FR2948410A3 - Dispositif de regeneration d'un filtre a particules pour un banc d'essai d'un moteur a combustion interne et banc moteur comportant un tel dispositif - Google Patents

Dispositif de regeneration d'un filtre a particules pour un banc d'essai d'un moteur a combustion interne et banc moteur comportant un tel dispositif Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un dispositif (100) de régénération d'un filtre à particules (22) d'un moteur à combustion interne pour un banc d'essai (1) comportant un dispositif d'injection d'air comprimé (60) adapté à injecter de l'air comprimé en amont du filtre à particules pour permettre sa régénération quel que soit le point de fonctionnement du moteur. Elle concerne également un banc moteur comportant un tel dispositif de régénération.

Description

1 DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne un dispositif de régénération d'un filtre à particules d'un moteur à combustion interne, spécialement conçu pour un banc d'essai moteur.
ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE Les bancs d'essai moteurs à combustion interne sont utilisés pour tester le fonctionnement de différents composants moteur. Ils comportent de manière classique une chambre de combustion alimentée en air par un conduit d'admission et en carburant par un injecteur de carburant. Les gaz issus de la combustion du carburant dans la chambre de combustion en sont évacués par un conduit d'échappement et traversent un filtre à particules disposé sur le trajet de ce conduit d'échappement. Dans l'idéal, afin d'assurer une bonne précision et une répétabilité satisfaisante des mesures effectuées sur banc d'essai, le filtre à particules doit être maintenu propre en permanence, c'est-à-dire non encrassé par les particules rejetées par le moteur. Pour cela, il est connu de surveiller en permanence l'état d'encrassement du filtre à particules, par exemple en mesurant ou en estimant la quantité de particules piégées dans le filtre.
Lorsque la quantité de particules piégées dépasse une valeur seuil prédéterminée, il est prévu de déclencher une phase de régénération du filtre à particules, pendant laquelle les particules piégées dans ce filtre sont brûlées et évacuées. Pour que la combustion des particules piégées dans le filtre à particules puisse être déclenchée, un minimum de 5 pourcent environ de dioxygène doit être présent dans les gaz d'échappement qui traversent le filtre à particules. Or, cette quantité de dioxygène dans les gaz d'échappement n'est pas atteinte pour tous les points de fonctionnement du moteur. Par exemple, lors des essais mesurant les performances de dépollution du moteur, une partie gaz d'échappement circulant dans le conduit d'échappement est prélevée et réinjectée dans le conduit d'admission, afin de limiter la teneur en dioxygène des gaz d'admission et la quantité de polluants formée lors de la combustion des gaz d'admission dans la chambre de combustion. En conséquence, la quantité de dioxygène présente dans les gaz d'échappement diminue également et la concentration de dioxygène dans les gaz traversant le filtre à particules peut ainsi devenir inférieure à 5 pourcent. Dans un tel cas, pour déclencher la régénération du filtre à particules, il est actuellement nécessaire d'arrêter l'essai en cours, d'amener progressivement le moteur à un point de fonctionnement dans lequel la quantité de dioxygène présente dans les gaz d'échappement est suffisante pour déclencher la régénération du filtre à particules, d'effectuer cette régénération et enfin de ramener progressivement le moteur à son point de fonctionnement initial pour la poursuite de l'essai. Cette solution est coûteuse en temps et perturbe les conditions de mesures de l'essai. Les mesures réalisées pendant chaque essai sont en conséquence très longues à réaliser, peu répétables et peu précises.
OBJET DE L'INVENTION Le but de la présente invention est de proposer un dispositif de régénération du filtre à particules particulièrement adapté à la régénération d'un filtres à particules d'un banc d'essai, permettant de réaliser cette régénération quel que soit le point de fonctionnement du moteur.
A cet effet, on propose selon l'invention un dispositif de régénération comportant un dispositif d'injection d'air comprimé adapté à injecter de l'air comprimé en amont du filtre à particules pour permettre sa régénération quel que soit le point de fonctionnement du moteur. Ainsi, lorsque la quantité de particules piégées dans le filtres devient supérieure à la valeur seuil de régénération, si le point de fonctionnement du moteur est tel que la régénération ne peut être effectuée car le taux de dioxygène dans les gaz d'échappement est trop faible, le dispositif de régénération selon l'invention injecte de l'air comprimé dans le conduit d'échappement, en amont du filtre à particules.
