EP1581728A1 - Systeme d'aide a la regeneration d'un filtre a particules pour ligne d'echappement - Google Patents

Systeme d'aide a la regeneration d'un filtre a particules pour ligne d'echappement

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EP1581728A1
EP1581728A1 EP04700263A EP04700263A EP1581728A1 EP 1581728 A1 EP1581728 A1 EP 1581728A1 EP 04700263 A EP04700263 A EP 04700263A EP 04700263 A EP04700263 A EP 04700263A EP 1581728 A1 EP1581728 A1 EP 1581728A1
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EP
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filter
engine
combustion
soot
catalyst
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Christine Rigaudeau
Yvan Agliany
Marion Wermester
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    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust

Definitions

  • the invention relates to the automotive industry. More specifically, it relates to the regeneration of particulate filters used in particular on the exhaust lines of diesel engines of vehicles of recent design. Diesel vehicles of recent design are fitted with particulate filters (DPFs) on their exhaust lines used to reduce their emissions of solid pollutants. These FAP collect soot on their walls which must be removed regularly to prevent the FAP from clogging, and restore it to its nominal efficiency. In addition, the clogging of the FAP gradually creates a negative pressure which is detrimental to the proper functioning of the engine. This elimination, called “regeneration of the FAP”, can be carried out by bringing the filter to a temperature higher than the combustion temperature of the soot (this normally being about 550 ° C.), by means of the exhaust gases which there circulating.
  • DPFs particulate filters
  • a technical solution consists in: - adding to the fuel, for example when filling the tank, an additive for regeneration aid whose function is to lower the combustion temperature of the soot to around 450 ° C. and to provide available oxygen to propagate this combustion; in fact, this additive mixes with the soot during its formation in the combustion chamber, and is found within the soot bed which is deposited in the filter;
  • Post-injection or multiple injections have the effect of increasing the temperature of the exhaust gases and the amount of available hydrocarbons they contain. These hydrocarbons are converted on an oxidation catalyst placed upstream of the FAP according to an exothermic reaction which brings the exhaust gases to a temperature above 450 ° C. They then arrive on the soot bed, and the combustion of the soot occurs thanks to the high temperature of the exhaust gases and to the catalytic activity of the additive particles. It is propagated by the oxygen made available to the environment by the additive.
  • the regeneration aid additive is, for example, based on cerine CeO 2 and / or ferric oxide Fe 2 O 3 , or on any metal oxide capable of giving off oxygen.
  • the dosage of this additive is generally between a few ppm and 50 ppm of active material (cerium and / or iron).
  • active material cerium and / or iron.
  • the object of the invention is to propose a technical solution making it possible to reduce this quantity, without however affecting the efficiency of the reduction of the pollutant emissions emitted with the exhaust gases.
  • the subject of the invention is a system for assisting the regeneration of a particulate filter integrated in an exhaust line of a diesel engine of a motor vehicle, in which the engine is associated with different members, among which :
  • a particle filter of the type comprising a filtering medium intended to trap particles of soot present in the exhaust gases of said engine
  • a common fuel supply system for the engine cylinders comprising electrically controlled injectors, associated with these cylinders,
  • said means for controlling the operation of the intake means, recycling means, the turbocharger and / or the fuel system for controlling the operation of the engine are further adapted to trigger a regeneration phase of the filter particles by combustion of the particles trapped therein by initiating a phase of multiple injections of fuel into the engine cylinders during their expansion phase, characterized in that said filter medium of said particle filter is coated and / or impregnated with a material capable of constituting an oxygen reserve capable of propagating the combustion of soot during a regeneration operation of the particulate filter.
  • Said material can be cerium oxide.
  • Said material can be a mixed oxide of cerium and zirconium.
  • the particulate filter can also be coated and / or impregnated with at least one catalyst promoting the initiation of reactions tending to reduce the polluting emissions of the engine.
  • the particle filter can also be coated and / or impregnated with at least one catalyst which promotes the initiation of the combustion of soot.
  • Said catalyst can be a group VIII metal, such as platinum, palladium or rhodium or a mixture of such metals.
  • the distribution of the different materials may not be uniform in the filter.
  • the material capable of constituting a reserve of oxygen can be preferably placed in the downstream area of the inlet channels of the filter.
  • the catalyst favoring the initiation of the combustion of the soot can be preferably placed in the upstream zone of the inlet channels of the filter.
  • the end part of the downstream zone of the filter can be devoid of material constituting a reserve of oxygen and catalyst.
  • the material constituting an oxygen reserve can be arranged in a preferred manner in the peripheral zone of the cross section of the filter.
  • the catalyst favoring the initiation of the combustion of the soot can be preferably placed in the central zone of the cross section of the filter.
  • the invention consists in providing a coating and / or impregnation of the filtering medium of the FAP with a compound which acts as an oxygen reservoir allowing the propagation of the combustion reaction of soot during of the regeneration operation.
  • This compound can also play a catalytic role in the initiation of the combustion of soot, but it should be understood that it is the propagation function of this combustion which constitutes the essential aspect of the invention.
  • FIG. 1 which shows schematically a vehicle diesel engine and the various members associated therewith;
  • FIG. 2 to 4 which schematically, seen in longitudinal section, different examples of particle filters used in the context of the invention and highlight different possibilities of distribution of the compounds they contain;
  • FIG. 1 shows a diesel engine of a motor vehicle which is designated by the general reference 1.
