Brevet FR2846370A1 — publié le 20040430

I La présente invention concerne un système de réduction des émissions polluantes liées au fonctionnement d'un moteur Diesel de véhicule automobile et se rapporte plus particulièrement à un système d'aide à la régénération d'un piège à Nox à stockage/déstockage, intégré dans une ligne d'échappement d'un tel moteur. On sait que sur les moteurs Diesel à injection directe pour véhicule automobile, la réduction des émissions de NOx par catalyse DeNOx à stockage/déstockage est une solution technique envisagée pour répondre aux normes relatives à ce type de rejets et notamment aux normes EURO IV. A cet effet, on envisage d'utiliser un piège à NOx composé par exemple de sulfate de baryum destiné à absorber les NOx pendant le fonctionnement standard du moteur. Quand ce piège est saturé, on propose de déclencher une phase de déstockage transitoire en basculant momentanément le moteur de ce mode de 15 fonctionnement standard à mélange pauvre à un mode de fonctionnement de régénération à mélange riche pour produire des réducteurs, comme par exemple HC et CO, ce qui permet de réduire les NOx qui sont alors désorbés du piège, comme dans un catalyseur traditionnel. Cependant, ceci pose des problèmes de contrôle du fonctionnement 20 du moteur sous mélange riche, de façon stable sur l'ensemble du champ de fonctionnement de celui-ci, sans impact sur l'agrément de conduite du véhicule et le bruit de combustion, etc.... Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes. A cet effet, l'invention a pour objet un système d'aide à la régénération 25 d'un piège à NOx à stockage/déstockage, intégré dans une ligne d'échappement d'un moteur Diesel de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'admission de gaz dans le moteur et des moyens d'injection de carburant dans les cylindres de celui-ci sous la forme au moins d'injections pilote et principale et des moyens de commande de ces moyens d'admission de gaz et/ou 30 d'injection de carburant pour basculer périodiquement le moteur d'un mode de fonctionnement standard à mélange pauvre, de stockage des NOx dans le piège, à un mode de fonctionnement de régénération à mélange riche, à une injection pilote et au moins deux injections principales, de déstockage des NOx du piège et de régénération de celui-ci. Suivant d'autres caractéristiques: - les moyens de commande sont adaptés pour piloter les moyens d'admission de gaz afin de réduire la quantité de gaz admise dans le moteur lorsque celui-ci est dans son mode de fonctionnement de régénération; - les moyens de commande sont adaptés pour piloter les moyens d'admission de gaz et/ou d'injection de carburant selon ces modes de fonctionnement standard et de régénération pour des charges du moteur supérieures à une valeur de seuil prédéterminée; - la valeur de seuil de charge prédéterminée est définie par une pres1 0 sion moyenne effective d'environ 3 bars; - l'injection pilote est déclenchée dans une plage entre environ 500 vilebrequin et 50 vilebrequin, avant le point mort haut du cylindre concerné et en ce que les injections principales sont déclenchées dans une plage entre environ 200 vilebrequin avant le point haut et 1200 vilebrequin après le point mort haut; - les moyens de commande sont adaptés pour piloter les moyens d'admission de gaz et/ou d'injection de carburant afin de faire fonctionner le moteur en mélange pauvre pendant environ 60 secondes et en mélange riche pendant environ 2 secondes; - le moteur étant associé à des moyens de recirculation des gaz 20 d'échappement en entrée de celui-ci, les moyens de commande sont adaptés pour réguler le fonctionnement de ces moyens de recirculation lors d'un fonctionnement du moteur à mélange riche. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins 25 annexés, sur lesquels: - les Figs.1 et 2 illustrent les phases de stockage et de déstockage de NOx dans un piège entrant dans la constitution d'un système selon l'invention; - la Fig.3 illustre le fonctionnement de moyens d'injection de carburant mis en oeuvre dans un système d'aide selon l'invention; et - la Fig.4 représente un schéma synoptique illustrant la structure d'un système selon l'invention. Comme cela a été indiqué précédemment, l'invention se rapporte à un système d'aide à la régénération d'un piège à NOx à stockage/déstockage intégré dans une ligne d'échappement d'un moteur Diesel de véhicule automobile. Ces phases de stockage et de déstockage sont illustrées sur les figuresi1 et 2. Comme cela a été indiqué également, le piège à NOx absorbe les NOx pendant le