Le taux de dioxygène dans les gaz d'échappement est ainsi augmenté par l'injection de cet air comprimé jusqu'à l'obtention d'un taux de dioxygène dans les gaz d'échappement traversant le filtre à particules adapté à la régénération du filtre. La régénération du filtre à particules peut ainsi être déclenchée sans modifier le point de fonctionnement en cours du moteur, quel que soit le point de fonctionnement au moment du déclenchement de la régénération. On évite ainsi le passage du moteur par une première rampe de point de fonctionnement pour l'amener au point de fonctionnement adapté au déclenchement de la régénération du filtre à particules, ainsi que le passage du moteur par une deuxième rampe de point de fonctionnement pour ramener le moteur au point de fonctionnement initial atteint avant la régénération. La perturbation de l'essai liées à la régénération du filtre à particules et la durée de l'arrêt de l'essai lié à cette régénération sont ainsi limitées. Les mesures réalisées lors de l'essai sont ainsi plus précises et plus rapides. Le temps d'arrêt de l'essai pour la régénération du filtre à particule est par exemple diminué de 20 à 30 pourcent.
Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du dispositif selon l'invention : - il est prévu un dispositif d'injection de carburant adapté à injecter du carburant en amont du filtre à particules ; - il est prévu un diffuseur qui mélange l'air comprimé et le carburant ; - il est prévu un conduit d'acheminement de l'air comprimé depuis un réservoir d'air comprimé jusqu'à un élément d'injection de l'air comprimé, sur le trajet duquel il est prévu un élément de chauffage pour réchauffer l'air comprimé avant son injection en amont du filtre à particules ; - l'élément de chauffage est un échangeur de chaleur disposé sur le trajet du conduit d'acheminement de l'air comprimé et adapté à prélever la chaleur des gaz d'échappement circulant dans le conduit d'échappement ; - il est prévu un conduit d'acheminement de l'air comprimé depuis un réservoir d'air comprimé jusqu'à un élément d'injection de l'air comprimé, sur le trajet duquel est disposée une vanne adaptée à réguler le débit d'air comprimé injecté en amont du filtre à particules ; - il est prévu un conduit d'acheminement du carburant depuis un réservoir de carburant jusqu'à un élément d'injection de ce carburant sur le trajet duquel est disposée une vanne adaptée à réguler le débit de carburant injecté en amont du filtre à particules ; - il est prévu une unité de commande électronique commandant l'ouverture des vannes régulant le débit d'air comprimé et le débit de carburant ; - l'unité de commande électronique est programmée pour commander l'injection d'air comprimé jusqu'à l'obtention d'une concentration de 5 pourcent de dioxygène en aval du filtre à particules ; - l'unité de commande électronique programmée pour commander l'injection de carburant dans le filtre à particules jusqu'à l'obtention d'une température d'au moins 650 degrés Celsius en aval du filtre à particules. L'invention concerne également un banc d'essai d'un moteur à combustion interne comportant un conduit d'échappement sur le trajet duquel est disposé un filtre à particules et, en amont de ce filtre à particules, la turbine d'un turbocompresseur, dans lequel il est prévu un dispositif de régénération du filtre à particules tel que celui qui a été décrit précédemment, qui injecte de l'air comprimé dans le conduit d'échappement, entre le turbocompresseur et le filtre à particules. Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du banc d'essai selon l'invention - il est prévu un dispositif d'analyse des gaz circulant dans le conduit d'échappement et dans lequel le dispositif d'injection d'air comprimé injecte l'air comprimé en aval de ce dispositif d'analyse des gaz ; - le dispositif d'injection d'air comprimé est programmé pour injecter de l'air comprimé dans le conduit d'échappement pendant une phase de purge du dispositif d'analyse des gaz.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'UN EXEMPLE DE RÉALISATION La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur le dessin annexé, la figure 1 est une vue schématique d'une partie d'un banc d'essai d'un moteur à combustion interne équipé d'un dispositif de régénération selon l'invention. Dans la description, les termes amont et aval seront utilisés en référence au sens d'écoulement des gaz dans le banc d'essai. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un banc d'essai 1 d'un moteur conforme à l'invention. Ce banc d'essai 1 comporte un conduit d'admission 10 qui achemine du gaz prélevé à l'extérieur du banc moteur 1 vers la chambre de combustion (non représentée) de ce banc moteur 1, qui est par ailleurs alimentée en carburant par un injecteur de carburant (non représenté). Les gaz issus de la combustion du carburant dans la chambre de combustion sont évacués par un conduit d'échappement 20. Les gaz d'admission circulant dans le conduit d'admission 10 sont comprimés par un compresseur 41 d'un turbocompresseur 40 dont la turbine entraînante 42 est disposée sur le conduit d'échappement 20. Les gaz d'échappement qui circulent à travers cette turbine entraînante 42 la mettent en rotation, et elle entraîne le compresseur 2. Les gaz d'échappement traversent ensuite un catalyseur d'oxydation 21 et un filtre à particules 22 disposés sur le conduit d'échappement 20, en aval de la turbine entraînante 42 du turbocompresseur 40.
