EP1736653A1 - Dispositif d'introduction de moyens formant additif dans un réservoir de carburant d'alimentation d'un moteur de véhicule automobile - Google Patents

Dispositif d'introduction de moyens formant additif dans un réservoir de carburant d'alimentation d'un moteur de véhicule automobile Download PDF

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EP1736653A1
EP1736653A1 EP06291021A EP06291021A EP1736653A1 EP 1736653 A1 EP1736653 A1 EP 1736653A1 EP 06291021 A EP06291021 A EP 06291021A EP 06291021 A EP06291021 A EP 06291021A EP 1736653 A1 EP1736653 A1 EP 1736653A1
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tank
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Definitions

  • the present invention relates to a device for automatically introducing means forming an additive into the fuel tank of a motor vehicle.
  • the exhaust gases of compression-ignition engines and in particular diesel engines which use diesel as fuel, contain both gaseous pollutants such as hydrocarbons, nitrogen oxides and carbon monoxide CO and solid pollutants which mainly consist of soot particles.
  • Such a filter is installed in the exhaust line of the engine and comprises porous ceramic filter elements which are traversed by the exhaust gas and which make it possible to retain the solid particles suspended in these gases.
  • the filter elements are loaded into soot particles and clog gradually. Unclogging of the filter elements can be achieved by burning the soot deposited on these elements during operation of the engine.
  • the soot burns at temperatures of the order of 550 to 600 ° C.
  • Such thermal levels are only rarely achieved by the exhaust gas of a diesel engine of a passenger vehicle. It is therefore necessary to promote the start of the regeneration of the filter elements, by adding to the fuel means forming an additive allowing in particular to lower the soot combustion temperature.
  • the most commonly used additives consist of organometallic compounds which, mixed in specific proportions with diesel, are injected into the combustion chamber, by the injection pump, and are found in the exhaust gas.
  • composition of the additives may be necessary to adapt the composition of the additives to the characteristics of the engine in which they are used.
  • Another known solution is to incorporate the additives to the fuel, automatically, inside the vehicle tank after each filling operations of this tank.
  • the dosage of the additives is carried out so that the concentration of fuel additive inside the tank remains perfectly constant.
  • the organometallic additives become metal oxide particles intimately mixed with the soot particles.
  • the predetermined concentration of the additive in the fuel is set at a value such that the fuel injected into the engine cylinders constantly contains an amount of additive sufficient to lower the soot combustion temperature in the particulate filter of the vehicle, up to at a level ensuring satisfactory combustion even when the engine load level is low.
  • the initial level of fuel in the vehicle is measured.
  • the tank, prior to each replenishment operation of this tank the final level of the fuel in the tank is measured and, on the one hand, the quantity of fuel introduced into the tank at each replenishment operation from the initial level is determined. and the final level measured and, secondly, the amount of additive contained in a quantity of fuel equal to the amount introduced into said tank.
  • the measurement and recording of the fuel level in the tank are automatically controlled when opening and closing a filling cap of the tank filling pipe or when opening and closing a shutter of a portion of the vehicle body giving access to filling means of the tank.
  • the amount of additive means injected at the present time is determined so as to obtain permanently in the fuel tank, an additive rate of the order of 10 ppm.
  • this ratio depends on the temperature of the gases reached in the regeneration phase, which itself is highly dependent on the running conditions of the vehicle.
  • the regeneration can be done on the motorway, it is relatively easy to obtain exhaust gas temperatures of 600 ° C in the particulate filter, the additive then being practically unnecessary.
  • the particle filter must be regenerated during an urban run, the gas temperature reaches at best 450 ° C and the additive is then of a precious help.
  • the additive dosage is now fixed and defined, so that we obtain an additive ratio on carbon of 1.4% in urban traffic. Operation current is not optimized when the use of the vehicle is mostly extra-urban type.
  • an overdose of additive can also lead to cracking or even to a breakage of the particulate filter.
  • the object of the invention is therefore to solve these problems.
  • the subject of the invention is a device for automatically introducing means forming an additive into the fuel tank of a motor vehicle comprising pollution control means arranged in the exhaust line of the engine of the vehicle and comprising a reservoir.
  • pollution control means arranged in the exhaust line of the engine of the vehicle and comprising a reservoir.
  • additive injection means connected to the additive tank and to the fuel tank and means for controlling the injection means for carrying out the injection of additive
  • the means control means are associated with means for analyzing the running conditions of the vehicle, to control the operation of the injection means, in order to adapt the concentration of additive in the fuel to the running conditions of the vehicle, favorable or unfavorable to the regeneration of the means of depollution.
  • FIG. 1 diagrammatically shows a diesel engine, generally designated by the reference 1, of a motor vehicle and which is supplied with diesel fuel from a tank 2, via a fuel pump. injection 3.
  • the injection pump 3 is connected to the reservoir 2 by a suction pipe 4 on which is inserted a filter 5.
  • the suction pipe 4 has an end portion opposite the pump 3 which is dipped inside the tank 2 to open, at its lower part, in the form of a suction strainer 6.
  • the pump 3 is connected to the cylinders of the engine 1 by lines each providing the supply of an injector 9 associated with a cylinder of the engine.
  • the tank 2 is equipped with a level gauge 7 to determine the position of the diesel fuel level in the tank 2.
  • the tank 2 also comprises a filler pipe 8 opening into the upper part of this tank 2 and equipped with a closure cap 8a.
