Brevet FR2910535A1 — publié le 20080627

Moteur à combustion interne pour véhicule automobile comprenant un dispositif de filtrage et procédé de contrôle correspondant. La présente invention concerne un moteur à combustion interne pour véhicule automobile, notamment de type Diesel, et plus particulièrement, le traitement des gaz émis par les véhicules automobiles munis de ce type de moteur. En effet, afin de se conformer aux réglementations européennes dites Euro V en matière de seuil admissible pour les émissions de gaz polluants des véhicules automobiles, ces types de moteurs sont généralement munis de systèmes de post-traitements des gaz. Ces derniers sont disposés dans la ligne d'échappement des moteurs à mélanges pauvres. Ils permettent notamment de réduire les émissions de particules et d'oxydes d'azote en plus du monoxyde de carbone et des hydrocarbures imbrûlés. Ainsi, les moteurs de type Diesel peuvent être optimisés de façon à produire le minimum d'émissions toxiques à l'échappement, le reste pouvant être converti par les systèmes de post-traitement des gaz d'échappement. Plus précisément, de par leur fonctionnement spécifique, les moteurs de type Diesel émettent dans leurs gaz d'échappement des suies polluantes que l'on nomme également particules. Afin de limiter les émissions de ces particules dans l'atmosphère, un dispositif de filtrage est implanté dans la ligne d'échappement, en aval des chambres de combustion du moteur. Ce dispositif de filtrage retient les particules qui s'accumulent en son sein au fur et à mesure de l'utilisation du moteur, d'où son nom de filtre à particules. 2910535 2 Les moteurs à combustion interne émettent également des réducteurs tels que HC, CO, H ... En présence d'oxygène, de matériaux catalytiques (tels que le platine) et à température élevée, ces réducteurs s'oxydent. Afin de diminuer ces émissions polluantes, on 5 dispose également dans la ligne d'échappement, en plus du filtre à particules, soit un dispositif catalyseur d'oxydation en amont du filtre, soit directement un matériau catalytique au sein du filtre, que l'on dénomme alors filtre à particules catalytique. L'accumulation de particules finit par obstruer le filtre, créant 10 une forte contre-pression à l'échappement du moteur. En d'autres termes, les gaz s'échappent avec difficulté du moteur, ce qui diminue considérablement ses performances. Dans le but de recouvrer les performances du moteur, on brûle les particules contenues dans le filtre à particules lors d'une étape de 15 régénération du filtre à particules. L'initialisation et le maintien de la combustion des particules dans le filtre s'obtiennent par élévation de la température interne du filtre à particules. Cette régénération peut être mise en oeuvre, soit par un dispositif de chauffage, soit par un mode de combustion adapté, 20 permettant de favoriser l'élévation de température dans le filtre à particules par oxydation de constituants présents dans les gaz d'échappement pendant la phase de régénération. Par exemple, ce mode de combustion adapté peut consister à retarder l'injection principale de carburant, c'est-à-dire l'injection de 25 carburant par les injecteurs principaux du moteur. La dégradation du rendement de combustion liée à une injection plus tardive dans le cycle requiert l'augmentation du débit de l'injection de carburant par les injecteurs principaux, de façon que le moteur reste à un couple identique obtenu avec une injection non retardée. Ce retard à 2910535 3 l'injection entraîne par voie de conséquence une température à la sortie du moteur plus importante. Un autre mode de combustion peut être d'augmenter le débit d'une post-injection de carburant par les injecteurs principaux. 5 Par exemple, dans le cas d'une post-injection rapprochée, l'augmentation du débit requiert une diminution du débit du carburant injecté par les injecteurs principaux. Le rendement plus faible de la post-injection rapprochée nécessite alors un débit total de carburant plus élevé pour que le moteur conserve le couple obtenu avec un débit 10 de post-injection rapproché plus faible. Cela entraîne une température plus élevée à la sortie du moteur. Dans le cas d'une post-injection éloignée, celle-ci provoque de fortes émissions d'hydrocarbures HC et de monoxydes de carbone CO en sortie du moteur. Ces réducteurs réagissent dans le dispositif 15 catalyseur avec l'oxygène présent dans les gaz d'échappement. Cette réaction produit de la chaleur, ce qui contribue à augmenter la température des gaz d'échappement en entrée du filtre à particules. Une autre solution connue pour effectuer la régénération du filtre à particules consiste à positionner un injecteur de gasoil 20 auxiliaire, directement sur la ligne d'échappement, en amont du dispositif catalyseur d'oxydation. Lors de la régénération, cet injecteur injecte du gasoil dans la ligne d'échappement. Ce gasoil réagit dans le dispositif catalyseur d'oxydation et produit de la chaleur. Cette chaleur permet d'atteindre une température de l'ordre de 560 C 25 nécessaire à la combustion des particules dans le filtre à particules. Toutefois, avec le temps, l'injecteur auxiliaire s'encrasse. I1 perd du débit en raison du dépôt ( cocking en langue anglaise) qui se forme dans la buse et dans le corps de l'injecteur auxiliaire. Ce phénomène peut mettre l'injecteur auxiliaire hors service. 