Ici, en aval du catalyseur d'oxydation 21 et du filtre à particules 22, une partie des gaz d'échappement circulant dans le conduit d'échappement 20 est prélevée par un conduit de recirculation 30 qui débouche en sortie dans le conduit d'admission 10. Les gaz d'échappement prélevés par ce conduit de recirculation 30 sont donc réinjectés dans le conduit d'admission 10. Le banc d'essai comporte également un dispositif de régénération 100 du filtre à particules 22 selon l'invention.
Ce dispositif de régénération 100 comporte une unité de commande électronique 50. Cette unité de commande électronique 50 comporte par exemple un boîtier du type boîtier à rapport cyclique d'ouverture, appelé boîtier RCO et au moins une partie d'une unité de commande électronique du banc moteur (non représentée) qui reçoit des informations provenant de différents capteurs du moteur et/ou du banc moteur à partir desquelles elle est programmée pour déterminer la quantité de particules piégées dans le filtre à particules 22. L'unité de commande électronique du banc moteur reçoit par exemple les mesures effectuées par deux capteurs de pression disposés l'un en amont du filtre à particules 22 et l'autre en aval de ce filtre. La quantité de particules piégées est alors estimée par l'unité de commande électronique du banc moteur en fonction de la différence de pressions mesurées par ces deux capteurs. L'unité de commande électronique du banc moteur compare ensuite la quantité de particules piégée estimée et une valeur seuil de régénération prédéterminée. Si la quantité de particules piégée estimée est supérieure à cette valeur seuil prédéterminée, l'unité de commande électronique du banc moteur commande au boîtier RCO de déclencher la régénération du filtre à particules 22, c'est-à-dire la combustion des particules piégées dans ce filtre.
De manière remarquable, le dispositif de régénération 100 comporte à cet effet un dispositif d'injection d'air comprimé 60 qui injecte de l'air comprimé dans le conduit d'échappement 20, entre la turbine entraînante 42 du turbocompresseur 40 et le filtre à particules 22, pour permettre la régénération du filtre à particules 22 quel que soit le point de fonctionnement du moteur au moment où l'unité de commande électronique 50 déclenche cette régénération. Ce dispositif d'injection d'air comprimé 60 comporte ici au moins une bouteille d'air comprimé 61 qui constitue un réservoir d'air comprimé et est reliée à un conduit d'acheminement de l'air comprimé 62 qui débouche dans le conduit d'échappement 20 par l'intermédiaire d'un élément d'injection 80.
Le conduit d'acheminement de l'air comprimé 62 comporte de préférence un échangeur de chaleur 63 pour réchauffer l'air comprimé avant son injection dans le conduit d'échappement 20. Cet échangeur de chaleur 63 se présente par exemple sous la forme d'un enroulement du conduit d'acheminement de l'air comprimé 62 autour du conduit d'échappement 20. L'air comprimé étant réchauffé par échange de chaleur avec les gaz d'échappement, l'abaissement de la température des gaz d'échappement traversant le filtre à particules 22 lors de l'injection de l'air comprimé est ainsi limité, ce qui favorise l'élévation de température des gaz d'échappement pour la combustion des particules piégées dans le filtre à particules 22. Ici, pour réaliser cette élévation de température, le dispositif de régénération 100 comporte également un injecteur de carburant 70 qui injecte du carburant dans le conduit d'échappement 20, entre la turbine entraînante 42 du turbocompresseur 40 et le filtre à particules 22. La combustion de ce carburant dans le conduit d'échappement 20 élève fortement la température des gaz d'échappement qui traversent le filtre à particules 22 et permet la combustion des particules piégées dans ce filtre.