  • This diesel engine is associated with air intake means at the inlet thereof, which are designated by the general reference 2.
  • this engine is associated with an exhaust line which is designated by the general reference 3.
  • Means for recycling the exhaust gas from the engine at the inlet thereof are also provided and are designated by the general reference 4.
  • the exhaust line can also be associated with a turbocharger designated by the general reference 5 and more particularly with the turbine portion thereof, in a conventional manner.
  • the exhaust line comprises an oxidation catalyst designated by the general reference 6, disposed upstream of a particle filter designated by the general reference 7, disposed in the exhaust line.
  • the engine is also associated with a common fuel supply system for the cylinders thereof.
  • This system is designated by the general reference 8 in this figure and comprises for example electrically controlled injectors associated with these cylinders.
  • the engine is a four-cylinder engine and therefore includes four electrically controlled injectors, respectively 9, 10, 11 and 12.
  • injectors are associated with a common fuel supply manifold designated by the general reference 13 and connected to fuel supply means designated by the general reference 14, comprising for example a high pressure pump.
  • fuel supply means are connected to a fuel tank designated by the general reference 15 and to means for adding to this fuel an additive, for example based on cerine and / or ferric oxide (or any metal oxide capable of giving off oxygen), intended to be deposited on the particulate filter to lower the combustion temperature of the particles trapped in it.
  • this additive can for example be contained in an auxiliary tank designated by the general reference 16 associated with the fuel tank 15 to allow the injection of a certain amount of this additive into the fuel.
  • this engine and the various members which have just been described are also associated with means for controlling their operation designated by the general reference 17 in this figure, comprising for example any suitable computer 18 associated with storage means for information 19, and connected as input to different means for acquiring information relating to different operating parameters of this engine 1 and of these members, this computer 18 then being adapted to control the operation of the intake means 2, means recycling 4, the turbocharger 5 and / or the supply system 14 to control the operation of the engine 1 and in particular the torque generated by it as a function of the running conditions of the vehicle in a conventional manner.
  • this computer 18 is connected to a differential pressure sensor 20 at the terminals of the assembly formed by the catalyst 6 and the particle filter 7, to temperature sensors 21, 22 and 23, respectively upstream of the catalyst 6, between this catalyst 6 and the particle filter 7 and downstream of this particle filter 7 in the exhaust line 3.
  • the computer 18 can also receive information on the oxygen content of the exhaust gases from a Lambda ⁇ probe designated by the general reference 24 in this figure, integrated in the exhaust line 3.
  • this computer 18 is suitable for controlling the air intake means 2, the exhaust gas recycling means 4, the turbocharger 5, the means 16 for adding the additive to the fuel, the means 14 supplying fuel to the common rail 8 and the various injectors 9-12 associated with the cylinders of the engine 1.
  • this computer 18 is adapted to trigger a regeneration phase of the particle filter 7 by combustion of the particles trapped in it by initiating a phase of multiple injections of fuel into the cylinders of the engine 1 during their expansion phase.
  • An exhaust line 3 of an internal combustion engine 1 therefore comprises, in known manner, a reactor 6 containing an oxidation catalyst (for example a metal such as platinum) ensuring, by an exothermic reaction, the conversion of the hydrocarbons and CO contained in the exhaust gases into CO 2 and water vapor.
  • the exhaust line 3 comprises a FAP 7 which has the particularity of being coated and / or impregnated over all or part of its surface and / or its volume with a compound such as a material belonging for example to the group of cerium oxide and / or mixed oxide of cerium and zirconium.
  • This compound must be capable of constituting an oxygen reserve capable of propagating the combustion of the soot initiated during an operation for regenerating the FAP 7. It is then said that this compound has an “OSC function” (for “oxygen storage capacity”). ).
  • this compound helps to lower the combustion temperature of the soot, as does the regeneration aid additive usually introduced into the fuel.
  • the introduction of this additive remains necessary even with the use of a FAP 7 according to the invention.
  • the compound having an OSC function deposited on the FAP 7 and / or the impregnating agent ensures only surface contact with the soot. This effect may not be sufficient to lower the combustion temperature of the soot by itself in the proportions ensuring a regeneration of the FAP 7 as fast as desired for the envisaged applications.
  • the addition of cerine and / or iron oxide (for example) to the fuel makes it possible to incorporate the regeneration aid additive within the soot themselves, which gives it optimal efficiency.
  • the use of a FAP 7 according to the invention combined with the use of a regeneration aid additive provides an additional lowering of the soot combustion temperature, which is obviously very favorable from the point of view energy.
  • the combustion temperature of the soot can be lowered to 400 ° C where, previously, with the same or even greater quantity of regeneration aid additive, a combustion temperature was obtained. 450 ° C.
  • the compound exhibiting an OSC function when it is not distributed uniformly over the whole of the filter medium, it must be present in a privileged manner in the parts of the filter medium where the soot is mainly captured.
  • This is, for example, the case of the surface of the filtering medium which constitutes the inlet of the FAP 7, in particular the surfaces defining the inlet channels of the FAP 7 when the latter has a honeycomb structure as it is classically known.
