Brevet FR2804997A1 — publié le 20010817

"Procédé d'injection de carburant pour la régénération d'un piège à oxydes d'azote" L'invention concerne un procédé d'injection carburant pour un moteur à combustion. L'invention concerne plus particulièrement procédé d'injection de carburant d'un moteur à combustion notamment d'un moteur diesel ou d'un moteur à essence à mélange pauvre pour la regénération d'un piège à oxydes d'azote. connaît des exemples de procédés de régénération de pièges a oxydes d'azote qui permettent de diminuer émissions d'oxydes d'azote. moteurs diesels et certains moteurs à essence (ou allumage commandé) fonctionnent avec des mélanges carburés pauvres, 'est-à-dire avec un excès d'oxygène. La combustion des mélanges pauvres produit des oxydes d'azote ou NOx qu'il est nécessaire de traiter par conversion catalytique. Pour réduire les oxydes d'azote alors que les gaz d'échappement sont riches en oxygène, une méthode consiste à stocker les oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement dans un piège à oxydes d'azote encore appelé "NOx trap" lorsque la composition des gaz d'échappement ne permet pas leur réduction, puis à régénérer périodiquement le piège à oxydes d'azote en injectant massivement des substances réductrices telles que du carburant, pour réduire les oxydes d'azote stockés dans le piège. La régénération du piège à oxydes d'azote nécessite une modification de la composition chimique des gaz d'échappement. Il faut une température des gaz d'échappement suffisante, ainsi qu'un appauvrissement en oxygène pour régénérer les oxydes d'azote adsorbés. En pratique, il est nécessaire que la concentration en oxygène, lors de la désorption, soit inférieure à 1 %. Pour diminuer la pollution atmosphérique, les dioxydes d'azote, sont une substance toxique, doivent être réduits en N2 qui n' pas toxique, avant que les gaz d'échappement soient rejetés dans l'atmosphère. Ainsi, il est nécessaire que gaz d'échappement comportent des agents réducteurs tels des hydrocarbures HC ou du monoxyde de carbone CO, pour reduire les oxydes d'azote. Des procédés connus proposent, lors de la phase de régénération, d'augmenter la teneur en hydrocarbures gaz d'échappement, en réalisant une postinjection de carburant dans la chambre de combustion, ou directement dans ligne d'échappement. Ainsi, d'une part la teneur des gaz d'echappe- ment en oxygène est diminuée, ce qui permet de désorber les oxydes d'azote absorbés par le piège et, d'autre part, les espèces réductrices fournies en excès, telles que des hydrocarbures HC, permettent de réduire les oxydes d'azote en N2. Cependant, la postinjection doit être réalisée tardivement après le passage du piston au point mort haut. Les parois de la chambre de combustion sont alors largement aspergées de carburant ce qui provoque une dilution de l'huile de lubrification du contact entre le piston et les parois de la chambre. La dilution de l'huile dans le carburant augmente la consommation d'huile, ainsi que la formation de fumées noires dans les gaz d'échap pement rejetés dans l'atmosphère. Un autre procédé propose de réduire la concentration en oxygène opérant une recirculation des gaz d'échappement dans les chambres de combustion du moteur. Pour réaliser une telle recirculation, il est nécessaire d'interposer dans le circuit d'admission une vanne dite "papillon" qui tend à dégrader les performances du moteur, voir à produire des fumées. La gestion de l'angle d'ouverture de la vanne en fonction de la quantité des gaz qui doit être recirculée est assurée par exemple un système électronique de commande. De plus, le piège à oxydes d'azote stocke, concomitamment aux oxydes d'azote, du souffre qu'il est donc nécessaire de libérer périodiquement. Une solution consiste à réaliser une purge dite "thermique" qui nécessite des températures élevées de l'ordre de 700 C. Les procédés de régénération du piège à oxydes d'azote ne permettent pas d'atteindre telles valeurs de température. II alors nécessaire d'utiliser des systemes additionnels de chauffage du piège à oxydes d'azote tels 'une résistance électrique chauffante qui consomment beaucoup d'énergie. Afin de remédier à ces inconvénients l'invention propose un procède d'injection de carburant dans moins un des cylindres moteur à combustion, notamment moteur diesel, pour la regénération d'un piège à oxydes d'azote, du type qui comporte l'injection d'une quantité principale de carburant dépendant du point de fonctionnement du moteur, caractérisé en ce que, lors d'une phase de régénération du piège à oxydes d'azote, ladite quantité principale est augmentée. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - lors d'une phase de régénération du piège à oxydes d'azote, le début de l'injection de la quantité principale de carburant augmentée est déphasé par rapport au passage du piston au point mort haut ; - le début de l'injection de la quantité principale de carburant augmentée est déphasé d'au moins quinze degrés d'angle de rotation du vilebrequin après le passage du piston au point mort haut ; - la quantité principale de carburant augmentée et déphasée est telle que le rapport entre la quantité de carburant et de gaz admis dans le cylindre du moteur à combustion est supérieur à 1 ; - l'injection de la quantité principale de carburant est précédée d'une étape d'injection d'une autre quantité prédéterminée de carburant dépendant du point de fonctionnement du moteur ; - lors d'une phase de régénération du piège à oxydes d'azote, ladite autre quantité prédéterminée de carburant est augmentée ; - lors de la phase de régénération, une partie des gaz d'échappement est recirculée dans les gaz admis dans cylindre, notamment pour favoriser l'initiation de la combustion du carburant; - lors de la phase de régénération du piège ' oxydes d'azote, il permet d'augmenter la valeur de la température des gaz d'échappement jusqu'à une valeur supérieure ou égale à une température prédéterminée pour purger, par combustion, le souffre stocké dans le piège à oxydes d'azote. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés parmi lesquels - la figure 1 est une représentation schématique d'une ligne d'échappement d'un moteur à combustion équipé d'un piège à oxydes d'azote ; - la figure 2 est un diagramme qui représente les quantités de carburant injectées en fonction de l'angle du vilebrequin par rapport au point mort haut du piston, selon l'état de la technique ; - la figure 3 est un diagramme qui représente la quantité de carburant injectée, en fonction de l'angle du vilebrequin par rapport au point mort haut du piston, selon l'invention ; - la figure 4 représente un diagramme qui permet de déterminer le déphasage, par rapport au point mort haut du piston, début de l'injection de la quantité de carburant en fonction régime du moteur et du couple à fournir ; - figure 5 est un diagramme similaire à celui de la figure 3 selon une variante de l'invention. a représenté sur la figure 1, un système de traitement 10 des d'échappement G d'un moteur à combustion 12. Le moteur est un moteur diesel ou un moteur à essence fonctionnant en mélange pauvre tel qu'un moteur à essence à injection directe. Une ligne 14 d'échappement permet l'évacuation des G du moteur vers l'atmosphère. Un système de traitement destine à purifier les gaz d'échappement G est interposé dans la ligne 1 II se compose principalement d'un piège à oxydes d'azote 1 dit "NOx trap" agencé dans une chambre 18. Un catalyseur d'oxydation 20, dit catalyseur d'amorçage, est avantageusement inséré dans la ligne 14 d'échappement en amont du piège à oxydes d'azote 16. L'injection du carburant dans le moteur 12 est commandée par un système électronique de commande 22 qui permet de gérer la loi d'injection de carburant dans les chambres de combustion. Le système électronique de commande 22 controle l'injection des quantités de carburant dans les chambres combustion du moteur 12 en jouant sur deux parametres principaux - instants du début de l'injection des quantités de carburant la durée d'ouverture des injecteurs ; et - pression du carburant à la sortie des injecteurs. Lorsqu'il 'agit d'une injection directe diesel du type "common rail", le système électronique de commande 22 contrôle la pression à l'intérieur du rail d'alimentation, dans le cas d'une injection directe par des d'injecteurs dits "pompes", le système électronique de commande 22 contrôle la pression à l'intérieur de chaque injecteur. Ainsi, la durée d'ouverture des injecteurs étant déterminée, le systeme électronique de commande contrôle la pression carburant à la sortie des injecteurs pour que la totalité quantité de carburant déterminée soit injectée avant la fermeture des injecteurs. Des moyens de mesure 24, tels que des capteurs de pression, des capteurs de température et des capteurs d'oxydes d'azotes sont disposés dans la ligne d'échappement et sont reliés au système électronique de commande 22. Avantageusement, les moyens de mesure 24 fournissent concentration en oxydes d'azote dans les gaz d'échappement en aval du piège à oxydes d'azote 16. La concentration en oxydes d'azote, fournie par les moyens de mesure 24 correspond au niveau de remplissage du piège à oxydes d'azote 16. En effet, lorsque le piège à oxydes d'azote 16 est sature, les oxydes d'azote qui sont produits par la combustion carburant dans le moteur 12 ne sont plus stockés et ils traversent alors le piège 16 et sont évacués en quasi-totalité vers l'atmosphère. II est aussi avantageux d'introduire une dérivation 26 dans la ligne 14 en amont du système de traitement 10. La dérivation 26 permet le branchement d'une conduite 28 qui relie la ligne 14 à l'admission d'air 30 du moteur 12. Une vanne 32 située sur conduite 28 permet d'ajuster le débit des gaz d'échappement dans conduite 28. On réalise ainsi un circuit de recirculation des d'échappement G dit RGE. fonctionnement du système de traitement 10 est le suivant. Les gaz