essence, gaz, éthanol... Cette quantité d'air est introduite en amont du filtre à particules.
Selon un mode de réalisation, la pompe 201 à air est une pompe volumétrique. L'avantage d'une pompe volumétrique est que la quantité d'air la traversant varie peu en fonction de son rapport de pression pour une même vitesse de rotation de celle-ci.
Dans le cadre de l'invention, cette pompe à air est associée à une vanne.
Selon une variante de l'invention, la vanne 202 n'est pas intégrée à la pompe 201 à air. Plus précisément, la pompe 201 et la vanne 202 sont deux éléments distincts.
Selon une autre variante de l'invention, la vanne 202 est intégrée à la pompe 201 à air. Plus précisément, la pompe 201 et la vanne 202 sont disposées dans un même logement, non illustré.
Le système selon l'invention est intégré dans une architecture moteur illustrée figure 1.
Sur cette figure 1 est illustré un ensemble 1 moteur avec un conduit d'admission 4 du circuit d'admission, un moteur 2 thermique à combustion interne de véhicule automobile et un système de régénération.
Ce moteur 2 comporte, selon un mode de réalisation de l'invention, une chambre de combustion 3 comportant une pluralité de cylindres, au nombre par exemple de quatre sur les figures, destinée à recevoir un mélange de comburant et de carburant, et par exemple l'essence comme carburant et de l'air pur ou un mélange air/gaz de recirculation comme comburant.
La combustion dans les cylindres génère le travail du moteur 2. Le fonctionnement du moteur 2 est classique : les gaz sont admis dans la chambre de combustion 3, y sont comprimés, brûlés puis expulsés sous forme de gaz d'échappement.
Ce moteur 2 a une entrée 11 reliée au conduit d'admission 4 et une sortie 12 reliée à un circuit d'échappement de gaz 10.
L'entrée 11 du conduit d'admission 4 définit l'entrée par laquelle l'air frais pénètre dans l'ensemble 1 tandis que la sortie 12 du circuit d'échappement 10 définit la sortie par laquelle les gaz d'échappement sont évacués de l'ensemble 1.
Le conduit d'admission 4 débouche dans un collecteur d'admission 7 qui forme ainsi une boîte d'entrée des gaz dans la chambre de combustion 3 du moteur 2.
On entend par conduit d'admission 4 la canalisation d'admission pour les gaz d'admission, cette canalisation étant située entre l'entrée 11 d'air et le moteur 2.
Selon un mode de réalisation de l'invention le conduit d'admission 4 comporte un compresseur mécanique 111 des gaz d'admission, qui est par exemple un turbocompresseur.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le conduit d'admission 4 comporte un échangeur de chaleur 6, permettant le refroidissement des gaz d'admission, et par exemple les gaz issus du compresseur mécanique 111.
Selon un mode de réalisation de l'invention, en amont du collecteur d'admission 7 des gaz dans le moteur 2, le conduit d'admission 4 comporte une vanne 8 comportant un obturateur de type papillon dont la fonction est par exemple de régler le débit de gaz pour la régulation du régime moteur. Cette vanne 8 est commandée par une unité de commande moteur (également appelé ECU qui signifie Engine Control Unit selon la terminologie anglaise), bien connue de l'homme du métier, et permet de réguler la quantité d'air introduite dans le moteur.
La sortie du moteur 2 est formée par un collecteur 9 des gaz d'échappement. Ce dernier est relié à une voie ou canalisation d'échappement des gaz faisant partie du circuit d'échappement de gaz.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit d'échappement 10 comporte une turbine 121, solidaire en rotation du compresseur mécanique 111 des gaz d'admission et formant avec lui un turbocompresseur.
Dans le cadre de l'invention, les gaz d'échappement traversent un filtre 122 à particules.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit d'échappement comporte un convertisseur 123 catalytique disposé en amont du filtre 122 à particules.
Comme illustré sur la figure 1, l'ensemble 1 moteur comporte un système 200 de régénération.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le système 200 de régénération est disposé sur le conduit 4 d'admission.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le système 200 de régénération est disposé sur un conduit qui n'est pas le conduit d'admission.
Le système 200 de régénération selon l'invention est formé par une pompe 201 à air et une vanne 202 de régénération. Le système 200 de régénération comprend ainsi au moins deux éléments disposés dans un ordre particulier.
Plus précisément, la vanne 202 de régénération est disposée en aval de la pompe 201 à air. Une partie de l'air d'admission circule à travers ce système 200 et est envoyé dans le filtre à particules. Plus précisément, l'air est envoyé via un conduit 203 de régénération débouchant en amont du filtre 122 à particules.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la vanne 202 est intégrée à la pompe 201 à air. Plus précisément, la vanne 202 n'est pas un élément indépendant de la pompe 201à air.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le système peut disposer ou non de son propre filtre 300 à air.