  • the compound having an OSC function may not be the only compound coating and / or impregnating the FAP 7. It can be used in conjunction with one or more catalysts intended to promote the initiation of the combustion of soot and / or other reactions tending to reduce polluting emissions from the engine, for example a metal such as platinum to catalyze the oxidation of hydrocarbons and CO, a catalyst for the treatment of nitrogen oxides, etc. It can therefore be envisaged that the conversion of hydrocarbons and CO takes place in part or in whole within the FAP 7 and not necessarily in a separate medium 6 upstream of the FAP 7. In this case, FIG. 1 would be modified, in that zones 6 and 7 would be confused, and the temperature sensor 22 removed.
  • washcoat deposited on the FAP 7.
  • the addition of a washcoat on the filter composed of Ce oxide or of mixed Ce / Zr oxide, capable of providing oxygen during combustion contributes to improving the oxidation of soot, by lowering the initiation temperature of combustion, as well as the propagation of combustion.
  • the compound with an OSC function can be combined in addition with a catalyst formed by a metal from group VIII of the periodic table or a mixture of such metals, such as platinum and / or palladium and / or rhodium.
  • a catalyst formed by a metal from group VIII of the periodic table or a mixture of such metals such as platinum and / or palladium and / or rhodium.
  • Platinum and / or palladium and / or rhodium can be deposited only on a washcoat d ⁇ I 2 0 3 or be mixed with the washcoat or the compound with OSC function.
  • the washcoat deposited on the FAP can be composed of alumina (large surface catalytic support) supplemented by Ce oxide (CeO 2 ), and / or mixed oxide Ce x Zr y O 2 , in variable proportion , these oxides can be intimately linked to alumina.
  • the amount of washcoat can vary from a few grams / liter to a few tens of g / 1.
  • FIGS. 2 to 5 schematically show various possible modes of distribution of the different compounds which have been mentioned over the length of the inlet channels 25 of the FAP 7.
  • the outlet channels 26 of the FAP 7 are devoid of impregnation , but it goes without saying that an impregnation could be practiced there if it is deemed useful in order to complete reactions which have been initiated in the input channels 25.
  • FIG. 2 there is an impregnation of the entire surface of the inlet channels 25 of the FAP 7 by a single layer 27 comprising at the same time the material with OSC function, a metallic catalyst and a washcoat.
  • This layer 27 can be homogeneous in quantity and composition over the entire length of the channels 25. It is also possible to provide for these characteristics to be varied along the channels 25: -
  • the quantity of metallic catalyst can be greater in the upstream area 28 than in the downstream area 29 of each channel 25, said upstream area representing 10 to 50% (for example) of the length of the channel 25; the aim is thus to achieve faster oxidation of hydrocarbons and CO;
  • the catalyst content of the upstream zone 28 can be, for example, from 1.5 to 5 times that of the downstream zone 29;
  • the amount of material with OSC function can be greater in the downstream area 29 than in the upstream area 28 of each downstream 25, said downstream area representing 10 to 50% (for example) of the length of the channel 25; the aim is thus to promote the initiation of the combustion of soot mainly in the downstream zone 29, that is to say where the soot tends to accumulate in a privileged manner.
  • FIG. 5 shows a FAP 7 seen in cross section.
  • the lateral modules 34 are, for example, impregnated with a greater quantity of material with an OSC function than the most central modules 35.
  • the distribution of the material with an OSC function is substantially homogeneous inside each module. This may not always be the case, for example as shown in FIG. 6, where portions of the side modules 34 are also included in the zone of weakest impregnation so as to give the zone of weakest impregnation a cross section substantially circular.
  • the zone of strongest impregnation represents from 30 to 80% of the surface of the cross section of the FAP 7.
  • the amount of material with OSC function is typically of the order of 1.5 to 5 times that present in areas of weakest impregnation.
  • the purpose of such a distribution of the OSC function material is to carry out the oxygen supply in a privileged way at the place where it is more difficult to convert the soot, that is to say on the periphery of the FAP 7 where the conditions are the least favorable.
  • the distribution of the other materials impregnating the FAP 7 can also be modulated over the cross section of the FAP 7, but not necessarily in the same direction as that of the material with OSC function. It is thus preferable to favor the most central modules 35 for impregnation with the metal catalyst, in order to convert the hydrocarbons and the CO preferably where the flow conditions and the thermal conditions are most favorable for this purpose.
  • the areas with the highest impregnation can contain 1.5 to 5 times more metallic catalyst than the areas with the lowest impregnation.
  • FAP 7 according to the invention to the exhaust lines of diesel engines is only a preferred application.
  • a FAP 7 according to the invention could be used on the exhaust line of any type of internal combustion engine for which a FAP 7 would be useful.

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Description

Système d'aide à la régénération d'un filtre à particules pour ligne d'échappement.
