Brevet FR2882102A1 — publié le 20060818

La présente invention concerne un système d'aide à la régénération de moyens de dépollution intégrés dans une ligne d'échappement d'un moteur de véhicule automobile. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un tel système dans lequel les moyens de dépollution comportent en outre des moyens formant catalyseur d'oxydation et dans lequel le moteur est associé à des moyens à rampe commune d'alimentation en carburant, associés à des moyens de pilotage de leur fonctionnement, de manière à provoquer des injections de carburant dans les cylindres du moteur. De tels moyens de dépollution peuvent par exemple comporter un filtre à particules ou encore un piège à NOx, intégrés par exemple dans une ligne d'échappement d'un moteur Diesel. Un tel filtre à particules disposé dans une ligne d'échappement d'un moteur de véhicule automobile, piège les particules présentes dans les gaz 15 d'échappement du moteur. Périodiquement, il convient de procéder à la combustion de ces particules piégées dans le filtre pour nettoyer ce dernier. Pour que ces particules brûlent, il faut donc augmenter leur température en augmentant la température du filtre et/ou des gaz d'échappement. Cette opération de régénération doit également se faire sans que le conducteur du véhicule ne s'en aperçoive. Pour cela, le couple et le bruit de fonctionnement du moteur en mode de régénération doivent être maintenus aux mêmes niveaux que ceux en mode de fonctionnement normal. Pour augmenter la température des gaz d'échappement qui traversent un tel filtre, on peut soit augmenter la température des gaz d'échappement qui sortent du moteur à l'ouverture des soupapes d'échappement, soit engendrer une réaction catalytique exotherme entre des réducteurs (de type par exemple HC ou hydrocarbures imbrûlés, CO ou monoxyde de carbone) et de l'oxygène présent dans les gaz d'échappement, sur le catalyseur d'oxydation placé dans la ligne d'échappement entre le moteur et ce filtre. Pour augmenter la température des gaz qui sortent du moteur à l'ouverture des soupapes d'échappement, on peut également soit réduire la quantité d'air frais admise dans le moteur, par exemple par un vannage à l'admission, soit dégrader le rendement thermodynamique du moteur par une augmentation des pertes par pompage du moteur, par exemple en appliquant du vannage à l'admission (baisse de la pression d'admission du moteur par fermeture d'un papillon de vannage) ou à l'échappement (augmentation de la pression d'échappement du moteur par fermeture du turbocompresseur lorsque le moteur est associé à un tel turbocompresseur), un sous-calage de l'injection principale ou encore l'application d'une ou de plusieurs post-injections dont la quantité de carburant injecté brûle complètement ou en partie. Dans ce dernier cas, la partie qui ne brûle pas complètement, reste présente sous forme d'HC, c'est-à-dire d'hydrocarbures imbrûlés dans les gaz. Pour générer des réducteurs supplémentaires dans les gaz d'échappement du moteur, on peut appliquer une ou plusieurs post-injections de façon classique, dont une partie du carburant injecté brûle dans le cylindre et contribue ainsi à l'augmentation de la température des gaz dans le cylindre et dont une autre partie du carburant injecté ne brûle pas, mais conduit à la forma- tion de réducteurs (principalement HC) . Cette façon de créer des réducteurs dans les gaz conduit générale-ment à des forts taux de dilution du carburant dans l'huile. Le même raisonnement peut également être suivi pour tout autre type de post-traitement des gaz qui nécessite de temps à autre, un fonctionnement à haute température, comme par exemple un piège à NOx, qui nécessite une désulfatation régulière à très haute température. De même, d'autres dispositifs placés dans la ligne d'échappement du moteur, comme par exemple un dispositif permettant une récupération d'énergie thermique à l'échappement, peuvent nécessiter une augmentation de la tempéra- ture des gaz d'échappement. Le but de l'invention est donc de proposer un tel système d'aide. A cet effet, l'invention a pour objet un système d'aide à la régénération de moyens de dépollution intégrés dans une ligne d'échappement d'un moteur de véhicule automobile et comportant en outre des moyens formant catalyseur d'oxydation, dans lequel le moteur est associé à des moyens à rampe commune d'alimentation