  • the exhaust line of the vehicle whose propulsion is provided by the diesel engine, comprises a particulate filter, not shown, for stopping the soot particles formed in the exhaust gas of the engine.
  • the vehicle comprises an additive tank 10 provided with a filling plug 11 and intended to contain additive means which may consist of one or more organometallic compounds in solution in a liquid solvent.
  • a liquid additive injection line 12 is connected to the additive reservoir 10, in the vicinity of its lower part.
  • a metering pump 13 is interposed on the pipe 12 which is connected, at its end opposite the additive reservoir 10, to an injector 14 opening directly into the fuel tank 2.
  • a pressure regulator 16 constituted by a ball valve comprising a setting spring is interposed on the return pipe 15.
  • the automatic additive introduction device comprises an electronic control unit 20 integrated in the vehicle and making it possible to provide all the adjustment and monitoring functions of the introduction of additive in metered quantities into the fuel tank. fuel 2 of the vehicle.
  • the automatic additive introduction device also comprises means for measuring the amount of fuel introduced into the reservoir 2 during each replenishment operation.
  • these measuring means are formed for example by a mono-directional flowmeter 17 placed directly in the tubing 8 for filling the fuel tank 2.
  • the flowmeter 17 is connected to the control unit 20 by an electric cable 21 which makes it possible to transmit automatically to said housing 20 the amount of fuel introduced into the tank 2 when refilling this tank 2 with fuel.
  • the level gauge 7 associated with the fuel tank 2 is connected by an electric cable 22 to the housing 20, so as to transmit to this housing 20 as well as to the driver of the vehicle, an electric signal representative of the fuel level inside. of said tank 2.
  • the electronic box 20 is connected by electric cables, respectively 23 and 24, to the pump 13 and the injector 14, so as to transmit to these elements of the additive introduction device a control signal ensuring an injection into metered quantity of additive in the tank 2 of fuel, under the conditions which will be described later.
  • a level gauge 18 connected to the control unit 20 by an electric cable 25 makes it possible to transmit to this housing 20 an electrical signal when the level of additive in the tank 10 has reached a minimum position close to the bottom of this tank 10.
  • a temperature sensor 19 disposed in the additive reservoir 10 makes it possible to transmit to the electronic control unit 20, via an electric cable 26, a signal representative of the temperature of this liquid additive inside said reservoir 10.
  • the electronic unit 20 comprises at least one output 27 constituted by at least one electrical cable connected to lights which can be located advantageously in the passenger compartment of the motor vehicle.
  • the ignition of a first indicator is obtained when the level of additive detected by the gauge 18 in the additive reservoir 10 has reached the position corresponding to the minimum level near the bottom of the reservoir 10 and the ignition of a second indicator light is obtained when the level of fuel detected by the gauge 7 in the fuel tank 2 has reached a position corresponding to the minimum level close to the bottom of this fuel tank 2.
  • the electronic unit 20 also receives, as input data, an electrical signal representative of the concentration of additive that it is necessary to maintain in the fuel, that is to say in the diesel fuel injected into the cylinders 9 of the engine 1. depending on the driving conditions of the vehicle.
  • this concentration of additive depends on the driving conditions of the vehicle.
  • means 30 for analyzing the running conditions of the vehicle and for determining vehicle running conditions that are favorable or unfavorable for the regeneration of the depollution means, are used to deliver to this electronic box 20 a nominal metering information corresponding to unfavorable driving conditions, for example of urban type, or minimal metering information, corresponding to favorable driving conditions, for example on the motorway.
  • This information is for example delivered by storage means designated by the general references 31 and 32 in this FIG. 1, which then deliver, according to the rolling conditions encountered, the nominal dosing information or the minimum dosing information to the casing. electrical 20 to drive accordingly the additive injection means.
  • the device according to the invention it is therefore possible to establish the concentration of additive in the fuel at the value just needed.
  • the diesel can indeed be additivé in two stages, a first time during a replenishment and a second time, if this is deemed necessary after analysis of the driving conditions of the vehicle.
  • the two dosages indicated above namely the nominal dosage corresponding to the rolling conditions unfavorable to the regeneration and already implemented in the devices for introducing the state. of the technique, and the minimum dosage adapted to conditions favorable to regeneration, such as for example when driving on the motorway.
  • This analysis of the driving conditions of the vehicle may for example be based on an analysis of a driving history of the vehicle. So, by for example, if the use of the vehicle over the last 50 kilometers traveled corresponds to a taxi in town, then the additive is injected at the nominal dosage. In the opposite case, that is to say for example if the vehicle is used on the highway, it is possible to inject the minimum dosage.
  • the means for analyzing the running conditions of the vehicle detect a change in conditions, such as for example a transition from a highway taxi to a city taxi, we can inject an additional amount of additive to bring the concentration to the nominal dosage value.
  • Such a strategy makes it possible, for example, for vehicles essentially traveling on motorways, to operate mainly with a minimum dosage of additive.
  • a first strategy for choosing the minimum dosage is illustrated in the table of FIG. 3. This minimum dosage is chosen so that the additive-to-carbon ratio is constant regardless of the type of rolling. In the illustrated example, this is dose on the highway at 6 ppm instead of 10 ppm. When returning to urban use, the soot in the particulate filter is correctly additive.
  • Figure 4 shows a table illustrating a second minimal dosage choice strategy.