L'invention concerne l'industrie automobile. Plus précisément, elle concerne la régénération des filtres à particules utilisés notamment sur les lignes d'échappement des moteurs Diesel de véhicules de conception récente. Les véhicules automobiles à moteur Diesel de conception récente sont équipés, sur leurs lignes d'échappement, de filtres à particules (FAP) utilisés pour réduire leurs émissions de polluants solides. Ces FAP recueillent sur leurs parois des suies qu'il est nécessaire d'éliminer régulièrement pour éviter que le FAP ne se colmate, et lui faire retrouver son efficacité nominale. De plus, le colmatage du FAP crée progressivement une contrepression néfaste au bon fonctionnement du moteur. Cette élimination, appelée « régénération du FAP », peut être réalisée en portant le filtre à une température supérieure à la température de combustion des suies (celle-ci étant normalement de 550°C environ), au moyen des gaz d'échappement qui y circulent. A cet effet, une solution technique consiste à : - ajouter au carburant, par exemple lors du remplissage du réservoir, un additif d'aide à la régénération dont la fonction est d'abaisser la température de combustion des suies aux environs de 450°C et de fournir de l'oxygène disponible pour propager cette combustion ; en effet, cet additif se mélange aux suies lors de leur formation dans la chambre de combustion, et se retrouve au sein du lit de suies qui se dépose dans le filtre ;
- et réaliser périodiquement une post-injection ou des injections multiples de carburant en amont du FAP, notamment dans les cylindres du moteur lors de leur phase de détente.
La post-injection ou les injections multiples ont pour effet d'augmenter la température des gaz d'échappement et la quantité d'hydrocarbures disponible qu'ils renferment. Ces hydrocarbures sont convertis sur un catalyseur d'oxydation placé en amont du FAP selon une réaction exothermique qui porte les gaz d'échappement à une température supérieure à 450°C. Ils arrivent alors sur le lit de suies, et la combustion des suies se produit grâce à la température élevée des gaz d'échappement et à l'activité catalytique des particules d'additif. Elle est propagée par l'oxygène mis à la disposition du milieu par l'additif.
L'additif d'aide à la régénération est, par exemple, à base de cérine CeO2 et/ou d'oxyde ferrique Fe2O3, ou encore de tout oxyde métallique capable de céder de l'oxygène. Le dosage de cet additif se situe généralement entre quelques ppm et 50ppm de matière active (cérium et/ou fer). Un inconvénient de cette façon de procéder est que la régénération périodique du FAP laisse subsister à l'intérieur du médium filtrant des impuretés incombustibles constituées par des espèces minérales. Ces impuretés sont, pour une grande partie, des résidus de l'additif d'aide à la régénération. Elles diminuent progressivement l'efficacité du FAP par encrassement, ce qui nécessite de procéder régulièrement à un nettoyage approfondi du FAP, par exemple tous les 80 000km ou tous les 120 000km.
Afin d'espacer davantage ces nettoyages approfondis, il serait nécessaire de parvenir à diminuer la quantité d'additif d'aide à la régénération introduite dans le carburant.
Le but de l'invention est de proposer une solution technique permettant de diminuer cette quantité, sans pour autant que l'efficacité de la réduction des émissions de matières polluantes rejetées avec les gaz d'échappement ne s'en trouve affectée. A cet effet, l'invention a pour objet un système d'aide à la régénération d'un filtre à particules intégré dans une ligne d'échappement d'un moteur Diesel de véhicule automobile, dans lequel le moteur est associé à différents organes, parmi lesquels :
- des moyens d'admission d'air dans le moteur, - des moyens de recyclage de gaz d'échappement du moteur en entrée de celui-ci,
- un turbocompresseur,
- un filtre à particules du type comportant un médium filtrant destiné à piéger des particules de suies présentes dans les gaz d'échappement dudit moteur,
- un catalyseur d'oxydation disposé en amont du filtre à particules dans la ligne d'échappement ou confondu avec celui-ci,
- un système d'alimentation commune en carburant des cylindres du moteur, comportant des injecteurs à commande électriques, associés à ces cylindres,
- des moyens d'ajout au carburant d'un additif destiné à se déposer dans le lit de particules de suies, pour abaisser la température de combustion des particules piégées dans le filtre et propager leur combustion, - des moyens d'acquisition d'informations relatives à différents paramètres de fonctionnement du moteur et des organes associés à celui-ci, et
- des moyens de contrôle du fonctionnement des moyens d'admission, des moyens de recyclage, du turbocompresseur et/ou du système d'alimentation pour contrôler le fonctionnement du moteur, ces moyens étant en outre adaptés pour déclencher une phase de régénération du filtre à particules par combustion des particules piégées dans celui-ci en enclenchant une phase d'injections multiples de carburant dans les cylindres du moteur pendant leur phase de détente, caractérisé en ce que ledit médium filtrant dudit filtre à particules est revêtu et/ou imprégné par un matériau capable de constituer une réserve d'oxygène apte à propager la combustion des suies lors d'une opération de régénération du filtre à particules.
Ledit matériau peut être de l'oxyde de cérium. Ledit matériau peut être un oxyde mixte de cérium et de zirconium.
Le filtre à particules peut également être revêtu et/ou imprégné par au moins un catalyseur favorisant le déclenchement de réactions tendant à diminuer les émissions polluantes du moteur.
Le filtre à particules peut également être revêtu et/ou imprégné par au moins un catalyseur favorisant le déclenchement de la combustion des suies. Ledit catalyseur peut être un métal du groupe VIII, tel que du platine, du palladium ou du rhodium ou un mélange de tels métaux.