fonctionnement standard du moteur à mélange pauvre, tandis 5 que dans un mode de fonctionnement de régénération à mélange riche, ces NOx sont déstockés et traités par production de réducteurs comme HC et CO, ce qui permet de réduire les NOx qui sont alors désorbés du piège comme dans un catalyseur traditionnel. Cependant, et comme cela a été indiqué précédemment, se pose le 1 0 problème de faire fonctionner un moteur Diesel à une telle richesse, de façon stable sur l'ensemble du champ moteur, sans impact sur l'agrément de conduite et le bruit de combustion entre autres. L'opération de passage en mélange stoechiométrique ou riche est nécessaire pour purger le piège à NOx mais aussi pour le désulfater, car le soufre 1 5 contenu dans le carburant provoque l'empoisonnement du piège. Cette opération est plus longue que la purge, qui dure seulement quelques secondes, et s'avère donc encore plus difficile à gérer. Dans ces conditions, l'aide à la régénération d'un tel piège à NOx à stockage/déstockage nécessite de développer une stratégie d'injections multiples 20 spécifique sur tout le champ moteur, sur la base de plusieurs paramètres de réglage du moteur. En effet, cette stratégie d'injection doit permettre de: - fonctionner à richesse proche de I - produire en quantité suffisante du CO, qui est le réducteur privilégié; 25 - limiter le niveau de 02; - limiter le niveau de HC; - respecter le niveau de fumée; - respecter la température des gaz d'échappement pour des raisons de tenue mécanique; et enfin - respecter les prestations fournies aux clients, à savoir l'agrément de conduite et le bruit de fonctionnement du moteur. A cet effet, la présente invention propose d'améliorer les caractéristiques de la combustion en stabilité et en bruit, sur des points à charges prédéter- minées du moteur, en appliquant une stratégie d'injection à une injection pilote et au moins deux injections principales, comme cela est illustré sur la figure 3. L'application de ces deux injections principales permet de plus de maintenir la température des gaz d'échappement dans des limites admissibles par l'architecture du moteur (culasse, soupapes, collecteur... .). Par ailleurs, une recirculation des gaz brlés (EGR) peut alors être nécessaire ou non pour respecter les critères de régénération du piège à NOx. Sur les points à charges prédéterminées, comme par exemple pour une pression moyenne effective (PME) également connue dans l'état de la tech10 nique sous l'appellation anglaise " Brake mean effective pressure ", supérieure à environ 3 bars, la stratégie à deux injections principales permet donc de répondre aux critères de régénération du piège à NOx, car elle permet de réduire significativement les instabilités de combustion grâce au phasage des deux injections principales, de réduire le bruit grâce également à ce phasage des deux injec15 tions, de maintenir la température des gaz d'échappement à des valeurs admissibles et enfin de générer une cartographie moteur pour la régénération du piège à NOx basée sur une stratégie unique. Comme cela a été indiqué précédemment, cette stratégie peut être appliquée sur les points à charges prédéterminées de fonctionnement du moteur, 20 le niveau d'EGR étant alors contrôlé de manière appropriée. Ceci est illustré sur la figure 3, o l'on reconnaît l'injection pilote désignée par la référence 1 et les deux injections principales désignées par les références générales 2 et 3. Cette injection pilote peut être déclenchée dans une plage entre envi25 ron 500 vilebrequin et 50 vilebrequin avant le point mort haut du cylindre concerné, et les injections principales peuvent être déclenchées dans une plage entre environ 200 vilebrequin avant le point mort haut et 1200 après le point mort haut. On reconnaît sur la figure 4, un moteur Diesel de véhicule automobile désigné par la référence générale 4, dont la sortie est raccordée à une ligne 30 d'échappement 5 dans laquelle est intégré un piège à NOx 6. Ce moteur est également associé à des moyens d'admission d'air désignés par la référence générale 7 comportant des moyens de réglage 8 de la quantité d'air admise. Ce moteur peut également être associé à des moyens de recirculation de gaz d'échappement en entrée de celui-ci, désignés par la référence générale 9, associés à des moyens de contrôle de la circulation des gaz désignés par la référence générale 10. Ces moyens de recirculation sont donc connectés entre la sortie et l'entrée du moteur pour assurer la recirculation des gaz d'échappement (EGR). Les moyens de réglage 8 et de contrôle 10 peuvent comporter