Brevet FR2914014A1 — publié le 20080926

L'invention concerne un procédé de régénération d'un dispositif d'épuration de gaz d'échappement d'un moteur thermique. Pendant un processus de combustion d'un mélange carburant / air dans des moteurs Diesel, il apparaît dans certaines conditions de fonctionnement des particules de fumée qui sont évacuées avec le gaz d'échappement. Une émission libre des particules de fumée est non seulement indésirable en raison des réglementations légales renforcées mais elle peut aussi endommager un dispositif d'épuration de gaz d'échappement intégré dans le canal de gaz d'échappement. À titre d'exemple, lorsque la durée de fonctionnement augmente, les catalyseurs accumulateurs de NO, peuvent être obstrués par le dépôt croissant de particules de fumée. Pour réduire l'émission de particules de fumée dans des moteurs Diesel de véhicules automobiles, on sait prévoir un filtre à particules Diesel dans le circuit de gaz d'échappement. Ce filtre doit être régénéré à intervalles réguliers, c'est-à-dire que les particules de fumée stockées dans le filtre à particules doivent être brûlées pour que la contre-pression de gaz d'échappement créée par la résistance croissante du filtre à particules de plus en plus encrassé ne devienne pas trop grande. Dans toutes les situations de conduite envisageables, la température du filtre à particules Diesel produite par le moteur ne suffit toutefois pas à déclencher une régénération fiable du filtre à particules. Le gaz d'échappement du moteur Diesel est bien trop froid. Pour la régénération d'un filtre à particules Diesel, la température du filtre doit être accrue par rapport à sa température critique de manière à brûler la fumée accumulée sur le filtre. Ce résultat est généralement obtenu en réglant les paramètres de commande de moteur et notamment ici en effectuant une ou plusieurs injections de carburant supplémentaires. Dans ce contexte, on sait brûler dans les cylindres des post-injections qui ont par leur position un rendement correspondant faible et donc une large neutralité vis-à-vis du couple, de telle sorte que la température du gaz d'échappement est accrue. L'inconvénient de cette solution réside dans le compromis à trouver entre d'une part une combustion sûre dans les cylindres et d'autre part la neutralité souhaitée vis-à-vis du couple. Un autre procédé connu prévoit de positionner les post-injections si tard que leur combustion ne se produit plus dans les cylindres. Grâce à un catalyseur placé dans le circuit de gaz d'échappement ou à un filtre à particules à revêtement catalytique, ce carburant est alors transformé en énergie thermique. Comme une température de démarrage appropriée est nécessaire à l'action catalytique, les deux procédés présentés sont utilisés en combinaison. L'inconvénient de cette solution est le coût technique important au niveau du système d'injection et de la commande de celui-ci pour réaliser ces post-injections tardives. On connaît à cet effet par le document DE 197 46 855 Al un procédé pour faire fonctionner un moteur thermique à pistons dans lequel la quantité de carburant nécessaire au cycle moteur respectif est dimensionnée en fonction de la demande de charge par l'intermédiaire d'une commande de moteur et est injectée directement au moyen d'un injecteur à chaque fois dans les différents cylindres. En outre, après l'injection de la quantité de carburant dimensionnée pour le cycle moteur, une quantité de carburant supplémentaire est injectée par l'intermédiaire de l'injecteur après la fin de la phase de combustion lorsque le piston se trouve respectivement dans sa course d'expansion dans la zone de la position de point mort bas. Les gaz d'échappement sortant des cylindres sont conduits à travers au moins un dispositif de post- traitement de gaz d'échappement à action mécanique, chimique et/ou catalytique pour éliminer des polluants. L'inconvénient de post-injections extrêmement tardives de ce type réside dans le coût technique important du système d'injection et de la commande de celui-ci. Le document DE 103 20 890 Al présente un procédé dans lequel des mélanges pauvres et riches de carburants sont produits en alternance pour le chauffage d'un catalyseur dans le gaz d'échappement d'un moteur thermique, le moteur thermique fonctionnant dans un premier mode avec des remplissages de chambre de combustion stratifiés et dans un