La répartition des différents matériaux peut ne pas être uniforme dans le filtre. Le matériau capable de constituer une réserve d'oxygène peut être disposé de manière privilégiée dans la zone aval des canaux d'entrée du filtre. Le catalyseur favorisant le déclenchement de la combustion des suies peut être disposé de manière privilégiée dans la zone amont des canaux d'entrée du filtre. La partie terminale de la zone aval du filtre peut être dépourvue de matériau constituant une réserve d'oxygène et de catalyseur.
Le matériau constituant une réserve d'oxygène peut être disposé de manière privilégiée dans la zone périphérique de la section transversale du filtre. Le catalyseur favorisant le déclenchement de la combustion des suies peut être disposé de manière privilégiée dans la zone centrale de la section transversale du filtre.
Comme on l'aura compris, l'invention consiste à réaliser un revêtement et/ou une imprégnation du médium filtrant du FAP par un composé qui joue le rôle d'un réservoir d'oxygène permettant la propagation de la réaction de combustion des suies lors de l'opération de régénération. Ce composé peut également jouer un rôle catalytique dans l'initiation de la combustion des suies, mais il doit être entendu que c'est la fonction de propagation de cette combustion qui constitue l'aspect essentiel de l'invention.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, donnée en référence aux figures annexées suivantes :
- la figure 1 qui représente de façon schématique un moteur Diesel de véhicule et les différents organes associés à celui-ci ; - les figures 2 à 4 qui schématisent, vus en coupe longitudinale, différents exemples de filtres à particules utilisables dans le cadre de l'invention et mettent en évidence différentes possibilités de répartition des composés qu'ils renferment ;
- les figures 5 et 6 qui schématisent, vus en coupe transversale, deux exemples de répartition radiale des composés renfermés par un filtre à particules utilisable dans le cadre de l'invention.
On a représenté sur la figure 1 un moteur Diesel de véhicule automobile qui est désigné par la référence générale 1.
Ce moteur Diesel est associé à des moyens d'admission d'air en entrée de celui-ci, qui sont désignés par la référence générale 2.
En sortie, ce moteur est associé à une ligne d'échappement qui est désignée par la référence générale 3.
Des moyens de recyclage de gaz d'échappement du moteur en entrée de celui-ci sont également prévus et sont désignés par la référence générale 4.
Ces moyens sont alors interposés par exemple entre la sortie du moteur et les moyens 2 d'admission d'air dans celui-ci.
La ligne d'échappement peut également être associée à un turbocompresseur désigné par la référence générale 5 et plus particulièrement à la portion de turbine de celui-ci, de façon classique. Enfin, la ligne d'échappement comporte un catalyseur d'oxydation désigné par la référence générale 6, disposé en amont d'un filtre à particules désigné par la référence générale 7, disposé dans la ligne d'échappement.
Le moteur est également associé à un système d'alimentation commune en carburant des cylindres de celui-ci. Ce système est désigné par la référence générale 8 sur cette figure et comporte par exemple des injecteurs à commande électrique associés à ces cylindres.
Dans l'exemple de réalisation représenté, le moteur est un moteur à quatre cylindres et comporte donc quatre injecteurs à commande électrique, respectivement 9, 10, 11 et 12.
Ces différents injecteurs sont associés à une rampe d'alimentation commune en carburant désignée par la référence générale 13 et reliée à des moyens d'alimentation en carburant désignés par la référence générale 14, comprenant par exemple une pompe à haute pression. Ces moyens d'alimentation sont reliés à un réservoir de carburant désigné par la référence générale 15 et à des moyens d'ajout à ce carburant d'un additif, par exemple à base de cérine et/ou d'oxyde ferrique (ou de tout oxyde métallique capable de céder de l'oxygène), destiné à se déposer sur le filtre à particules pour abaisser la température de combustion des particules piégées dans celui-ci.
En fait, cet additif peut par exemple être contenu dans un réservoir auxiliaire désigné par la référence générale 16 associé au réservoir de carburant 15 pour permettre l'injection d'une certaine quantité de cet additif dans le carburant. Enfin, ce moteur et les différents organes qui viennent d'être décrits sont également associés à des moyens de contrôle de leur fonctionnement désignés par la référence générale 17 sur cette figure, comprenant par exemple tout calculateur approprié 18 associé à des moyens de stockage d'informations 19, et raccordé en entrée à différents moyens d'acquisition d'informations relatives à différents paramètres de fonctionnement de ce moteur 1 et de ces organes, ce calculateur 18 étant alors adapté pour contrôler le fonctionnement des moyens d'admission 2, des moyens de recyclage 4, du turbocompresseur 5 et/ou du système d'alimentation 14 pour contrôler le fonctionnement du moteur 1 et notamment le couple engendré par celui-ci en fonction des conditions de roulage du véhicule de façon classique.
C'est ainsi par exemple que ce calculateur 18 est relié à un capteur de pression différentielle 20 aux bornes de l'ensemble formé par le catalyseur 6 et le filtre à particules 7, à des capteurs de température 21 , 22 et 23, respectivement en amont du catalyseur 6, entre ce catalyseur 6 et le filtre à particules 7 et en aval de ce filtre à particules 7 dans la ligne d'échappement 3. Le calculateur 18 peut également recevoir une information de teneur en oxygène des gaz d'échappement à partir d'une sonde Lambda λ désignée par la référence générale 24 sur cette figure, intégrée dans la ligne d'échappement 3.