en carburant associés à ides moyens de pilotage de leur fonctionnement, de manière à provoquer des injections de carburant dans les cylindres du moteur, caractérisé en ce que les rnoyens d'alimentation sont adaptés pour déclencher au moins une post-injection de carburant, comprise entre -150 et - 360 vilebrequin, afin de produire des hydrocarbures imbrûlés dans les gaz d'échappement du moteur, à destination des moyens formant catalyseur. Suivant d'autres caractéristiques: - la quantité de carburant injectée est déterminée en fonction du ré-5 gime et de la charge du moteur; - la quantité de carburant est déterminée à partir d'une cartographie d'injection prédéterminée en fonction du régime et de la charge du moteur; - une quantité élémentaire de carburant est injectée dans chaque cylindre à chaque cycle du moteur; - n quantités élémentaires de carburant sont injectées dans chaque cylindre tous les n cycles moteur; -la quantité élémentaire de carburant injecté est comprise entre 0,5 et 7 mg/coup d'injection; - les moyens de dépollution comprennent un filtre à particules; et - les moyens de dépollution comprennent un piège à NOx. 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 annexés, sur lesquels: - la Fig.1 représente un schéma synoptique illustrant la structure géné-20 raie d'un système d'aide selon l'invention; - la Fig.2 illustre les différentes injections mises en oeuvre dans un système selon l'invention; et - la Fig.3 représente différentes variantes d'injection. On reconnaît en effet sur la figure 1, un moteur de véhicule automo- bile, tel qu'un moteur Diesel désigné par la référence générale 1, dont l'entrée est reliée à des moyens d'admission de gaz désignés par la référence générale 2 et dont la sortie est reliée à une ligne d'échappement désignée par la référence générale 4. Cette ligne d'échappement est munie de façon classique de moyens de dépollution désignés par la référence générale 7, comprenant au moins des moyens formant catalyseur d'oxydation désignés par la référence générale 5 et par exemple un filtre à particules ou un piège à NOx, désigné par la référence générale 6. Ce moteur est également associé à des moyens à rampe commune d'alimentation en carburant désignés par la référence générale 7 sur cette figure, présentant n'importe quelle structure classique appropriée et qui sont associés à des moyens de pilotage de leur fonctionnement désignés par la référence géné- raie 8, comprenant tout calculateur de contrôle moteur approprié, pour provoquer des injections de carburant dans les cylindres du moteur. Comme cela est illustré sur la figure 2, de tels moyens permettent en effet de provoquer différentes injections de carburant dans les cylindres du moteur, selon par exemple au moins une injection pilote désignée par la référence générale 10 sur cette figure 2, une injection principale désignée par la référence générale Il, associée éventuellement à une ou plusieurs post-injections de type classique, désignées par la référence générale 12. Selon l'invention, les moyens d'alimentation sont également adaptés pour déclencher au moins une post-injection de carburant comprise entre -150 et -360 vilebrequin, c'est-à-dire après le point mort haut de combustion, telle que celle désignée par la référence générale 13 sur cette figure 2. La borne à -360 vilebrequin correspond à la fermeture des soupapes d'échappement du cylindre concerné. Cette post-injection est généralement de très faible quantité par rapport aux quantités mises en oeuvre dans des post-injections classiques et la quantité de carburant injectée peut par exemple être comprise entre 0, 5 et 7 mg/coup d'injection. En fait, cette quantité de carburant injectée est déterminée en fonction du régime et de la charge du moteur et cette quantité peut être déterminée à par- tir d'une cartographie d'injection prédéterminée, en fonction de ce régime et de cette charge, établie lors d'une campagne d'essais. Une telle post-injection brûle ainsi avec un très faible rendement de combustion dans la chambre de combustion et le carburant injecté reste présent dans les gaz sous forme d'hydrocarbures imbrûlés. Ceci permet alors grâce au phasage très tardif, un découplage complet entre la création de température dans les cylindres et la création d'hydrocarbures imbrûlés dans celui-cii. Contrairement aux pratiques connues, dans lesquelles la