Brevet FR2921428A1 — publié le 20090327

PROCEDE D'INJECTION DE CARBURANT DANS UN CYLINDRE DE MOTEUR A COMBUSTION INTERNE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un procédé d'injection de carburant dans un cylindre de moteur à combustion interne dans lequel on effectue une ou plusieurs pré injections, une ou plusieurs injections principales au niveau du point mort haut de combustion, une injection après et une ou plusieurs post-injections. Le schéma d'injection classique d'un moteur Diesel en phase d'injection dite normale dont la ligne d'échappement est équipée d'un catalyseur, d'un filtre à particules et d'un piège à NOx peut être décomposé en trois phases . Dans une première phase on effectue une injection pilote ou pré injection. Cette phase comporte une à deux injections phasées entre 40°V et 20°V (V pour vilebrequin) avant le point mort haut de combustion. Ces injections pilotes permettent principalement de réduire le bruit de combustion mais contribuent en partie à la dilution du carburant dans l'huile moteur. Dans une deuxième phase on effectue une injection principale, également appelée � main injection �. Cette phase ne comporte qu'une seule injection phasée au niveau du point mort haut combustion. L'injection principale sert essentiellement à assurer la charge du moteur. Elle est la principale source des émissions de NOx et de particules. Elle génère peu de bruit de combustion et peu de dilution. Dans une troisième phase on effectue une injection après (� after-injection �). Cette phase ne comporte qu'une seule injection phasée entre 10°V et 30°V après le point mort haut combustion. Cette injection a pour intérêt de relancer la combustion pendant la détente et de réduire les émissions de fumée par post-oxydation des suies. Elle génère peu de bruit de combustion mais elle peut contribuer légèrement à la dilution du carburant dans l'huile. Enfin, lors des phases de régénération on effectue une quatrième phase appelée � post-injection �. Cette phase comporte de une à trois injections phasées après l'injection après et donc bien au-delà du point mort haut combustion, typiquement entre 60°V et 100°V après le point mort haut. La quantité de carburant injectée ne participe pratiquement pas à la combustion dans le cylindre ; elle part directement à l'échappement et, via une oxydation dans le catalyseur, elle facilite l'amorçage des phases de régénération dans le filtre à particules et dans le piège à NOx. Par contre les post-injections contribuent fortement à l'augmentation de la dilution du carburant dans l'huile car elles sont phasées tardivement dans le cycle et impactent directement le cylindre. En résumé, les principales sources de dilution du carburant dans l'huile moteur sont les post-injections et les pré-injections. Il a été proposé dans l'art antérieur (US 2003/0033 800) un procédé de régénération d'un filtre à particules pour un moteur Diesel possédant un système d'injection à rampe commune. Ce système permet une injection principale, une première pré-injection précédent l'injection principale ; une seconde pré-injection précédent l'injection principale et suivant la première pré-injection ; une première post-injection suivant l'injection principale ; et une seconde post- injection suivant la première post-injection est effectuée à la course d'échappement. Dans ce dispositif, les post-injections peuvent être effectués avec un phasage tardifs qui peut atteindre 360°V par rapport au point mort haut combustion. Toutefois, ce dispositif n'évite pas la dilution du carburant dans l'huile lors des pré- injections. Dans d'autres moteurs Diesels, on a prévu un cinquième injecteur (pour un moteur à quatre cylindres) ou un septième injecteur (pour un moteur à six cylindres). Cet injecteur supplémentaire est placé à l'échappement et il injecte du carburant directement dans les gaz d'échappement. Cette solution permet de résoudre les problèmes liés aux post-injections mais elle ne résout pas le problème de dilution lié à la pré-injection. La présente invention a précisément pour objet un procédé d'injection de carburant dans un cylindre de moteur à combustion interne qui résout ces inconvénients. Ces buts sont atteints, conformément à l'invention, par le fait que la pré-injection est effectuée juste après le point mort haut de croisement des soupapes d'admission et d'échappement. Lorsque le piston est proche d'un point mort haut, qu'il s'agisse du point mort haut combustion ou du point mort haut croisement, sa