de façon classique, des vannes pilotables. Par ailleurs, le moteur est également associé à des moyens 11 10 d'injection de carburant dans les cylindres de celui-ci, sous la forme d'injections pilote et principale, comme cela a été indiqué, présentant n'importe quelle structure appropriée. Ces différents moyens, c'est-à-dire les moyens de recirculation de gaz, les moyens d'admission d'air et les moyens d'injection sont contrôlés par des 15 moyens de commande désignés par la référence générale 12, comprenant tout calculateur approprié, recevant par exemple en entrée, des informations de régime de rotation du moteur et de pression des moyens d'injection, respectivement de moyens d'acquisition de données 13 et 14 correspondants. Les modes de fonctionnement standard à mélange pauvre de stoc20 kage des NOx dans le piège, et de fonctionnement de régénération à mélange riche, de déstockage des NOx du piège et donc de régénération de celui-ci, peuvent être commutés périodiquement, par les moyens de commande 12, le moteur 4 fonctionnant par exemple en mélange pauvre pendant environ 60 secondes, et en mélange riche pendant environ 2 secondes. Les moyens de commande 12 25 agissent alors sur les moyens d'admission d'air 7 dans le moteur 4 et les moyens d'injection 11 de carburant dans les cylindres de celui-ci, pour basculer périodiquement le moteur du mode de fonctionnement standard à mélange pauvre au mode de fonctionnement de régénération à mélange riche. Ces moyens de commande 12 peuvent en effet être adaptés pour pilo30 ter les moyens d'admission de gaz afin de réduire la quantité de gaz admise dans le moteur lorsque celui-ci est dans son mode de fonctionnement de régénération et pour contrôler les moyens d'injection de la façon indiquée précédemment. Ces moyens de commande peuvent également être adaptés pour réguler le fonctionnement des moyens de recirculation 9 des gaz d'échappement lors du fonctionnement du moteur à mélange riche. Bien entendu, d'autres modes de réalisation peuvent être envisagés. REVENDICATIONS 1. Système d'aide à la régénération d'un piège à NOx à stockage/déstockage, intégré dans une ligne d'échappement (5) d'un moteur Diesel (4) de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens 5 d'admission de gaz dans le moteur et des moyens d'injection de carburant (11) dans les cylindres de celui-ci sous la forme au moins d'injections pilote et principale et des moyens de commande (12) de ces moyens d'admission de gaz et/ou d'injection de carburant (11) pour basculer périodiquement le moteur (4) d'un mode de fonctionnement standard à mélange pauvre, de stockage des NOx dans 10 le piège, à un mode de fonctionnement de régénération à mélange riche, à une injection pilote (1) et au moins deux injections principales (2,3), de déstockage des NOx du piège (6) et de régénération de celui-ci. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande (12) sont adaptés pour piloter les moyens d'admission de gaz afin 15 de réduire la quantité de gaz admise dans le moteur (4) lorsque celui-ci est dans son mode de fonctionnement de régénération. 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de commande (12) sont adaptés pour piloter les moyens d'admission de gaz et/ou d'injection de carburant (11) selon ces modes de fonctionnement stan20 dard et de régénération pour des charges du moteur supérieures à une valeur de seuil prédéterminée. 4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que la valeur de seuil de charge prédéterminée est définie par une pression moyenne effective (PME) d'environ 3 bars. 5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'injection pilote est déclenchée dans une plage entre environ 500 vilebrequin et 5 vilebrequin, avant le point mort haut du cylindre concerné et en ce que les injections principales sont déclenchées dans une plage entre environ 20 vilebrequin avant le point mort haut et 1200 vilebrequin après le point 30 mort haut. 6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de commande (12) sont adaptés pour piloter les moyens d'admission de gaz et/ou d'injection de carburant (11) afin de faire fonctionner le moteur (4) en mélange pauvre pendant environ 60 secondes et en mélange riche pendant environ 2 secondes. 7. Système selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le moteur (4) étant associé à des moyens de recirculation des gaz 5 d'échappement (9) en entrée de celui-ci, les moyens de commande (12) sont adaptés pour contrôler le fonctionnement de ces moyens de recirculation (9) lors d'un fonctionnement du moteur à mélange riche.