Brevet FR2779181A1 — publié le 19991203

La présente invention concerne un procédé de chauffage d'un catalyseur lors du démarrage d'un moteur à combustion interne qui fonctionne avec un excès d'air et dans les chambres de combustion duquel est injecté un mélange carburant/air qui se trouve sous pression et qui a été mélangé dans des chambres de prémélange associées au moyen d'une injection de carburant commandée séparément et d'une insufflation d'air commandée séparément. Pour réduire encore plus la consommation de carburant des moteurs à combustion interne à allumage commandé, on utilise de plus en plus souvent des moteurs présentant une combustion pauvre. Dans un moteur à combustion interne à allumage commandé à fonctionnement pauvre, la grandeur de l'excès d'air est limitée par le fait que le mélange doit rester inflammable dans la chambre de combustion. Un fonctionnement particulièrement pauvre peut s'obtenir dans le cas d'un fonctionnement à charge stratifiée, d'une façon telle qu'il se présente suffisamment de mélange carburant/air facilement inflammable dans la chambre de combustion autour de la bougie d'allumage, mais l'excès d'air croît avec la distance à la bougie d'allumage. Un procédé pour obtenir cette charge stratifiée est décrit dans la publication R. Houston, G. Cathcart, " Combustion and Emissions Characteristics of Orbital's Combustion Process Applied to Multi-Cylinder Automotive Direct Injected 4-Stroke Engines ", document de la Society of Automotive Engineers, SAE 980153, tome SP 136. Dans ce procédé connu sous le nom de système OCP, du carburant se trouvant sous pression est injecté dans une chambre de prémélange et de l'air, également commandé d'une manière indépendante, est insufflé dans cette chambre de prémélange, une chambre de prémélange étant associée à chaque chambre de combustion. Ce mélange carburant/air est alors injecté sous pression (habituellement à 6,5 bars) dans les chambres de combustion du moteur. Le moteur fonctionne alors en partie à papillon des gaz totalement ouvert. Le prémélange et l'injection du mélange carburant/air permettent d'avoir l'assurance que du mélange facilement inflammable est présent dans la zone de la bougie d'allumage et que, néanmoins, un excès d'air élevé est dans l'ensemble réalisé. De tels moteurs à combustion interne à combustion pauvre exigent, pour respecter les valeurs limites d'émissions de gaz d'échappement imposées, un catalyseur disposé dans le trajet de gaz d'échappement. L'efficacité d'un tel catalyseur n'entre habituellement en jeu que pour une certaine température de fonctionnement. Pour rendre minimaux le temps s'écoulant jusqu'à l'obtention de la température de fonctionnement et donc la quantité de substances nocives alors émises, des mesures sont nécessaires pour porter le catalyseur le plus rapidement possible à sa température de fonctionnement. Habituellement, pour chauffer rapidement le catalyseur, il est prévu une pompe d'air secondaire comportant une valve associée qui insuffle de l'air dans les gaz d'échappement pendant la phase d'échauffement du moteur. Le rendement d'un catalyseur qui n'est pas encore à la température de fonctionnement est supposé s'améliorer au moyen de l'excès d'air supplémentaire ainsi réalisé. La présente invention a pour but de fournir un procédé, permettant de chauffer un catalyseur lors du démarrage d'un moteur à combustion interne fonctionnant suivant le système OCP, au moyen duquel un chauffage rapide soit obtenu de la manière la plus simple possible. A cet effet, l'invention pour objet un procédé, du type générique défini en introduction, caractérisé en ce que, pour le chauffage du catalyseur, en fonction du régime, une post-injection de mélange carburant/air est effectuée dans les chambres de combustion à un instant situé autour du point mort bas précédant le temps d'échappement. Conformément à l'invention, une injection supplémentaire de mélange carburant/air dans la chambre de combustion est effectuée à un instant auquel le piston se trouve au voisinage du point mort bas précédant le temps d'échappement. Cela permet de ne pas avoir à faire appel à une pompe d'air secondaire, étant donné que l'énergie exothermique du mélange carburant/air post- injecté entraîne un chauffage rapide du catalyseur. La réaction exothermique du mélange carburant/air post-injecté a lieu dans le trajet de gaz d'échappement, de sorte que la température des gaz d'échappement augmente en amont du catalyseur et dans celui-ci. Le procédé conforme à l'invention peut aussi présenter une ou plusieurs des particularités suivantes: - l'instant d'allumage est situé plus tard que dans un fonctionnement normal du moteur à combustion interne et le remplissage est augmenté, - le mélange carburant/air envoyé au moteur à combustion interne a une valeur lambda voisine de 1 ou égale à 1, - la composition du mélange carburant/air post- injecté est choisie en fonction du débit massique d'air envoyé au moteur à combustion interne et de la valeur lambda du mélange carburant/air de la combustion normale, - la composition du mélange carburant/air post- injecté est choisie de façon que le mélange d'ensemble constitué de l'injection normale et de la post-injection conduit à des gaz d'échappement en amont