Brevet FR2943719A1 — publié le 20101001

PROCEDE DE PURGE D'UN SYSTEME DE VAPORISATION DE CARBURANT DANS UNE LIGNE D'ECHAPPEMENT [000l] L'invention concerne la dépollution des gaz d'échappement émis par un moteur à combustion interne, notamment un moteur de type à allumage par compression. Plus précisément, l'invention a trait aux techniques d'aide à la régénération d'un filtre à particules comportant l'injection de carburant directement dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion. [0002 Parmi les polluants émis par les moteurs à combustion, et tout particulièrement ceux opérant en mélange pauvre, c'est-à-dire avec un excès d'air par rapport à la quantité de carburant, à l'exemple des moteurs diesel, figurent notamment les hydrocarbures imbrûlés qui sont notamment à l'origine des fumées noires car chargées de particules ou suies. [0003] Pour limiter ces émissions de particules, la technologie des filtres à particules se généralise peu à peu pour tous les véhicules équipés d'un moteur diesel. Cette technologie consiste essentiellement à forcer le passage des gaz d'échappement à travers des canaux poreux d'une structure nid d'abeille en céramique. Les suies ainsi filtrées s'accumulent puis sont éliminées dans une opération de régénération du filtre pendant laquelle elles sont brûlées. [0004] Pour obtenir cette régénération, il est toutefois nécessaire d'augmenter la température des gaz d'échappement, même si la combustion des suies est facilitée du fait que le filtre est pourvu d'un revêtement catalytique ou qu'un agent catalytique est injecté dans le carburant. [0005] Cette augmentation de la température peut être partiellement obtenue en augmentant la charge moteur mais pour l'essentiel, l'est grâce à un apport de carburant dans la ligne d'échappement. [0006] Ce carburant d'apport peut provenir directement des injecteurs du moteur, des injections étant alors réalisées après la phase de combustion dans les chambres de combustion, lors de la phase de détente du piston. [000n Si cette variante a le mérite de ne pas modifier le circuit carburant, elle a aussi pour inconvénient d'impliquer que lors des phases de régénération, les réglages moteur ne sont pas optimisés dans le seul but de satisfaire à la demande de couple transmise par le conducteur en minimisant la consommation de carburant nécessitée par cette demande. De fait, les post-injections tendent notamment à augmenter le risque de dilution de l'huile de lubrification du moteur par du carburant. [0008] Une autre solution est de prévoir un injecteur de carburant spécifiquement dédié à la ligne d'échappement, communément appelé cinquième injecteur, les moteurs les plus commercialisés comportant 4 cylindres. De tels systèmes sont notamment connus des documents FR 2 853 006. Le carburant peut également être injecté non sous sa forme liquide mais sous une forme gazeuse, comme décrit par exemple dans la demande de brevet DE 10 2005 044 780. [0009] Toutefois, cet injecteur dédié n'est utilisé que lors des phases de régénération, qui sont commandées à une fréquence variable dépendant de l'encrassement du filtre à particules, mais typiquement de l'ordre de la centaine de kilomètres. [ooio] Dans ces conditions, du carburant stagne dans la partie du circuit carburant dédiée à cet injecteur supplémentaire, ce qui peut provoquer des dépôts et perturber le fonctionnement de l'injecteur. [0011] Pour y remédier, il est connu de la demande de brevet US 4 987 738, il est connu une ligne d'échappement avec un brûleur alimenté par un injecteur dédié purgé périodiquement en alimentant l'injecteur par de l'air. Par ailleurs, FR 2 897 649 propose de procéder à une purge périodique d'un injecteur supplémentaire en activant une demande de purge suite à une détermination du vieillissement du carburant présent dans l'injecteur, ce vieillissement étant dû au fait que l'injecteur est soumis à des températures proches de celles des gaz d'échappement et que le carburant qui séjourne dans cet injecteur est donc indirectement chauffé par ces gaz. [0012] Dans les deux cas précités, le carburant est injecté sous une forme liquide, le dosage étant alors directement effectué au niveau de l'injecteur. [0013] Dans les technologies selon