position varie très peu. Ceci est une caractéristique de la cinématique bielle manivelle. Le piston est donc très proche de la face feu de la culasse et donc du nez de l'injecteur. Ainsi, le carburant injecté se retrouve presque exclusivement dans le bol du piston et ainsi le gasoil liquide ne rentre plus en contact avec le film d'huile présent sur le fût. Selon une caractéristique secondaire de l'invention la ou les post-injections de carburant sont effectuées juste avant le point mort haut de croisement des soupapes d'admission et d'échappement. Dans une réalisation particulière la ou les pré-injection sont effectuées 10°V après le point mort haut de croisement des soupapes d'admission et d'échappement. Dans une autre réalisation particulière la ou les post-injections sont effectués 10°V avant le point mort haut de croisement des soupapes d'admission et d'échappement. Dans une variante de réalisation la ou les pré-injection et la ou les post-injections sont réalisées sous la forme d'une injection unique qui regroupe la ou les pré injections et la ou les post-d'injections dans une seule injection qui est effectuée juste après le point mort haut de croisement des soupapes d'admission et d'échappement. Dans une variante de réalisation particulière on utilise un système de distribution variable de type décaleur afin de régler la quantité de carburant qui part à l'échappement. Selon une première sous variante, l'on décale les lois de distribution d'admission et d'échappement en direction de l'admission de façon à obtenir une augmentation de la quantité de carburant de la post-injection et une réduction de la quantité de carburant de la pré injection. Dans une seconde sous variante on décale les lois de distribution d'admission et d'échappement en direction de l'échappement de façon à obtenir une réduction de la quantité de carburant de la post- injection et une augmentation de la quantité de carburant de la pré injection. Il est également possible de décaler uniquement la loi d'admission ou uniquement la loi d'échappement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées. Sur ces figures : - la figure 1A est un schéma qui représente le mode d'injection normal d'un moteur diesel conforme à l'art antérieur ; - la figure 1B est une vue à échelle agrandie d'une partie de la figure 1A ; 25 - la figure 2A est un schéma qui représente l'injection pour le mode régénération d'un moteur diesel conforme à l'art antérieur ; - la figure 2B est une vue à échelle agrandie d'une partie de la figure 2A ; - la figure 3A est un schéma qui représente le mode d'injection normal d'un moteur diesel conforme à la présente invention ; - la figure 3B est une vue à échelle agrandie d'une partie de la figure 3A ; - la figure 4A est un schéma qui représente l'injection pour le mode régénération d'un moteur diesel conforme à la présente invention ; - la figure 4B est une vue à échelle agrandie d'une partie de la figure 4A ; - la figure 5A est une variante du mode d'injection pour le mode régénération représenté sur la figure 4A ; - la figure 5B est une vue à échelle agrandie d'une partie de la figure 5A ; - la figure 6 est une première sous variante du dispositif d'injection représenté sur les figure 5A et 5B ; - la figure 7 est une seconde sous variante du dispositif d'injection représenté sur les figures 5A et 5B. On a représenté sur les figures 1A et 1B un schéma d'injection conforme à l'art antérieur d'un moteur Diesel pour le mode injection normal, c'est-à- dire une injection en dehors des phases de régénération. Comme on peut le voir sur les figures 1A et 1B une ou plusieurs pré-injections 2, une injection principale 4 et une injection après 6 sont effectuées dans chaque cylindre du moteur à combustion interne. La ou les pré injections sont effectuées de 30° à 40°V avant le point mort haut combustion. L'injection principale est centrée sur le point mort haut combustion et l'injection après est située environ 30°V après le point mort haut combustion. Ainsi, la ou les pré-injections sont situées dans une zone défavorable pour la dilution ou la limite de cette zone. L'injection principale est située au centre d'une zone favorable pour la dilution et l'injection après est située juste sur la frontière entre la zone favorable pour la dilution et une zone défavorable pour la dilution (sensiblement 30°V). On note également sur la figure 1A la représentation de la loi de levée de la soupape d'échappement 10 et la loi de levée de la soupape d'admission 