deuxième mode avec des remplissages de chambre de combustion homogènes. À partir de cet état de la technique, la présente invention vise pour un procédé générique à atteindre par des mesures simples, internes au moteur, un chauffage et une régénération efficaces et sûrs d'un dispositif d'épuration de gaz d'échappement d'un moteur thermique. Ce problème est résolu par un procédé décrit dans le paragraphe ci-dessous. Des formes de réalisation et des variantes avantageuses, qui peuvent être utilisées de manière individuelle ou combinée, sont présentées dans les paragraphes suivants. Selon l'invention, on réalise comme mesure de régénération une post-injection de préférence enrichie, au moins 10 % de la quantité de carburant post-injectée restant imbrûlés, et ce en fonction du point de fonctionnement à intervalles cycliques pour des cycles de travail sélectionnés d'au moins un cylindre du moteur thermique, après le temps moteur des cycles de travail sélectionnés, après que le piston de ce cylindre a atteint la zone de la position de point mort haut et avant que ce piston atteigne la zone de la position de point mort bas. Le procédé permet d'amener dans le circuit de gaz d'échappement des quantités importantes de carburant imbrûlé avec lesquelles une régénération du dispositif d'épuration de gaz d'échappement peut être effectuée. Le choix du cycle de travail est effectué de préférence de telle sorte que l'influence exercée sur le couple fourni par le moteur est minimale. De préférence, on effectue après le temps moteur du cycle de travail sélectionné une injection principale avec une quantité de carburant qui est réduite par rapport à la quantité de carburant d'une injection principale lorsque aucune mesure de régénération ne s'effectue au même point de fonctionnement. Ceci étant, il faut comprendre par cycle de travail d'un cylindre les 4 temps c'est-à-dire deux rotations du vilebrequin dans le cas d'un moteur thermique à quatre temps, un cycle de travail comprenant donc l'admission, la compression, le travail et l'échappement. Le dispositif d'épuration de gaz d'échappement est de préférence un filtre à particules. Cependant, l'invention comprend aussi d'autres dispositifs d'épuration de gaz d'échappement tels que par exemple un catalyseur à oxydation ou un catalyseur accumulateur à NON. Selon l'invention, on modifie des temps moteurs individuels de telle sorte que, à partir du cylindre respectif, plus de 10 %, notamment plus de 20 % et très avantageusement plus de 30 %, de la quantité de carburant injectée, imbrûlés, mais le cas échéant modifiés chimiquement, sont évacués dans le circuit de gaz d'échappement. Selon l'application, 70 % à 100 % du carburant peuvent même rester imbrûlés. Cette manipulation s'effectue avantageusement entre un deuxième et un quarantième temps moteur, de préférence dans la plage comprise entre le quatrième et le vingtième temps moteur et notamment aux environs du sixième au dix-septième temps moteur. Le temps moteur respectif, pendant lequel la manipulation s'effectue, peut alors varier ou être avantageusement choisi fixe, par exemple à chaque septième ou neuvième ou onzième temps moteur. En particulier, lorsque le temps moteur respectif est choisi fixe comme indiqué en dernier lieu (par exemple chaque septième temps moteur), le temps moteur est choisi de telle sorte que, avantageusement, plusieurs cylindres du moteur thermique et notamment tous les cylindres du moteur thermique subissent cette manipulation après le temps moteur. En fait, pour un moteur thermique à trois cylindres, le temps moteur choisi fixe n'est pas divisible par 3 (2, 4, 5, 7, ...) et, pour un moteur thermique à quatre cylindres, le temps moteur manipulé choisi n'est pas divisible par quatre et notamment n'est pas divisible par 2. Il en va de même pour des nombres de cylindres supérieurs (5, 6, ...). Le choix approprié du temps moteur réside dans le dimensionnement du moteur thermique et est déterminé pendant le fonctionnement du moteur thermique. L'enrichissement par la post-injection est choisi de manière à atteindre un coefficient d'air Lambda 5 0,95 et avantageusement _ 0,3, de préférence >_ 0,45. Selon le moteur thermique, la plupart des enrichissements ont un Lambda entre 0,5 et 0, 75. Au lieu d'un enrichissement d'un cylindre individuel comme on l'a décrit cidessus (ou en complément de cette mesure), l'injection principale