lesquelles le carburant est injecté sous forme vaporisé dans la ligne d'échappement, le dosage du carburant est par contre obtenu grâce à une pompe volumétrique placée en amont de l'injecteur et celui-ci est essentiellement une chambre de vaporisation dans laquelle est placée un moyen de vaporisation à l'exemple d'une bougie de préchauffage du carburant. Dans ces conditions, il n'y a plus à craindre de dépôts au niveau de l'injecteur, la vaporisation pouvant aider à nettoyer cet injecteur si d'éventuels dépôts se forment. [0014] Pourtant, les auteurs de la présente invention ont néanmoins constaté que des problèmes pouvaient survenir, en particulier lorsque le carburant était au moins pour partie constitué par du biocarburant, à l'exemple d'huile végétale ou de méthyl ou éthyl esters d'huile végétale (communément appelé diester). [0015] En effet, il est apparu que la seule stagnation de ce type de carburant dans l'espace restreint d'une conduite pouvait suffire à entrainer des dépôts pouvant perturber le système de vaporisation. [0016] C'est pourquoi, selon l'invention, il est proposé un procédé de purge d'un système de vaporisation de carburant dans une ligne d'échappement d'un moteur pour aider à la régénération d'un filtre à particules, ledit système comportant un vaporisateur alimenté par une pompe doseuse placée sur une branche de dérivation du circuit carburant du moteur, caractérisé en l'on effectue une demande de purge après tout apport de carburant dans le réservoir carburant du moteur, et si des conditions d'activation sont satisfaites, on effectue une demande de purge jusqu'à ce que la quantité de carburant purgée atteigne une quantité de référence. [0017] Dans une variante de l'invention, la demande de purge n'est effectuée que si l'apport de carburant est significatif, par exemple d'au moins 151 pour un réservoir d'environ 501, de sorte que le carburant présent dans le réservoir est significativement remplacé par du carburant non dégradé. [0018] Dans une variante de l'invention, la quantité de carburant purgée correspond au moins au volume de carburant disponible dans la branche de dérivation en amont de la pompe doseuse, augmenté du volume de carburant contenu dans la pompe doseuse. Ainsi, on garantit que tout le carburant dans ou en amont de la pompe doseuse est bien déplacé lors de l'opération de purge. [0019] Dans une variante de l'invention, une condition d'activation est la consommation par le moteur de la quantité de carburant contenu dans le bol du réservoir carburant du moteur. Là encore, ceci permet de garantir que le carburant qui vient à la place du carburant purgé est bien un carburant non dégradé. [0020] Dans une variante de l'invention, une condition d'activation est l'amorçage du catalyseur d'oxydation en amont du filtre à particules. [0021] Dans une variante de l'invention, une condition d'activation est l'écoulement d'un certain laps de temps prédéfini depuis la dernière purge, ceci afin d'éviter des purges trop fréquentes dans le cas d'un véhicule très utilisé. [0022] Dans une variante de l'invention, une condition d'activation est l'état actif du vaporisateur, autrement dit le préchauffage de la bougie du vaporisateur. [0023] Ces conditions d'activation visent à garantir que le carburant déplacé lors de la purge va bien brûler dans la ligne d'échappement, sans contribuer à la formation d'hydrocarbures imbrûlés. [0024] La purge peut également être interrompue si une condition de désactivation se produit. Tel peut être en particulier le cas si une demande de régénération du filtre à particules est activée, cette régénération conduisant nécessairement à la purge du système. [0025] Une température du filtre à particules en dehors d'une plage de référence peut également être considérée comme une condition de désactivation. En effet une température trop froide est l'indice d'un désamorçage du catalyseur d'oxydation juste en amont du filtre à particules. Une température trop chaude au contraire est l'indice de l'occurrence d'un phénomène d'auto-régénération du filtre, phénomène qui peut conduire à la dégradation de celui-ci et qu'il importe donc de ne pas favoriser par un appoint de carburant dans la ligne d'échappement. [0026] Enfin, il est