  • the minimum highway dosage is lowered to the level just needed to regenerate under these favorable driving conditions.
  • the highway is thus measured at 2 ppm instead of 10 ppm, which represents a very significant gain in durability for the customer.
  • a difficulty in this case is that during a return to urban use, the soot in the particulate filter are sub-additive and it is impossible to add the additive later in the soot. This can then lead to a difficulty in burning these soot. But such a case is rare, because after a runway road / highway, the particle filter usually contains little soot. In fact, either they burned naturally thanks to the temperatures reached on the highway, or the operating supervisor of the particulate filter took advantage of the favorable conditions to trigger the regeneration in an anticipated manner. In addition, soot accumulated subsequently during a taxi in the city have the right dosage which allows to initiate combustion in the particulate filter. Moreover, the possible problem does not only one regeneration in the city. Indeed, if the vehicle stays longer in town, the dosage then becomes nominal for subsequent regenerations.
  • a possible alternative is to trigger an exceptionally regeneration at a higher temperature to compensate for the underdosing additive, considering that the impacts in consumption and dilution are bearable because exceptional and not critical for a vehicle traveling in the city.
  • the bonus acquired at the beginning of life is preserved in some way in the form of an additive not consumed subsequently.
  • Some elements of the additive introduction device may be constituted by elements conventionally used for the construction of motor vehicle engines and their control members.
  • the additive injection assembly comprising the pump 13, the pressure regulator 16 and optionally the injector 14 can be constituted by a conventional injection device as used on motor vehicles comprising a injection engine.
  • the flowmeter 17 directly measures, in the pipe 8, the amount of fuel introduced into the tank 2.
  • the flowmeter 17 therefore transmits through the electric cable 21 the signal representative of the quantity of fuel introduced into the tank 2.
  • the electrical contact of the vehicle makes it possible to put into operation the electronic control unit 20 for determining and carrying out the injection of additive into the fuel tank 2.
  • control unit 20 calculates the quantity of additive to be introduced into the tank 2, as a function of the quantity of fuel introduced into this tank 2 and the concentration of additive of the fuel delivered by the means of fuel. analyzing the driving conditions 30, 31, 32 to obtain satisfactory operating conditions of the particulate filter.
  • the signal representative of the quantity of additive to be introduced into the fuel tank 2 is converted into a control signal of the injection pump 13 and to a control signal of the injector 14.
  • the control signal of the injector 14 keeps the injector open for a time sufficient to effect the injection of the determined amount of constant pressure additive into the fuel tank 2, the pump 13 remaining in operation for a time sufficient to carry out this injection directly into said fuel tank 2.
  • the gas oil contained in the tank 2 has an additive concentration which corresponds perfectly to the concentration necessary to obtain a satisfactory operation of the particulate filter according to the determined driving conditions.
  • the concentration of additive of the gas oil in the tank 2 is perfectly homogeneous due to the mixing provided by the injection pump 3.
  • the engine 1 and the particulate filter associated with it in the exhaust line can then operate under satisfactory conditions.
  • the temperature of the additive injected directly into the tank 2 can be adjusted by virtue of the temperature gauge 19 and a circuit for heating the additive in the tank 10.
  • the temperature measured by the gauge 19 can be taken into account by the control unit 20 to calculate the injection time of the additive at constant temperature. Indeed, the injection time of a fixed amount of additive at constant pressure varies depending on the viscosity, therefore the temperature of this additive.
  • the method and the device according to the invention make it possible to maintain in the vehicle fuel tank an additive concentration adapted to the operating conditions of the engine.
  • the particulate filter operates under satisfactory conditions with respect to its regeneration.
  • the capacity of the tank can be determined accordingly.
  • the device according to the invention simplifies the embedded software and reduce the size of the memories of this software.
  • the reliability of operation is greater compared to the devices used since the device according to the invention no longer takes into account the gauging and its errors.
  • the electronic box can be made using any component or microprocessor and using the usual knowledge of technicians in the field of electronics.
  • the gauges or temperature probes used may be of any type suitable for the measurements made and the environment in which these measurements take place.
  • the first and second strategies described above are relatively simple to implement. These adaptive dosing strategies then provide a real benefit for a large proportion of vehicles.
  • replenishment tracking can be provided by the fuel level gauge.
  • the housing 20 may be integrated wholly or partly into a computer already on board the vehicle such as a motor or other computer.
  • the vehicle comprises, for example, navigation and / or location means
  • the concentration of additive in the fuel it is also possible to envisage an adaptation of the concentration of additive in the fuel to other information such as for example, the journey information that the vehicle will travel, or the filling location of the last tank fill.
  • the means for analyzing driving conditions can also use a driving history of the vehicle which can take into account for example a certain number of kilometers traveled by the vehicle such as for example the last fifty kilometers.

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Abstract

Ce dispositif d'introduction de moyens formant additif dans le réservoir (2) de carburant d'un véhicule automobile comportant des moyens de dépollution disposés dans la ligne d'échappement du moteur (1) du véhicule et comportant un réservoir (10) pour les moyens formant additif, des moyens (13,14) d'injection d'additif reliés au réservoir (10) d'additif et au réservoir (2) de carburant et des moyens (20) de commande des moyens (13, 14) d'injection pour réaliser l'injection d'additif, est caractérisé en ce que les moyens de commande (20) sont associés à des moyens (30) d'analyse des conditions de roulage du véhicule, pour contrôler le fonctionnement des moyens d'injection (13, 14), afin d'adapter la concentration d'additif dans le carburant aux conditions de roulage du véhicule, favorables ou défavorables à la régénération des moyens de dépollution.

