Brevet FR2830569A1 — publié le 20030411

L'invention concerne un procédé de chauffage d'un catalyseur situé dans le dispositif d'échappement d'un moteur à combustion interne à injection directe de carburant, selon lequel, pendant le temps de détente et/ou le temps d'échappement, l'injecteur est ouvert et, de ce fait, une quantité de carburant est injectée dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne. Pour réduire les émissions de substances nocives, il est en général prévu, disposé dans le dispositif d'échappement du moteur à combustion interne, au moins un catalyseur qui convertit les composants nocifs des gaz d'échappement en substances non nocives. En tout état de cause, une conversion dans une mesure suffisante n'a lieu que lorsque le catalyseur se trouve à une température de fonctionnement. C'est pourquoi, pour maintenir les plus faibles possible les émissions de substances nocives, il est nécessaire de chauffer le catalyseur le plus rapidement possible à la température de fonctionnement, notamment après un démarrage à froid du moteur, ou d'atteindre de nouveau le plus rapidement possible la température de fonctionnement lorsque celle-ci est franchie vers le bas. Dans le cas d'un moteur à combustion interne à injection directe de carburant, il est prévu, en tant que mesure prise pour chauffer le catalyseur, qu'en plus de l'injection pendant le temps d'admission ou le temps de compression, une faible quantité de carburant soit injectée pendant le temps de détente. Le carburant injecté pendant le temps de détente ne commence à brûler que très tard, c'est-à-dire peu avant l'ouverture de la soupape d'échappement, de sorte que les gaz d'échappement subissent un échauffement supplémentaire. En raison de la température élevée des gaz d'échappement, le temps qui est nécessaire pour l'échauffement du catalyseur traversé par les gaz d'échappement se raccourcit. L'injection ultérieure de carburant pendant le temps de détente est déjà connue sous de multiples variantes. C'est ainsi que DE 197 46 855 A 1 décrit un procédé selon lequel, dans chacun des différents cylindres d'un moteur à combustion interne, la quantité de carburant nécessaire pour la course de travail chaque fois considérée est injectée directement au moyen d'un injecteur respectif. Une fois achevée la phase de combustion, une quantité d'injection supplémentaire est injectée pendant la course de détente, lorsque le piston se trouve dans la zone de la position de point mort bas. Le carburant supplémentaire injecté sert à la régénération d'un dispositif de traitement de gaz d'échappement raccordé en aval du moteur. Par DE 198 10 379 A 1, on connaît un dispositif de régulation de carburant, pour un moteur à combustion interne à injection directe du carburant, dans le cas duquel, en supplément à une première injection de carburant pendant la course d'admission ou la course de compression, une seconde injection de carburant peut être effectuée pendant la course de détente. La seconde injection de carburant n'est déclenchée que lorsqu'il résulte de ce qui a précédé que la bougie d'allumage se trouve dans un état suffisamment chauffé. D'après DE 199 29 513 A 1, dans un moteur à allumage commandé à injection directe de carburant, un mélange air-carburant pauvre est réglé dans le cylindre pendant la phase de chauffage du catalyseur, en vue de réduire les émissions de gaz d'échappement et en vue d'un chauffage accéléré du catalyseur, et la quantité de carburant nécessaire est répartie sur deux opérations d'injection. Une première opération d'injection a lieu pendant la course d'admission et/ou la course de compression et une seconde opération d'injection pendant la course de détente. Par EP 0 936 353 A2, on connaît un moteur à combustion interne dans le cas duquel le carburant est injecté directement dans une chambre de combustion. En supplément à l'injection de carburant pendant la course d'admission ou la course de compression, il se produit une autre injection de carburant pendant la course de détente, lorsque la température du catalyseur situé dans le dispositif d'échappement du moteur doit être augmentée. Le conduit d'échappement est élargi dans la zone située entre la chambre de combustion et le catalyseur, de sorte que les gaz d'échappement y séjournent un certain temps et qu'il se produit une post-combustion. De ce fait, le chauffage du catalyseur doit être accéléré et les émissions de gaz d'échappement jusqu'à l'obtention de la température de fonctionnement du catalyseur doivent être réduites. Dans les procédés et les dispositifs connus servant à l'injection ultérieure de carburant pendant le temps de détente, outre le chauffage rapide souhaité du catalyseur, il peut également se présenter des effets secondaires non souhaités. C'est ainsi qu'il peut se produire notamment une insuffisance locale de refroidissement des gaz d'échappement et donc une vaporisation et une oxydation supplémentaire incomplètes du carburant faisant l'objet de l'injection ultérieure. Pour cette raison, les émissions d'hydrocarbures peuvent augmenter. L'invention a pour but de permettre un chauffage efficace