12. La levée de la soupape d'échappement s'étend sensiblement de 135° à 405° tandis que la loi de la levée de la soupape d'admission s'étend sensiblement de 315° à 585°. En conséquence, les deux courbes se coupent et il existe une plage de rotation du vilebrequin pendant laquelle la soupape d'admission et d'échappement sont ouvertes simultanément. Cette plage s'étend sensiblement sur 90° de rotation du vilebrequin. L'ouverture simultanée des soupapes d'admission et d'échappement à lieu lorsque le piston est au point mort haut croisement. Il existe en effet deux points morts haut par cycle à savoir respectivement le point mort haut combustion à 0°V et le point mort haut croisement à 360°V. On a représenté sur les figures 2A et 2B un schéma d'injection conforme à l'art antérieur d'un moteur diesel pour le mode régénération du filtre à particules. Ce schéma est identique aux figures 1A et 1B à l'exception d'une ou de plusieurs injections supplémentaires de post-injections 14 (3 dans l'exemple représenté). Ces injections ont lieu respectivement à 60°, 80° et 100°. Elles sont donc toutes les trois placées dans une zone défavorable pour la dilution du carburant dans l'huile moteur. Etant donné que le piston a dépassé largement le point mort haut, une partie importante du cylindre est découverte et le carburant injecté vient laver cette huile. On a représenté sur les figures 3A et 3B un schéma injection d'un moteur diesel conforme à la présente invention pour le mode d'injection normale c'est-à-dire en dehors des phases de régénération. Ce schéma ressemble à celui des figures 1A et 1B. Il s'en différencie toutefois par le fait que les deux pré-injections 2 ont été déplacées. Elles se situent désormais juste après le point mort haut au croisement des soupapes d'admission et d'échappement c'est-à-dire juste après 360° d'angle de vilebrequin. Dans l'exemple représenté il y deux pré-injections, mais il pourrait y en avoir davantage, par exemple trois ou plus. Comme on peut le constater sur la figure 3A les deux pré- injections 16 sont situées dans une zone favorable pour la dilution. En effet, aux alentours du point mort haut de croisement la position du piston varie très peu et ce dernier est très proche de la face feu de la culasse et donc du nez de l'injecteur. Ainsi, le carburant injecté se retrouve presque exclusivement dans le bol du piston c'est-à-dire dans la dépression creusée dans le piston. Ainsi, le gasoil liquide ne peut rentrer en contact avec le film d'huile présent sur le fût. On a représenté sur les figures 4A et 4B un schéma d'injection d'un moteur diesel conforme à la présente invention pour le mode � régénération �. Ce schéma est similaire aux figures 3A et 3B à l'exception du fait que l'on trouve une ou plusieurs post-injections 18 juste avant le point mort haut de croisement des soupapes d'admission et d'échappement. Comme on peut le voir sur la figure 4 ces post-injections qui sont situées environ 10°V à 40°V avant le point mort haut de croisement sont situées dans une zone favorable pour la dilution du carburant dans l'huile présent sur les fûts des cylindres du moteur. Dans ce schéma, les pré-injections sont situées après les post-injections parce que les pré-injections sont relatives au cycle moteur suivant alors que les post-injections sont valables pour le cycle moteur présent. On a représenté sur les figures 5A et 5B une variante du schéma d'injection d'un moteur diesel conforme à la présente invention représenté sur la figure 4A et 4B. Dans ce mode de réalisation les pré injections 16 et les post-injections 18 ont été regroupées en une seule injection plus importante désignée par la référence 20. L'injection 20 est située juste après le point mort haut de croisement des soupapes d'admission et d'échappement c'est-à-dire juste après 360°V. Comme on peut le remarquer sur la figure 5, cette injection unique 20 est entièrement située dans une zone favorable pour la dilution, laquelle s'étend sensiblement de 300°V à 420°V. Selon une variante de réalisation on couple la stratégie représentée sur les figures 5A et 5B avec un système de distribution variable de type décaleur. Un système de distribution variable est un système qui permet de faire varier la position de l'arbre à cames qui commande les soupapes d'admission et d'échappement et donc les ouvertures et fermetures des soupapes ainsi que les durées d'ouverture. Il existe plusieurs systèmes de distribution variable parmi lesquels on trouve les décaleurs