Description

  • La présente invention concerne un dispositif d'introduction automatique de moyens formant additif dans le réservoir de carburant d'un véhicule automobile.
  • Les gaz d'échappement des moteurs à allumage par compression et notamment des moteurs Diesel qui utilisent du gazole comme carburant renferment à la fois des polluants gazeux tels que des hydrocarbures, des oxydes d'azote et du monoxyde de carbone CO et des polluants solides qui sont principalement constitués par des particules de suie.
  • Les normes antipollution appliquées aux moteurs Diesel sont de plus en plus sévères et exigent l'élimination pratiquement complète des émissions de particules de suie dans les gaz d'échappement de ces moteurs.
  • Pour assurer l'élimination de ces particules de suie, les constructeurs de véhicules automobiles sont amenés à prévoir un post-traitement des gaz d'échappement notamment en utilisant un filtre à particules.
  • Un tel filtre est installé dans la ligne d'échappement du moteur et comporte des éléments de filtration en matière céramique poreuse qui sont traversés par les gaz d'échappement et qui permettent de retenir les particules solides en suspension dans ces gaz.
  • Au cours du fonctionnement du moteur, les éléments de filtration se chargent en particules de suie et se colmatent progressivement. Le décolmatage des éléments de filtration peut être obtenu en faisant brûler les suies déposées sur ces éléments, pendant le fonctionnement du moteur.
  • En présence d'oxygène, les suies brûlent à des températures de l'ordre de 550 à 600°C. De tels niveaux thermiques ne sont que rarement atteints par les gaz d'échappement d'un moteur Diesel d'un véhicule de tourisme. Il est donc nécessaire de favoriser le début de la régénération des éléments de filtration, en ajoutant au carburant des moyens formant additif permettant notamment d'abaisser la température de combustion des suies.
  • Les additifs les plus couramment utilisés sont constitués par des composés organométalliques qui, mélangés dans des proportions déterminées au gazole, sont injectés dans la chambre de combustion, par la pompe d'injection, et se retrouvent dans les gaz d'échappement.
  • La présence de ces additifs dans le filtre à particules, en mélange intime avec les particules de suie, leur permet de jouer le rôle de catalyseur de la combustion des particules de suie et d'abaisser les températures d'inflammation des suies aux environs de 400 à 450°C.
  • Une solution qui a été envisagée consiste à mélanger ces additifs au gazole, à l'issue du processus industriel d'obtention du carburant, dans les usines pétrolières productrices. Le gazole renfermant les additifs de régénération des filtres à particules serait alors vendu à la pompe et constituerait un produit particulier, dans le cadre de la vente au détail des carburants.
  • L'inconvénient d'un tel procédé et de l'organisation correspondante de la vente est de nécessiter de prévoir une variété supplémentaire de carburant et d'entraîner une dépendance complète des utilisateurs et fabricants de moteurs, vis-à-vis des choix effectués par l'industrie pétrolière, en ce qui concerne la nature des additifs et la composition des mélanges d'additifs retenue.
  • En effet, il peut être nécessaire d'adapter la composition des additifs aux caractéristiques du moteur dans lequel ils sont utilisés.
  • Une autre solution connue consiste à incorporer les additifs au carburant, de manière automatique, à l'intérieur du réservoir du véhicule à l'issue de chacune des opérations de remplissage de ce réservoir.
  • Le dosage des additifs est effectué de manière que la concentration du carburant en additif à l'intérieur du réservoir reste parfaitement constante.
  • Lors de leur passage dans la chambre de combustion du moteur, les additifs sous forme d'organométalliques se transforment en particules d'oxydes métalliques intimement mêlées aux particules de suie.
  • La concentration prédéterminée de l'additif dans le carburant est fixée à une valeur telle que le carburant injecté dans les cylindres du moteur renferme constamment une quantité d'additif suffisante pour abaisser la température de combustion des suies dans le filtre à particules du véhicule, jusqu'à un niveau assurant une combustion satisfaisante même lorsque le niveau de charge du moteur est faible.
  • A cet effet, pour déterminer la quantité d'additif à injecter dans le réservoir de carburant du véhicule, on mesure le niveau initial du carburant dans le réservoir, préalablement à chaque opération de réapprovisionnement de ce réservoir, on mesure le niveau final du carburant dans le réservoir et on détermine, d'une part, la quantité de carburant introduite dans le réservoir à chaque opération de réapprovisionnement à partir du niveau initial et du niveau final mesurés et, d'autre part, la quantité d'additif contenue dans une quantité de carburant égale à la quantité introduite dans ledit réservoir.
  • La mesure et l'enregistrement du niveau de carburant dans le réservoir sont commandés de manière automatique lors de l'ouverture et de la fermeture d'un bouchon d'obturation du conduit de remplissage du réservoir ou lors de l'ouverture et de la fermeture d'une trappe d'obturation d'une partie de la carrosserie du véhicule donnant accès à des moyens de remplissage de ce réservoir.
  • La quantité des moyens formant additif injectée à l'heure actuelle, est déterminée de manière à obtenir en permanence dans le réservoir de carburant, un taux d'additif de l'ordre de 10 ppm.