2910535 4 I1 est également possible que l'injecteur auxiliaire reste ouvert, entraînant une injection de grandes quantités d'hydrocarbures en entrée du dispositif catalyseur d'oxydation. En phase de régénération du filtre à particules, les risques liés à cette défaillance sont 5 notamment un emballement de la combustion des suies, la casse du dispositif catalyseur d'oxydation ou encore la casse du filtre à particules. En dehors de la phase de régénération, il existe un risque de pollution avec une apparition de fumées blanches à l'échappement et un dépassement des seuils d'hydrocarbures autorisés. 10 Le brevet n EP 1 176 295 propose un dispositif permettant de signaler le dysfonctionnement de l'injecteur auxiliaire à l'échappement. Cependant, son fonctionnement est basé sur la mesure du rapport air/carburant à l'aide d'une sonde disposée dans le système d'échappement, ce qui donne des résultats peu précis, faussant le 15 diagnostic du fonctionnement de l'injecteur auxiliaire. L'invention a pour objet d'améliorer la régénération du filtre particules disposé sur la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne, via un contrôle de l'injecteur auxiliaire, de façon à améliorer la sécurité liée à la phase de régénération du filtre, et de 20 limiter la pollution générée par un injecteur auxiliaire mal contrôlé. L'invention se propose de définir un moteur à combustion interne comprenant un moyen apte à contrôler l'injecteur auxiliaire, notamment en cas de dysfonctionnement, et cela de manière très précise. 25 A cet effet, l'invention a pour objet un moteur à combustion interne pour véhicule automobile, notamment de type Diesel comprenant un injecteur auxiliaire de carburant disposé sur la ligne d'échappement, en amont d'un dispositif catalyseur d'oxydation du carburant de l'injecteur auxiliaire et d'un dispositif de filtrage d'un 2910535 5 constituant des gaz d'échappement, ledit injecteur auxiliaire étant piloté par une unité de commande électronique. Selon une caractéristique générale du moteur, celui-ci comprend en outre un premier moyen de détermination de la 5 température en amont du dispositif catalyseur et un deuxième moyen de détermination de la température en aval du dispositif catalyseur, l'unité de commande électronique comprenant des moyens pour comparer la différence des températures déterminées avec au moins un seuil ; et un moyen de coupure pour couper l'alimentation en carburant 10 de l'injecteur auxiliaire si la différence de température se trouve dans une zone critique mémorisée. En d'autres termes, l'état de l'injecteur auxiliaire est évalué à l'aide de la différence de température déterminée entre l'amont et l'aval du dispositif catalyseur. Si cette information se trouve dans une 15 zone critique préalablement mémorisée, les moyens de coupure de l'unité de commande électronique pilotant l'injecteur auxiliaire coupe l'alimentation en carburant de ce dernier. L'invention a notamment pour avantage de diagnostiquer de manière très précise l'état de l'injecteur auxiliaire, de par l'utilisation 20 des informations de température déterminées en amont et en aval du dispositif catalyseur. Selon un mode de réalisation préféré, le premier et le deuxième moyens de détermination de température sont aptes à déterminer la température sur une durée comprise entre le début d'une injection de 25 carburant par l'injecteur auxiliaire et un instant fonction de l'inertie thermique du dispositif catalyseur. L'unité de commande peut comprendre en outre un moyen de commande apte à commander l'injecteur auxiliaire pour régénérer le 2910535 6 dispositif de filtrage si la différence de température ne se trouve pas dans la zone critique mémorisée. Le premier moyen de détermination de la température peut comprendre un moyen d'estimation des valeurs prises par la 5 température en amont dudit dispositif catalyseur en fonction du point de fonctionnement du moteur et de la température des gaz d'échappement mesurée en amont dudit dispositif catalyseur. Bien entendu, le moyen d'estimation peut également prendre en compte d'autres grandeurs mesurées. 