Brevet FR2668203A1 — publié le 19920424

L'invention concerne un procédé et un dispositif d'introduction automatique d'un additif en quantité dosée dans le réservoir de carburant d'un véhicule automobile et l'utilisation de ce procédé et de ce dispositif dans le cas d'un véhicule à moteur Diesel, pour assurer le dosage d'un additif permettant d'abaisser la température d'inflammation des suies dans un filtre à particules sur le circuit d'échappement du véhicule. Les gaz d'échappement des moteurs Diesel qui utilisent du gazole comme carburant renferment à la fois des polluants gazeux tels que des hydrocarbures, des oxydes de l'azote et du monoxyde de carbone CO et des polluants solides qui sont principalement constitués par des particules de suie. Les normes anti-pollution appliquées aux moteurs Diesel vont nécessiter, dans un avenir plus ou moins proche, l'élimination pratiquement complète des émissions de particules de suie dans les gaz d'échappement de ces moteurs. Pour assurer l'élimination de ces particules de suie, on est amené à effectuer un post-traitement des gaz d'échappement en utilisant un filtre à particules. Un tel filtre est installé dans la ligne d'échappement du moteur et comporte des éléments de filtration en matière céramique poreuse qui sont traversés par les gaz d'échappement et qui permettent de retenir les particules solides en suspension dans ces gaz. Au cours du fonctionnement du moteur, les éléments de filtration se chargent en particules de suie et se colmatent progressivement. Le décolmatage des éléments de filtration peut être obtenu en faisant brûler les suies déposées sur ces éléments, pendant le fonctionnement du moteur. En présence d'oxygène, les suies brûlent à des températures de l'ordre de 550 à 600"C. De tels niveaux thermiques ne sont que rarement atteints par les gaz d'échappement d'un moteur Diesel d'un véhicule de tourisme. I1 est donc nécessaire de favoriser le début de la régénération des éléments de filtration, en ajoutant au carburant un additif permettant d'abaisser la température de régénération des suies. Les additifs les plus couramment utilisés sont constitués par des composés organo-métalliques qui, mélangés dans des proportions déterminées au gazole, sont injectés dans la chambre de combustion, par la pompe d'injection, et se retrouvent dans les gaz d'échappement. La présence de ces additifs dans le filtre à particules, en mélange intime avec les particules de suie, leur permet de jouer le rôle de catalyseur de la combustion des particules de suie et d'abaisser les températures d'inflammation des suies aux environs de 400 à 450"C. Pour jouer parfaitement leur rôle de catalyseur, les additifs doivent être mélangés de manière homogène au gazole utilisé comme carburant. Jusqu'ici, on a envisagé de mélanger ces additifs au gazole, à l'issue du processus industriel d'obtention du carburant, dans les usines pétrolières productrices. Le gazole renfermant les additifs de régénération des filtres à particules serait alors vendu à la pompe et constituerait un produit particulier, dans le cadre de la vente au détail des carburants. L'inconvénient d'un tel procédé et de l'organisation correspondante de la vente est de nécessiter de prévoir une variété supplémentaire de carburant et d'entraîner une dépendance complète des utilisateurs et des fabricants de moteur, vis-à-vis des choix effectués par l'industrie pétrolière, en ce qui concerne la nature des additifs et la composition des mélanges d'additifs retenue. Il peut être en effet nécessaire d'adapter la composition des additifs aux caractéristiques du moteur dans lequel ils sont utilisés. De manière plus générale, il peut être nécessaire de disposer d'un procédé et d'un dispositif d'introduction en quantité dosée d'un additif de nature quelconque dans le réservoir de carburant d'un véhicule automobile. Le but de l'invention est donc de proposer un procédé d'introduction automatique en quantité dosée d'un additif dans le réservoir de carburant d'un véhicule automobile, de manière à maintenir à une valeur prédéterminée la concentration de l'additif dans le carburant contenu dans le réservoir, ce procédé permettant d'éviter toute erreur de dosage