Brevet FR2880070A1 — publié le 20060630

Procédé de gestion de l'injection de carburant dans un moteur Diesel équipé d'un piège à oxyde d'azote. La présente invention concerne un procédé de gestion de l'injection de carburant dans un moteur Diesel équipé d'un dispositif de post-traitement des gaz d'échappement destiné à réduire l'émission dans l'environnement d'oxydes d'azotes résultant du fonctionnement normal du moteur, un tel dispositif étant classiquement appelé piège à oxyde d'azote ou encore "NOx trap", expression qui sera utilisé par la suite. Plus précisément, l'invention concerne les stratégies d'injection adaptées à une combustion en milieu riche, du type classiquement utilisées pour la régénération du NOx trap par réduction des Nox par les réducteurs contenus à l'échappement (HC, CO), les principes de cette régénération étant par ailleurs bien connus, et résumés ci-après. Un système de post traitement des NOx nécessite des régénérations périodiques en milieu riche (R>l) pour que la réduction des polluants soit effective. Une richesse supérieure à 1 est une condition nécessaire de cette régénération, les autres sorties moteur, tel que rapport HC/CO, pourcentage d'oxygène, consommation, bruit de combustion, sont annexes et traduisent la qualité de la régénération. Contrairement à la combustion essence, il est difficile de brûler convenablement, avec des niveaux de polluants et de consommation limités, le gazole à des niveaux de richesse élevés. Une stratégie communément employée pour atteindre une richesse supérieure à 1 consiste à effectuer une ou plusieurs post injections, c'est à dire une ou des injections en phase de détente, qui ont malheureusement tendance, dés lors que la quantité ainsi injectée devient relativement importante, à diluer le film d'huile avec le carburant. La dilution génère une diminution rapide du pouvoir lubrifiant de l'huile qui peut aller jusqu'à la casse du moteur. L'invention vise donc à proposer une stratégie de combustion qui permette de répondre aux besoins de la combustion diesel en milieu riche sans dilution du film d'huile. On connaît déjà des stratégies spécifiques adaptées pour des conditions de fonctionnement à faible régime et faible charge qui évitent la dilution du film d'huile, en n'utilisant qu'une seule injection avant le point mort haut PMH. Mais la sensibilité de telles stratégies sans post injection est très élevée et de petites variations de température ou de taux d'EGR (recirculation des gaz d'échappement) peuvent engendrer de fortes variations en sortie moteur, telles que des bouffées de fumées ou un bruit de combustion important. La forte sensibilité de cette stratégie au taux d'EGR provient du fait que, avec une seule injection, le processus de combustion se fait en une unique étape, une seule injection produisant un seul dégagement d'énergie, et comme les taux d'EGR sont très élevés, l'air est remplacé par d'importantes quantités de gaz brûlés qui ralentissent sensiblement le processus de combustion, la répétabilité du déroulement de la combustion n'est pas très bonne en terme de délai d'auto-inflammation et de forme du dégagement d'énergie. Dans des stratégies classiques avec post injection, on se limite aujourd'hui à des taux de dilution dimensionnés pour répondre aux cibles de fiabilité du moteur en limitant le phasage, c'est à dire le retard de la dite post-injection effectuée après le PMH, et le débit de cette postinjection. Mais cette limitation des phasages et des débits de post-injection n'est pas souhaitable depuis que des résultats d'essais ont mis en évidence l'intérêt d'augmenter le phasage et le débit de post-injection, pour diminuer de façon sensible les niveaux de fumées. La présente invention a pour but de résoudre ces problèmes et vise en particulier à fournir une stratégie de gestion de l'injection apte à assurer la régénération du NOX trap quelles que soient les conditions de fonctionnement du moteur, et sans générer de conséquences défavorables à la longévité du moteur. Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un procédé de gestion de l'injection de carburant dans un moteur Diesel équipé d'un piège à oxyde d'azote, caractérisé en ce que, lors des périodes de régénération du piège à oxydes d'azote, on effectue deux injections à des instants situés de part et d'autre du point mort haut, à des angles vilebrequin inférieurs à 25 , préférentiellement inférieurs à 15 , couplées avec un taux de recirculation de gaz d'échappement supérieur à 40%. Préférentiellement, la quantité de carburant injectée lors de la deuxième injection est inférieure à 10 mm3/cp/l. L'utilisation de deux injections réalisées respectivement avant et après le point mort haut stabilise la