Brevet FR2819552A1 — publié le 20020719

"Moteur à combustion comportant un dispositif de ionisation des gaz d'admission" La présente invention concerne un moteur à combustion interne. La présente invention concerne plus particulièrement un moteur à combustion interne, notamment du type diesel ou du type à essence à mélange pauvre, comportant un circuit d'admission de gaz d'admission et un circuit d'échappement de gaz brûlés qui communiquent avec la chambre de combustion d'au moins un cylindre du moteur dans lequel est initiée la combustion d'un mélange carburé. Les normes internationales sur les émissions de polluants étant de plus en plus sévères, elles contraignent les constructeurs automobiles à envisager l'utilisation de nouvelles technologies de traitement des gaz d'échappement des moteurs à combustion interne. Un premier axe de recherches pour la réduction des émissions de polluants vise à améliorer le traitement des gaz d'échappement à la sortie du moteur, au moyen de systèmes catalytiques et/ou filtrants. Par exemple, dans le cas d'un moteur fonctionnant avec un excès d'oxygène, c'est à dire un moteur du type à essence à mélange pauvre ou du type diesel, la réduction des émissions d'hydrocarbures HC et de monoxyde de carbone CO est obtenue grâce à un catalyseur d'oxydation qui, dans de grandes proportions, les transforme en dioxyde de carbone CO2. Cette réaction d'oxydation est d'autant plus efficace que la température du catalyseur est élevée. C'est pourquoi, on cherche à disposer le catalyseur d'oxydation le plus près possible de la sortie de la chambre de combustion de chaque cylindre du moteur. Le traitement des particules, en particulier celles qui proviennent d'un moteur diesel, est réalisé via l'utilisation d'un filtre à particules. L'utilisation d'un filtre à particules est conditionnée par la possibilité de régénérer le filtre, lorsqu'il atteint un état de chargement donné. Cette régénération du filtre est obtenue par l'oxydation, ou combustion, des suies accumulées, ce qui nécessite un apport d'espèces oxydantes et d'énergie. En pratique, l'oxydation est permise par la présence d'oxygène en concentration élevée et de dioxyde d'azote NO2, qui est un oxydant puissant, en concentration beaucoup plus limitée. La combustion des suies provoque la formation de dioxyde de carbone CO2 et de monoxyde de carbone CO. Les températures d'amorçage de la combustion étant très élevées (supérieures à 600 C) et donc difficile à obtenir par une stratégie de contrôle moteur seule, il est nécessaire d'utiliser des additifs catalytiques pour permettre un démarrage de la combustion vers 500oC. L'utilisation de ces additifs est contraignante, notamment parce qu'il est nécessaire de prévoir un réservoir additionnel de stockage des additifs. Une solution alternative à l'utilisation de ces additifs pourrait être l'utilisation d'un filtre à particules imprégné d'une phase catalytique. Le traitement des oxydes d'azote NOx peut être réalisé au moyen d'un piège à oxydes d'azote NOx dit NOx-trap . L'utilisation d'un piège à oxydes d'azote Nox dans le cas d'un moteur à essence du type à mélange pauvre est conditionnée principalement par deux facteurs. Il doit être possible d'augmenter ponctuellement la richesse des gaz d'échappement qui traversent le piège à oxydes d'azote NOx, et il doit être possible de limiter ou d'annihiler l'empoisonnement du piège à oxydes d'azote NOx par le soufre. Le deuxième axe de recherches pour la réduction des émissions de polluants vise à traiter les émissions à l'origine, c'est-à-dire à utiliser des stratégies de contrôle du moteur qui permettent de réduire la formation d'un ou plusieurs polluants, ou bien d'améliorer au maximum le rendement de combustion du moteur. Un exemple de stratégie de contrôle moteur est la recirculation d'une partie des gaz d'échappement dans la chambre de combustion de chaque cylindre au moyen d'une vanne de recirculation, ce qui permet d'abaisser notablement les émissions d'oxydes d'azote NOx à certains points de fonctionnement du moteur. On note cependant que cette réduction des émissions d'oxydes d'azote NOx se fait au détriment des émissions de particules qui doivent alors être éliminées par un système de post-traitement. L'invention vise à améliorer le rendement du moteur de manière à réduire la formation de polluants lors de la combustion du mélange carburé. Dans ce but, l'invention propose un moteur du type décrit précédemment, caractérisé en ce que le circuit d'admission comporte un dispositif de ionisation des gaz d'admission qui augmente le pouvoir oxydant des gaz d'admission, en vue de diminuer les émissions polluantes à la sortie de chaque chambre de combustion. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - lorsque le circuit d'admission comporte un tronçon amont qui communique avec l'air extérieur et un tronçon aval qui communique avec la chambre de combustion, et comporte un conduit de recirculation qui est susceptible de réintroduire une partie des gaz brûlés dans le tronçon aval du circuit d'admission de manière qu'ils se mélangent à l'air d'admission, le dispositif de ionisation est agencé dans le tronçon amont du circuit d'admission, de manière à ioniser l'air d'admission ; - le dispositif de ionisation comporte au moins un réacteur du type à décharges de plasma non calorifiques ; - le circuit d'échappement comporte au moins un dispositif de traitement des gaz d'échappement, ou dispositif de dépollution, du type catalytique ou filtrant, en vue de diminuer le rejet de polluants dans l'atmosphère. 