du catalyseur qui correspondent à une valeur lambda supérieure à 1. L'invention est exposée ci-après, en se reportant à la figure unique du dessin, à propos d'un exemple de réalisation. Un moteur à combustion interne fonctionnant conformément au système OCP est représenté schématiquement à la figure 1. Le moteur 6 dispose d'un catalyseur 7 dans son trajet de gaz d'échappement 8. Le fonctionnement du moteur 6 qui a lieu avec un excès d'air fait l'objet d'une régulation au moyen d'un appareil de commande de fonctionnement 9. Dans chaque chambre de combustion 5 (le nombre dépend du type du moteur et des moteurs à combustion interne monocylindre sont également possibles), un mélange carburant/air prémélangé est injecté par l'intermédiaire d'une chambre de prémélange 1 associée, au moyen d'un injecteur 4. Le prémélange a lieu dans la chambre de prémélange 1 dans laquelle ont lieu, par une buse d'injection de carburant 2, une injection de carburant à régulation séparée et, par une buse d'insufflation d'air 3, une insufflation d'air à régulation séparée. L'injection de carburant et l'insufflation d'air dans la chambre de prémélange 1, ainsi que l'injection au moyen de l'injecteur 4 sont commandées au moyen de lignes non représentées par un appareil de commande de fonctionnement 9. Cet appareil de commande de fonctionnement 9 reçoit en outre de multiples paramètres du moteur, notamment, comme représenté, la température du catalyseur 7 détectée par un capteur de température 10. S'il n'est pas prévu de capteur de température 10, l'appareil de commande de fonctionnement 9 peut également déterminer d'une autre manière la température du catalyseur 7, par exemple au moyen d'une mesure de la température des gaz d'échappement ou par le calcul à partir d'un modèle. Pour chauffer rapidement le catalyseur 7 après un démarrage du moteur 6, l'appareil de commande de fonctionnement 9 exécute simultanément les trois mesures qui suivent: a) à un instant situé autour du point mort bas, chaque piston se trouvant avant le temps d'échappement effectue, au moyen de l'injecteur 4, une post-injection de mélange carburant/air prémélangé, dans les chambres de combustion 5. b) le mélange carburant/air envoyé dans l'ensemble au moteur est injecté avec une valeur lambda X e 1 ou éventuellement enrichi. Le mélange est dans ce cas homogène. L'enrichissement donne en même temps l'assurance que le moteur tourne avec moins d'instabilité de marche. c) l'allumage a lieu plus tard que cela n'est usuel dans le fonctionnement normal du moteur, de sorte qu'il se produit une augmentation du remplissage. Ces trois mesures ont pour résultat une température plus élevée des gaz d'échappement, de sorte que le catalyseur atteint plus rapidement sa température de fonctionnement. La post-injection de mélange carburant/air supplémentaire, qui est alors bien pulvérisé en raison du prémélange, permet de libérer dans le trajet de gaz d'échappement 8 une énergie exothermique qui chauffe les gaz d'échappement. La post-injection a de préférence lieu peu avant l'ouverture de la soupape d'échappement. Ce mélange carburant/air supplémentaire envoyé dans une post-injection est choisi en fonction du débit massique d'air du moteur 6 et de la valeur lambda du mélange allumé. Le mélange supplémentaire est réglé de façon que le mélange carburant/air du mélange d'ensemble (combustion normale et post- injection) reste toujours pauvre, ce qui signifie que la valeur lambda est supérieure à 1. Bien entendu, les trois mesures a) à c) sont réalisées en fonction de paramètres de fonctionnement, tels que vitesse de rotation et remplissage. REVENDICATIONS 1. Procédé de chauffage d'un catalyseur (7) lors du démarrage d'un moteur à combustion interne (6) qui fonctionne avec un excès d'air et dans les chambres de combustion (5) duquel est injecté un mélange carburant/air qui se trouve sous pression et qui a été mélangé dans des chambres de prémélange (1) associées au moyen d'une injection de carburant commandée séparément et d'une insufflation d'air commandée séparément, caractérisé en ce que, pour le chauffage du catalyseur (7), en fonction du régime, une post- injection de mélange carburant/air est effectuée dans les chambres de combustion (5) à un instant situé autour du point mort bas précédant le temps d'échappement. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'instant d'allumage est situé plus tard que dans un fonctionnement normal du moteur à combustion interne (6) et le remplissage est augmenté. 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le mélange carburant/air envoyé au moteur à combustion interne (6) a une valeur lambda voisine de 1 ou égale à 1. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la composition du mélange carburant/air post-injecté est choisie en fonction du débit massique d'air envoyé au moteur à combustion interne (6) et de la valeur lambda du mélange carburant/air de la combustion normale. 5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la composition du mélange carburant/air post-injecté est choisie de façon que le mélange d'ensemble constitué de l'injection normale et de la postinjection conduit à des gaz d'échappement en amont du catalyseur (7) qui correspondent à une valeur lambda supérieure à 1.