  • Il existe en effet un ratio masse d'additif sur masse de carbone optimal typiquement de 1,4% avec les moyens formant additif actuels. Il n'est en effet pas nécessaire d'aller au-delà, car la régénération est suffisamment efficace. S'en écarter trop par excès pourrait même dans certains cas être nuisible pour la tenue mécanique du filtre à particules en raison d'un risque d'emballement de la régénération.
  • En fait, ce ratio dépend de la température des gaz atteinte en phase de régénération, celle-ci étant elle-même fortement dépendante des conditions de roulage du véhicule. Ainsi, lorsque la régénération peut se faire sur autoroute, il est relativement aisé d'obtenir des températures de gaz d'échappement de 600°C dans le filtre à particules, l'additif n'étant alors pratiquement pas nécessaire. Au contraire, quand on doit régénérer le filtre à particules lors d'un roulage urbain, la température des gaz atteint au mieux 450°C et l'additif est alors d'une aide précieuse.
  • Le dosage d'additif est aujourd'hui fixe et défini, de sorte que l'on obtient un ratio additif sur carbone de 1,4% en roulage urbain. Le fonctionnement actuel n'est donc pas optimisé lorsque l'utilisation du véhicule est majoritairement de type extra urbain.
  • On conçoit alors que ceci se traduit par une consommation d'additif inutile. La quantité d'additif présente dans les suies du filtre à particules est plus importante que nécessaire, car ce type de roulage engendre peu de particules et le dosage d'additif nécessaire pour régénérer ce filtre sur autoroute est très faible. Il y a à cet égard lieu de noter que la consommation d'additif conditionne l'entretien du filtre à particules. Une réduction du dosage permettrait de repousser l'opération de remplissage du réservoir d'additif et de repousser également l'opération de nettoyage du filtre à particules (résidus d'additif accumulés).
  • Par ailleurs, un surdosage d'additif peut également conduire à des fissurations voire à une casse du filtre à particules.
  • Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes.
  • A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'introduction automatique de moyens formant additif dans le réservoir de carburant d'un véhicule automobile comportant des moyens de dépollution disposés dans la ligne d'échappement du moteur du véhicule et comportant un réservoir pour les moyens formant additif, des moyens d'injection d'additif reliés au réservoir d'additif et au réservoir de carburant et des moyens de commande des moyens d'injection pour réaliser l'injection d'additif, caractérisé en ce que les moyens de commande sont associés à des moyens d'analyse des conditions de roulage du véhicule, pour contrôler le fonctionnement des moyens d'injection, afin d'adapter la concentration d'additif dans le carburant aux conditions de roulage du véhicule, favorables ou défavorables à la régénération des moyens de dépollution.
  • Suivant d'autres caractéristiques :
    • les moyens de commande comprennent des moyens de détection de conditions de roulage favorables à une régénération des moyens de dépollution pour utiliser une première concentration d'additif dans le carburant et de conditions de roulage défavorables à une régénération des moyens de dépollution pour utiliser une deuxième concentration d'additif dans le carburant ;
    • les moyens de détection des conditions de roulage sont adaptés pour détecter des conditions de roulage favorables sur autoroute et défavorables en ville ;
    • les moyens d'analyse des conditions de roulage du véhicule utilisent un historique de roulage de celui-ci ;
    • l'historique concerne le roulage du véhicule lors des cinquante derniers kilomètres parcourus ;
    • les moyens d'analyse des conditions de roulage utilisent des informations de trajet à parcourir par le véhicule ; et
    • les moyens d'analyse des conditions de roulage utilisent des informations concernant le lieu de remplissage du dernier plein du réservoir.
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
    • la Fig.1 représente un schéma synoptique illustrant la structure et le fonctionnement d'un dispositif d'introduction selon l'invention ; et
    • les Fig.2, 3, 4 et 5 sont des tableaux illustrant les stratégies et les gains obtenus grâce à un tel dispositif.
  • Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un moteur Diesel, désigné dans son ensemble par la référence 1, d'un véhicule automobile et qui est alimenté en gazole à partir d'un réservoir 2, par l'intermédiaire d'une pompe d'injection 3.
  • La pompe d'injection 3 est reliée au réservoir 2 par une conduite d'aspiration 4 sur laquelle est intercalé un filtre 5.
  • La conduite d'aspiration 4 comporte une partie d'extrémité opposée à la pompe 3 qui est plongée à l'intérieur du réservoir 2 pour déboucher, à sa partie inférieure, sous la forme d'une crépine d'aspiration 6.
  • De plus, la pompe 3 est reliée aux cylindres du moteur 1 par des conduites assurant chacune l'alimentation d'un injecteur 9 associé à un cylindre du moteur.
  • Le réservoir 2 est équipé d'une jauge de niveau 7 permettant de déterminer la position du niveau du gazole dans ce réservoir 2.
  • Le réservoir 2 comporte également une tubulure de remplissage 8 débouchant dans la partie supérieure de ce réservoir 2 et équipée d'un bouchon de fermeture 8a.
  • La ligne d'échappement du véhicule, dont la propulsion est assurée par le moteur Diesel, comporte un filtre à particules, non représenté, permettant d'arrêter les particules de suie formées dans les gaz d'échappement du moteur.
