Brevet FR2768176A1 — publié le 19990312

Etat de la technique L'invention concerne un procédé de mise en oeuvre d'un moteur à combustion interne notamment d'un véhicule, se- lon lequel on brûle un mélange carburant/air dans une chambre5 de combustion et on traite avec un catalyseur les gaz d'échappement provenant de la combustion, le catalyseur (12) servant à réduire les oxydes d'azote et à oxyder les hydro- carbures et/ou le monoxyde de carbone. L'invention concerne également un moteur à com- bustion interne notamment pour un véhicule 'automobile, com- portant des moyens de combustion d'un mélange carburant/air dans une chambre de combustion et d'un catalyseur pour trai- ter les gaz d'échappement dégagés par la combustion, le cata- lyseur comprenant un catalyseur-accumulateur et un catalyseur15 d'oxydation. Un tel procédé et un tel moteur à combustion in- terne sont connus selon le document DE 195 06 980 C2. Dans ce document, les gaz d'échappement provenant de la combustion, sont fournis à un catalyseur destiné entre autres à réduire les oxydes d'azote. Un tel catalyseur fonctionne d'une part comme catalyseur d'oxydation ce qui signifie qu'en cas de manque d'oxygène, il prend l'oxygène des oxydes d'azote et oxyde les hydrocarbures de la combustion ainsi que l'éventuel monoxyde de carbone. L'excédent d'oxygène permettrait au ca- talyseur d'oxydation de réduire également les oxydes d'azote. Du fait de l'oxygène en excédant, cette réaction ne se pro- duit toutefois pas et le catalyseur d'oxydation utilise l'excédent d'oxygène. Par ailleurs, le catalyseur évoqué ci- dessus fonctionne comme catalyseur-accumulateur. Cela signi- fie qu'en cas d'excédent d'oxygène le catalyseur absorbe les oxydes d'azote résultant de la combustion et en cas de manque d'oxygène, il restitue les oxydes d'azote absorbés. L'utilisation du catalyseur d'oxydation et du ca- talyseur-accumulateur dans le catalyseur évoqué ci-dessus permet de prendre les oxydes d'azote non utilisables par le catalyseur d'oxydation en cas d'excédent d'oxygène, dans le catalyseur-accumulateur et d'en assurer provisoirement le stockage. En cas de manque d'oxygène, le catalyseur- accumulateur peut restituer les oxydes d'azote pour les ré- duire par le catalyseur d'oxydation. Le catalyseur- accumulateur ne peut recevoir qu'une masse limitée d'oxydes d'azote. Il en résulte que le catalyseur-accumulateur doit de nouveau être déchargé après un certain temps de charge au cours duquel il prend des oxy- des d'azote. Cette décharge se réalise en cas de manque d'oxygène. C'est pourquoi, on commande et/ou on règle le mo- teur à combustion interne pour avoir un mélange carburant/air10 riche. Dans ces conditions, le catalyseur-accumulateur resti- tue les oxydes d'azote qui seront utilisés dans le catalyseur d'oxydation pour oxyder les hydrocarbures et/ou le monoxyde de carbone. Comme produits de réaction on obtient de l'azote, de l'eau et le dioxyde de carbone. On a constaté qu'une telle décharge du cataly- seur-accumulateur, donne fréquemment un excédent d'hydrocarbure et de monoxyde de carbone. Cet excédent ne peut être oxydé par l'oxygène libéré des oxydes d'azote si bien que les hydrocarbures et/ou du monoxyde de carbone sont évacués dans l'environnement alors qu'il s'agit de matières polluantes. La présente invention a pour but de développer un procédé et un moteur à combustion interne correspondant au type défini ci-dessus, permettant dans tous les cas une oxy- dation complète des hydrocarbures et/ou des monoxydes de car- bone. Ce problème est résolu par un procédé du type dé- fini ci-dessus, caractérisé en ce qu'on fournit de l'air au catalyseur. L'apport en air permet d'oxyder les hydrocarbures et le monoxyde de carbone qui se séparent des oxydes d'azote et sont oxydés par l'oxygène contenu dans l'air d'alimentation. Un excédent en hydrocarbures et en monoxyde de carbone peut ainsi être éliminé par une alimentation en air. Cela permet de convertir tout l'hydrogène et le monoxyde de carbone contenus dans l'eau et le dioxyde de carbone. Dans ces conditions, les composants nocifs en hydrocarbures et/ou monoxyde de carbone ne sont plus simplement libérés vers l'extérieur. Le procédé selon l'invention peut s'utiliser sur des moteurs à combustion interne avec injection du carburant dans la tubulure d'aspiration et de préférence dans des mo- teurs qui fonctionnent avec un mélange carburant/air, pauvre. Par ailleurs, le procédé selon l'invention peut s'appliquer à un moteur à combustion interne dans lequel le carburant est injecté directement dans la chambre d'injection. Il est particulièrement avantageux de fournir de l'air pendant la phase de fonctionnement au cours de laquelle le moteur à combustion