10 En variante, le premier moyen de détermination comprend un capteur de température disposé en amont du dispositif catalyseur. Selon une autre variante, le premier et le deuxième moyens de détermination de température peuvent comprendre chacun un capteur de température disposé respectivement en amont et en aval du 15 dispositif catalyseur. Selon un mode de réalisation, le moteur comprend en outre des injecteurs principaux, et l'unité de commande peut comprendre en outre un moyen de contrôle capable de contrôler les injecteurs principaux du moteur si la différence de température se trouve dans la 20 zone critique mémorisée. Dans ce cas, le moyen de contrôle peut être capable de retarder l'injection de carburant des injecteurs principaux, si la différence de température se trouve dans la zone critique mémorisée. En variante, dans le cas où chaque injecteur principal effectue 25 une injection principale et une post-injection, le moyen de contrôle peut être capable d'augmenter le débit en carburant au cours de la post-injection, si la différence de température se trouve dans la zone critique mémorisée. 2910535 7 Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé de contrôle du fonctionnement d'un moteur à combustion interne pour véhicule automobile, notamment de type Diesel muni dans sa ligne d'échappement d'un dispositif catalyseur d'oxydation et d'un 5 dispositif de filtrage d'un constituant des gaz d'échappement, comprenant une étape de régénération du dispositif de filtrage par injection auxiliaire de carburant directement dans la ligne d'échappement, en amont du dispositif catalyseur d'oxydation et du dispositif de filtrage. 10 Selon une caractéristique générale de l'invention, il comprend une étape de détermination de la température en amont et en aval du dispositif catalyseur, une étape de comparaison de la différence des températures déterminées avec au moins un seuil, et 15 une étape de coupure de l'injection auxiliaire de carburant si la différence de température se trouve dans une zone critique mémorisée. Selon un mode de mise en oeuvre, la différence de température est déterminée sur une durée comprise entre le début d'une injection de carburant par l'injecteur auxiliaire et un instant fonction de 20 l'inertie thermique du dispositif catalyseur. Le procédé peut comprendre une étape de régénération du dispositif de filtrage par injection retardée de carburant dans le moteur si la différence de température ne se trouve pas dans la zone critique mémorisée. 25 La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation et d'un mode de mise en oeuvre pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels : 2910535 8 - la figure 1 représente schématiquement un premier mode de réalisation d'un moteur à combustion interne de type Diesel selon l'invention ; et - la figure 2 représente un mode de mise en oeuvre d'un procédé 5 de contrôle du fonctionnement d'un moteur à combustion interne selon l'invention. Sur la figure 1, est représenté un moteur à combustion interne de type Diesel, référencé 1. Ce moteur 1 comprend dans cet exemple quatre injecteurs principaux, référencés 2, pilotés par un moyen de 10 contrôle 3d d'une unité de commande électronique 3 via une connexion 4. Le moteur 1 comprend un injecteur auxiliaire, référencé 5, disposé sur la ligne d'échappement 6 du moteur. Cet injecteur auxiliaire 5 est piloté par un moyen de commande 3c situé dans l'unité 15 de commande électronique 3, via une connexion 7 sur laquelle est disposée une pompe 8. Par ailleurs, est agencé sur la ligne d'échappement 6 un filtre à particules 9. En amont de ce filtre à particules 9, se trouve un dispositif 20 catalyseur 10 d'oxydation du carburant injecté par les injecteurs principaux 2 et par l'injecteur auxiliaire 5. Plus précisément, les dispositifs catalyseurs d'oxydation de carburant ont pour fonction de réduire en partie les émissions polluantes générées par le moteur, par exemple les composants 25 hydrocarbures HC, le monoxyde de carbone CO et d'hydrogène H, qui, en présence d'oxygène, de matériaux catalytiques tels que le platine, et à température élevée, s'oxydent. En variante, le dispositif catalyseur peut être un matériau catalytique inséré au sein du filtre à particules 9. 2910535 9 Par ailleurs, on peut également prévoir un dispositif d'élimination des oxydes d'azote, couramment appelé NoxTrap par l'homme du métier. En outre, l'unité de commande électronique 3 reçoit en entrée 5 différents paramètres 11, tels que le régime de rotation du moteur via une connexion 12, la position d'ouverture d'une vanne de recirculation partielle des gaz d'échappement (non représentée à des fins de simplification) via une connexion 13, ou encore la température de l'air extérieur via une connexion 14. 