combustion, et la sensibilité des sorties moteur aux petites variations de température et/ou d'EGR est nettement moins élevée. En effet, comparativement aux stratégies pré- mentionnées utilisant une seule injection, avec deux injections, donc deux évènements de combustion, la mauvaise répétabilité de la première combustion est encore vraie, mais cette première combustion va apporter les conditions thermodynamiques favorables à la bonne combustion de la deuxième injection. Au final, la stabilité de la combustion est donc nettement améliorée. Par rapport aux stratégies classiques utilisées lors des régénérations du NOx trap, consistant en une association de trois injections dont une post-injection effectuée tardivement en phase de détente, par exemple au-delà d'un angle 50 du vilebrequin après le PMH, l'injection en deux fois conformément à l'invention, avec une post- injection intervenant à moins de 25 d'angle du vilebrequin après le PMH, n'engendre aucune dilution du film d'huile. Les régénérations du NOX trap peuvent alors durer le temps nécessaire à une purge complète du NOx trap sans soucis de fiabilité pour le moteur. Enfin, la stratégie selon l'invention permet d'obtenir des niveaux de NOx très bas, de l'ordre de quelques ppm, ce qui permet l'utilisation totale des réducteurs des gaz de sortie moteur pour traiter les NOx stockés. L'efficacité globale du post-traitement des NOx est donc amélioré. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va être faite d'un exemple de mise en uvre du procédé selon l'invention. Le graphique de l'unique figure jointe regroupe quatre tracés correspondant, en fonction de l'angle de vilebrequin par rapport au point mort haut, à : - tracé 1: signaux de commande de l'injecteur, - tracé 2: pression dans le cylindre, - tracé 3 dégagement d'énergie, en kJ/m3/ vilebrequin, - tracé 4: intégrale du dégagement d'énergie en kJ/m3. Considérant le tracé 1, on voit bien que les deux injections 11, 12 sont effectuées de part et d'autre du PMH. Les combustions rattachées à chaque injection, illustrées sur le tracé 3 par les deux pics 31, 32 sont bien distinctes. La combustion de la première injection 11 est violente et dégage assez d'énergie 31 pour permettre à la deuxième injection 12 de brûler pendant la détente. L'intégrale du dégagement d'énergie, représentée par le tracé 4 et la pression cylindre, représentée par le tracé 2, renseignent sur l'énergie dégagée cumulée. La répartition entre les deux injections de la quantité de carburant injecté est faite de façon à répondre aux cibles visées concernant le bruit de combustion et l'émission de fumées. Cette répartition est donc investiguée systématiquement et choisie suivant les conditions de fonctionnement en régime et en charge du moteur. Le tableau ci-dessous résume les différents paramètres et résultats obtenus grâce à la mise en uvre de l'invention. Les besoins d'une bonne régénération du Nox trap sont respectés puisque la richesse est bien supérieure à 1 avec des quantités de réducteurs HC et CO importantes. On notera un excellent compromis entre le taux de Nox et de particules, représenté par le niveau de fumées, qui permet d'améliorer l'efficacité de la régénération. Pour le débit d'air considéré, 0,64 points de fumées représentent 0,141 mg/s de I0F (particules insolubles). Les niveaux de HC-CO sont effectivement très élevés, comparativement aux niveaux d'émissions indiqués ci-après pour une combustion classique à 1500 tr/min, sous 3bar de PME: HC:300 ppm CO: 870 ppm NOx:70 ppm I0F: 0,5 mg/s De même le compromis entre NOx-IOF est très bon, les NOx étant réduits de 88% et I0F réduits de 70% par rapport à la combustion classique. Les autres paramètres indiqués dans le tableau sont juste les données classiques nécessaires pour mettre en forme un essai. TAVT est la température 5 avant turbine. Régine PNE Richesse 11x11 Tegr Bruit Tavt 02 ( D HC N)x Rune Tr/mn bais niar % (lb % ppm ppm ppm FSN 1500 3 1,012 1031 41,3 78,5 393 2,27 22500 7271 8 0,64 io REVENDICATIONS 1. Procédé de gestion de l'injection de carburant dans un moteur Diesel équipé d'un piège à oxyde d'azote, caractérisé en ce que, lors des périodes de régénération du piège à oxydes d'azote, on effectue deux injections à des instants situés de part et d'autre du point mort haut, à des angles vilebrequin inférieurs à 25 , couplées avec un taux de recirculation de gaz d'échappement supérieur à 40%. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que on effectue deux injections à des instants situés de part et d'autre du point mort haut, à des angles vilebrequin inférieurs à 15 . 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité de carburant injectée lors de la deuxième injection est inférieure à 10 mm3/cp/l.