et toute utilisation défectueuse du véhicule par suite de la négligence de l'utilisateur, sans avoir recours à un carburant de nature particulière distribué à la pompe. Dans ce but - on mesure le niveau initial du carburant dans le réservoir, préalablement à chaque opération de réapprovisionnement du réservoir en carburant, - on mesure le niveau final de carburant dans le réservoir à l'issue de chacune des opérations de réapprovisionnement, - on détermine la quantité de carburant introduite dans le réservoir au cours de chacune des opérations de réapprovisionnement, à partir du niveau initial et du niveau final mesurés, - on détermine la quantité d'additif contenue dans une quantité de carburant égale à la quantité introduite dans le réservoir et dont la teneur en additif correspond à la concentration prédéterminée, et - on injecte dans le réservoir du véhicule, de manière automatique, la quantité d'additif précédemment déterminée. L'invention est également relative à un dispositif d'introduction automatique d'un additif dans le réservoir de carburant d'un véhicule automobile et à l'utilisation d'un procédé et d'un dispositif suivant l'invention pour introduire un additif de régénération d'un filtre à particules d'un véhicule à moteur Diesel, dans le réservoir de gazole de ce véhicule. La figure unique est une vue schématique montrant un dispositif d'introduction en quantité dosée, d'un additif permettant de favoriser la régénération d'un filtre à particules d'un véhicule à moteur Diesel, dans le réservoir de gazole de ce véhicule. Sur la figure, on voit le moteur Diesel 1 d'un véhicule automobile qui est alimenté en gazole, à partir d'un réservoir 2, par l'intermédiaire d'une pompe d'injection 3. La pompe 3 est reliée au réservoir 2 par une conduite d'aspiration 4 sur laquelle est intercalé un filtre 5. La conduite d'aspiration 4 comporte une partie d'extrémité opposée à la pompe 3 qui est plongée à l'intérieur du réservoir 2 pour déboucher, à sa partie inférieure, sous la forme d'une crépine d'aspiration 6. La pompe 3 est également reliée au réservoir de gazole 2, par l'intermédiaire d'une conduite de retour 7 permettant de renvoyer dans le réservoir 2 les quantités de gazole excédentaires aspirées par la pompe qui n'ont pas été injectées dans les cylindres du moteur 1. La pompe 3 est reliée aux cylindres du moteur par des conduites assurant chacune l'alimentation d'un injecteur 9 associé à un cylindre du moteur. Le réservoir 2 est équipé d'une jauge de niveau 8 permettant de déterminer, de manière précise, la position du niveau supérieur du gazole dans le réservoir 2. Le réservoir 2 comporte une tubulure de remplissage 11 débouchant dans la partie supérieure du réservoir 2 et équipée d'un bouchon de fermeture 12. La ligne d'échappement du véhicule dont la propulsion est assurée par le moteur Diesel 1 comporte un filtre à particules non représenté permettant d'arrêter les particules de suie formées dans les gaz d'échappement du moteur. Selon l'invention, le véhicule comporte un réservoir d'additif 14 muni d'un bouchon de remplissage 15 destiné à contenir un additif qui peut être constitué par un ou plusieurs composés organo-métalliques en solution dans un solvant liquide. Une conduite d'injection d'additif liquide 16 est reliée au réservoir 14, au voisinage de sa partie inférieure. Une pompe de dosage 18 est intercalée sur la conduite 16 qui est reliée, à son extrémité opposée au réservoir 14, à un injecteur 20 débouchant dans la conduite de retour 7 de la pompe d'injection 3 du moteur. Une conduite de retour 21 communiquant avec la conduite d'injection 16 en aval de la pompe 18 est reliée à la partie supérieure du réservoir d'additif 14. Un régulateur de pression 22 constitué par un clapet à bille comportant un ressort de tarage est intercalé sur la conduite de retour 21. Le dispositif d'introduction automatique d'additif suivant l'invention comporte un boîtier électronique de commande 24 intégré au véhicule permettant d'assurer toutes les fonctions de réglage et de surveil lance de l'introduction d'additif en quantité dosée, dans le réservoir 2 du véhicule. Un contacteur électrique 25 associé au bouchon 12 de fermeture du réservoir 