avantageux de prévoir une horloge pour éviter une purge trop longue voire permanente en cas de défaillance de certains des capteurs. [0027] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description ci-après, donnée à titre indicatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 est un schéma d'un système d'injection de carburant en phase vapeur. [0028] L'invention propose d'opérer une purge du circuit d'injection de carburant à l'échappement après un apport significatif en carburant. [0029] A la figure 1, on a représenté de façon très schématique le circuit carburant d'un moteur 1, en l'occurrence un moteur à quatre cylindres. [0030] Ce circuit carburant comporte un réservoir carburant, qui pour les modèles les plus couramment commercialisés, peut contenir entre 40 et 60 I de carburant. Une pompe de pré-alimentation est disposée au fond du réservoir, dans une zone formant un bol de réservoir où s'accumule une réserve de carburant et dans laquelle est également prévu un pré-filtre à carburant. Depuis cette pompe de pré-alimentation, le carburant est amené au filtre à carburant puis à une pompe haute pression qui alimente par exemple un système d'injection à accumulateur du type rail commun. Une partie du carburant est refoulé au niveau de la pompe haute pression et retourne vers le réservoir à carburant par un retour. [0031] Sur ce schéma on a également fait figurer les éléments principaux de la ligne d'échappement du moteur, avec dans le sens de circulation des gaz, par exemple une turbine dont l'axe entraine un compresseur des gaz d'admission du moteur, un vaporisateur, un catalyseur d'oxydation et un filtre à particules. A noter que le catalyseur d'oxydation et le filtre à particules sont le plus souvent accolés l'un à l'autre, regroupés sous une enveloppe ou � canning � commune. [0032] Le vaporisateur permet l'introduction de gazole sous forme vapeur, directement en amont du catalyseur et du filtre à particules. L'oxydation des hydrocarbures ainsi envoyés sur le catalyseur provoque un dégagement de chaleur important dans celui-ci et augmente, en conséquence la température des gaz à l'entrée du filtre à particules. [0033] En soi, le vaporisateur proprement dit peut être constitué par une chambre débouchant dans la ligne d'échappement et comportant un élément chauffant à l'exemple d'une bougie de préchauffage. Le débit injecté est commandé par une pompe doseuse en amont de ce vaporisateur, alimentée par une conduite en dérivation de la ligne d'alimentation de la pompe carburant haute pression. [0034] Les auteurs de la présente invention ont constaté qu'il importait de renouveler le carburant qui séjourne dans cette conduite en dérivation, entre le point de dérivation et la pompe doseuse et dans cette pompe doseuse elle-même. A titre indicatif, ce volume par exemple compris entre 10 et 15 cm3, soit environ 10% du volume requis par une opération de régénération du filtre à particules. [0035] Même si cette portion en amont de la pompe doseuse est relativement éloignée de la ligne des gaz d'échappement, et normalement refroidie par le vent du véhicule, la ligne passant sous le plancher du véhicule, il est apparu que des dépôts pouvaient se former qui peuvent dérégler le fonctionnement de la pompe doseuse notamment lorsque le carburant comporte une forte proportion de biodiesel. [0036] Rappelons que les carburants commerciaux européens évoluent pour comprendre notamment une fraction volumique de biodiesel. De tels biodiesel se présentent essentiellement sous la forme d'esters méthyliques ou d'esters éthyliques d'huiles végétales. L'objectif de certains pays européens est d'incorporer 7% en volume de biodiesel dès janvier 2008 et 10% en volume en 2010. [0037] Les biodiesel ont la particularité d'avoir une mauvaise stabilité à l'oxydation ayant un impact sur la qualité du carburant. De ce fait, l'utilisation de carburant instable peut causer plusieurs types de dysfonctionnements dans le circuit carburant du moteur, notamment la formation de dépôts ou l'encrassement de la pompe doseuse. [0038] II peut être noté que les biodiesels étant plus sensibles au phénomène de dilution, ils sont par ailleurs de bons candidats pour un procédé d'aide à la régénération par