d'un catalyseur situé dans le dispositif d'échappement d'un moteur à combustion interne et de maintenir les plus faibles possible les émissions de substances nocives du moteur pendant la phase de chauffage du catalyseur. Le procédé, dans l'une et l'autre des formes de mise en oeuvre qui suivent ci- après, repose sur l'idée de base commune consistant à étendre l'injection d'une quantité de carburant relativement faible sur une période de temps relativement grande pendant le temps de détente et/ou le temps d'échappement du moteur à combustion interne. Cette manière de procéder a l'avantage que les émissions de substances nocives du moteur peuvent être maintenues relativement faibles. Ainsi, dans le but considéré, l'invention a pour objet, sous une première forme de mise en oeuvre, un procédé de chauffage d'un catalyseur, du type générique défini en introduction, qui est caractérisé en ce que la course de l'injecteur lors de l'injection de la quantité de carburant fait l'objet d'une variation. Du fait que l'injection n'a pas lieu d'une manière permanente avec le débit maximal possible, il est possible d'éviter une insuffisance locale de refroidissement des gaz d'échappement et d'améliorer la préparation de mélange du carburant injecté, de sorte que la post-oxydation se déroule dans sa totalité. La course de l'injecteur lors de l'injection de la quantité de carburant peut faire l'objet d'une variation conformément à une fonction pouvant être fixée à l'avance. Il est ainsi possible de tenir compte des conditions exigées dans chaque cas d'application considéré. En outre, la course de l'injecteur lors de l'injection de la quantité de carburant peut faire l'objet d'une variation d'une manière dépendante vis-à-vis du régime du moteur à combustion interne. En particulier, il est possible de réaliser une dépendance vis-à-vis de la température de gaz d'échappement ou de la température de chambre de combustion. De même, il est également possible de réaliser une dépendance vis-à-vis de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne et d'une valeur de consigne de l'apport dosé de carburant qui est prévue pour l'injection régulière et est déterminée à partir de la condition exigée de charge. Toutes ces variantes offrent l'avantage que l'opération d'injection peut être très bien adaptée aux conditions chaque fois présentes et qu'ainsi, une large optimisation est possible, notamment en ce qui concerne les émissions de substances nocives. La variation de la course de l'injecteur peut par exemple être structurée d'une manière telle que l'injecteur soit alternativement totalement ouvert et totalement fermé, en suivant une séquence périodique, et qu'ainsi, la quantité de carburant est injectée par petites parties élémentaires. Cette variante de procédé a l'avantage qu'un injecteur à course variable n'est pas nécessaire, mais uniquement un injecteur pouvant très rapidement être ouvert et fermé. Dans le même but indiqué plus haut, l'invention a également pour objet, sous une seconde forme de mise en oeuvre, un procédé de chauffage d'un catalyseur, du type générique défini en introduction, qui est caractérisé en ce que la quantité de carburant est injectée avec l'injecteur partiellement ouvert, la course de l'injecteur étant maintenue constante lors de l'injection de la quantité de carburant. Etant donné que la section transversale d'ouverture lors d'une ouverture partielle de l'injecteur est plus petite que lors d'une ouverture complète, le carburant s'écoule à une vitesse plus élevée dans la chambre de combustion, de sorte que la préparation de mélange est améliorée et la post-oxydation se déroule dans sa totalité. La valeur prévue pour la course de l'injecteur peut être fixée au préalable d'une manière dépendante vis-à-vis du régime du moteur à combustion interne, par exemple d'une manière dépendante vis-à-vis de la température de gaz d'échappement ou de la température de chambre de combustion. En outre, la fixation préalable peut avoir lieu d'une manière dépendante vis-à-vis de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne et d'une valeur de consigne de l'apport dosé de carburant qui est prévue pour l'injection régulière et est déterminée à partir de la condition exigée de charge. Le fait de tenir compte du régime du moteur offre là encore l'avantage d'une optimisation de l'opération d'injection et donc d'une réduction des émissions de substances nocives. Enfin, la course peut être réglée au moyen d'un signal de commande par impulsions, la fréquence du signal de commande déterminant la course de l'injecteur. L'invention est exposée ci-après à l'aide des exemples de réalisation représentés aux dessins. On voit : à la figure 1, une représentation schématique d'un moteur à combustion interne, y compris certains éléments constitutifs qui présentent de l'importance en relation avec l'invention, à la figure 2, la variation dans le temps de la course d'un injecteur dans le cas de l'injection d'une quantité de carburant qui est interrompue d'une manière périodique et, à la figure 3, la variation dans le temps de la course d'un injecteur dans le cas de