2 et relié au boîtier électronique 24 par un câble électrique 26 permet de transmettre automatiquement au boîtier 24, un signal électrique d'ouverture, lorsqu'on réalise l'ouverture du bouchon 12, préalablement au réapprovisionnement du réservoir 2 en carburant. Le contacteur 25 peut être réalisé avantageusement sous une forme identique à un contacteur utilisé pour détecter l'ouverture d'une porte et pour provoquer l'allumage d'une lampe-témoin, lors de l'ouverture de la porte. La jauge de niveau 8 est reliée par un câble électrique 27 au boîtier 24, de manière à transmettre au boîtier 24, un signal électrique représentatif du niveau de carburant 28 à l'intérieur du réservoir 2. Le boîtier électronique 24 est relié par des câbles électriques 29 et 30 respectivement, à la pompe 18 et à l'injecteur 20, de manière à transmettre à ces éléments du dispositif d'introduction d'additif, un signal de commande assurant une injection en quantité dosée d'additif dans le conduit de retour 7 relié au réservoir 2, dans les conditions qui seront décrites ciaprès. Une jauge de niveau 32 reliée au boîtier 24 par un câble électrique 33 permet de transmettre au boîtier 24, un signal électrique lorsque le niveau d'additif dans le réservoir 14 est parvenu dans une position minimale voisine du fond du réservoir 14. Une sonde de température 34 permet de transmettre au boîtier 24, par l'intermédiaire d'un câble électrique 35, un signal représentatif de la température de l'additif liquide à l'intérieur du réservoir 14. Le boîtier 24 comporte une sortie 36 constituée par un câble électrique relié à un voyant qui peut être situé avantageusement dans l'habitacle du véhicule automobile et dont l'allumage est obtenu lorsque le niveau d'additif détecté par la jauge 32 dans le réservoir 14 est parvenu dans la position correspondant au niveau minimal voisin du fond du réservoir 14. L'allumage du voyant indique à l'utilisateur qu'il est nécessaire d'effectuer le réapprovisionnement du réservoir d'additif 14. Le boîtier 24 reçoit également comme donnée d'entrée, un signal électrique représentatif de la concentration prédéterminée en additif qu'il est nécessaire de maintenir dans le gazole injecté dans les cylindres du moteur. Cette donnée relative à la concentration d'additif du carburant peut être également déterminée a priori et correspondre à une valeur fixe quelles que soient les conditions d'utilisation du moteur. Dans ce cas, les composants du boîtier électronique sont prévus de manière à prendre en compte cette valeur prédéterminée et invariable. Certains éléments du dispositif d'introduction d'additif suivant l'invention peuvent être constitués par des éléments utilisés de manière classique pour la construction des moteurs de véhicules automobiles et de leurs organes de commande. C'est ainsi que l'ensemble d'injection d'additif comprenant la pompe 18, le régulateur de pression 22 et éventuellement l'injecteur 20 peut être constitué par un dispositif d'injection d'essence tel qu'utilisé sur les véhicules automobiles comportant un moteur à injection. On va maintenant décrire le fonctionnement du dispositif suivant l'invention représenté sur la figure et permettant de maintenir constante la concentration en additif du carburant contenu dans le réservoir 2. Lorsqu'on effectue l'ouverture du bouchon 12, préalablement au réapprovisionnement du réservoir 2 en carburant, le contacteur 25 transmet un signal électrique au boîtier 24. Ce signal électrique permet d'initialiser le boîtier électronique 24 et de déceler le début d'une opération de réapprovisionnement du réservoir 2. Le contacteur 25 qui peut être réalisé sous la forme d'un micro-contact assure automatiquement l'émission d'un signal électrique qui est reçu par le boîtier 24, dès qu'une manoeuvre d'ouverture du bouchon 12 est effectuée. La jauge de niveau 8 fournit au boîtier 24, par l'intermédiaire du câble 27, un signal continu représentatif du niveau 28 du carburant dans le réservoir 2. Ce signal continu n'est enregistré par le boîtier 24 que lorsque le signal d'initialisation provenant du contacteur 25 a été reçu par le boîtier 24. Après l'émission du signal d'initialisation, le boîtier 24 réalise donc