Brevet FR2904362A1 — publié le 20080201

- 1 - DISPOSITIF DE VAPORISATION DE CARBURANT DANS UNE LIGNE D'ECHAPPEMENT DE VEHICULE L'invention se situe dans le domaine de la dépollution des moteurs thermiques à combustion interne équipant les véhicules routiers, notamment les moteurs Diesel. Plus précisément, cette invention concerne un dispositif de vaporisation de carburant dans une ligne d'échappement de moteur à rampe commune d'injection sous pression comprenant un vaporiseur alimenté en carburant, dont la sortie de vapeur débouche dans la ligne d'échappement du moteur. Un tel dispositif permet notamment de vaporiser du 15 carburant dans une ligne d'échappement de véhicule routier équipée ou non d'un filtre à particules (FàP). L'invention vise en particulier à améliorer la régénération des filtres à particules par l'apport de réducteurs dans la ligne d'échappement, et trouve une 20 application possible sur tout véhicule équipé d'un système post-traitement Diesel FàP ou NOx-trap. Les filtres à particules sont généralement précédés ou associés à un catalyseur, permettant d'oxyder les réducteurs, tels que HC et CO présents dans les gaz 25 d'échappement. L'initialisation et le maintien de la régénération du filtre, s'obtiennent en élevant la température interne de celui-ci. Afin d'obtenir la chaleur nécessaire, il est possible d'utiliser le catalyseur généralement placé en 30 amont du FàP pour réduire les hydrocarbures et le monoxyde d'azote. Une première méthode pour déclencher ou faciliter la régénération des filtres à particules consiste à faire des injections tardives de carburant dans le cylindre. Le 2904362 - 2 - carburant injecté tardivement ne brûle pas dans le cylindre, mais est oxydé dans le catalyseur, et cette réaction exothermique favorise la régénération du FàP. Toutefois, une partie du carburant injecté 5 tardivement se mélange à l'huile sur les fûts des cylindres, et provoque une dilution importante du gasoil dans l'huile, avec un effet très néfaste sur la fiabilité du moteur. Pour éviter cet inconvénient, une deuxième méthode 10 consiste à placer un injecteur de carburant dans la ligne d'échappement, et à injecter du carburant liquide dans la ligne d'échappement en amont du catalyseur d'oxydation, pour obtenir la même réaction exothermique, qu'avec les injections tardives. Le carburant injecté à l'échappement se vaporise, et est entraîné par les gaz d'échappement vers le catalyseur d'oxydation, tout en se mélangeant à ces derniers : plus le mélange du carburant dans les gaz d'échappement est homogène avant l'entrée du catalyseur, plus la réaction d'oxydation au sein de celui-ci est homogène, et plus la température des gaz en entrée du filtre est homogène. En pratique, l'injection de carburant liquide dans la ligne d'échappement se traduit par la création d'un film sur la paroi de celle-ci. Le carburant se vaporise ensuite en raison de la température des gaz. Mais la distance entre la zone de vaporisation et l'entrée du catalyseur est parfois insuffisante pour avoir un mélange homogène à l'entrée du catalyseur, notamment en raison de l'agitation des gaz d'échappement. On a ainsi pu mettre en évidence, par simulation, des zones de plus forte richesse se propageant le long de la ligne d'échappement. De telles zones, plus riches en carburant, provoquent localement des températures plus élevées dans le catalyseur, qui peuvent entraîner une usure prématurée de celui-ci. 2904362 3 Une troisième méthode, illustrée par la publication EP 1 643 092 consiste à introduire le carburant sous forme de vapeur dans la ligne d'échappement, afin d'améliorer son mélange avec les gaz. Selon cette publication, le carburant 5 est chauffé jusqu'à sa température de vaporisation, avant son introduction dans les gaz d'échappement. Le système de vaporisation de carburant comprend une pompe hydraulique prélevant du carburant liquide dans le réservoir de carburant du véhicule et une bougie de chauffage 10 électrique, assurant la vaporisation du carburant avant son introduction dans la ligne d'échappement. La présente invention vise à simplifier un tel système, notamment en supprimant sa pompe hydraulique. Dans ce but, elle propose que le carburant soit 15 prélevé sur un secteur pressurisé du circuit d'injection de carburant du moteur, et qu'il entre en contact à l'état liquide non pulvérisé, avec l'élément chauffant du vaporiseur. Selon un mode de réalisation particulier, le 20 vaporiseur est alimenté à partir de la pompe d'injection commune du moteur, de préférence un étage basse pression de celle-ci. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront clairement à la lecture de la 25 description suivante d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est un schéma d'ensemble du dispositif proposé, et 30 - la figure 2 illustre le fonctionnement du vaporiseur. Sur la figure 1, on a fait apparaître le système de vaporisation proprement dit 1, dans la ligne d'échappement 6 d'un véhicule, équipé d'un moteur à injection haute 35 pression par rampe commune dite common rail (non 2904362 - 4 - représenté). Ce dispositif comprend un clapet anti-retour 9, et un vaporiseur 11 renfermant un élément chauffant 10. Il est alimenté en carburant par une ligne d'alimentation 8. La ligne 8 prend le carburant sur la pompe d'injection 5 commune de la rampe ou pompe common rail 7. Dans celle-ci, le débit est pris de préférence entre en sortie d'une pompe de gavage, par exemple entre celle-ci, et la pompe haute pression proprement dite 3. Toutefois, la pompe de gavage, peut aussi être électrique, auquel cas, elle ne 10 sera pas intégrée à la pompe haute pression. A titre indicatif, le carburant peut être prélevé sous une pression comprise entre deux et 10 bars. Il traverse un limiteur de pression 4, qui assure une pression inférieure à 2 bars en aval de celui-ci, puis un élément doseur, ou module de 15 dosage 5. Ce dernier permet, par une commande électrique, de doser une quantité de carburant le traversant, en faisant varier un temps de commande. Le vaporiseur 11 est alimenté à partir d'un secteur pressurisé du circuit de carburant du moteur, tel que la 20 pompe d'injection commune 7 du moteur. Selon un mode de réalisation préféré, mais non limitatif, il est alimenté par l'étage basse pression de la pompe d'injection 7 du moteur. Conformément au schéma, l'élément doseur 5, injecteur 25 de carburant ou électrovanne proportionnelle, peut être disposé entre la pompe d'injection du moteur et le vaporiseur. Le dosage est effectué par exemple par un injecteur MPI essence ou par une électrovanne proportionnelle, permettant d'injecter du carburant dans le 30 vaporiseur à l'état liquide non pulvérisé, en contrôlant le débit de carburant injecté en fonction de son temps d'ouverture. Le composant doseur, injecteur (de type essence GDI ou MPI), électrovanne proportionnelle ou autre, 2904362 5 est avantageusement installé de manière déportée sur la ligne d'alimentation 8. L'élément du dosage 5 peut aussi être intégré à la pompe d'injection commune 7 du moteur. La ligne d'alimentation 8 comprend aussi composant 5 limiteur de pression ou une restriction calibrée 4 en sortie de la pompe permettant de faire chuter la pression du carburant. La limitation de pression peut notamment être obtenue soit par une restriction calibrée (trou cylindrique ou passage en couche mince entre deux cylindres) soit par 10 un régulateur de pression de type écrêteur sans retour. Selon la disposition retenue, le limiteur de pression 4 peut être disposé en amont ou de l'élément de dosage (cf. figure 1), en aval de l'élément de celui-ci, ou encore être intégré dans celui-ci (dispositions non décrites sur le 15 schéma). Enfin, sans sortir du cadre de l'invention, le limiteur de pression 4 peut aussi être intégré à la pompe d'injection commune 7 du moteur. En résumé, il peut donc être distinct des autres composant, intégré à la pompe common rail 7 ou intégré au module de dosage 5. 20 Par ailleurs, une électrovanne sécurité de fonctionnement (SdF) de coupure (non représentée) sur les schémas, peut être ajoutée au circuit d'alimentation 8. Grâce à ces dispositions, le carburant, qui est prélevé sur un secteur pressurisé du circuit d'injection de 25 carburant du moteur 8, entre en contact à l'état liquide non pulvérisé, avec l'élément chauffant 10 du vaporiseur 11. Le vaporiseur 11 illustré par la figure 2, comprend notamment une entrée de carburant 12 et l'élément chauffant 30 10, de préférence électrique de type résistif. L'élément chauffant 10 est placé dans une chambre de vaporisation 13 permettant le contact entre le carburant et l'élément chauffant. A ce contact, le carburant passe sous forme gazeuse et l'augmentation de pression le pousse vers un 2904362 6 conduit de sortie 14 pénétrant à l'intérieur de la ligne d'échappement 