En sortie, ce calculateur 18 est adapté pour piloter les moyens 2 d'admission d'air, les moyens 4 de recyclage de gaz d'échappement, le turbocompresseur 5, les moyens 16 d'ajout au carburant de l'additif, les moyens 14 d'alimentation en carburant de la rampe commune 8 et les différents injecteurs 9-12 associés aux cylindres du moteur 1.
En particulier, ce calculateur 18 est adapté pour déclencher une phase de régénération du filtre à particules 7 par combustion des particules piégées dans celui-ci en enclenchant une phase d'injections multiples de carburant dans les cylindres du moteur 1 pendant leur phase de détente.
Les particules émises par le moteur 1 au cours de son fonctionnement sont en effet piégées dans le filtre à particules. Il convient alors de régénérer celui-ci régulièrement par combustion de ces particules. Une ligne d'échappement 3 de moteur 1 à combustion interne selon l'invention comporte donc, de manière connue, un réacteur 6 renfermant un catalyseur d'oxydation (par exemple un métal tel que du platine) assurant, par une réaction exothermique, la conversion des hydrocarbures et du CO renfermés par les gaz d'échappement en CO2 et vapeur d'eau. Puis, selon l'invention, la ligne d'échappement 3 comporte un FAP 7 qui a pour particularité d'être revêtu et/ou imprégné sur tout ou partie de sa surface et/ou de son volume d'un composé tel qu'un matériau appartenant par exemple au groupe oxyde de cérium et/ou oxyde mixte de cérium et de zirconium. Ce composé doit être capable de constituer une réserve d'oxygène apte à propager la combustion des suies initiée lors d'une opération de régénération du FAP 7. On dit alors que ce composé présente une « fonction OSC » (pour « oxygen storage capacity »).
En même temps, ce composé contribue à abaisser la température de combustion des suies, tout comme le fait l'additif d'aide à la régénération habituellement introduit dans le carburant. Cependant, l'introduction de cet additif demeure nécessaire même avec l'utilisation d'un FAP 7 selon l'invention. En effet, le composé présentant une fonction OSC déposé sur le FAP 7 et/ou l'imprégnant (ce dernier terme signifiant qu'il est présent à la surface des pores situés à l'intérieur des éléments filtrants constituant les parois du FAP) n'assure qu'un contact surfacique avec les suies. Cet effet peut ne pas être suffisant pour abaisser à lui seul la température de combustion des suies dans les proportions assurant une régénération du FAP 7 aussi rapide que souhaitée pour les applications envisagées. De ce point de vue, l'addition de cérine et/ou d'oxyde de fer (par exemple) au carburant permet d'incorporer l'additif d'aide à la régénération au sein des suies elles-mêmes, ce qui lui procure une efficacité optimale. Néanmoins, l'utilisation d'un FAP 7 selon l'invention conjuguée à l'utilisation d'un additif d'aide à la régénération procure un abaissement supplémentaire de la température de combustion des suies, qui est évidemment très favorable du point de vue énergétique. Dans la pratique, il est envisageable que l'on puisse abaisser la température de combustion des suies à 400°C là où, auparavant, à quantité d'additif d'aide à la régénération égale ou même supérieure, on obtenait une température de combustion de 450°C.
Il va de soi que lorsque le composé présentant une fonction OSC n'est pas réparti uniformément sur l'ensemble du médium filtrant, il doit être présent de manière privilégiée dans les parties du médium filtrant où les suies sont captées principalement. C'est, par exemple, le cas de la surface du médium filtrant qui constitue l'entrée du FAP 7, notamment les surfaces définissant les canaux d'entrée du FAP 7 lorsque celui-ci a une structure en nid d'abeilles comme il est classiquement connu.
Le composé présentant une fonction OSC peut ne pas être le seul composé revêtant et/ou imprégnant le FAP 7. Il peut être utilisé conjointement à un ou plusieurs catalyseurs destinés à favoriser le déclenchement de la combustion des suies et/ou d'autres réactions tendant à diminuer les émissions polluantes du moteur, par exemple un métal tel que du platine pour catalyser l'oxydation des hydrocarbures et du CO, un catalyseur de traitement des oxydes d'azote, etc. On peut donc envisager que la conversion des hydrocarbures et du CO se passe en partie ou en totalité au sein même du FAP 7 et non forcément dans un milieu séparé 6 en amont du FAP 7. Dans ce cas, la figure 1 serait modifiée, en ce que les zones 6 et 7 seraient confondues, et le capteur de température 22 supprimé.
On peut, par exemple associer le composé présentant une fonction OSC à un « washcoat » déposé sur le FAP 7. L'ajout d'un washcoat sur le filtre composé d'oxyde de Ce ou d'oxyde mixte Ce/Zr, capable de procurer de l'oxygène lors d'une combustion contribue à l'amélioration de l'oxydation des suies, en abaissant la température d'initiation de la combustion, ainsi qu'à la propagation de la combustion.
