Brevet FR2790223A1 — publié le 20000901

La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'introduction automatique en quantités dosées d'un additif dans le réservoir de carburant d'un véhicule automobile. Les gaz d'échappement des moteurs à allumage par compression et notamment des moteurs Diesel qui utilisent du gazole comme carburant renferment à la fois des polluants gazeux tels que des hydrocarbures, des oxydes d'azote et du monoxyde de carbone CO et des polluants solides qui sont principalement constitués par des particules de suie. Les normes antipollution appliquées aux moteurs Diesel sont de plus en plus sévères et exigent 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, les constructeurs de véhicules automobiles sont amenés à prévoir un post-traitement des gaz d'échappement en utili- sant un filtre à particules. Un tel filtre est installé dans la ligne d'échappement du moteur et comporte des éléments de filtra- tion en matière céramique poreuse qui sont traversés par les gaz d'échappement et qui permettent de retenir les particu- les solides en suspension dans ces gaz. Au cours du fonctionnement du moteur, les élé- ments 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 dé- posées sur ces éléments, pendant le fonctionnement du mo- teur. 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. Il est donc nécessaire de favoriser le début de la régénéra- tion des éléments de filtration, en ajoutant au carburant un additif permettant d'abaisser la température de régénéra- tion 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'in- flammation des suies aux environs de 400 à 450 C. Pour jouer parfaitement le rôle de catalyseur, les additifs doivent être mélangés de manière homogène au gazole utilisé comme carburant. Une solution qui a été envisagée consiste à mé- langer ces additifs au gazole, à l'issue du processus indus- triel d'obtention du carburant, dans les usines pétrolières productrices. Le gazole renfermant les additifs de régénéra- tion 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'organi- sation correspondante de la vente est de nécessiter de pré- voir une variété supplémentaire de carburant et d'entraîner une dépendance complète des utilisateurs et fabricants de moteurs, vis-à-vis à des choix effectués par l'industrie pé- trolière, en ce qui concerne la nature des additifs et la composition des mélanges d'additifs retenue. En effet, il peut être nécessaire d'adapter la composition des additifs aux caractéristiques du moteur dans lequel ils sont utilisés. Une autre solution connue consiste à incorporer les additifs au carburant, de manière automatique, à l'inté- rieur du réservoir du véhicule à l'issue de chacune des opé- rations de remplissage de ce réservoir. Le dosage des additifs est effectué de manière que la concentration du carburant en additif à l'intérieur du réservoir reste parfaitement constante. Lors de leur passage dans la chambre de combus- tion du moteur, les additifs sous forme d'organo-métalliques se transforment en particules d'oxydes métalliques intime- ment mêlées aux particules de suie. La concentration prédéterminée de l'additif dans le carburant est fixée à une valeur telle que le carburant injecté dans les cylindres du moteur renferme constamment une quantité d'additif suffisante pour abaisser la tempéra- ture de recombustion des suies dans le filtre à particules du véhicule, jusqu'à un niveau assurant une combustion sa- tisfaisante même lorsque le niveau de charge du moteur est faible. A cet effet, pour déterminer la quantité d'addi- tif à injecter dans le réservoir de carburant du véhicule, on mesure le niveau initial du carburant dans le réservoir, préalablement à chaque opération de réapprovisionnement de ce réservoir, on mesure le niveau final du carburant dans le réservoir et on détermine, d'une part, la quantité de carbu- rant introduite dans le réservoir à chaque opération de ré- approvisionnement à partir du niveau initial et du niveau final mesurés et, d'autre part, la quantité d'additif conte- nue dans une quantité de carburant égale à la quantité in- troduite dans ledit réservoir. La mesure et l'enregistrement du niveau de car- burant dans le réservoir sont commandés de manière automati- que lors de l'ouverture et de la fermeture d'un bouchon d'obturation du conduit de remplissage du réservoir ou 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 de ce réservoir. L'inconvénient de ce système d'introduction au- tomatique en quantités dosées