  • Le véhicule comporte un réservoir d'additif 10 muni d'un bouchon de remplissage 11 et destiné à contenir des moyens formant additif qui peuvent être constitués par un ou plusieurs composés organométalliques en solution dans un solvant liquide.
  • Une conduite 12 d'injection d'additif liquide est reliée au réservoir d'additif 10, au voisinage de sa partie inférieure. Une pompe de dosage 13 est intercalée sur la conduite 12 qui est reliée, à son extrémité opposée au réservoir d'additif 10, à un injecteur 14 débouchant directement dans le réservoir de carburant 2.
  • Une conduite de retour 15 communiquant avec la conduite d'injection 12, en aval de la pompe 13, est reliée à la partie supérieure du réservoir d'additif 10. Un régulateur de pression 16 constitué par un clapet à bille comportant un ressort de tarage est intercalé sur la conduite de retour 15.
  • Le dispositif d'introduction automatique d'additif selon l'invention comporte un boîtier électronique de commande 20 intégré au véhicule et permettant d'assurer toutes les fonctions de réglage et de surveillance de l'introduction d'additif en quantités dosées dans le réservoir de carburant 2 du véhicule.
  • Le dispositif d'introduction automatique d'additif comporte également des moyens de mesure de la quantité de carburant introduite dans le réservoir 2 au cours de chaque opération de réapprovisionnement.
  • Ainsi que représenté sur la figure, ces moyens de mesure sont formés par exemple par un débitmètre mono-directionnel 17 placé directement dans la tubulure 8 de remplissage du réservoir de carburant 2.
  • Le débitmètre 17 est relié au boîtier électronique 20 par un câble électrique 21 qui permet de transmettre automatiquement audit boîtier 20 la quantité de carburant introduite dans le réservoir 2 lors du réapprovisionnement de ce réservoir 2 en carburant.
  • La jauge de niveau 7 associée au réservoir de carburant 2 est reliée par un câble électrique 22 au boîtier 20, de manière à transmettre à ce boîtier 20 ainsi qu'au conducteur du véhicule, un signal électrique représentatif du niveau de carburant à l'intérieur dudit réservoir 2.
  • Le boîtier électronique 20 est relié par des câbles électriques, respectivement 23 et 24, à la pompe 13 et à l'injecteur 14, de manière à transmettre à ces éléments du dispositif d'introduction d'additif un signal de commande assurant une injection en quantité dosée d'additif dans le réservoir 2 de carburant, dans les conditions qui seront décrites ultérieurement.
  • Une jauge de niveau 18 reliée au boîtier électronique 20 par un câble électrique 25 permet de transmettre à ce boîtier 20 un signal électrique lorsque le niveau d'additif dans le réservoir 10 est parvenu dans une position minimale voisine du fond de ce réservoir 10.
  • Une sonde de température 19 disposée dans le réservoir d'additif 10 permet de transmettre au boîtier électronique 20, par l'intermédiaire d'un câble électrique 26, un signal représentatif de la température de cet additif liquide à l'intérieur dudit réservoir 10.
  • Le boîtier électronique 20 comporte au moins une sortie 27 constituée par au moins un câble électrique relié à des voyants qui peuvent être situés avantageusement dans l'habitacle du véhicule automobile.
  • L'allumage d'un premier voyant est obtenu lorsque le niveau d'additif détecté par la jauge 18 dans le réservoir d'additif 10 est parvenu dans la position correspondant au niveau minimal voisin du fond de ce réservoir 10 et l'allumage d'un second voyant est obtenu lorsque le niveau de carburant détecté par la jauge 7 dans le réservoir de carburant 2 est parvenu dans une position correspondant au niveau minimal voisin du fond de ce réservoir de carburant 2.
  • Le boîtier électronique 20 reçoit également comme donnée d'entrée un signal électrique représentatif de la concentration en additif qu'il est nécessaire de maintenir dans le carburant, c'est-à-dire dans le gazole injecté dans les cylindres 9 du moteur 1 en fonction des conditions de roulage du véhicule.
  • En fait, cette concentration en additif dépend des conditions de roulage du véhicule.
  • C'est ainsi par exemple que des moyens 30 d'analyse des conditions de roulage du véhicule et de détermination de conditions de roulage du véhicule favorables ou défavorables à la régénération des moyens de dépollution, sont utilisés pour délivrer à ce boîtier électronique 20, une information de dosage nominal correspondant à des conditions de roulage défavorables, par exemple de type urbain, ou une information de dosage minimal, correspondant à des conditions de roulage favorables, par exemple sur autoroute.
  • Ces informations sont par exemple délivrées par des moyens de stockage désignés par les références générales 31 et 32 sur cette figure 1, qui délivrent alors en fonction des conditions de roulage rencontrées, l'information de dosage nominal ou l'information de dosage minimal au boîtier électrique 20 afin de piloter en conséquence les moyens d'injection d'additif.
  • L'intérêt de cette adaptation apparaît de l'analyse du tableau de la figure 2, qui fait apparaître les ratios nécessaires et les ratios effectifs en fonction des conditions de roulage, mis en oeuvre dans l'état de la technique.
  • Grâce au dispositif selon l'invention, il est donc possible d'établir la concentration d'additif dans le carburant à la valeur juste nécessaire.
  • En reprenant la structure et le fonctionnement d'un dispositif d'introduction déjà existant de l'état de la technique, on peut déjà optimiser l'injection d'additif. Le gazole peut en effet être additivé en deux temps, une première fois lors d'un réapprovisionnement et une seconde fois, si cela est jugé nécessaire après analyse des conditions de roulage du véhicule.