injection de carburant à l'échappement, tout procédé d'aide à la régénération par post-injection favorisant ces problèmes de dilution. [0039] Selon l'invention, la purge est effectuée à chaque appoint significatif de carburant dans le réservoir. En effet, le vieillissement du biocarburant est essentiellement lié à son temps de séjour dans le réservoir, donc purger la ligne de vaporisation avec un carburant vieilli n'est guère avantageux. En effet, comme la pompe doseuse a un débit faible, les éventuels dépôts formés risquent de ne pas être éliminés par simple lessivage, ce qui importe est donc bien de remplacer du carburant oxydé par du carburant non oxydé. [0040] La périodicité des régénérations du filtre à particules n'a par ailleurs que peu de liens avec la fréquence du remplissage du réservoir carburant. En effet, plutôt que d'imposer une régénération par exemple tous les 150 kms, et donc prendre le risque d'une régénération dans des conditions de roulage peu favorables, comme par exemple en ville, les constructeurs ont développé ces dernières années des stratégies de régénération relativement complexes, qui ne peuvent pas se déduire de la simple connaissance du volume de carburant consommé depuis la dernière régénération, alors que cette information dicte le plus souvent la décision du conducteur de faire le plein de carburant. [0041] Avantageusement, il est également vérifié que l'appoint de carburant est suffisant, par exemple d'au moins 15 litres soit environ de l'ordre du tiers du volume du réservoir (sachant par ailleurs que dans la majorité des cas, les conducteurs qui ne font pas le plein n'opèrent pas des appoints tels que le niveau passe de 2/3 à plein, mais par exemple de 0 à 1/3, de sorte qu'un appoint de 1/3 du volume peut en fait renouveler au moins 80% du carburant du réservoir. [0042] Une autre condition d'activation selon l'invention est de ne rendre la demande de purge effective que si un temps minimum s'est écoulé depuis la dernière injection de carburant. En effet cette condition supplémentaire pour l'activation de la purge permet d'éviter des purges trop fréquentes, par exemple dans le cas d'un utilisateur grand rouleur qui effectue un plein par semaine. En limitant le nombre de purges superflues on limite ainsi la surconsommation de carburant due à la purge. [0043] L'opération de purge est avantageusement un peu temporisée suite à un tel appoint de carburant. [0044] Le premier but de cette temporisation est d'éviter que le volume de carburant réadmis dans la ligne en amont de la pompe doseuse ne soit essentiellement le carburant présent dans le bol du réservoir, carburant qui tend à être plus chargé en résidus, et ce d'autant plus que le réservoir était proche du niveau zéro avant le remplissage. [0045] Le second but est de permettre une montée en température du catalyseur d'oxydation. En effet, lors de la purge, un volume identique au volume de carburant déplacé est injecté dans la ligne d'échappement. Pour éviter de générer une pollution, il importe de vérifier que le catalyseur d'oxydation est à une température supérieure à sa température de light-off, autrement dit qu'il est bien à l'état actif et propre à convertir les hydrocarbures vaporisés en gaz carbonique et en eau. [0046] Enfin, ce temps doit aussi permettre de vérifier que le vaporisateur est bien actif. [0047] A noter qu'en pratique, les situations de départ peuvent varier, notamment selon la durée du roulage avant l'arrêt du moteur pour effectuer l'appoint de carburant et la durée de cet arrêt. De fait, il est préférable de ne pas prévoir une simple période de temporisation combinant les différents délais mais bien une vérification de chacun de ces éléments séparément, ne serait-ce que pour interdire une purge par exemple en cas de défaillance de la bougie de préchauffage du vaporisateur. [0048] La purge est normalement interrompue après que le volume pompé par la pompe doseuse corresponde au volume à purger. [0049] Néanmoins, il est avantageux de prévoir d'autres conditions de désactivation de la purge. [0050] La première condition peut être par exemple une durée maximale autorisée, ceci afin d'éviter que la purge ne fonctionne en mode permanent. Cette durée sera par exemple comprise