d'échappement G produits par le moteur 12 sont évacués dans la ligne 14. Lors de leur passage dans la chambre 18, les oxydes d'azote dans les gaz G sont arrêtés par le piège à oxydes d'azote 16. Périodiquement, les oxydes d'azote ainsi piégés dans le piège à oxydes d'azote 16 sont désorbés et réduits au cours d'une phase régénération. moyens de mesure 24 transmettent au système électronique de commande 22 des informations représentatives du niveau de chargement du piège à oxydes d'azote 16. Le système électronique de commande 22 prend en compte niveau de chargement du piège à oxydes d'azote 16, ainsi que point de fonctionnement du moteur, pour déclencher la phase régénération. La régénération du piège à oxydes d'azote 16 nécessite concentration en oxygène des gaz d'échappement G inférieure à 1 % et un excès de substances réductrices. Plusieurs solutions peuvent être mises en oeuvre de façon indépendante ou concomitante. Parmi celles-ci, conformément à la figure 2, une quantite supplémentaire Q2 de carburant ou postinjection, est injectée dans la chambre de combustion du moteur après l'injection, voisinage du point mort haut PMH, d'une quantité principale de carburant Q1 destinée à fournir le couple moteur. La fin de l'injection de la quantité supplémentaire Q2 est réalisée avant un point situé à 60 d'angle de rotation vilebrequin après le passage du piston au point mort haut. La quantité supplémentaire Q2 subit une combustion partielle qui réduit la concentration des gaz d'échappement G oxygène, qui dégage une quantité importante d'hydrocarbures imbrûlés HC et qui permet d'augmenter la température des gaz d'échappement G. L'invention consiste en l'injection d'une quantité supplé mentaire Q2' de carburant dans la chambre de combustion moteur 12, la quantité Q2' étant groupée avec l'injection de quantité principale Q1 comme cela est schématisé à la figure 3. L'injection de la quantité supplémentaire de carburant peut, par exemple, être fusionnée à l'injection de la quantite principale Q1 ce qui se traduit par une injection unique d'une quantité de carburant Q1+Q2', ou bien l'injection de la quantite supplémentaire de carburant Q2' peut être "accolée" à la quantité principale Q1 de carburant sous la forme d'une deuxième injection immédiatement consécutive à l'injection de la quantité principale Q1. Dans la suite de la description, on appellera quantité principale de carburant augmentée Q1+Q2', la somme de la quantite principale Q1 et de la quantité supplémentaire Q2'. début de l'injection de la quantité principale Q1 est déphase d'au moins 15 d'angle de rotation du vilebrequin apres le passage du piston au point mort haut. De plus, la somme quantités principale Q1 et supplémentaire Q2' est telle que richesse du mélange carburé, c'est-à-dire le rapport entre quantité de carburant et de gaz admis dans le cylindre du moteur 12, est supérieure à 1. Elle est de préférence de l'ordre de 1,1 à 1,2. Ainsi, la concentration en oxygène est suffisamment faible et la température des gaz d'échappement G est suffisamment élevée pour permettre la réduction des oxydes d'azote du piège 16, avec des hydrocarbures HC imbrûlés et du monoxyde de carbone CO présentent en quantité suffisante pour les réduire. Le catalyseur d'oxydation 20 permet d'obtenir une diminution supplémentaire de la concentration en oxygène en oxydant une partie des espèces réductrices telles que des hydrocarbures HC ou du monoxyde de carbone CO, présentent dans les gaz d'échappement G. L'amorçage du catalyseur d'oxydation 20 est favorisé l'injection de la quantité principale augmentée Q1+Q2' déphasee qui provoque une augmentation de la température des gaz d'échappement G à la sortie des cylindres du moteur 12. Le diagramme représenté à la figure 4 permet déterminer le déphasage du début de l'injection de la quantité carburant Q1+Q2' en fonction du régime N du moteur 12 et couple C à fournir. Par exemple, lorsque le moteur 12 tourne a une vitesse de 2400 tours/min et qu'un couple de 50 Nm est nécessaire, le début de l'injection est déphasé de -15 vilebrequin ( V) après le passage du piston au point mort haut. procédé d'injection selon l'invention permet ainsi, lors des phases de régénération du piège à oxydes d'azote 16, réduire partie importante des oxydes d'azote. plus, lorsque le système de traitement 10 comporte circuit recirculation 34, un faible débit des gaz d'échappement G recirculés est nécessaire. Cette faible recirculation favorise la combustion du carburant. Les hydrocarbures imbrûlés HC qui sont réintroduits dans les chambres de combustion du moteur 12, participent très tôt à la combustion et favorisent donc son initialisation. Cela permet de compenser la dégradation rendement due au déphasage de l'injection principale dans cycle. Ainsi, il est possible de supprimer la vanne 32 et système électronique de commande, le diamètre du passage gaz d'échappement G du conduit 28 étant déterminé de façon a assurer le débit de gaz nécessaire à la