interne présente un manque d'oxygène. Il s'agit précisément de la phase de fonctionnement dans laquelle l'excédent d'hydrocarbures ou de monoxyde de carbone se produit de la manière la plus forte. L'alimentation en air dans la phase de fonctionnement garantit l'oxydation complète des hydrocarbures et du monoxyde de carbone. Selon un développement avantageux de l'invention, une pompe assure l'alimentation en air. Cela garantit l'alimentation en air même si une dépression règne dans le catalyseur du fait du passage des gaz d'échappement. En ou- tre, la pompe peut être commandée par un appareil de commande selon la phase de fonctionnement respective, c'est-à-dire qu'elle peut être mise en route ou coupée. Selon un développement avantageux de l'invention, une vanne commandée notamment par l'appareil de commande est montée en amont du catalyseur d'oxydation. Elle permet de commander et/ou de réguler de manière très précise l'alimentation en air du catalyseur d'oxydation. Il est particulièrement avantageux qu'un clapet anti-retour soit prévu en amont du catalyseur d'oxydation. Il évite en toute sécurité que les gaz d'échappement ne s'échappent du catalyseur avant qu'ils ne soient oxydés et/ou que des gaz d'échappement n'arrivent à la pompe. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de l'unique figure annexée qui montre un schéma par blocs d'un exemple de réalisation d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile selon l'invention. La figure montre un moteur à combustion interne 1 avec un piston alternatif 2 mobile dans un cylindre 3. Le cy- lindre 3 comporte une chambre de combustion 4 à laquelle sont raccordées une tubulure d'aspiration 6 et une tubulure d'échappement 5 par des soupapes 5. La chambre de combustion 4 est également équipée d'un injecteur 8 et d'une bougie d'allumage 9. Dans un premier mode de fonctionnement, c'est-à- dire le mode de fonctionnement stratifié du moteur à combus- tion interne 1, le carburant est injecté par l'injecteur 8 dans la chambre de combustion 4 pendant la phase de compres- sion engendrée par le piston 2 et cela localement dans l'environnement direct de la bougie d'allumage 9 et chronolo- giquement, directement avant que le piston 2 n'atteigne son point mort haut. Puis, la bougie 9 allume le carburant pour que dans la phase suivante, le piston 2 soit entraîné par la dilatation du carburant allumé. Dans un second mode de fonctionnement, c'est-à- dire le mode homogène du moteur à combustion interne 1, le carburant est injecté par l'injecteur 8 dans la chambre de combustion 4 pendant la phase d'aspiration produite par le piston 2. L'air aspiré en même temps crée des turbulences dans le carburant injecté qui se répartit régulièrement dans la chambre de combustion 4. Puis, on comprime le mélange car- burant/air pendant la phase de compression et on déclenche la bougie d'allumage 9. La dilatation du carburant allumé en- traîne le piston 2. ) En mode stratifié, comme en mode homogène, le piston entraîné fait tourner un vilebrequin 10 qui finalement entraîne les roues du véhicule. En mode stratifié et en mode homogène, la masse de carburant injectée par l'injecteur 8 dans la chambre de combustion 4 est commandée et/ou régulée par l'appareil de commande 11, notamment pour réduire au minimum la consomma- tion de carburant et/ou les gaz d'échappement. Pour cela, l'appareil de commande 11 comporte un microprocesseur dont la mémoire, notamment une mémoire ROM (mémoire morte) contient un programme servant à exécuter la commande et/ou la régula- tion. La tubulure d'échappement 7 est reliée à un cata- lyseur 12 comprenant un catalyseur-accumulateur 13 pour stocker les oxydes d'azote et un catalyseur d'oxydation 14 pour assurer l'oxydation, notamment des hydrocarbures et du monoxyde de carbone. Le catalyseuraccumulateur 13 se trouve en amont du catalyseur d'oxydation 14 dans le sens de passage des gaz d'échappement. En fonction du rapport du mélange carburant/air réglé par l'appareil de commande 11, on a dans la chambre de combustion 4 du moteur 1, soit un excédent d'oxygène, c'est- à-dire un mélange pauvre, soit un défaut d'oxygène, c'est-à- dire un mélange riche ou encore le rapport stoechiométrique entre le carburant et l'air. Le mélange riche se règle notam- ment en mode homogène pour le moteur 1 alors qu'on règle le mélange pauvre pour réduire la consommation, notamment en mode stratifié. En cas d'excédent d'oxygène, le catalyseur d'oxydation 14 pourrait réduire les oxydes d'azote envoyés au catalyseur 12 et extraire ainsi l'oxygène des oxydes d'azote. Du fait de l'excédent d'oxygène, le catalyseur d'oxydation 14 ne prend pas l'oxygène en excédent. Les oxydes d'azote non utilisés par le