post-injection est injectée dans une chambre de combustion très chaude et sous haute pression, dans l'invention, la post-injection est injectée à un moment où les conditions thermodynamiques dans la chambre de combustion ne permettent plus une combustion complète de ce carburant. Il n'y a donc pas de génération de couple moteur. De plus, grâce à la très faible quantité de carburant injectée, il se produit une très faible dilution d'huile. Contrairement aux systèmes de l'état de la technique, dans lesquels une grande quantité de postinjections est nécessaire afin de créer des HC, dans l'invention, une très petite quantité permet la création d'une concentration comparable d'HC. Les HC générés par cette post-injection très tardive sont donc amenés par les gaz d'échappement jusqu'aux moyens formant catalyseur d'oxydation où ils réagissent avec l'oxygène présent dans les gaz. Cette réaction étant exothermique, la température des gaz d'échappement augmente et permet la combustion des suies piégées dans le filtre à particules par exemple. Comme cela est illustré sur la figure 3, différentes variantes d'injection 15 peuvent être envisagées. C'est ainsi par exemple qu'une quantité élémentaire de carburant peut être injectée dans chaque cylindre à chaque cycle du moteur. Cependant, n quantités élémentaires de carburant peuvent également être injectées dans chaque cylindre tous les n cycles moteur, comme cela est illustré par exemple par les quantités 4q et 2q respectivement sur la figure 3. Dans l'exemple illustré d'un moteur à quatre cylindres, un cycle moteur représente deux tours de vilebrequin ou 720 . Ainsi, au lieu d'appliquer une post-injection de quantité q à chaque cylindre individuellement et à chaque cycle moteur (deux tours ou 720 vilebrequin pour un moteur à quatre temps), on peut imaginer que dans le cas d'un moteur à quatre cylindres, on injecte une quantité 4q dans un cylindre et on fait tourner le cylindre où l'on injecte de façon cyclique, cette post-injection tardive. Chaque cylindre se voit alors injecter 4q de carburant tous les quatre cycles moteur, c'est-à-dire tous les huit tours vilebrequin pour un moteur à quatre temps. Une quantité 2q dans chaque cylindre peut également être envisagée, mais on ne l'applique alors qu'à un cycle moteur sur deux. Par cycle moteur, deux des quatre cylindres peuvent ainsi recevoir une telle post-injection. Bien entendu, le système selon l'invention peut être combiné avec d'autres systèmes destinés à augmenter la température dans le filtre à particules ou le piège à NOx. REVENDICATIONS 1. Système d'aide à la régénération de moyens de dépollution (6) intégrés dans une ligne d'échappement (3) d'un moteur (1) de véhicule automobile et comportant en outre des moyens formant catalyseur d'oxydation (5), dans lequel le moteur (1) est associé à des moyens (7) à rampe commune d'alimentation en carburant associés à des moyens de pilotage (8) de leur fonctionnement, de manière à provoquer des injections (10, 11, 12) de carburant dans les cylindres du moteur, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation (7,8) sont adaptés pour déclencher au moins une postinjection (13) de carburant, comprise entre -150 et -360 vilebrequin, afin de produire des hydrocarbures imbrûlés dans les gaz d'échappement du moteur, à destination des moyens formant catalyseur (5). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité de carburant injectée est déterminée en fonction du régime et de la charge du moteur. 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la quantité de carburant est déterminée à partir d'une cartographie d'injection pré-déterminée en fonction du régime et de la charge du moteur. 4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une quantité élémentaire de carburant est injectée dans 20 chaque cylindre à chaque cycle du moteur. 5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que n quantités élémentaires de carburant sont injectées dans chaque cylindre tous les n cycles moteur. 6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, 25 caractérisé en ce que la quantité élémentaire de carburant injecté est comprise entre 0,5 et 7 mg/coup d'injection. 7. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de dépollution (6) comprennent un filtre à parti-cules. 8. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de dépollution (6) comprennent un piège à NOx.