l'injection d'une quantité de carburant avec un injecteur partiellement ouvert. La figure 1 présente une représentation schématique d'un moteur à combustion interne auquel l'air est envoyé par un trajet d'admission 2. Par au moins une soupape d'admission 3, l'air parvient dans au moins une chambre de combustion 4 dans laquelle s'enfonce un piston 5. Il est prévu, s'étendant dans la chambre de combustion 4, un injecteur 6, servant à injecter le carburant, et une bougie d'allumage 7 servant à allumer le mélange air/carburant se formant dans la chambre 4. Dans le cadre de l'invention, ce sont notamment des injecteurs 6 piézoélectriques qui conviennent en raison des conditions exigées poussées concernant les possibilités de commande et concernant les durées d'ouverture et de fermeture de l'injecteur 6. Par au moins une soupape d'échappement 8, les gaz d'échappement se formant lors de la combustion du mélange air/carburant parviennent dans un conduit d'échappement 9. Il est prévu, disposés dans ce conduit d'échappement 9, une sonde de gaz d'échappement 10 et, en aval de cette sonde 10, un catalyseur 11 qui convertit les substances nocives contenues dans les gaz d'échappement. La soupape d'admission 3, l'injecteur 6, la bougie d'allumage 7, la soupape d'échappement 8 et d'autres éléments constitutifs non représentés sont reliés à un appareil de commande 12 qui délivre les signaux de commande nécessaires pour un fonctionnement normal du moteur 1. En outre, la sonde de gaz d'échappement 10 et d'autres éléments constitutifs non représentés, tels que par exemple des capteurs servant à détecter la vitesse de rotation du moteur et la température de gaz d'échappement ou la température de chambre de combustion, sont reliés à l'appareil de commande 12 afin de fournir à celui-ci les données d'entrée nécessaires. Afin d'obtenir avec le catalyseur 11 une conversion des substances nocives dans une mesure suffisante, il est nécessaire que le catalyseur 11 se trouve à une température de fonctionnement. Afin par exemple qu'après le démarrage du moteur 1, la température de fonctionnement du catalyseur 11 soit atteinte le plus rapidement possible, une faible quantité de carburant est injectée dans la chambre de combustion 4, et donc la température de gaz d'échappement est augmentée, pendant le temps de détente et/ou le temps d'échappement. La manière dont cette quantité de carburant est injectée dans la chambre 4 est essentielle pour l'invention. Suivant un exemple de réalisation de l'invention, l'injection peut être conçue d'une manière telle que le carburant soit injecté dans la chambre 4 par petites parties élémentaires. Cela est représenté à la figure 2. La figure 2 représente la variation dans le temps de la course ou"excursion"V de l'injecteur 6 dans le cas d'une injection du carburant qui est interrompue d'une manière périodique. L'opération d'injection commence à un instant t1 pendant le temps de détente ou le temps d'échappement prévu pour la chambre de combustion 4 à laquelle l'injecteur 6 est associé. A l'instant t1, la course V varie de 0 à sa valeur maximale Vmax, ce qui signifie que l'injecteur 6 passe de l'état totalement fermé à l'état totalement ouvert. Après un temps assez court, la course V se réduit de nouveau de sa valeur maximale Vmax à 0, de sorte que l'injecteur 6 est fermé. Le changement de valeur de la course Ventre la valeur 0 et la valeur Vmax se poursuit d'une manière périodique jusqu'à un instant t2. A cet instant t2, l'opération d'injection est terminée et la course d'injecteur V reste constante à 0. La figure 2 représente une commande par impulsions de l'injecteur 6. La course d'injecteur est de préférence déterminée par la fréquence du signal de commande. Outre la courbe de variation représentée à la figure 2, des variation d'un autre type de la course d'injecteur V pendant l'opération d'injection sont également possibles. C'est ainsi que l'injecteur 6 peut par exemple n'être à chaque instant que partiellement ouvert et/ou partiellement fermé. Par ailleurs, des durées d'ouverture et de fermeture différentes peuvent également être choisies ou il est possible de faire abstraction d'une variation périodique dans le temps. La fonction suivant laquelle la course d'injecteur V fait l'objet d'une variation pendant l'opération d'injection peut être fixée à l'avance d'une manière fixe ou dépendre du régime du moteur. Etant donné qu'en ce qui concerne une émission de substances nocives la plus faible possible, il est important que les gaz d'échappement ne soient pas l'objet d'une insuffisance locale de refroidissement du fait du carburant injecté, la course d'injecteur V fait notamment l'objet d'une variation d'une manière dépendante vis-à-vis de la température de gaz d'échappement ou de la température de chambre de combustion. Dans le cas d'une faible température des gaz d'échappement ou de la chambre de combustion, c'est une course d'injecteur V plus petite qui est réglée et, pour une température élevée des gaz d'échappement ou de la chambre de combustion, c'est une course d'injecteur V plus grande. En variante à la température des gaz d'échappement