Cet injecteur de carburant 70 comporte un conduit d'acheminement du carburant 76 reliant un réservoir 71 de carburant à un élément d'injection du carburant dans le conduit d'échappement 20. Une pompe 75 est disposée sur le trajet de ce conduit d'acheminement du carburant 76 et pompe le carburant dudit réservoir 71 à un élément d'injection du carburant. Un conduit de dérivation 77 piqué de part et d'autre de la pompe 75 sur le conduit d'acheminement du carburant 76 et muni d'un régulateur de pression 72 permet de réguler la pression de carburant dans le conduit d'acheminement du carburant 76. Ici, l'élément d'injection 80 dans lequel débouche le conduit d'acheminement de l'air comprimé 62 et l'élément d'injection du carburant dans lequel débouche le conduit d'acheminement du carburant 76 est un élément d'injection commun. Il s'agit d'un diffuseur 80 qui assure le mélange de l'air comprimé et du carburant et l'injection de ce mélange dans le conduit d'échappement 20 sous forme de fines gouttelettes.
Le conduit d'acheminement de l'air comprimé 62 et le conduit d'acheminement du carburant 76 comporte chacun une électrovanne 64, 74 disposée en amont dudit diffuseur 80. L'ouverture des électrovanne 64, 74 est commandée par l'unité de commande électronique 50 en fonction des informations reçues de la part des capteurs du moteur pour ajuster les quantités d'air comprimé et de carburant mélangées injectées par le diffuseur 80 dans le conduit d'échappement 20. Ces capteurs mesurent notamment la charge et le régime du moteur qui définissent un point de fonctionnement particulier du moteur. En pratique, lors d'une étape préalable d'étalonnage, la quantité d'air comprimé qui doit être injectée dans les gaz d'échappement à chaque point de fonctionnement du moteur pour obtenir une concentration de 5 pourcent de dioxygène dans les gaz d'échappement circulant dans le conduit d'échappement en aval du filtre à particules est déterminée. La quantité de carburant qui doit être injectée dans les gaz d'échappement à chaque point de fonctionnement du moteur pour obtenir une température d'au moins 650 degrés Celsius en aval du filtre à particules est également déterminée. Pendant l'essai, l'unité de commande électronique 50 reçoit, en continue ou à intervalles de temps réguliers, les informations des capteurs du moteur à partir desquelles elle détermine, d'une part, le point de fonctionnement du moteur et, d'autre part, la quantité de particules piégées dans le filtre à particules 22.
Si la quantité de particule piégées est supérieure à la valeur seuil de régénération, l'unité de commande électronique 50 déclenche la régénération du filtre à particules. Pour cela, l'unité de commande électronique 50 est programmée pour commander l'injection, par le dispositif d'injection d'air comprimé 60, de la quantité d'air comprimé prédéterminée au cours de l'étape d'étalonnage û permettant l'obtention d'une concentration d'au moins 5 pourcent de dioxygène dans le conduit d'échappement 20 en aval du filtre à particules 22 û correspondant au point de fonctionnement en cours du moteur au moment du déclenchement de la régénération.
L'unité de commande électronique 50 est également programmée pour commander l'injection, par le dispositif d'injection de carburant 70, de la quantité de carburant prédéterminée au cours de l'étape d'étalonnage û permettant l'obtention d'une température d'au moins 650 degrés Celsius en aval du filtre à particules 22 û correspondant au point de fonctionnement en cours du moteur au moment du déclenchement de la régénération. Ainsi, la régénération du filtre à particules 22 est réalisée au point de fonctionnement en cours du moteur, sans que celui-ci ne soit amené à un point de fonctionnement différent propice à la régénération du filtre à particules 22. Avantageusement, le banc d'essai 1 comporte un dispositif d'analyse des gaz circulant dans le conduit d'échappement (non représenté) disposé dans le conduit d'échappement. Le dispositif d'injection d'air comprimé 60 est alors disposé en aval de ce dispositif d'analyse des gaz, afin de ne pas perturber les mesures effectuées par ce dispositif. En particulier ici, le diffuseur 80 débouche dans le conduit d'échappement 20 en aval de ce dispositif d'analyse des gaz.
Au cours de son fonctionnement, le dispositif d'analyse des gaz condense une partie de l'eau contenu dans les gaz d'échappement. Cette eau est retenue dans le dispositif d'analyse, qui doit être purgé pour éliminer cette eau. Cette purge du dispositif d'analyse des gaz impose également une interruption de l'essai en cours.