d'un additif dans le réservoir de carburant du véhicule réside principalement dans sa com- plexité du fait de la présence d'un détecteur de la position du bouchon du réservoir de carburant ou de l'ouverture et de la fermeture de la trappe d'obturation ainsi que dans le boîtier électronique de gestion des différents paramètres qui doit détecter la présence du bouchon ou l'ouverture de la trappe, quantifier les apports en carburant, effectuer les contrôles de cohérence avec des informations provenant du véhicule, comme par exemple sa vitesse, la position de la clé de contact et le niveau de carburant. L'invention a pour but d'éviter ces inconvé- nients en proposant un procédé et un dispositif d'introduc- tion automatique en quantités dosées d'un additif dans le réservoir de carburant d'un véhicule automobile, particuliè- rement simple à mettre en oeuvre et qui permet de maintenir à une valeur prédéterminée la concentration de l'additif dans le carburant contenu dans le réservoir et d'éviter toute erreur de dosage. L'invention a donc pour objet un procédé d'in- troduction automatique en quantités dosées d'un additif dans le réservoir de carburant d'un véhicule automobile pour maintenir à une valeur prédéterminée la concentration de l'additif dans le carburant contenu dans le réservoir, ca- ractérisé en ce que: - on mesure directement la quantité de carburant introduite dans le réservoir, au cours de chaque opération de réapprovisionndment, - on détermine la quantité d'additif contenue dans une quantité de carburant égale à la quantité intro- duite dans le réservoir et dont la teneur en additif corres- pond à la concentration prédéterminée, et - on injecte de manière automatique dans le ré- servoir de carburant la quantité d'additif précédemment dé- terminée. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - on mesure la quantité de carburant introduite dans le réservoir en détectant le débit de carburant circu- lant dans la tubulure de remplissage dudit réservoir, - on constitue une réserve d'additif et on dé- tecte de manière automatique l'apparition d'un niveau mini- mal de l'additif dans ladite réserve, - on mesure la température de l'additif dans la réserve et on détermine le temps d'injection de l'additif en fonction de la température mesurée. L'invention a aussi pour objet un dispositif d'introduction automatique en quantités dosées d'un additif dans le réservoir de carburant d'un véhicule automobile, comportant un filtre à particules placé sur la ligne d'échappement du véhicule, pour maintenir à une valeur pré- déterminée la concentration de l'additif dans le carburant contenu dans le réservoir, caractérisé en ce qu'il est inté- gré au véhicule et qu'il comporte: - un réservoir d'additif équipé d'une jauge de détection d'un niveau minimal d'additif dans ce réservoir et d'une jauge de mesure de la température de cet additif dans ledit réservoir, - des moyens d'injection d'additif reliés au ré- servoir d'additif et au réservoir de carburant, - des moyens de mesure de la quantité de carbu- rant introduite dans le réservoir au cours de chaque opéra- tion de réapprovisionnement, et - des moyens de calcul et de commande permettant de calculer la quantité correspondante d'additif à injecter dans le réservoir pour maintenir la concentration d'additif dans le carburant contenu dans ledit réservoir à une valeur prédéterminée et de commander les moyens pour réaliser l'in- jection de la quantité d'additif calculée. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - les moyens de mesure de la quantité de carbu- rant introduite dans le réservoir comprennent un débitmètre mono-directionnel placé directement dans la tubulure de rem- plissage dudit réservoir, - les moyens d'injection d'additif comportent une pompe et un injecteur disposés l'un à la suite de l'au- tre sur une conduite reliée au réservoir d'additif, - l'injecteur débouche directement dans le ré- servoir de carburant. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, don- née à titre d'exemple et faite en référence à la figure uni- que annexée qui est une vue schématique montrant un disposi- tif d'introduction en quantités dosées d'un additif dans le réservoir de carburant d'un véhicule automobile. Sur la figure, on a représenté schématiquement un moteur Diesel, désigné dans son ensemble par la référence 1, d'un véhicule automobile et qui est alimenté en gazole à partir d'un réservoir 2, par l'intermédiaire d'une pompe d'injection 3. La pompe d'injection 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'inté- rieur du réservoir 2 pour déboucher, à sa partie inférieure, sous la forme d'une crépine d'aspiration 6. De plus, la pompe 3 est reliée aux cylindres du moteur 1 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 7 permettant de déterminer la position du niveau du gazole dans ce réservoir 2. Le réservoir 2 comporte également une tubulure de remplissage 8 débouchant dans la partie supérieure de ce réservoir 2 et équipée d'un bouchon de fermeture 8a. La ligne d'échappement du véhicule, dont la pro- pulsion est assurée par le moteur Diesel, comporte un filtre à particules, non représenté, permettant d'arrêter les par- ticules de suie formées dans les gaz d'échappement du mo- teur. - Le véhicule comporte un réservoir d'additif 10 muni d'un bouchon de remplissage ll et destiné à contenir un additif qui peut être constitué par un ou plusieurs composés organo-métalliques en solution dans un solvant liquide. Une conduite 12 d'injection d'additif liquide est reliée au réservoir d'additif 10, au voisinage de sa partie inférieure. Une pompe de dosage 13 est intercalée sur la conduite 12 qui est reliée, à son extrémité opposée au réservoir d'additif 10, à un injecteur 14 débouchant direc- tement dans le réservoir de carburant 2. Une conduite de retour 15 communiquant avec la conduite d'injection 12, en aval de la pompe 13, est reliée à la partie supérieure du réservoir d'additif 10. Un régula- teur de pression 16 constitué par un clapet à bille compor- tant un ressort de tarage est intercalé sur la conduite de retour 15. Le dispositif d'introduction automatique d'addi- tif selon l'invention comporte un boîtier électronique de commande 20 intégré au véhicule et permettant d'assurer tou- tes les fonctions de réglage et de surveillance de l'intro- duction d'additif en quantités dosées dans le réservoir de carburant 2 du véhicule. Le dispositif d'introduction automatique d'addi- tif comporte également des moyens de mesure de la quantité de carburant introduite dans le réservoir 2 au cours de cha- que opération de réapprovisionnement. Ainsi que représenté sur la figure, ces moyens de mesure sont formés par un débitmètre mono-directionnel 17 placé directement dans la tubulure 8 de remplissage du réservoir de carburant 2. Le débitmètre 17 est relié au boîtier électroni- que 20 par un câble électrique 21 qui permet de transmettre automatiquement audit boîtier 20 la quantité de carburant introduite dans le réservoir 2 lors du réapprovisionnement de ce réservoir 2 en carburant. La jauge de niveau 7 associée au réservoir de carburant 2 est reliée par un câble électrique 22 au boî- tier 20, de manière à transmettre à ce boîtier 20 ainsi qu'au conducteur du véhicule, un signal électrique représen- tatif du niveau de carburant à l'intérieur dudit réservoir 2. Le boîtier électronique 20 est relié par des câ- bles électriques, respectivement 23 et 24, à la pompe 13 et à l'injecteur 14, 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 réservoir 2 de carburant, dans les conditions qui seront dé- crites ultérieurement. Une jauge de niveau 18 reliée au boîtier élec- tronique 20 par un câble électrique 25 permet de transmettre à ce boîtier 20 un signal électrique lorsque le niveau d'ad- ditif dans le réservoir 10 est parvenu dans une position mi- nimale voisine du fond de ce réservoir 10. Une sonde de température 19 disposée dans le ré- servoir d'additif 10 permet de transmettre au boîtier élec- tronique 20, par l'intermédiaire d'un câble électrique 26, un signal représentatif de la température de cet additif li- quide à l'intérieur dudit réservoir 10. Le boîtier électronique 20 comporte au moins une sortie 27 constituée par au moins un câble électrique relié à des voyants qui peuvent être situés avantageusement dans l'habitacle du véhicule automobile. L'allumage d'un premier voyant est obtenu lors- que le niveau d'additif détecté par la jauge 18 dans le ré- servoir d'additif 10 est parvenu dans la position correspon- dant au niveau minimal voisin du fond de ce réservoir 10 et l'allumage d'un second voyant est obtenu lorsque le niveau de carburant détecté par la jauge 7 dans le réservoir de carburant 2 est parvenu dans une position correspondant au niveau minimal voisin du fond de ce réservoir de carburant 2. Le boîtier électronique 20 reçoit également comme donnée d'entrée un signal électrique représentatif de la concentration déterminée en additif qu'il est nécessaire de maintenir