Brevet FR2909135A1 — publié le 20080530

SYSTEME D'ALIMENTATION MULTI-INJECTION POUR MAITRISE DES HYDROCARBURES IMBRULES [0001] Le domaine technique de l'invention concerne un système d'alimentation en carburant d'un moteur diesel de véhicule automobile à injection directe. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un système d'alimentation comportant des moyens d'injection directe et des moyens de pilotage permettant de réaliser des injections multiples durant un même cycle moteur, dans le but de réduire les émissions d'hydrocarbures imbrûlés (HC) et de monoxyde de carbone (CO). [0002] Les systèmes d'alimentation en carburant d'un moteur diesel à injection directe, disposant de moyens permettant de réaliser des injections multiples durant un même cycle moteur existent et ont déjà fait l'objet de brevets. On peut citer, par exemple, le brevet JP 2004027939 qui présente une stratégie visant à maîtriser les quantités de carburant injecté lors d'une configuration à plusieurs injections. Les corrections à apporter à l'injection principale tiennent notamment compte des caractéristiques des injections pilotes antérieures. Habituellement, les injections multiples sont utilisées sur les moteurs diesel à injection directe de façon assez large, avec des objectifs variés : maîtrise du bruit de combustion, maîtrise des émissions de fumées, fonctionnement de certains systèmes de dépollution. Les schémas d'injection généralement utilisés à ces fins, sont les suivants : Une seule injection principale, pour des zones de fonctionnement du moteur à fort régime ou à forte charge. - Une injection principale précédée d'une injection pilote, pour des zones de fonctionnement du moteur à charge intermédiaire, où la contrainte liée au bruit de combustion est faible. 2909135 2 Une injection principale précédée de deux injections pilotes, pour maîtriser le bruit de combustion. Mais actuellement, aucune des stratégies existantes, impliquant notamment une injection principale précédée de plusieurs injections pilotes, n'a pour objet de 5 maîtriser les émissions d'hydrocarbures imbrûlés et de monoxyde de carbone. [0003] L'invention vise à mettre en oeuvre ce type de stratégie pour limiter l'émission de ces gaz polluants. Les dispositifs embarqués couramment utilisés pour ce type de fonction, sont généralement constitués, soit par des catalyseurs d'oxydation, soit par des circuits EGR, qui demeurent des moyens chers et 10 encombrants. L'invention se présente comme une alternative à ces dispositifs en s'affranchissant de ces deux inconvénients majeurs. [0004] La présente invention a pour objet un système d'alimentation en carburant d'un moteur diesel pour véhicule automobile, comportant des moyens d'injection directe reliés à des moyens de pilotage, permettant notamment de réaliser une série 15 d'injections pilotes avant l'injection principale. La principale caractéristique de ce système d'alimentation, est que les moyens de pilotage sont réglés pour que le temps séparant deux injections pilotes successives soit compris entre 20 s et 400 s, et chaque injection pilote correspond à une quantité de carburant injectée comprise entre 0,5 mg et 1,2 mg. La série d'injections pilotes ainsi produite, est 20 assimilable à un train d'ondes. Pour chaque injection pilote, la courbe représentant le débit de carburant en fonction du temps d'injection, a un profil sensiblement triangulaire. [0005] Avantageusement, le nombre d'injections pilotes est compris entre trois et cinq. C'est, en effet, dans cette fourchette de nombre d'injections pilotes que les 25 résultats sont les plus probants, sans occasionner une consommation accrue de carburant et sans accroître le niveau sonore du moteur. [0006] De façon préférentielle, la pression moyenne effective est comprise entre 1 et 6 bars. La PME, ou pression moyenne effective, est la pression qui, si elle était 2909135 3 appliquée de façon constante sur le piston pendant toute sa course motrice, permettrait d'obtenir un travail identique à celui qui est réellement créé. [0007] De façon avantageuse, le régime du moteur diesel est compris entre 1000 et 2500 tr/mn. 5 [0008] Préférentiellement, les injections pilotes ont des caractéristiques différentes. Ces caractéristiques peuvent, par exemple, concerner la quantité de produit injectée, ou le profil de chaque injection. [0009] Avantageusement, la série d'injections pilotes comprend plusieurs injections successives de quantité croissante de carburant. Cette phase d'injections multiples 10 de quantité croissante de carburant, est particulièrement adaptée à une configuration pour laquelle la pression moyenne effective est comprise entre 3 et 6 bars, et pour laquelle le régime moteur est inférieur à 2500tr/mn. [0010] De façon préférentielle, les injections pilotes sont séparées par des temps différents. Cette modularité de l'intervalle de temps entre les injections pilotes, 15 augmente les possibilités d'utilisation de ces injections multiples, pour les adapter, le plus précisément possible, à une situation particulière à traiter. [0011] De façon avantageuse, les injections pilotes sont toutes identiques et sont produites à des intervalles de temps réguliers. Cette phase d'injections pilotes multiples et identiques est particulièrement adaptée à une configuration pour 20 laquelle la pression moyenne effective est inférieure à 3 bars, et pour laquelle le régime moteur est inférieur à 2500tr/mn. [0012] L'invention porte également sur un moteur diesel à combustion interne comprenant un système d'alimentation en carburant selon l'invention. [0013] Les systèmes d'alimentation en carburant d'un moteur diesel de véhicule 25 automobile à injection directe selon l'invention, présentent l'avantage d'engendrer une répartition plus homogène du carburant dans la chambre de combustion, ce qui a pour conséquence de rendre plus efficaces les phénomènes de post oxydation des hydrocarbures imbrûlés et du monoxyde de carbone. Ils présentent également 2909135 4 l'avantage de créer moins de zones de richesse surélevée, évitant ainsi de produire des combustions incomplètes, génératrices d' hydrocarbures imbrûlés et de monoxyde de carbone. [0014] On donne ci-après un exemple de résultats, obtenus avec un système 5 d'alimentation selon l'invention en se référant aux figures 1 à 4. - La figure 1 est un diagramme comparatif montrant les variations du taux de CO en fonction du taux d' oxyde d'azote ou NOx, entre une configuration classique d'injection directe et une configuration d'injection directe selon l'invention. 