catalyseur d'oxydation 14 sont alors pris par le catalyseur-accumulateur 13 pour être stockés. Cela consti- tue la phase de chargement du catalyseur-accumulateur 13; dans cette phase les oxydes d'azote arrivent sur le cataly- seur 12. En cas de manque d'oxygène, le catalyseur- accumulateur 13 restitue les oxydes d'azote accumulés. Cela correspond à une opération de décharge du catalyseur- accumulateur 13 pour lequel les oxydes d'azote sortent du ca- talyseur 12. Du fait du défaut d'oxygène, on n'a pas suffi- samment d'oxygène si bien que le catalyseur d'oxydation 14 prend l'oxygène des oxydes d'azote pour oxyder les hydrocar- bures et le monoxyde de carbone résultant de la combustion. Le catalyseur-accumulateur 13 ne peut stocker des quantités limitées d'oxydes d'azote. Pour cette raison, il faut limiter l'opération de chargement dans le temps. Puis, il faut de nouveau vider le catalyseur-accumulateur 13. Ces 5 opérations de chargement et de déchargement sont commandées et/ou régulées par l'appareil de commande 11 par une alimen- tation appropriée d'oxygène. L'alimentation en oxygène se fait par le fonctionnement du moteur 1 en mode homogène ou en mode stratifié. En particulier, pour influencer10 l'alimentation en oxygène, on utilise un volet d'étranglement équipant la tubulure d'aspiration 6. Des moyens sont prévus entre le catalyseur- accumulateur 13 et le catalyseur d'oxydation 14 pour fournir l'air au catalyseur 12. Dans l'exemple de réalisation représenté à la fi- gure, les moyens se composent d'un tube 16 reliant le cataly- seur 12 à une pompe commandée 17. De plus, le tube 16 comporte une vanne intégrée 18. La pompe 17 peut être mise en route ou coupée par exemple par l'appareil de commande 11. La soupape 18 peut également être ouverte ou fermée par l'appareil de commande 11. En variante, à la place de la vanne commandée 18 il est également possible d'avoir un clapet anti-retour ou un moyen analogue et/ou de rendre la pompe 17 non commandée, c'est-à-dire de la faire fonctionner en permanence. Dans l'exemple de réalisation représenté à la fi- gure, lorsqu'on décharge le catalyseur-accumulateur 13, c'est-à-dire en cas de manque d'oxygène, on branche la pompe 17 et on ouvre la vanne 18. De l'air et ainsi de l'oxygène supplémentaire arrivent sur le catalyseur d'oxydation 14. Comme en cas de défaut d'oxygène, c'est-à-dire pour un mé- lange carburant/air riche, on a plus d'hydrocarbures et/ou de monoxyde de carbone, qui sont oxydés d'une part par l'oxygène pris sur les oxydes d'azote et d'autre part par l'oxygène supplémentaire extrait de l'air. Pour charger le catalyseur-accumulateur 13, on ferme la vanne 18. La pompe 17 peut continuer de tourner ou être arrêtée. En variante, même lorsqu'on charge le catalyseur- accumulateur 13, c'est-à-dire en cas d'excédent d'oxygène et ainsi pour un mélange carburant/air plus pauvre, il est pos- sible d'ouvrir la vanne 18 et de laisser la pompe 17 tourner. Dans ce cas, la vanne 18 peut être remplacée par un clapet anti-retour déjà évoqué, qui évite notamment que les gaz d'échappement n'arrivent à la pompe 17. R E V E N D I C A T I ON S 1 ) Procédé de mise en oeuvre d'un moteur à combustion in- terne (1) notamment d'un véhicule, selon lequel on brûle un mélange carburant/air dans une chambre de combustion (4) et on traite avec un catalyseur (12) les gaz d'échappement pro- venant de la combustion, - le catalyseur (12) servant à réduire les oxydes d'azote et à oxyder les hydrocarbures et/ou le monoxyde de carbone, caractérisé en ce qu' on fournit de l'air au catalyseur (12). ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'air est fourni pendant une phase de fonctionnement lorsque le moteur à combustion interne (1) fonctionne avec un manque d'oxygène. 3 ) Moteur à combustion interne notamment pour un véhicule automobile comprenant des moyens de combustion d'un mélange carburant/air dans une chambre de combustion (4) et d'un ca- talyseur (12) pour traiter les gaz d'échappement dégagés par la combustion, - le catalyseur (12) comprenant un catalyseur-accumulateur (13) et un catalyseur d'oxydation (14), caractérisé en ce que des moyens sont prévus en amont du catalyseur d'oxydation (14) pour assurer une alimentation en air. 4 ) Moteur à combustion interne selon la revendication 3, caractérisé par une pompe (17) pour fournir l'air. ) Moteur à combustion interne selon l'une des revendica- tions 3 ou 4, caractérisé par une vanne (18) commandée, notamment par un appareil de com- mande (11), cette vanne étant montée en amont du catalyseur d'oxydation (14). ) Moteur à combustion interne selon l'une des revendica- tions 3 ou 5, caractérisé par un clapet anti-retour monté en amont du catalyseur d'oxydation (14).