peut être réduite en quantité de telle sorte que la post-injection effectuée après le point mort haut ne s'allume plus correctement. De cette manière aussi, des quantités importantes de carburant imbrûlé arrivent dans le circuit de gaz d'échappement. Des conditions de fonctionnement de ce type sont atteintes lorsque l'injection principale est typiquement S 60 %, de préférence 5 40 % et notamment S 20 % de la quantité normale (quantité des autres cylindres). La réduction de l'injection principale est alors possible jusqu'à O. La valeur réglée dépend alors non seulement du type du moteur thermique mais aussi notamment du point de fonctionnement respectif. Cet élément aussi est examiné et réglé lors du fonctionnement du moteur thermique. La manipulation cyclique s'effectue de préférence en tenant compte de la condition de nombre premier ci-dessus entre chaque deuxième et quarantième temps moteur, de préférence entre chaque quatrième et vingtième temps moteur et notamment entre chaque sixième et dix-septième temps moteur. La manipulation cyclique des injections principale et secondaire est judicieusement effectuée jusqu'à ce que la régénération du filtre à particules soit terminée. Dans une variante avantageuse de l'invention, on surveille au choix la température du filtre à particules ou la température dans le circuit de gaz d'échappement avant le filtre à particules au moyen d'un capteur. Selon une variante ou en supplément, la température du filtre à particules peut être calculée avec un modèle approprié. Il est aussi avantageux de déterminer le degré de charge du filtre à particules au moyen d'un procédé approprié de manière à pouvoir effectuer une manipulation ciblée de l'injection principale et de la post-injection. L'invention comprend de préférence les deux variantes ci-dessous . Mélange trop riche avec injection principale, la dernière post-injection commençant de préférence pour une position angulaire dans laquelle le carburant brûle encore sûrement au début. Cette position angulaire dépend toutefois des injections précédentes et est comprise entre 0 et 60 après le point mort haut. Mélange trop riche sans injection principale ou seulement avec une petite injection principale pour laquelle le carburant injecté de la dernière post-injection ne brûle certainement plus. Dans cette variante, la position angulaire possible dépend du taux de compression du moteur et de la charge au-delà de la limite de combustion et elle est donc en général supérieure à 30 après le point mort haut. De préférence, la plus grande position angulaire représentable avec le système d'injection est particulièrement sûre pour une post-injection, par exemple jusqu'à 150 après le point mort haut. Selon un autre aspect de l'invention, un moteur thermique à injection directe, de préférence un moteur Diesel, est conçu pour la réalisation du procédé selon l'invention. De préférence, il est prévu à cet effet, dans le cas d'un moteur thermique à injection directe, de préférence un moteur Diesel, comportant un appareil de commande de moteur et un dispositif d'épuration de gaz d'échappement placé dans un circuit de gaz d'échappement du moteur thermique, de concevoir l'appareil de commande de telle sorte que, comme mesure de régénération du dispositif d'épuration de gaz d'échappement, on réalise une post-injection de préférence enrichie, au moins 10 % de la quantité de carburant post-injectée restant imbrûlés, et ce en fonction du point de fonctionnement à intervalles cycliques pour des cycles de travail sélectionnés d'au moins un cylindre du moteur thermique, après le temps moteur des cycles de travail sélectionnés, après que le piston de ce cylindre a atteint la zone de la position de point mort haut et avant que ce piston atteigne la zone de la position de point mort bas. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre à titre d'exemple, lorsque prise en relation avec les dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 35 est un agencement d'un filtre à particules dans un conduit de gaz d'échappement d'un moteur thermique Diesel ; et la figure 2 est un tableau représentant la répartition uniforme des cycles de travail manipulés d'un moteur à 4 cylindres pour une séquence d'allumage de cylindres prescrite avec des durées de cycle de 3 et 7 temps moteurs. La figure 1 montre un agencement d'un filtre à particules 10 dans un conduit de gaz d'échappement 12 d'un moteur thermique à injection directe, de préférence un moteur Diesel 14 d'un véhicule automobile. Du côté des gaz d'échappement, plusieurs capteurs peuvent être associés au conduit de gaz d'échappement 12, par exemple des capteurs de température 16, 18 ou des capteurs de pression 20, 22. Les grandeurs déterminées de cette manière entrent dans un appareil de commande de moteur 24. Par l'intermédiaire de l'appareil de commande de moteur 24, on peut commander de manière connue par exemple un système d'injection 26, un papillon des gaz 28 dans un conduit d'admission 30 ou aussi un papillon 32 dans le conduit d'échappement. Pendant un processus de combustion d'un mélange carburant / air dans le moteur Diesel 14, il se forme des particules de fumée qui sont retenues dans le filtre à particules 10 lors du passage du gaz d'échappement. Le degré de charge du filtre à particules est une mesure pour la caractéristique de débit du gaz d'échappement dans le filtre à particules 10 et il augmente lorsque la charge de fumée augmente. Il est évident que l'invention comprend aussi d'autres dispositifs d'épuration de gaz d'échappement, par exemple un catalyseur à oxydation ou un catalyseur accumulateur de NO,. La contre-pression de gaz d'échappement avant le filtre à particules 10 peut être détectée directement par le capteur de pression 20. La pression du gaz d'échappement en aval du filtre à particules 10 peut être détectée par exemple par le capteur de pression 22. Le dispositif d'épuration de gaz d'échappement est régénéré en fonction des paramètres de fonctionnement du moteur thermique et du dispositif d'épuration de gaz d'échappement. Comme mesure de régénération, on réalise une post-injection enrichie en fonction du point de fonctionnement à intervalles cycliques pour des cycles de travail sélectionnés d'au moins un cylindre du moteur thermique, après le temps moteur des cycles de travail sélectionnés, après que le piston de ce cylindre a atteint la zone de la position de point mort haut et avant que ce piston atteigne la zone de la position de point mort bas. Ceci étant, au moins 10 % de la quantité de carburant post-injectée restent imbrûlés et sont utilisés pour le chauffage du dispositif d'épuration de gaz d'échappement. L'appareil de commande de moteur 24 est conçu en conséquence pour effectuer la post-injection enrichie selon l'invention. On effectue alors de préférence, après le temps moteur du cycle de travail sélectionné, une injection principale avec une quantité de carburant qui est réduite par rapport à la quantité de carburant d'une injection principale lorsque aucune mesure de régénération ne s'effectue au même point de fonctionnement. La figure 2 montre pour un exemple la manipulation de cycles de travail individuels pour des durées de cycles prescrites de n = 7 temps moteurs et n = 3 temps moteurs dans le cas d'un moteur à quatre cylindres. La ligne du haut de la figure 2 montre l'ordre chronologique d'allumage classique d'un moteur à cylindres en ligne en commençant par le cylindre 1 puis le cylindre 3, le cylindre 4 et enfin le cylindre 2. Si la durée de cycle vaut 7 temps moteurs, l'injection dans le cycle de travail du cylindre considéré est manipulée à intervalles de n = 7 temps moteurs. Ceci étant, "X" à la figure 2 indique la manipulation du cycle de travail du cylindre considéré. Le tableau montre donc que l'injection dans les cylindres du moteur est manipulée dans l'ordre cylindre 4, cylindre 3, cylindre 1 et cylindre 2. Le cycle se répète avec pour conséquence que tous les cylindres sont manipulés à l'identique, ce qui fait que le fonctionnement régulier du moteur reste garanti. La ligne du bas du tableau de la figure 2 montre la situation pour une durée de cycle de n = 3 temps moteurs dans le cas d'un moteur à quatre cylindres. On manipule, c'est-à-dire enrichit, ici le cycle de travail respectif dans l'ordre cylindre 4, cylindre 3, cylindre 1, cylindre 2, le cycle se répétant ensuite. On peut faire de même pour des moteurs ayant un nombre différent de cylindres. Pour obtenir une manipulation à l'identique des cylindres d'un moteur, la durée de cycle ne doit pas pouvoir être divisée par un nombre premier qui est un élément de la décomposition en nombres premiers du nombre de cylindres. En d'autres termes, on a le tableau suivant pour des moteurs de véhicules automobiles classiques . Nombre de Décomposition en Diviseur non cylindres nombres premiers autorisé 3 3 3 4 2 * 2 2 5 5 5 6 2 * 3 2, 3 8 2* 2* 2 2 12 2 * 2 * 3 2, 3 Il en va de même pour des moteurs avec d'autres nombres de cylindres qui ne sont pas mentionnés dans le tableau. Bien que l'invention ait été particulièrement montrée et décrite en se référant à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il sera compris aisément par les personnes expérimentées dans cette technique que des modifications dans la forme et dans des détails peuvent être effectuées sans sortir de l'esprit ni du domaine de l'invention. 