  • Dans le dispositif selon l'invention, on peut en effet mettre en oeuvre les deux dosages indiqués précédemment, à savoir le dosage nominal correspondant aux conditions de roulage défavorables à la régénération et déjà mis en oeuvre dans les dispositifs d'introduction de l'état de la technique, et le dosage minimal adapté aux conditions favorables à la régénération, comme par exemple lors d'un roulage sur autoroute.
  • Cette analyse des conditions de roulage du véhicule peut par exemple être basée sur une analyse d'un historique de roulage du véhicule. Ainsi, par exemple, si l'utilisation du véhicule sur les 50 derniers kilomètres parcourus correspond à un roulage en ville, alors on injecte de l'additif selon le dosage nominal. Dans le cas contraire, c'est-à-dire par exemple si le véhicule est utilisé sur autoroute, on peut injecter le dosage minimal.
  • Dans ce cas, et si les moyens d'analyse des conditions de roulage du véhicule détectent un changement de conditions, comme par exemple un passage d'un roulage sur autoroute à un roulage en ville, on peut injecter une quantité supplémentaire d'additif pour amener la concentration sur la valeur de dosage nominal.
  • Une telle stratégie permet par exemple à des véhicules roulant essentiellement sur autoroute, de fonctionner majoritairement avec un dosage minimal d'additif.
  • Une première stratégie de choix du dosage minimal est illustrée sur le tableau de la figure 3. Ce dosage minimal est choisi de sorte que le ratio additif sur carbone soit constant quelque soit le type de roulage. Dans l'exemple illustré, on dose ainsi sur autoroute à 6 ppm au lieu de 10 ppm. Lors d'un retour en usage urbain, les suies dans le filtre à particules sont correctement additivées.
  • La figure 4 représente un tableau illustrant une deuxième stratégie de choix de dosage minimal. Le dosage minimal sur autoroute est abaissé au niveau juste nécessaire pour régénérer lors de ces conditions de roulage favorables.
  • Dans l'exemple donné, on dose ainsi sur autoroute à 2 ppm au lieu de 10 ppm, ce qui représente donc un gain très important en durabilité pour le client.
  • Une difficulté relative à ce cas est que lors d'un retour en usage urbain, les suies dans le filtre à particules sont sous-additivées et qu'il est impossible d'ajouter ultérieurement de l'additif dans les suies. Ceci peut alors conduire à une difficulté à brûler ces suies. Mais un tel cas est rare, car après un roulage route/autoroute, le filtre à particules contient en général peu de suies. En effet, soit elles ont brûlé naturellement grâce aux températures atteintes sur autoroute, soit le superviseur de fonctionnement du filtre à particules a profité des conditions favorables pour déclencher la régénération de façon anticipée. De plus, les suies accumulées par la suite lors d'un roulage en ville ont le bon dosage ce qui permet d'initier la combustion dans le filtre à particules. De plus, le problème éventuel ne concerne qu'une seule régénération en ville. En effet, si le véhicule reste plus longtemps en ville, le dosage redevient alors nominal pour les régénérations suivantes.
  • Une alternative possible est de déclencher exceptionnellement une régénération à plus haute température pour compenser le sous-dosage en additif, en considérant que les impacts en consommation et en dilution sont supportables car exceptionnels et non critiques pour un véhicule roulant peu en ville.
  • Si besoin, on peut également choisir de réserver cette stratégie économique aux véhicules faisant moins de 20% de ville. Pour cela, on peut par exemple enregistrer, sur les 5000 derniers kilomètres parcourus, le taux d'usage urbain et le comparer à une valeur de seuil.
  • Le tableau de la figure 5 montre que le gain en additif consommé est considérable en particulier pour la deuxième stratégie mais est également intéressant pour la première stratégie.
  • Il va de soi qu'un tel dispositif est adaptatif et fonctionne même si le véhicule change de propriétaire et d'usage. En effet, un véhicule peut en début de vie parcourir beaucoup d'autoroute, puis faire beaucoup de ville.
  • Le bonus acquis en début de vie est conservé en quelque sorte sous forme d'additif non consommé par la suite.
  • Certains éléments du dispositif d'introduction d'additif peuvent être constitués par des éléments utilisés de manière classique pour la construction des moteurs de véhicules automobiles et de leurs organes de commande.
  • C'est ainsi que l'ensemble d'injection d'additif comprenant la pompe 13, le régulateur de pression 16 et éventuellement l'injecteur 14 peut être constitué par un dispositif d'injection classique tel qu'utilisé sur les véhicules automobiles comportant un moteur à injection.
  • En se reportant maintenant à nouveau à la figure 1, on va décrire le fonctionnement du dispositif d'introduction automatique d'additif dans le réservoir de carburant du véhicule automobile.
  • Lorsque l'utilisateur du véhicule effectue un réapprovisionnement du réservoir 2 en carburant, il introduit le pistolet de la pompe dans la tubulure de remplissage 8.
  • Ainsi, au cours de l'écoulement du carburant dans cette tubulure 8, le débitmètre 17 mesure directement, dans la tubulure 8, la quantité de carburant introduite dans le réservoir 2.
  • Le débitmètre 17 transmet donc par le câble électrique 21 le signal représentatif de la quantité de carburant introduite dans le réservoir 2.