de manière automatique l'enregistrement d'un signal représentatif du niveau de départ du carburant dans le réservoir 2, avant le remplissage. On effectue alors le réapprovisionnement du réservoir 2 en carburant, ce qui se traduit par une élévation du niveau 28. La jauge 8 fournit en continu au boîtier 24 un signal électrique représentatif du niveau 28 dans le réservoir 2. Ce signal électrique n'est cependant pris en compte et enregistré par le boîtier 24 que lorsqu'on réalise la fermeture du bouchon 12, ce qui se traduit par l'interruption du signal électrique provenant du contacteur 25. Le niveau enregistré par le boîtier 24 après fermeture du bouchon 12 correspond au niveau dans le réservoir 2, à l'issue de l'opération de remplissage. Au redémarrage du moteur 1, le contact électrique du véhicule permet de mettre en fonctionnement le boîtier 24 pour la détermination et la réalisation de l'injection d'additif dans le réservoir de carburant 2. Le boîtier de commande 24 effectue le calcul de la quantité de carburant introduite dans le réservoir 2 du véhicule lors du remplissage, à partir du niveau initial et du niveau final de carburant mesurés par la jauge 8 et enregistrés par le module de commande 24. Le module de commande 24 effectue également le calcul de la quantité d'additif à introduire dans le réservoir 2, en fonction de la quantité de carburant introduite dans le réservoir et de la concentration prédéterminée en additif du carburant, pour obtenir des conditions de fonctionnement satisfaisantes du filtre à particules. Le signal représentatif de la quantité d'additif à introduire dans le réservoir est transformé en un signal de commande de la pompe d'injection 18 et en un signal de commande de l'injecteur 20. Le signal de commande de l'injecteur 20 permet de maintenir cet injecteur ouvert pendant un temps suffisant pour réaliser l'injection de la quantité déterminée d'additif à pression constante, la pompe 18 restant en fonctionnement pendant un temps suffisant pour réaliser l'injection. L'injection est réalisée dans la conduite de retour 7, l'additif liquide étant refoulé dans le réservoir 2, par la pompe d'injection 3, avec le débit excédentaire de gazole circulant dans la conduite 7. A l'issue de l'injection d'additif, le gazole contenu dans le réservoir 2 présente une concentration en additif qui correspond parfaitement à la concentra tion prédéterminée nécessaire pour obtenir un fonctionnement satisfaisant du filtre à particules. En outre, la concentration en additif du gazole dans le réservoir 2 est parfaitement homogène, du fait du brassage assuré par la pompe d'injection 3. Le moteur 1 et le filtre à particules qui lui est associé peuvent alors fonctionner dans des conditions satisfaisantes. La température de l'additif injecté dans le conduit 7 et le réservoir 2 peut être réglée grâce à la jauge de température 34 et à un circuit de mise en température de l'additif dans le réservoir 14. Ou bien, la température mesurée par la jauge 34 peut être prise en compte dans le module 24 pour calculer le temps d'injection de l'additif à pression constante. En effet, le temps d'injection d'une quantité déterminée d'additif à pression constante varie en fonction de la viscosité, donc de la température de l'additif. Le procédé suivant l'invention permet de maintenir dans le réservoir de carburant du véhicule, une concentration parfaitement constante d'additif, quelles que soient les conditions de fonctionnement du moteur. Le filtre à particules fonctionne donc dans des conditions satisfaisantes en ce qui concerne sa régénération, quelles que soient les opérations de réapprovisionnement en carburant du véhicule effectuées. Il est simplement nécessaire de maintenir un niveau suffisant d'additif dans le réservoir 14, ce qui nécessite d'effectuer un réapprovisionnement de ce réservoir, lorsque le voyant de niveau minimal s'allume. La capacité du réservoir 14 peut être prévue pour une autonomie de 100.000 km environ. Il est à noter que l'injection d'additif est réalisée dans la partie de refoulement à basse pression du circuit de gazole, ce qui facilite cette injection. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été décrit. C'est ainsi qu'on peut utiliser des moyens d'injection d'additif différents de ceux qui ont été décrits, l'injection pouvant être effectuée par exemple directement dans le réservoir de carburant. Le boîtier électronique 24 permettant d'enregistrer les mesures de niveau et d'effectuer le calcul des quantités de carburant introduit dans le réservoir ainsi que les quantités correspondantes d'additif nécessaire pour maintenir la concentration du carburant en additif peut être réalisé en utilisant tout composant ou micro-processeur et en mettant en oeuvre les connaissances habituelles des techniciens dans le domaine de l'électronique. Les jauges ou sondes de température utilisées peuvent être de tout type adapté aux mesures effectuées et à l'environnement dans lequel se déroulent ces mesures. L'initialisation du boîtier électronique et la commande des opérations de mesure ou d'enregistrement du niveau du carburant dans le réservoir peuvent être assurées, dans le cas d'un véhicule comportant une trappe disposée dans une partie de sa carrosserie et donnant accès à des moyens de remplissage du réservoir, par les manoeuvres d'ouverture et de fermeture de la trappe qui peut être actionnée, par exemple, par un levier situé dans l'habitacle du véhicule. Le procédé et le dispositif de l'invention peuvent être utilisés non seulement pour assurer un maintien à une valeur constante de la teneur en additif du gazole utilisé comme carburant d'un moteur Diesel d'un véhicule comportant un filtre à particules, mais également pour introduire en quantité dosée un additif quelconque, dans le réservoir de carburant d'un véhicule automobile, de manière à maintenir parfaitement constante la teneur en additif du carburant, que ce carburant soit constitué par du gazole, de l'essence ou tout autre produit similaire. REVENDICATIONS 1.- Procédé d'introduction automatique en quantité dosée d'un additif dans le réservoir de carburant (2) d'un véhicule automobile, de manière à maintenir à une valeur prédéterminée la concentration de l'additif dans le carburant contenu dans le réservoir (2), caractérisé par le fait - qu'on mesure le niveau initial (28) du carburant dans le réservoir (2), préalablement à chaque opération de réapprovisionnement du réservoir (2) en carburant, - qu'on mesure le niveau final (28) de carburant dans le réservoir (2), à 1 issue de chacune des opérations de réapprovisionnement, - qu'on détermine la quantité de carburant introduite dans le réservoir (2), au cours de chacune des opérations de réapprovisionnement, à partir du niveau initial et du niveau final mesurés, - qu'on détermine la quantité d'additif contenue dans une quantité de carburant égale à la quantité introduite dans le réservoir (2) et dont la teneur en additif correspond à la concentration prédéterminée, et - qu'on injecte dans le réservoir (2) du véhicule, de manière automatique, la quantité d'additif précédemment déterminée. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on mesure le niveau (28) du carburant dans le réservoir (2) en continu et qu'on enregistre les valeurs mesurées du niveau (28) préalablement à chaque opération de réapprovisionnement du réservoir (2) en carburant et à l'issue de chacune des opérations de réapprovisionnement, la quantité de carburant introduite dans le réservoir (2) au cours de chacune des opérations de réapprovisionnement étant déterminée à partir des valeurs enregistrées. 3.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la mesure ou l'enregistrement du niveau (28) de carburant dans le réservoir (2) sont commandés de manière automatique, lors de l'ouverture et de la fermeture d'un bouchon (12) d'obturation d'un conduit de remplissage (11) du réservoir (2). 4.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la mesure ou l'enregistrement du niveau de carburant dans le réservoir (2) sont commandés de manière automatique, lors de l'ouverture et de la fermeture d'une trappe d'obturation d'une partie de la carrosserie du véhicule donnant accès à des moyens de remplissage du réservoir (2). 5.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'injection d'additif dans le réservoir (2) du véhicule est effectuée à pression constante. 6.