20 25 30 35 LISTE DES RÉFÉRENCES NUMÉRIQUES 10 Filtre à particules 12 Conduit de gaz d'échappement 14 Moteur thermique Diesel 16 Capteur de température 18 Capteur de température 20 Capteur de pression 22 Capteur de pression 24 Appareil de commande de moteur 26 Système d'injection 28 Papillon 30 Conduit d'admission 32 Papillon REVENDICATIONS 1. Procédé pour la régénération d'un dispositif d'épuration de gaz d'échappement agencé dans un circuit de gaz d'échappement (12) d'un moteur thermique à injection directe, de préférence un moteur Diesel (14), caractérisé en ce que l'on réalise comme mesure de régénération une post-injection enrichie, au moins 10 % de la quantité de carburant post-injectée restant imbrûlés, et ce en fonction du point de fonctionnement à intervalles cycliques pour des cycles de travail sélectionnés d'au moins un cylindre du moteur thermique, après le temps moteur des cycles de travail sélectionnés, après que le piston de ce cylindre a atteint la zone de la position de point mort haut et avant que ce piston atteigne la zone de la position de point mort bas. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, après le temps moteur, on effectue une injection principale avec une quantité de carburant qui est réduite par rapport à la quantité de carburant d'une injection principale lorsque aucune mesure de régénération ne s'effectue au même point de fonctionnement. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on choisit les intervalles cycliques de telle sorte que la mesure de régénération s'effectue à l'identique pour chaque cylindre du moteur thermique. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'intervalle cyclique exprimé en un nombre de temps moteurs n'est pas divisible par un nombre premier qui est un élément de la décomposition en nombres premiers du nombre de cylindres du moteur thermique. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d'épuration de gaz d'échappement est un filtre à particules (10), de préférence un filtre à particules Diesel. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la post-injection enrichie mentionnée est dimensionnée de telle sorte que le coefficient d'air X. est de l'ordre de 0,1 S X S 0,95. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on a 0,5 5 X S 0,75. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la post-injection enrichie mentionnée s'effectue pour une position angulaire de vilebrequin entre 0 et 60 après le point mort haut du piston. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'injection principale est inférieure ou égale à 60 % par rapport à la quantité de carburant d'une injection principale lorsque aucune mesure de régénération ne s'effectue au même point de fonctionnement. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les mesures de régénération sont effectuées jusqu'à ce qu'un état de régénération prescrit du dispositif d'épuration de gaz d'échappement (10) soit atteint. 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température du dispositif d'épuration de gaz d'échappement (10) et/ou la température dans le circuit de gaz d'échappement avant le dispositif d'épuration de gaz d'échappement (10) sont surveillées au moyen d'un capteur (16, 18). 12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mesure de régénération s'effectue en fonction de la température de gaz d'échappement et/ou de la température du dispositif d'épuration de gaz d'échappement (10). 13. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mesure de régénération s'effectue en fonction d'un degré de charge du filtre à particules (10). 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le degré de charge est déterminé par la contre-pression de gaz d'échappement avant le filtre à particules (10) par l'intermédiaire d'un capteur de pression (20).5