Le composé à fonction OSC peut être associé en plus à un catalyseur formé par un métal du groupe VIII de la classification périodique ou un mélange de tels métaux, tel que du platine et/ou du palladium et/ou du rhodium. Ainsi, il oxyde directement les suies (par disponibilité de l'oxygène activé) ou indirectement par des réactions exothermiques ayant lieu sur le platine, le palladium ou le rhodium (par oxydation des hydrocarbures et du CO). On diminue ainsi les émissions de polluants et apporte de la température localement, ce qui aide indirectement à l'oxydation des suies.
Le platine et/ou le palladium et/ou le rhodium peuvent être déposé seulement sur un washcoat dΑI203 ou être mélangé au washcoat ou au composé à fonction OSC.
Le washcoat déposé sur le FAP peut être composé d'alumine (support catalytique de grande surface) complété par de l'oxyde de Ce (CeO2), et/ou de l'oxyde mixte CexZryO2, en proportion variable, ces oxydes pouvant être intimement liés à l'alumine. La quantité de washcoat peut varier de quelques grammes / litre à quelques dizaines de g/1.
La quantité de métaux précieux doit être suffisamment dispersée et stable, pour rester accessible et efficace pour convertir les polluants. La quantité de métaux précieux est dépendante de la quantité de washcoat et peut varier de quelques dizièmes de grammes à plusieurs grammes sur la totalité du filtre à particules, suivant le rôle à donner à ces métaux précieux. Pour traiter les gaz d'échappement, plusieurs grammes sont généralement nécessaires. Les figures 2 à 5 présentent schématiquement divers modes possibles de répartition des différents composés dont on a parlé sur la longueur des canaux d'entrée 25 du FAP 7. Dans les exemples représentés, les canaux de sortie 26 du FAP 7 sont dépourvus d'imprégnation, mais il va de soi qu'une imprégnation pourrait y être pratiquée si on le juge utile afin d'y parachever des réactions qui se sont initiées dans les canaux d'entrée 25.
Dans le cas de la figure 2, on a une imprégnation de la totalité de la surface des canaux d'entrée 25 du FAP 7 par une couche unique 27 comportant à la fois le matériau à fonction OSC, un catalyseur métallique et un washcoat. Cette couche 27 peut être homogène en quantité et en composition sur toute la longueur des canaux 25. On peut aussi prévoir de faire varier ces caractéristiques le long des canaux 25 : - la quantité de catalyseur métallique peut être plus importante dans la zone amont 28 que dans la zone aval 29 de chaque canal 25, ladite zone amont représentant 10 à 50% (par exemple) de la longueur du canal 25 ; on vise ainsi à réaliser plus rapidement l'oxydation des hydrocarbures et du CO ; la teneur en catalyseur de la zone amont 28 peut être, par exemple, de 1 ,5 à 5 fois celle de la zone aval 29 ;
- la quantité de matériau à fonction OSC peut être plus importante dans la zone aval 29 que dans la zone amont 28 de chaque aval 25, ladite zone aval représentant 10 à 50% (par exemple) de la longueur du canal 25 ; on vise ainsi à favoriser l'initiation de la combustion des suies principalement dans la zone aval 29, c'est à dire là où les suies ont tendance à s'accumuler de façon privilégiée.
Dans le cas de la figure 3, on a une imprégnation de la zone amont 28 des canaux 25 par une couche 30 comportant à la fois le matériau à fonction OSC, le catalyseur métallique et le washcoat, et une imprégnation de la zone aval 29 par une couche 31 ne comportant que le matériau à fonction OSC et le washcoat. En variante, le matériau OSC pourrait être absent de la zone amont.
Dans le cas de la figure 4, on a une imprégnation de la zone amont 28 des canaux 25 par une couche 32 renfermant le matériau à fonction OSC et le washcoat, ladite couche 32 étant elle-même revêtue par une couche 33 renfermant le catalyseur métallique et le washcoat. Quant à la zone aval 29 des canaux 25, elle n'est imprégnée que par la couche 32 de matériau à fonction OSC et de washcoat.
Dans toutes les configurations qui ont été exposées, on peut également faire le choix de ne pas prévoir de revêtement et/ou d'imprégnation de la zone aval 29, ou au moins de sa partie terminale. C'est en effet là que les impuretés, cendres et résidus divers, subsistant après la combustion des suies tendent à s'accumuler, et ces impuretés altèrent le fonctionnement des catalyseurs. Supprimer ces catalyseurs dans des zones où ils seraient, de toute façon, d'une efficacité moindre que dans le restant du FAP 7 permet de réaliser des économies de matériaux et de limiter les pertes de charge des gaz à l'intérieur du FAP 7.
De même, comme cela est visible sur les figures 5 et 6, on peut moduler la répartition des catalyseurs selon la section transversale du FAP 7. La figure 5 montre un FAP 7 vu en section transversale. Les modules latéraux 34 sont, par exemple, imprégnés d'une plus grande quantité de matériau à fonction OSC que les modules les plus centraux 35. Dans cette variante, la répartition du matériau à fonction OSC est sensiblement homogène à l'intérieur de chaque module. Cela peut ne pas être toujours le cas, par exemple comme représenté sur la figure 6, où des portions des modules latéraux 34 sont également incluses dans la zone de plus faible imprégnation de manière à conférer à la zone de plus faible imprégnation une section transversale sensiblement circulaire.
Typiquement, la zone de plus forte imprégnation représente de 30 à 80% de la surface de la section transversale du FAP 7. Dans cette zone, la quantité de matériau à fonction OSC est typiquement de l'ordre de 1 ,5 à 5 fois celle présente dans les zones de plus faible imprégnation.