ou de la chambre de combustion, il est également possible de faire appel à la vitesse de rotation du moteur 1 en commun avec une valeur de consigne qui est prévue pour l'apport dosé de carburant qui a été déterminé pour l'injection régulière à partir des conditions exigées de charge. Par injection régulière, il faut comprendre non pas l'injection ici décrite en détail servant à chauffer le catalyseur 11, mais l'injection d'une quantité de carburant en général considérablement plus grande servant à produire le couple. Comme représenté à la figure 3, conformément à l'invention, l'injection peut également avoir lieu avec un débit constant, c'est-à-dire sans variation de la course d'injecteur V pendant l'opération d'injection. La figure 3 représente la variation dans le temps de la course d'injecteur V dans le cas d'une injection du carburant avec un injecteur 6 partiellement ouvert. Le type de représentation correspond à la figure 2 et les instants t1 et t2 sont également choisis d'une manière analogue, ce qui signifie que l'injection de la quantité de carburant prévue pour le temps de détente et/ou le temps d'échappement commence à l'instant t1 et se termine à l'instant t2. Entre les instants t1 et t2, la course d'injecteur V présente une valeur constante qui est supérieure à 0 et inférieure à la course d'injecteur maximale Vmax. Conformément à la variation dans le temps de la course d'injecteur V qui est représentée, l'injecteur 6 est ouvert partiellement à l'instant t1 et il se produit une injection continue à un débit constant, jusqu'à ce qu'à l'instant t2, l'injecteur 6 soit de nouveau complètement fermé. La course d'injecteur V suivant laquelle l'injection est effectuée peut être fixée au préalable d'une manière dépendante vis-à-vis du régime du moteur. Pour la fixation au préalable de la course d'injecteur V, il est notamment possible de tenir compte de la température de gaz d'échappement ou de la température de chambre de combustion. Pour une faible température de gaz d'échappement ou une faible température de chambre de combustion, c'est une course d'injecteur V relativement plus petite et une durée d'ouverture d'autant plus longue de l'injecteur 6 qui sont choisies afin d'éviter une insuffisance locale de refroidissement des gaz d'échappement. Inversement, pour une température de gaz d'échappement élevée ou une température de chambre de combustion élevée, c'est une valeur relativement plus grande qui est fixée pour la course d'injecteur V et la durée d'ouverture de l'injecteur 6 est donc maintenue relativement courte. En variante à la température de gaz d'échappement ou la température de chambre de combustion, la fixation au préalable de la valeur prévue pour la course d'injecteur V peut également avoir lieu d'une manière dépendante vis-à-vis de la vitesse de rotation du moteur et de la valeur de consigne prévue pour l'apport dosé de carburant pour l'injection régulière. Bien que ce ne soit chaque fois que les conditions correspondant à une chambre de combustion 4 du moteur à combustion interne 1 qui sont représentées et décrites, ce qui est exposé ci-dessus est également valable d'une manière correspondante pour d'autres chambres de combustion éventuellement présentes et d'autres éléments constitutifs associés à ces chambres de combustion. REVENDICATIONS 1. Procédé de chauffage d'un catalyseur (11) situé dans le dispositif d'échappement (9) d'un moteur à combustion interne (1) à injection directe de carburant, selon lequel, pendant le temps de détente et/ou le temps d'échappement, l'injecteur (6) est ouvert et, de ce fait, une quantité de carburant est injectée dans la chambre de combustion (4) du moteur à combustion interne (1), caractérisé en ce que la course (V) de l'injecteur (6) lors de l'injection de la quantité de carburant fait l'objet d'une variation. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la course (V) de l'injecteur (6) lors de l'injection de la quantité de carburant fait l'objet d'une variation conformément à une fonction pouvant être fixée à l'avance. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la course (V) de l'injecteur (6) lors de l'injection de la quantité de carburant fait l'objet d'une variation d'une manière dépendante vis-à-vis du régime du moteur à combustion interne (1). 4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la course (V) de l'injecteur (6) lors de l'injection de la quantité de carburant fait l'objet d'une variation d'une manière dépendante vis-à-vis de la température de gaz d'échappement ou de la température de chambre de combustion. 5. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la course (V) de l'injecteur (6) lors de l'injection de la quantité de carburant fait l'objet d'une variation d'une manière dépendante vis-à-vis de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne (1) et d'une valeur. de consigne de l'apport dosé de carburant qui est prévue pour l'injection régulière et est déterminée å partir de la condition exigée de charge. 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'injecteur (6) est alternativement totalement ouvert et totalement fermé.