10 Bien entendu, ces paramètres sont donnés à titre indicatif et ne sont nullement limitatifs. Par ailleurs, l'unité de commande électronique 3 reçoit, via une connexion 15, la valeur de la pression différentielle aux bornes du filtre à particules 9 déterminée à l'aide d'un capteur 16, via des 15 connexions 16a et 16b. La valeur de cette pression différentielle permet à l'unité de commande 3 de déterminer la nécessité de procéder à une régénération du filtre à particules 9. De plus l'unité de commande électronique 3 reçoit la valeur de la température TS mesurée en aval du dispositif catalyseur 10, par un 20 capteur de température 17. Cette température TS est délivrée à l'unité de commande électronique 3 via une connexion 18. Enfin, la température TE, en amont du dispositif catalyseur, est mesurée à l'aide d'un capteur 19 et est délivrée via une connexion 20 à l'unité de calcul 3. 25 En variante, le capteur 19 peut être remplacé par une cartographie mémorisée au sein de l'unité de commande électronique 3. Cette cartographie (moyen d'estimation) indique les valeurs prises par la température en amont du dispositif catalyseur en fonction du point de fonctionnement du moteur et de la température des gaz 2910535 10 d'échappement mesurée en amont du dispositif catalyseur 10, qui sont alors délivrés en entrée de l'unité de commande électronique 3. A partir des données de température délivrées par les capteurs 17 et 19 (ou la cartographie correspondante pour déterminer la 5 température en amont du dispositif catalyseur), l'unité de commande électronique 3 évalue la différence de température. Plus précisément, selon un mode préféré, les capteurs 17 et 19 mesurent la température entre deux instants tl et t2. Le premier instant tl correspond au début d'une injection de carburant par l'injecteur 10 auxiliaire 5. Le deuxième instant t2 représente un instant après l'injection en tenant compte de l'inertie thermique du dispositif catalyseur. Cette information de température permet de savoir si l'injecteur auxiliaire fonctionne normalement ou non. Le 15 dysfonctionnement peut être par exemple dû à un encrassement de l'injecteur. Si un dysfonctionnement est détecté, un moyen de coupure 3b coupe situé au sein de l'unité de commande électronique 3 coupe l'alimentation en carburant de l'injecteur auxiliaire 5, et le moyen de 20 contrôle 3d contrôle les injecteurs principaux 2 pour procéder à une régénération modifiée du filtre à particules 9. Si aucun dysfonctionnement de l'injecteur auxiliaire 5 n'est détecté, l'unité de commande électronique 3 commande une régénération du filtre à particules 9, à l'aide du moyen de commande 25 3c de l'injecteur auxiliaire 5. La figure 2 illustre plus en détail un mode de mise en oeuvre d'un procédé de contrôle du fonctionnement d'un moteur à combustion interne, selon l'invention, notamment lorsqu'on détecte la nécessité d'une régénération du filtre à particules. 2910535 11 Tout d'abord, au cours d'une première étape, étape 1, on détecte la nécessité ou non d'une régénération du filtre à particules. Cette détection peut être faite à l'aide d'un modèle mémorisé au sein de l'unité de commande électronique et à partir de la valeur de la 5 pression différentielle mesurée aux bornes du filtre à particules 9. Si une régénération est nécessaire, un autre modèle permet de déterminer une quantité supplémentaire de carburant à injecter par l'injecteur auxiliaire, pour le point de fonctionnement considéré, par exemple à partir d'une cartographie, étape 2. 10 Puis, à partir des informations de température TS et TE (cette dernière pouvant être soit mesurée, soit déterminée à l'aide d'un moyen d'estimation fonction du point de fonctionnement du moteur), on évalue l'évolution de l'écart de température TS-TE entre les deux instants tl et t2 mentionnés ci-avant. 15 Plus précisément, l'écart de température AT est égal à : OT=TS û TE, Mesurer l'évolution de l'écart de température AT entre les instances tl et t2 revient à déterminer l'intégrale de cet écart entre tl et t2, c'est-àdire : f 2 AT(t)dt = zT(t2) ùzT(tl) , étape 3. Puis, on compare l'intégrale avec deux seuils mémorisés S1 et S2, déterminés préalablement à l'aide de tests, étape 4. Ces seuils S1 et S2 définissent la zone dans laquelle l'injecteur auxiliaire fonctionne correctement. 25 La comparaison peut être réalisée par un moyen de comparaison 3a situé au sein de l'unité de commande électronique 3 (cf. figure 1). 20 2910535 12 Plus précisément, si la valeur de J 2AT(t)dt est comprise dans t~ cette zone, cela signifie que l'injecteur auxiliaire fonctionne correctement. Dans le cas contraire, cela signifie qu'un dysfonctionnement de l'injecteur auxiliaire est survenu. 