Le but d'une telle répartition du matériau a fonction OSC est de réaliser la fourniture d'oxygène de façon privilégiée à l'endroit où il est plus difficile de convertir les suies, c'est à dire en périphérie du FAP 7 où les conditions thermiques sont les moins favorables. La répartition des autres matériaux imprégnant le FAP 7 peut également être modulée sur la section transversale du FAP 7, mais pas forcément dans le même sens que celle du matériau à fonction OSC. Il est ainsi préférable de privilégier les modules les plus centraux 35 pour l'imprégnation par le catalyseur métallique, afin de convertir les hydrocarbures et le CO préférentiellement là où les conditions d'écoulement et les conditions thermiques sont les plus favorables à cet effet. Là encore, typiquement, les zones de plus forte imprégnation peuvent contenir 1 ,5 à 5 fois plus de catalyseur métallique que les zones de plus faible imprégnation.
Dans la pratique, il est avantageux de profiter de l'utilisation d'un FAP 7 selon l'invention pour diminuer la quantité d'additif d'aide à la régénération employée (de l'ordre de 50% ou davantage). Cela a pour effet de réduire la quantité de résidus incombustibles qui se dépose dans le FAP 7, et donc de rendre son nettoyage approfondi moins souvent nécessaire.
Il doit être entendu que l'application d'un FAP 7 selon l'invention aux lignes d'échappement de moteurs Diesel n'est qu'une application privilégiée. Un FAP 7 selon l'invention serait utilisable sur la ligne d'échappement de tout type de moteur à combustion interne pour lequel un FAP 7 aurait son utilité.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système d'aide à la régénération d'un filtre à particules intégré dans une ligne d'échappement (3) d'un moteur Diesel de véhicule automobile, dans lequel le moteur (1) est associé à différents organes, parmi lesquels : - des moyens (2) d'admission d'air dans le moteur,
- des moyens (4) de recyclage de gaz d'échappement du moteur en entrée de celui-ci,
- un turbocompresseur (5),
- un filtre à particules (7) du type comportant un médium filtrant destiné à piéger des particules de suies présentes dans les gaz d'échappement dudit moteur (1),
- un catalyseur d'oxydation (6) disposé en amont du filtre à particules (7) dans la ligne d'échappement (3) ou confondu avec celui-ci,
- un système (8) d'alimentation commune en carburant des cylindres du moteur, comportant des injecteurs à commande électriques (9, 10, 11 , 12), associés à ces cylindres,
- des moyens (16) d'ajout au carburant d'un additif destiné à se déposer dans le lit de particules de suies, pour abaisser la température de combustion des particules piégées dans le filtre (7) et propager leur combustion, - des moyens (20, 21 , 22) d'acquisition d'informations relatives à différents paramètres de fonctionnement du moteur et des organes associés à celui-ci, et
- des moyens (17) de contrôle du fonctionnement des moyens d'admission, des moyens de recyclage, du turbocompresseur et/ou du système d'alimentation pour contrôler le fonctionnement du moteur, ces moyens étant en outre adaptés pour déclencher une phase de régénération du filtre à particules par combustion des particules piégées dans celui-ci en enclenchant une phase d'injections multiples de carburant dans les cylindres du moteur pendant leur phase de détente, caractérisé en ce que ledit médium filtrant dudit filtre à particules (7) est revêtu et/ou imprégné par un matériau capable de constituer une réserve d'oxygène apte à propager la combustion des suies lors d'une opération de régénération du filtre à particules.
2. Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit matériau est de l'oxyde de cérium.
3. Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit matériau est un oxyde mixte de cérium et de zirconium.
4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le filtre à particules (7) est également revêtu et/ou imprégné par au moins un catalyseur favorisant le déclenchement de réactions tendant à diminuer les émissions polluantes du moteur.
5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que le filtre à particules (7) est également revêtu et/ou imprégné par au moins un catalyseur favorisant le déclenchement de la combustion des suies.
6. Système selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que ledit catalyseur est un métal du groupe VIII, tel que du platine, du palladium ou du rhodium ou un mélange de tels métaux.
7. Système selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la répartition des différents matériaux n'est pas uniforme dans le filtre (7).
8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que le matériau capable de constituer une réserve d'oxygène et disposé de manière privilégiée dans la zone aval (29) des canaux d'entrée (25) du filtre (7).
9. Système selon les revendications 5 et 7 ou 8, caractérisé en ce que le catalyseur favorisant le déclenchement de la combustion des suies est disposé de manière privilégiée dans la zone amont (28) des canaux d'entrée (25) du filtre (7).
10. Système selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que la partie terminale de la zone aval (29) du filtre (7) est dépourvue de matériau constituant une réserve d'oxygène et de catalyseur.
11. Système selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que le matériau constituant une réserve d'oxygène est disposé de manière privilégiée dans la zone périphérique (34) de la section transversale du filtre (7).
12. Système selon la revendication 5 et l'une des revendications 7 à
12, caractérisé en ce que le catalyseur favorisant le déclenchement de la combustion des suies est disposé de manière privilégiée dans la zone centrale (35) de la section transversale du filtre (7).
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