entre 150 et 200s, dépendant notamment du type de pompe doseuse (et donc de la quantité de carburant qu'elle peut contenir), et du diamètre des conduites d'amenée de courant. [0051] Une autre condition est une demande d'activation du système de régénération. En effet le volume requis par une opération de régénération est de l'ordre de 10 fois le volume de carburant que l'on cherche à purger, toute régénération est donc avant tout une purge. Si cette demande d'activation d'une régénération a lieu pendant une phase de purge, on coupe la purge est le volume de carburant utilisé par la régénération est également comptabilisé comme un volume de purge. Enfin, si la demande de régénération du filtre précède celle d'une purge suite à un appoint de carburant (cas par exemple d'une régénération interrompue par l'arrêt du véhicule), alors celle demande de régénération est prioritaire et comptabilisée comme une purge. [0052] A noter que selon l'invention, si un appoint de carburant est observé peu après une régénération du filtre à particules, la demande de purge sera néanmoins satisfaite, ceci pour tenir compte notamment du fait que le demande de purge vise à corriger le vieillissement du carburant qui se produit même si le véhicule n'a pas rouler. [0053] Enfin la désactivation de la purge peut être commandée si les conditions dans la ligne d'échappement sont modifiées, par exemple si la température du catalyseur d'oxydation chute (ce qui peut se produire par exemple si le conducteur roule � en roue libres � pendant une période prolongée, profitant d'une pente pour lever le pied de l'accélérateur. Il faut également considérer la situation inverse, c'est-à-dire celle où des points chauds sont détectés dans la ligne d'échappement, hors phase de régénération commandée, ces points chauds étant le signe d'une régénération spontanée des suies. Or il importe d'éviter que ce phénomène ne perdure au risque de s'emballer et d'endommager gravement le filtre à particules, donc on doit bien sûr éviter de l'entretenir en stoppant l'opération de purge. [0054] Point important, le procédé selon l'invention ne nécessite aucun capteur spécifique. Revendications1. Procédé de purge d'un système de vaporisation de carburant dans une ligne d'échappement d'un moteur pour aider à la régénération d'un filtre à particules, ledit système comportant un vaporisateur alimenté par une pompe doseuse placée sur une branche de dérivation du circuit carburant du moteur, caractérisé en l'on effectue une demande de purge après tout apport de carburant dans le réservoir carburant du moteur, et si des conditions d'activation sont satisfaites, on effectue une demande de purge jusqu'à ce que la quantité de carburant purgée atteigne une quantité de référence. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité de carburant purgée correspond au moins au volume de carburant disponible dans la branche de dérivation en amont de la pompe doseuse, augmenté du volume de carburant contenu dans la pompe doseuse. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une condition d'activation est la consommation par le moteur de la quantité de carburant contenu dans le bol du réservoir carburant du moteur. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une condition d'activation est l'amorçage du catalyseur d'oxydation en amont du filtre à 20 particules. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une condition d'activation est l'état actif du vaporisateur. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une condition d'activation est l'écoulement d'un certain laps de temps prédéfini depuis la 25 dernière purge. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la purge est interrompue si une condition de désactivation se produit. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'une demande de régénération du filtre à particules est une condition de désactivation. 9. Procédé selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé en ce qu'une température de filtre à particules en dehors d'une plage de référence est une condition de désactivation. 10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'un temps 5 d'activation de la purge dépassant une durée critique est une condition de désactivation.