également appelé � VVT � pour variable valve timing. Ces systèmes consistent à décaler les arbres à cames c'est-à-dire à modifier les ouvertures et fermetures des soupapes sans modifier la durée pendant laquelle la soupape est ouverte ou fermée. Sur la figure 6 les deux lois ont été décalées vers l'admission. En d'autres termes la nouvelle courbe de levée de la soupape d'échappement et la nouvelle courbe de la levée d'admission, représenté en traits pleins ont été décalées vers la droite (selon la figure 6) par rapport à la position précédente schématisée en traits pointillés. Le positionnement angulaire de l'injection 20 n'est pas modifié. Elle se trouve toujours juste après le point mort haut de croisement les soupapes d'admission et d'échappement. Toutefois, du fait que la loi de levée de la soupape d'échappement a été déplacée d'environ 45°, une partie plus importante du carburant injecté part directement à l'admission tandis qu'une partie plus faible du carburant injecté constitue la pré-injection. On a représenté sur la figure 7 une variante de réalisation du schéma de la figure 6. Sur la figure 7 la loi de la levée de la soupape d'échappement et la loi de la levée de la soupape d'admission sont décalées vers l'échappement c'est-à-dire vers la gauche selon la figure 7. La valeur de ce décalage est environ 45°. Dans ce mode de réalisation, comme dans le précédent, la position angulaire de l'injection regroupée 20 n'est pas modifiée. Elle se trouve toujours juste après le point mort haut de croisement des soupapes d'admission et d'échappement, c'est-à-dire à 360°V. Toutefois, étant donné que la soupape d'échappement est refermée au moment où commence l'injection de carburant, aucune fraction de ce carburant n'est délivrée à l'échappement. La totalité du carburant 20 constitue une pré injection. Bien entendu il n'est pas indispensable de décaler simultanément la loi de la levée de soupape de l'échappement et la loi de levée de la soupape admission. On peut très bien décaler uniquement la loi d'admission ou uniquement la loi d'échappement sur le même principe (non représenté).30 REVENDICATIONS 1. Procédé d'injection de carburant dans un cylindre de moteur à combustion interne dans lequel on effectue une pré injection (16), une ou plusieurs injections principales (4) au niveau du point mort haut combustion, un injection après (6) et une ou plusieurs post-injections (18) caractérisé en ce que la pré injection (16) est effectuée juste après le point mort haut de croisement des soupapes d'admission et d'échappement. 2. Procédé d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ou les post-injections de carburant (18) sont effectués juste avant le point mort haut de croisement des soupapes d'admission et d'échappement. 3. Procédé d'injection de carburant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la ou les pré-injections (16) sont effectuées 10°V après le point mort haut de croisement des soupapes d'admission et d'échappement. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la ou les post-injections (18) sont effectuées 10°V avant le point mort haut de croisement des soupapes d'admission et d'échappement. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ou les pré-injections (16) et la ou les post-injections (18) sont réalisées sous la forme d'une injection unique (20) qui regroupe la ou les pré-injections et la ou les post-injections en une seule injection effectuée juste après le point morthaut de croisement des soupapes d'admission et d'échappement. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on utilise un système de distribution variable de type décaleur afin de régler la quantité de carburant qui part à l'échappement. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on décale les lois de distribution d'admission et d'échappement en direction de l'admission de façon à obtenir une augmentation de la quantité de carburant de la post-injection et une réduction de la quantité de carburant de la pré-injection. 8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on décale les lois de distribution d'admission et d'échappement en direction de l'échappement de façon à obtenir une réduction de la quantité de carburant de la post-injection et une augmentation de la quantité du carburant de la pré- injection. 9. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on décale uniquement la loi d'admission. 10. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on décale uniquement la loi d'échappement.