5 Autrement dit, si Si S2 ou f 2 AT(t)dt REVENDICATIONS 1-Moteur à combustion interne pour véhicule automobile, notamment de type Diesel comprenant un injecteur auxiliaire (5) de carburant disposé sur la ligne d'échappement (6), en amont d'un dispositif catalyseur d'oxydation du carburant de l'injecteur auxiliaire (10) et d'un dispositif de filtrage (9) d'un constituant des gaz d'échappement, ledit injecteur auxiliaire (5) étant piloté par une unité de commande électronique (11), caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un premier moyen de détermination de la température en amont du dispositif catalyseur et un deuxième moyen de détermination de la température en aval du dispositif catalyseur, l'unité de commande électronique (11) comprenant des moyens (3a) pour comparer la différence des températures déterminées avec au moins un seuil ; et un moyen de coupure (3b) pour couper l'alimentation en carburant de l'injecteur auxiliaire si la différence de température se trouve dans une zone critique mémorisée. 2-Moteur selon la revendication 1, dans lequel le premier et le deuxième moyens de détermination de température sont aptes à déterminer la température sur une durée comprise entre le début (tl) d'une injection de carburant par l'injecteur auxiliaire et un instant (t2) fonction de l'inertie thermique du dispositif catalyseur. 3-Moteur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'unité de commande comprend en outre un moyen de commande (3c) apte à commander l'injecteur auxiliaire pour régénérer le dispositif de filtrage si la différence de température ne se trouve pas dans la zone critique mémorisée. 4- Moteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le premier moyen de détermination de la température comprend 2910535 15 un moyen d'estimation des valeurs prises par la température en amont dudit dispositif catalyseur en fonction du point de fonctionnement du moteur et de la température des gaz d'échappement mesurée en amont dudit dispositif catalyseur. 5 5- Moteur selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le premier moyen de détermination comprend un capteur (19) de température disposé en amont du dispositif catalyseur (10). 6- Moteur selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le premier et le deuxième moyens de détermination de température 10 comprennent chacun un capteur de température disposé respectivement en amont et en aval du dispositif catalyseur (10). 7- Moteur selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre des injecteurs principaux, et dans lequel l'unité de commande (11) comprend en outre un moyen de contrôle (3d) 15 capable de contrôler les injecteurs principaux du moteur si la différence de température se trouve dans la zone critique mémorisée 8- Moteur selon la revendication précédente, dans lequel le moyen de contrôle est capable de retarder l'injection de carburant des injecteurs principaux, si la différence de température se trouve dans la 20 zone critique mémorisée. 9- Moteur selon la revendication 7, où chaque injecteur principal effectue une injection principale et une post-injection, et dans lequel le moyen de contrôle est capable d'augmenter le débit en carburant au cours de la post-injection, si la différence de température 25 se trouve dans la zone critique mémorisée. 10-Procédé de contrôle du fonctionnement d'un moteur à combustion interne pour véhicule automobile, notamment de type Diesel muni dans sa ligne d'échappement d'un dispositif catalyseur d'oxydation et d'un dispositif de filtrage d'un constituant des gaz d'échappement, comprenant une étape de régénération du dispositif de 2910535 16 filtrage par injection auxiliaire de carburant directement dans la ligne d'échappement, en amont du dispositif catalyseur d'oxydation et du dispositif de filtrage, caractérisé par le fait qu'il comprend une étape de détermination de la température en amont et en 5 aval du dispositif catalyseur, une étape de comparaison de la différence des températures déterminées avec au moins un seuil, et une étape de coupure de l'injection auxiliaire de carburant si la différence de température se trouve dans une zone critique mémorisée. 10 11-Procédé selon la revendication 10, dans lequel la différence de température est déterminée sur une durée comprise entre le début (tl) d'une injection de carburant par l'injecteur auxiliaire et un instant (t2) fonction de l'inertie thermique du dispositif catalyseur. 12-Procédé selon la revendication 10 ou 11, comprenant en 15 outre une étape de régénération du dispositif de filtrage par injection retardée de carburant dans le moteur si la différence de température ne se trouve pas dans la zone critique mémorisée.