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 dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique qui représente un moteur réalisé conformément aux enseignement de l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique du tronçon du circuit d'admission du moteur de la figure 1 comportant un réacteur à décharges de plasma non calorifiques. On a représenté sur la figure 1 un moteur à combustion interne 10 qui est réalisé conformément aux enseignements de l'invention. Le moteur 10 est ici du type diesel ou du type à essence à mélange pauvre, c'est à dire qu'il fonctionne avec un excès d'oxygène par rapport aux conditions stoechiométriques. Le moteur 10 comporte un circuit d'admission 12 de gaz d'admission et un circuit d'échappement 14 de gaz brûlés qui communiquent, au travers de soupapes (non représentées), avec la chambre de combustion 16 de chacun des cylindres 18, ici au nombre de quatre, du moteur 10. Le moteur 10 fonctionne selon un cycle classique à quatre temps comportant une phase d'admission du mélange carburé dans la chambre de combustion 16, une phase de compression du mélange carburé, une phase de combustion/détente du mélange carburé, et une phase d'échappement des gaz brûlés. Le moteur 10 comporte ici un conduit de recirculation 20 qui est susceptible de réintroduire une partie des gaz brûlés dans le circuit d'admission 12 de manière qu'ils se mélangent à l'air d'admission. Un dispositif d'obturation 22 commandé, par exemple une vanne de recirculation, permet de piloter la recirculation des gaz brûlés. Le circuit d'échappement 14 comporte ici un dispositif de dépollution 24, qui traite les gaz brûlés en aval du conduit de recirculation 20, de manière à limiter le rejet de polluants dans l'atmosphère. Le dispositif de dépollution 24 comporte par exemple un catalyseur et/ou un filtre. Conformément aux enseignements de l'invention, le circuit d'admission 12 comporte un dispositif de ionisation 26 des gaz d'admission qui augmente le pouvoir oxydant des gaz d'admission en vue de diminuer les émissions de polluants à la sortie de chaque chambre de combustion 16. Le dispositif de ionisation 26 comporte ici un réacteur du type à décharges de plasma non calorifiques. De préférence, on utilise un réacteur 26 du même type que celui qui est déjà utilisé pour améliorer la réduction des oxydes d'azote NOx ou l'élimination des particules à l'échappement dans certains moteurs. On peut se reporter par exemple au document US-A-5.711. 147 qui décrit une telle utilisation d'un réacteur à décharges de plasma non calorifiques. Les décharges de plasma non calorifiques sont obtenues en produisant, entre deux électrodes, des impulsions de courant électrique de faibles intensités et de tensions élevées (plusieurs kiloVolts), à des fréquences importantes. Dans le milieu gazeux où se produisent les décharges de plasma non calorifiques, le réacteur 26 provoque la formation d'espèces métastables, de radicaux libres et d'ions très réactifs, par collision entre les molécules du gaz et les électrons énergétiques produits par les décharges, sans que la température du gaz augmente. Les décharges de plasma sont donc dites non calorifiques, la majorité de l'énergie électrique consommée étant utilisée pour produire des électrons énergétiques plutôt que pour chauffer le milieu gazeux. Dans le cadre de l'invention proposée ici, le réacteur ionise le mélange gazeux qui constitue l'air d'admission en vue de provoquer la formation d'espèces plus oxydantes qui vont permettre une meilleure combustion dans les chambres de combustion 16. On a représenté sur la figure 2 l'action du réacteur 26 sur l'air d'admission qui provient de l'extérieur du moteur 10. L'air d'admission contient principalement de l'azote N2 et de l'oxygène 02 atmosphériques. Sous l'action du réacteur 26 à décharges de plasma non calorifiques, l'air d'admission est ionisé ce qui provoque la formation d'espèces plus oxydantes telles que de l'ozone 03 et des radicaux oxygénés 0-. De préférence, le réacteur 26 est agencé en amont du conduit de recirculation 20, c'est à dire dans le tronçon 28 du circuit d'admission 12 qui communique avec l'air extérieur. Le réacteur 26 est alimenté en courant électrique par exemple par une batterie d'accumulateurs (non représentée) du véhicule. Le réacteur 26 est commandé par exemple par l'unité électronique de commande (non représentée) du moteur 10. REVENDICATIONS 1. Moteur (10) à combustion interne, notamment du type diesel ou du type à essence à mélange pauvre, comportant un circuit d'admission (12) de gaz d'admission et un circuit d'échappement (14) de gaz brûlés qui communiquent avec la chambre de combustion (16) d'au moins un cylindre (18) du moteur (10) dans lequel est initiée la combustion d'un mélange carburé, caractérisé en ce que le circuit d'admission (12) comporte un dispositif de ionisation (26) des gaz d'admission qui augmente le pouvoir oxydant des gaz d'admission, en vue de diminuer les émissions polluantes à la sortie de chaque chambre de combustion (16). 2. Moteur (10) selon la revendication précédente, du type dans lequel le circuit d'admission (12) comporte un tronçon amont (28) qui communique avec l'air extérieur et un tronçon aval qui communique avec la chambre de combustion (16), et du type comportant un conduit de recirculation (20) qui est susceptible de réintroduire une partie des gaz brûlés dans le tronçon aval du circuit d'admission (12) de manière qu'ils se mélangent à l'air d'admission, caractérisé en ce que le dispositif de ionisation (26) est agencé dans le tronçon amont (28) du circuit d'admission (12), de manière à ioniser l'air d'admission. 3. Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de ionisation (26) comporte au moins un réacteur du type à décharges de plasma non calorifiques. 4. Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit d'échappement (14) comporte au moins un dispositif (24) de traitement des gaz d'échappement, ou dispositif de dépollution, du type catalytique ou filtrant, en vue de diminuer le rejet de polluants dans l'atmosphère.