dans le carburant, c'est-à-dire dans le gazole injecté dans les cylindres 9 du moteur 1. Cette donnée relative à la concentration d'addi- tif dans le carburant peut être également déterminée a prio- ri et correspondre à une valeur fixe quelles que soient les conditions d'utilisation du moteur. Dans ce cas, les compo- sants électroniques sont prévus de manière à prendre en compte cette valeur prédéterminée et invariable. Certains éléments du dispositif d'introduction d'additif peuvent être constitués par des éléments utilisés de manière classique pour la construction des moteurs de vé- hicules automobiles et de leurs organes de commande. C'est ainsi que l'ensemble d'injection d'additif comprenant la pompe 13, le régulateur de pression 16 et éventuellement l'injecteur 14 peut être constitué par un dispositif d'injection classique tel qu'utilisé sur les vé- hicules automobiles comportant un moteur à injection. En se reportant maintenant à la figure, on va décrire le fonctionnement du dispositif d'introduction auto- matique en quantités dosées d'additif dans le réservoir de carburant du véhicule automobile pour maintenir à une va- leur prédéterminée la concentration de l'additif dans le carburant. Lorsque l'utilisateur du véhicule effectue un réapprovisionnement du réservoir 2 en carburant, il intro- duit le pistolet de la pompe dans la tubulure de remplissage 8. Ainsi, au cours de l'écoulement du carburant dans cette tubulure 8, le débitmètre 17 mesure directement, dans la tubulure 8, la quantité de carburant introduite dans le réservoir 2. Le débitmètre 17 transmet donc par le câble électrique 21 le signal représentatif de la quantité de car- burant introduite dans le réservoir 2. Au démarrage du moteur 1, le contact électrique du véhicule permet de mettre en fonctionnement le boîtier électronique 20 pour la détermination et la réalisation de l'injection d'additif dans le réservoir de carburant 2. A cet effet, le boîtier de commande 20 effectue le calcul de la quantité d'additif à introduire dans le ré- servoir 2, en fonction de la quantité de carburant intro- duite dans ce réservoir 2 et de la concentration prédétermi- née 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 de carburant 2 est transformé en un signal de commande de la pompe d'injection 13 et en un signal de commande de l'injecteur 14. Le signal de commande de l'injecteur 14 permet de maintenir cet injecteur ouvert pendant un temps suffisant pour réaliser l'injection de la quantité déterminée d'addi- tif à pression constante dans le réservoir de carburant 2, la pompe 13 restant en fonctionnement pendant un temps suf- fisant pour réaliser cette injection directement dans ledit réservoir de carburant 2. 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 concentration pré- déterminée nécessaire pour obtenir un fonctionnement satis- faisant 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 dans la ligne d'échappement peuvent alors fonc- tionner dans des conditions satisfaisantes. La température de l'additif injecté directement dans le réservoir 2 peut être réglée grâce à la jauge de température 19 et un circuit de mise en température de l'ad- ditif dans le réservoir 10. Selon une variante, la température mesurée par la jauge 19 peut être prise en compte par le boîtier élec- tronique 20 pour calculer le temps d'injection de l'additif à température constante. En effet, le temps d'injection d'une quantité déterminée d'additif à pression constante va- * rie en fonction de la viscosité, donc de la température de cet additif. Le procédé et le dispositif suivant l'invention permettent de maintenir dans le réservoir de carburant du véhicule une concentration parfaitement constante d'additif quelles que soient les conditions de fonctionnement du mo- teur. Ainsi, le filtre à particules fonctionne dans des conditions satisfaisantes en ce qui concerne sa régéné- ration. Il est simplement nécessaire de maintenir un ni- veau suffisant d'additif dans le réservoir correspondant ce qui nécessite d'effectuer un réapprovisionnement de ce ré- servoir lorsque le voyant de niveau minimal s'allume. La ca- pacité du réservoir peut être déterminée en conséquence. Par rapport aux dispositifs utilisés jusqu'à présent, le dispo- sitif selon l'invention permet de simplifier le logiciel em- barqué et de diminuer d'autant la taille des mémoires de ce logiciel. De plus, la fiabilité de fonctionnement est su- périeure par rapport aux dispositifs utilisés étant donné que le dispositif