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'injection d'additif dans le réservoir (2) du véhicule est réalisée par l'intermédiaire d'une conduite (7) reliant le réservoir (2) à la partie de refoulement d'une pompe d'injection (3) du carburant dans le moteur (1). 7.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'on constitue une réserve d'additif (14) et qu'on détecte l'apparition d'un niveau minimal de l'additif dans la réserve (14), de manière automatique. 8.- Procédé suivant la revendication 7, caractérisé par le fait qu'on mesure la température de l'additif dans la réserve (14) et qu'on détermine le temps d'injection de l'additif, en fonction de la température mesurée. 9.- Dispositif d'introduction automatique en quantité dosée d'un additif dans le réservoir de carburant (2) d'un véhicule automobile, de manière à maintenir à une valeur prédéterminée la concentration de l'additif dans le carburant contenu dans le réservoir (2), caractérisé par le fait qu'il est intégré au véhicule et qu'il comporte un réservoir d'additif (14), des moyens d'injection d'additif (18, 16, 20) reliés d'une part au réservoir (14) d'additif et d'autre part au réservoir de carburant (2) et des moyens de mesure, de calcul et de commande (24) reliés à une jauge de mesure (8) du niveau de carburant dans le réservoir (2) permettant de calculer la quantité de carburant introduite dans le réservoir (2) à chaque opération de réapprovisionnement de ce réservoir, la quantité correspondante d'additif à injecter dans le réservoir (2) pour maintenir la concentration d'additif dans le carburant contenu dans le réservoir (2) à une valeur prédéterminée et de commander les moyens d'injection (18, 16, 20) pour réaliser l'injection de la quantité d'additif calculée. 10.- Dispositif suivant la revendication 9, caractérisé par le fait qu'il comporte de plus un contacteur électrique (25) associé à un bouchon ou à une trappe de remplissage (12) du réservoir (2) relié aux moyens de mesure, de calcul et de commande (24), de manière à initialiser ces moyens (24) et à commander la mesure ou l'enregistrement du niveau (28) dans le réservoir (2), lors de l'ouverture et de la fermeture du bouchon ou de la trappe de remplissage (12). 11.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 9 et 10, caractérisé par le fait que le réservoir d'additif (14) est équipé d'une jauge (34) de mesure de la température de l'additif dans le réservoir (14) et d'une jauge (32) de détection d'un niveau minimal d'additif dans le réservoir (14), reliées l'une et l'autre aux moyens de mesure, de calcul et de commande (24). 12.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé par le fait que les moyens d'injection d'additif comportent une pompe (18) et un injecteur (20) disposés l'un à la suite de l'autre sur une conduite (16) reliée au réservoir d'additif (14). 13.- Dispositif suivant la revendication 12, caractérisé par le fait que les moyens d'injection comportent de plus un régulateur de pression (22) disposé sur une conduite (21) reliant le réservoir (14) à la conduite (16), en aval de la pompe (18). 14.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 12 et 13, caractérisé par le fait que l'injecteur (20) débouche dans une conduite (7) reliant le réservoir (2) à la partie de refoulement d'une pompe (3) d'injection du carburant dans le moteur (1). 15.- Utilisation d'un procédé ou d'un dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 14 pour l'introduction dans un réservoir à gazole (2) d'un véhicule automobile à moteur Diesel, d'un additif permettant d'abaisser la température d'inflammation des suies dans un filtre à particules disposé sur le système d'échappement du véhicule. 16.- Utilisation suivant la revendication 15, caractérisée par le fait que l'additif est constitué par au moins un composé organo-métallique. 17.- Utilisation suivant l'une quelconque des revendications 15 et 16, caractérisé par le fait que l'injection d'additif dans le réservoir (2) de gazole du véhicule est effectuée, par l'intermédiaire d'une conduite (7) de retour du gazole au réservoir (2) reliant la partie de refoulement d'une pompe d'injection (3) du moteur Diesel (1) au réservoir de gazole (2).