Selon une variante de l'invention, la vanne 202 de régénération est passive, dans ce cas elle n'est pas pilotée et va s'actionner d'elle-même par exemple sous l'action d'une surpression ou une dépression calibrée à ses bornes.
Selon une autre variante de l'invention, la vanne 202 de régénération est active, dans ce cas elle est pilotée par le calculateur de contrôle moteur ou par la pompe ellemême.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la vanne comporte un système de non retour pour éviter les phénomènes de « backflow ».
Le fait que la pompe soit volumétrique, permet que le contrôle de la quantité d'air injectée soit directement régulé par la vitesse de la pompe, sans se soucier des pertes de charge générées par le filtre 122 à particules et le système 200 de régénération. Il est ainsi possible d'utiliser une vanne de type tout ou rien.
Plus précisément, la vanne 202 de régénération est une vanne qui autorise ou non le passage des gaz entre la pompe 201 à air et l'amont du filtre 122 à particules.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la vanne 202 est située en aval de la pompe 201 à air. Si la vanne 202 est ouverte et que la pompe 201 génère une pression plus importante que celle présente en amont du filtre 122 à particules, alors un débit d'air se créé depuis le milieu ambiant vers le système d'échappement. Si la vanne est ouverte avec une pompe 201 à air arrêtée ou qui génère une pression inférieure à celle en amont du filtre 122 à particules, un débit de gaz (brûlés, air, ou un mélange des deux) se créé depuis le système d'échappement vers le milieu ambiant. Selon un mode de réalisation de l'invention, la vanne est équipée d'un système de non retour qui supprime ce dernier phénomène néfaste pour la pompe, la vanne et les systèmes environnants.
La pompe 201 et la vanne 202, lorsqu'elle est de type active, sont pilotées par le calculateur de contrôle moteur ou pilotées par la pompe elle-même, qui lorsqu'un besoin de régénérer le filtre 122 à particules est détecté et que les conditions moteurs l'autorisent, pilote la pompe 201 et commande l'ouverture de la vanne 202. Ainsi le système 200 de régénération injecte de l'air dans le système d'échappement, en amont du filtre 122 à particules. Cela permet de régénérer le filtre 122 à particules, c'est-à-dire de le vider de ses particules en les brûlants à l'aide de l'oxygène présent dans l'air. Lorsque que le calculateur de contrôle moteur détecte que la régénération est terminée, il désactive la pompe 201 et commande la fermeture la vanne. Le système de dépollution, et plus particulièrement le filtre 122 à particules revient alors dans un mode de fonctionnement où il se remplit de particules au fur et à mesure que le moteur thermique en produit.
Dans le cadre de l'invention, plusieurs architectures moteur sont possibles, et par exemple, l'admission de l'air du système 200 de régénération peut se faire en amont ou en aval du filtre 300 à air principal du moteur 2, voire ne pas être relié au circuit 4 d'admission. Le dispositif peut partager son circuit avec celui d'une éventuelle boucle d'injection d'air à l'échappement pour accélérer la chauffe du catalyseur. La pompe à air peut avoir en addition de sa fonction d'origine celle d'alimenter le circuit d'injection d'air à l'échappement pour accélérer de la chauffe du catalyseur.
La portée de la présente invention ne se limite pas aux détails donnés ci-dessus et permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans s'éloigner du domaine d'application de l'invention. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, et peuvent être modifiés sans toutefois sortir de la portée définie par les revendications.
Claims (9)
1. Ensemble (1) moteur comprenant au moins un conduit d'admission (4) s'étendant entre une entrée (11) d'air et un moteur thermique (2), un conduit d'échappement (10) s'étendant entre un moteur thermique (2) et une sortie (12) d'air,
- un moteur thermique (2), un filtre (122) à particules disposé sur le conduit d'échappement,
- un système (200) de régénération, et comportant au moins une pompe à air.
caractérisé en ce que la pompe (201) à air est une pompe à air volumétrique.
2. Ensemble (1) selon la revendication 1, dans lequel le système (200) de régénération comporte une vanne (202) de régénération associée à la pompe (201) à air
3. Ensemble (1) selon une des revendications 1 ou 2, dans lequel le système (200) de régénération est disposé sur le conduit (4) d'admission.
4. Ensemble (1) selon une des revendications 1 à 3, dans lequel la pompe (201) à air comporte un filtre à air.
5. Ensemble (1) selon la revendication 1, dans lequel la vanne (202) est une vanne tout ou rien.
6. Ensemble (1) selon une des revendications 1 ou 2, dans lequel la vanne (202) comporte un système de non retour.
7. Ensemble (1) selon une des revendications 1 ou 2, dans lequel la vanne (202) est intégrée à la pompe (201) à air.
8. Ensemble (1) selon une des revendications 1 à 4, comportant un conduit (203) de régénération débouchant en amont du filtre (122) à particules.
9. Utilisation de l'ensemble (1) selon une des revendications 1 à 5, dans un moteur à combustion interne pour véhicule automobile.
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