selon l'invention ne tient plus compte du jaugeage et de ses erreurs. Enfin, la précision de dosage de l'additif dans le carburant est augmentée et la précision de dosage devient constante quel que soit l'apport en carburant. Le boîtier électronique peut être réalisé en utilisant tout composant ou microprocesseur 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. Enfin, le procédé et le dispositif selon l'in- vention peuvent être réalisés non seulement pour assurer un maintien à une valeur constante de la valeur en additif du gazole utilisé comme carburant d'un moteur Diesel d'un véhi- cule comportant un filtre à particules, mais également pour introduire en quantités dosées 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.5 REVEND I CATIONS 1. Procédé d'introduction automatique en quanti- tés dosées d'un additif dans le réservoir (2) de carburant d'un véhicule automobile pour maintenir à une valeur prédé- terminée la concentration de l'additif dans le carburant contenu dans le réservoir (2), caractérisé en ce que: - on mesure directement la quantité de carburant introduite dans le réservoir (2), au cours de chaque opéra- tion de réapprovisionnement, - on détermine la quantité d'additif contenue dans une quantité de carburant égale à la quantité intro- duite dans le réservoir (2) et dont la teneur en additif correspond à la concentration prédéterminée, et - on injecte de manière automatique dans le ré- servoir (2) de carburant la quantité d'additif précédemment déterminée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on mesure la quantité de carburant introduite dans le réservoir (2) en détectant le débit de carburant circulant dans la tubulure (8) de remplissage dudit réser- voir (2). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce que l'on constitue une réserve (10) d'additif et que l'on détecte de manière automatique l'apparition d'un niveau minimal de l'additif dans ladite réserve (10). 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on mesure la température de l'additif dans la réserve (10) et que l'on détermine le temps d'injection de l'additif, en fonction de la température mesurée. 5. Dispositif d'introduction automatique en quantités dosées d'un additif dans le réservoir (2) de car- burant d'un véhicule automobile, comportant un filtre à par- ticules placé sur la ligne d'échappement du moteur (1) du véhicule, pour maintenir à une valeur prédéterminée la con- centration de l'additif dans le carburant contenu dans le réservoir (2), caractérisé en ce qu'il est intégré au véhi- cule et qu'il comporte: - un réservoir (10) d'additif équipé d'une jauge (18) de détection d'un niveau minimal d'additif dans ce ré- servoir (10) et d'une jauge (19) de mesure de la température de cet additif dans ledit réservoir (10), - des moyens (13, 14) d'injection d'additif re- liés au réservoir (10) d'additif et au réservoir (2) de car- burant, - des moyens (17) de mesure de la quantité de carburant introduite dans le réservoir (2) au cours de cha- que opération de réapprovisionnement, et - des moyens (20) de calcul et de commande per- mettant de calculer la quantité correspondante d'additif à injecter dans le réservoir (2) pour maintenir la concentra- tion d'additif dans le carburant contenu dans ledit réser- voir (2) à une valeur prédéterminée et de commander les moyens (13, 14) d'injection pour réaliser l'injection de la quantité d'additif calculée. 6. Dispositif selon la revendication 5, caracté- risé en ce que les moyens de mesure de la quantité de carbu- rant introduite dans le réservoir (2) comprennent un débit- mètre (17) mono-directionnel placé directement dans la tubu- lure (8) de remplissage dudit réservoir (2). 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, ca- ractérisé en ce que les moyens d'injection d'additif compor- tent une pompe (13) et un injecteur (14) disposés l'un à la suite de l'autre sur une conduite (12) reliée au réservoir d'additif (10). 8. Dispositif selon la revendication (7), carac- térisé en ce que l'injecteur (14) débouche directement dans le réservoir (2) de carburant. 9. Utilisation d'un procédé ou d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, pour l'in- troduction dans un réservoir (2) à gazole d'un véhicule au- tomobile à moteur Diesel, d'un additif pour maintenir la concentration d'additif dans le carburant à une valeur de consigne et améliorer les conditions de fonctionnement d'un filtre à particules placé sur la ligne d'échappement du mo- teur.