recirculation. L'injection de carburant étant unique, le système électronique de contrôle 22 est simplifié puisque la loi d'injection comprend une seule injection, au lieu d'une injection principale Q1 et d'une injection supplémentaire Q2. Enfin, en modifiant la quantité supplémentaire Q2' carburant, il est possible d'augmenter suffisamment température des gaz d'échappement G, pour atteindre la valeur prédéterminée, de l'ordre de 700 C, qui permet la purge dite "thermique" du souffre stocké dans le piège à oxydes d'azote 16. De préférence, la modification de la quantité supplé mentaire Q2', qui provoque l'augmentation de la température jusqu'à valeur prédéterminée, est réalisée concomitamment à la phase régénération du piège à oxydes d'azote 16. fréquence de la purge thermique du souffre stocké dans le piège a oxydes d'azote 16 peut être un multiple de la fréquence de la phase de régénération du piège 16. Selon une variante, il est connu d'injecter une quantité prédéterminée ou quantité pilote, avant l'injection de la quantité Q1. La quantité pilote sert notamment à diminuer le bruit lié à la combustion de la quantité principale motrice Q1. L'invention propose de réaliser l'injection déphasée de la quantité Q1+Q2', et d'injecter une quantité additionnelle prédéterminée Q3. La détermination de la quantité prédéterminee Q3 dépend avantageusement du point de fonctionnement moteur quantité additionnelle Q3 permet alors de fournir surcroît couple qui est lié à fa quantité de carburant injectee lors de pré-injection. quantité additionnelle Q3 peut être augmentée, exemple pour diminuer la concentration de l'oxygène et pour augmenter la quantité d'agents réducteurs dans les gaz d'échappement G. Le couple moteur est alors fourni d'une part par la quantité additionnelle Q3 et, d'autre part, par l'injection décalée de Q1+Q2'. Avantageusement, le début de l'injection de la quantité additionnelle Q3 est réalisée entre 20 et 25 degrés d'angle de rotation du vilebrequin avant le début de l'injection de la quantité Q1+Q2'. L'injection de la quantité additionnelle Q3 "suit" donc l'injection de la quantité Q1+Q2'. Cette variante permet d'améliorer les performances du procédé de régénération du piège à oxydes d'azote 16. En effet, pour une quantité globale de carburant injectée selon l'invention, la composition des gaz d'échappement G est plus favorable à la régénération du piège à oxydes d'azote 16 que si cette même quantité globale de carburant est injectée selon l'état de la technique. REVENDICATIONS 1. Procédé d'injection de carburant dans au moins un des cylindres d'un moteur à combustion (12), notamment un moteur diesel, pour la régénération d'un piège à oxydes d'azote (16), type qui comporte l'injection d'une quantité principale carburant ) dépendant du point de fonctionnement du moteur (12), caracterisé en ce que, lors d'une phase de régénération piège à oxydes d'azote (16), ladite quantité principale augmentée (Q1+Q2'). 2. Procédé d'injection selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, lors d'une phase de régénération du piège à oxydes d'azote (16), le début de l'injection de la quantite principale de carburant augmentée (Q1+Q2') est déphasé rapport au passage du piston au point mort haut. 3. Procédé d'injection selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le début de l'injection de la quantite principale de carburant augmentée (Q1+Q2') est déphasé moins quinze degrés d'angle de rotation du vilebrequin après passage du piston au point mort haut. 4. Procédé d'injection selon l'une des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que la quantité principale de carburant augmentée et déphasée est telle que le rapport entre la quantite de carburant et de gaz admis dans le cylindre du moteur (1 a combustion est supérieur à 1. 5. Procédé d'injection selon l'une quelconque revendications précédentes, caractérisé en ce que l'injection la quantité principale de carburant (Q1) est précédée d'une etape d'injection d'une autre quantité prédéterminée de carburant (Q3) dépendant du point de fonctionnement du moteur (12). 6. Procédé d'injection selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, lors d'une phase de régénération du piège à oxydes d'azote (16), ladite autre quantité prédéterminée de carburant (Q3) est augmentée. 7. Procédé d'injection selon l'une quelconque revendications précédentes, caractérisé en ce que lors de phase régénération, une partie des gaz d'échappement (G) recirculee dans les gaz admis dans le cylindre, notamment pour favoriser l'initiation de la combustion du carburant. 8. Procédé d'injection selon l'une quelconques revendications précédentes, caractérisé en ce que lors de phase de régénération du piège à oxydes d'azote (16), il permet d'augmenter la valeur de la température des gaz d'échappement (G) jusqu'à une valeur supérieure ou égale à une température prédéterminée pour purger, par combustion, le souffre stocké dans le piège à oxydes d'azote.