10 - La figure 2 est un diagramme comparatif montrant les variations du taux de HC en fonction du taux de NOx, entre une configuration classique d'injection directe et une configuration d'injection directe selon l'invention. - La figure 3 est un diagramme comparatif montrant les variations du bruit en fonction du taux de NOx, entre une configuration classique d'injection 15 directe et une configuration d'injection directe selon l'invention. - La figure 4 est un diagramme comparatif montrant les variations de la consommation de carburant en fonction du taux de NOx, entre une configuration classique d'injection directe et une configuration d'injection directe selon l'invention. 20 [0015] Afin de démontrer les effets bénéfiques sur les émissions de monoxyde de carbone et d'hydrocarbures imbrûlés d'un système d'alimentation selon l'invention par rapport à ceux couramment utilisés, deux configurations d'injections multiples sont retenues. - La première, qui appartient à l'état de la technique et qui est donc déjà mise 25 en oeuvre, comprend deux injections pilotes séparées de 800 s et consistant 2909135 5 à injecter successivement 1.5 et 2 mg de carburant, la deuxième injection pilote précédant de 1150 s l'injection principale. - La deuxième est générée par un système d'alimentation selon l'invention. Elle comporte quatre injections pilotes précédant l'injection principale, la 5 première consistant à injecter 1.2 mg de carburant et les trois suivantes consistant à injecter 0.85 mg. Le temps séparant la première et la seconde injection pilote s'élève à 600 s, tandis que le temps séparant les autres injections pilotes entre elles et le temps séparant la quatrième injection de l'injection principale est de 200 s. 10 [0016] Pour les deux configurations précédentes, la phase d'injection principale est analogue et présente des caractéristiques usuelles, la pression moyenne effective étant de 1 bar, et le régime moteur étant de 1350 tr/mn. [0017] En se référant aux figures 1, 2, 3 et 4, les courbes représentatives de la première configuration relient des carrés entre eux et les courbes représentatives de la deuxième 15 configuration relient des losanges entre eux. [0018] En se référant à la figure 1, pour un taux de NOx donné, on observe avec la deuxième configuration, une réduction de monoxyde de carbone d'environ 5 g/kWh. Sur la plage de NOx concernée par les mesures, la réduction relative correspondante est comprise entre 23 et 30 % par rapport à la première configuration. Cet écart reste très 20 significatif. [0019] De même, en se référant à la figure 2, pour un taux de NOx donné, on observe avec la deuxième configuration, une réduction d'hydrocarbures imbrûlés d'environ 1.5 g/kWh. Sur la plage de NOx concernée par les mesures, la réduction relative correspondante s'élève à environ 50 % par rapport à la première configuration. L'écart 25 demeure également très important. [0020] Les diagrammes des figures 3 et 4, montrent que les réductions de particules de CO et de HC occasionnées par un système d'alimentation selon l'invention, ne 2909135 6 s'accompagnent pas d'effets secondaires indésirables. En effet, le diagramme de la figure 3 montre, sur une plage notable d'émission de NOx, qu'avec une stratégie d'injection réalisée à partir d'un système d'alimentation selon l'invention, le niveau sonore du moteur est comparable à celui d'un moteur fonctionnant à partir d'un système usuel d'alimentation 5 en carburant. De même, en termes de consommation de carburant, le diagramme de la figure 4 montre qu'un système d'alimentation selon l'invention n'est pas plus exigeant qu'un système d'alimentation déjà existant. En effet, les niveaux de consommation sont sensiblement identiques d'une configuration à l'autre. REVENDICATIONS 1. Système d'alimentation en carburant d'un moteur diesel pour véhicule automobile, comportant des moyens d'injection directe reliés à des moyens de pilotage, permettant notamment de réaliser une série d'injections pilotes avant l'injection principale, caractérisé en ce que lesdits moyens de pilotage sont réglés pour que le temps séparant deux injections pilotes successives soit compris entre 20 s et 400 s, et pour que chaque injection pilote corresponde à une quantité de carburant injectée comprise entre 0,5 mg et 1,2 mg. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre d'injections pilotes est compris entre trois et cinq. 3. Système selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la pression moyenne effective est comprise entre 1 et 6 bars. 4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le régime du moteur diesel est compris entre 1000 et 2500 tr/mn. 5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les injections pilotes ont des caractéristiques différentes. 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que la série d'injections pilotes comprend plusieurs injections successives de quantité croissante de carburant. 7. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les injections pilotes sont séparés par des temps différents. 8. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les injections pilotes sont toutes identiques et sont produites à des intervalles de temps réguliers. 2909135 8 9. Moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un système d'alimentation selon l'une quelconque des revendications précédentes.