L'unité de commande électronique 50 est alors avantageusement programmée pour déclencher la régénération du filtre à particules 22 pendant une phase de purge du dispositif d'analyse des gaz. Ainsi, le temps d'interruption global de l'essai est limitée car les interruptions liée à la régénération du filtres à particules et à la purge du dispositif d'analyse sont au moins partiellement simultanées. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. On peut en particulier envisager que les conduits d'acheminement du carburant et de l'air comprimé débouche chacun un élément d'injection indépendant, par exemple une buse d'injection. Le fonctionnement du dispositif de régénération n'est pas modifié. En outre, on peut également envisager que l'élévation de température des gaz d'échappement pour la régénération du filtre à particules soit assurée par une ou plusieurs injections tardives de carburant dans la chambre de combustion.
Le dispositif de régénération selon l'invention ne comporte alors pas de dispositif d'injection de carburant dans le conduit d'échappement.

Claims (13)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif (100) de régénération d'un filtre à particules (22) d'un moteur à combustion interne pour un banc d'essai (1), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'injection d'air comprimé (60) adapté à injecter de l'air comprimé en amont du filtre à particules (22), pour permettre sa régénération quel que soit le point de fonctionnement du moteur.
  2. 2. Dispositif (100) selon la revendication 1, dans lequel il est prévu un dispositif d'injection de carburant (70) adapté à injecter du carburant en amont du filtre à particules (22).
  3. 3. Dispositif (100) selon la revendication précédente, dans lequel il est prévu un diffuseur (80) qui mélange l'air comprimé et le carburant.
  4. 4. Dispositif (100) selon l'une des revendications 2 et 3, dans lequel il est prévu un conduit d'acheminement du carburant (76) depuis un réservoir de carburant (71) jusqu'à un élément d'injection (80) de ce carburant sur le trajet duquel est disposée une vanne (74) adaptée à réguler le débit de carburant injecté en amont du filtre à particules (22).
  5. 5. Dispositif (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel il est prévu un conduit d'acheminement de l'air comprimé (62) depuis un réservoir d'air comprimé (61) jusqu'à un élément d'injection de l'air comprimé (80), sur le trajet duquel il est prévu un élément de chauffage (63) pour réchauffer l'air comprimé avant son injection en amont du filtre à particules (22).
  6. 6. Dispositif (100) selon la revendication précédente, dans lequel l'élément de chauffage (63) est un échangeur de chaleur (63) disposé sur le trajet du conduit d'acheminement de l'air comprimé (62) et adapté à prélever la chaleur des gaz d'échappement.
  7. 7. Dispositif (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel il est prévu un conduit d'acheminement de l'air comprimé (62) depuis un réservoir d'air comprimé (61) jusqu'à un élément d'injection de l'air comprimé (80), sur le trajet duquel est disposée une vanne (64) adaptée à réguler le débit d'air comprimé injecté en amont du filtre à particules (22).
  8. 8. Dispositif (100) selon les revendications 4 et 7, dans lequel il est prévu une unité de commande électronique (50) commandant l'ouverture des vannes (64, 74) régulant le débit d'air comprimé et le débit de carburant.
  9. 9. Dispositif (100) selon la revendication précédente dans lequel l'unité de commande électronique (50) est programmée pour commander l'injection d'air comprimé jusqu'à l'obtention d'une concentration de 5 pourcent de dioxygène enaval du filtre à particules (22).
  10. 10. Dispositif (100) selon l'une des revendications 8 et 9, dans lequel l'unité de commande électronique (50) est programmée pour commander l'injection de carburant dans le filtre à particules (22) jusqu'à l'obtention d'une température d'au moins 650 degrés Celsius en aval du filtre à particules (22).
  11. 11. Banc d'essai (1) d'un moteur à combustion interne comportant un conduit d'échappement (20) sur le trajet duquel est disposé un filtre à particules (22) et, en amont de ce filtre à particules (22), la turbine (42) d'un turbocompresseur (40), dans lequel il est prévu un dispositif (100) de régénération du filtre à particules (22) selon l'une des revendication précédentes qui injecte de l'air comprimé dans le conduit d'échappement (20), entre le turbocompresseur (40) et le filtre à particules (22).
  12. 12. Banc d'essai (1) selon la revendication précédente, dans lequel il est prévu un dispositif d'analyse des gaz circulant dans le conduit d'échappement et dans lequel le dispositif (100) d'injection d'air comprimé injecte l'air comprimé en aval de ce dispositif d'analyse des gaz.
  13. 13. Banc d'essai (1) selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif (100) d'injection d'air comprimé est programmé pour injecter de l'air comprimé dans le conduit d'échappement (20) pendant une phase de purge du dispositif d'analyse des gaz.
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