6, où il s'échappe par l'orifice 15. Enfin, selon un mode de réalisation préféré, mais non limitatif, le vaporiseur 11 peut être est constitué de pièces en métal 5 mécano soudées, et l'élément chauffant 10 peut être une bougie de préchauffage métallique. En résumé, l'invention propose d'utiliser un système de vaporisation de carburant alimenté de préférence par l'étage basse pression de la pompe common rail du 10 moteur. Le dispositif proposé comprend tout ou partie des composants suivants : un composant limitant la pression du carburant, un composant doseur, un clapet anti-retour, un vaporiseur disposant de façon non limitative, selon le mode de réalisation préféré décrit ci-dessus, d'une entrée de 15 carburant, d'une chambre de vaporisation contenant un élément chauffant électrique, d'une sortie de vapeur de carburant vers l'échappement, et si besoin d'une électrovanne de sûreté de fonctionnement. Les dispositions proposées par l'invention, reposent 20 sur l'alimentation du système de vaporisation par l'étage basse pression d'une pompe common rail , notamment dans le cas où celui-ci génère une pression comprise entre 2 et 8 bars. Ces dispositions permettent de s'affranchir de la pompe additionnelle nécessaire pour prendre le carburant 25 dans le réservoir du véhicule. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, elles se limitent à un piquage de carburant sur l'étage basse pression de la pompe common rail, un composant limiteur de pression, un composant doseur de carburant, un clapet anti-retour évitant à la 30 vapeur de remonter le circuit de carburant, un vaporiseur, et éventuellement une électrovanne de sûreté de fonctionnement. Ce vaporiseur est composé simplement d'une entré de carburant, d'une chambre de vaporisation contenant un élément chauffant et une sortie de vapeur de carburant 2904362 - 7 - vers l'échappement, de sorte que le coût global du dispositif de vaporisation proposé est très inférieur à celui des systèmes utilisés habituellement. REVENDICATIONS 1. Dispositif de vaporisation de carburant dans une ligne d'échappement de moteur à rampe commune d'injection sous pression comprenant un vaporiseur {11) alimenté en carburant, dont la sortie de vapeur (14) débouche dans la ligne d'échappement (6) du moteur, caractérisé en ce le carburant est prélevé sur un secteur pressurisé (7) du circuit d'injection de carburant du moteur, et en ce qu'il entre en contact à l'état liquide non pulvérisé, avec l'élément chauffant (10) du vaporiseur. 2. Dispositif de vaporisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le vaporiseur (11) est alimenté à partir de la pompe d'injection commune (7) du moteur. 3. Dispositif de vaporisation selon la revendication 2, caractérisé en ce que le vaporiseur (1) est alimenté par un étage basse pression de la pompe d'injection commune (7) du moteur. 4. Dispositif de vaporisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un élément doseur (5) disposé entre la pompe (7) et le vaporiseur (11). 5. Dispositif de vaporisation selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément doseur (5) est un 25 injecteur de carburant. 6. Dispositif de vaporisation selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément doseur (5) est une électrovanne proportionnelle. 7. Dispositif de vaporisation selon l'une des 30 revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un limiteur de pression (4). 8. Dispositif de vaporisation selon la revendication 7, caractérisé en ce que le limiteur de pression (4) est disposé en amont de l'élément de dosage (5). 2904362 - 9 - 9. Dispositif de vaporisation selon la revendication 7, ont caractérisé en ce que le limiteur de pression (4) est disposé en aval de l'élément de dosage (5). 10. Dispositif de vaporisation selon la revendication 5 7, caractérisé en ce que le limiteur de pression (4) est intégré à l'élément de dosage (5). 11. Dispositif de vaporisation selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que le limiteur de pression (4) est intégré à la pompe d'injection commune (7) 10 du moteur. 12. Dispositif de vaporisation selon l'une des revendications 4 à 7 ou 11, caractérisé en ce que l'élément de dosage (5) est intégré à la pompe d'injection commune (7) du moteur. 15 13. Dispositif de vaporisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit d'alimentation (8) du vaporiseur (11) inclut une électrovanne de sûreté de fonctionnement.