  • Au démarrage du moteur 1, le contact électrique du véhicule permet de mettre en fonctionnement le boîtier électronique 20 pour la détermination et la réalisation de l'injection d'additif dans le réservoir de carburant 2.
  • A cet effet, le boîtier de commande 20 effectue le calcul de la quantité d'additif à introduire dans le réservoir 2, en fonction de la quantité de carburant introduite dans ce réservoir 2 et de la concentration en additif du carburant délivrée par les moyens d'analyse des conditions de roulage 30, 31, 32 pour obtenir des conditions de fonctionnement satisfaisantes du filtre à particules.
  • Le signal représentatif de la quantité d'additif à introduire dans le réservoir de carburant 2 est transformé en un signal de commande de la pompe d'injection 13 et en un signal de commande de l'injecteur 14.
  • Le signal de commande de l'injecteur 14 permet de maintenir cet injecteur ouvert pendant un temps suffisant pour réaliser l'injection de la quantité déterminée d'additif à pression constante dans le réservoir de carburant 2, la pompe 13 restant en fonctionnement pendant un temps suffisant pour réaliser cette injection directement dans ledit réservoir de carburant 2.
  • A l'issue de l'injection d'additif, le gazole contenu dans le réservoir 2 présente une concentration en additif qui correspond parfaitement à la concentration nécessaire pour obtenir un fonctionnement satisfaisant du filtre à particules selon les conditions de roulage déterminées.
  • En outre, la concentration en additif du gazole dans le réservoir 2 est parfaitement homogène du fait du brassage assuré par la pompe d'injection 3.
  • Le moteur 1 et le filtre à particules qui lui est associé dans la ligne d'échappement peuvent alors fonctionner dans des conditions satisfaisantes.
  • La température de l'additif injecté directement dans le réservoir 2 peut être réglée grâce à la jauge de température 19 et un circuit de mise en température de l'additif dans le réservoir 10.
  • Selon une variante, la température mesurée par la jauge 19 peut être prise en compte par le boîtier électronique 20 pour calculer le temps d'injection de l'additif à température constante. En effet, le temps d'injection d'une quantité déterminée d'additif à pression constante varie en fonction de la viscosité, donc de la température de cet additif.
  • Le procédé et le dispositif suivant l'invention permettent de maintenir dans le réservoir de carburant du véhicule une concentration d'additif adaptée aux conditions de fonctionnement du moteur.
  • Ainsi, le filtre à particules fonctionne dans des conditions satisfaisantes en ce qui concerne sa régénération.
  • Il est simplement nécessaire de maintenir un niveau suffisant d'additif dans le réservoir correspondant ce qui nécessite d'effectuer un réapprovisionnement de ce réservoir lorsque le voyant de niveau minimal s'allume.
  • La capacité du réservoir peut être déterminée en conséquence. Par rapport aux dispositifs utilisés jusqu'à présent, le dispositif selon l'invention permet de simplifier le logiciel embarqué et de diminuer d'autant la taille des mémoires de ce logiciel.
  • De plus, la fiabilité de fonctionnement est supérieure par rapport aux dispositifs utilisés étant donné que le dispositif selon l'invention ne tient plus compte du jaugeage et de ses erreurs.
  • Enfin, la précision de dosage de l'additif dans le carburant est augmentée et la précision de dosage devient constante quel que soit l'apport en carburant.
  • Le boîtier électronique peut être réalisé en utilisant tout composant ou microprocesseur et en mettant en oeuvre les connaissances habituelles des techniciens dans le domaine de l'électronique.
  • Les jauges ou sondes de température utilisées peuvent être de tout type adapté aux mesures effectuées et à l'environnement dans lequel se déroulent ces mesures.
  • Les première et deuxième stratégies décrites précédemment sont relativement simples à mettre en oeuvre. Ces stratégies de dosage adaptatives procurent alors un réel bénéfice pour une part importante de véhicules.
  • Bien entendu, d'autres modes de réalisation peuvent être envisagés.
  • Ainsi par exemple, le suivi du réapprovisionnement peut être assuré par la jauge de niveau de carburant.
  • De même, le boîtier 20 peut être intégré en tout ou partie dans un calculateur déjà embarqué à bord du véhicule tel qu'un calculateur moteur ou autre.
  • De plus, et dans l'hypothèse où le véhicule comporte, par exemple, des moyens de navigation et/ou de localisation, il est également possible d'envisager une adaptation de la concentration d'additif dans le carburant à d'autres informations telles que par exemple des informations de trajet que le véhicule va parcourir, ou de lieu de remplissage du dernier plein du réservoir.
  • Les moyens d'analyse des conditions de roulage peuvent également utiliser un historique de roulage du véhicule qui peut prendre en compte par exemple un certain nombre de kilomètres parcourus par le véhicule tel que par exemple les cinquante derniers kilomètres.
  • Bien entendu, d'autres informations encore peuvent être envisagées.

Claims (7)

  1. Dispositif d'introduction automatique de moyens formant additif dans le réservoir (2) de carburant d'un véhicule automobile comportant des moyens de dépollution disposés dans la ligne d'échappement du moteur (1) du véhicule et comportant un réservoir (10) pour les moyens formant additif, des moyens (13,14) d'injection d'additif reliés au réservoir (10) d'additif et au réservoir (2) de carburant et des moyens (20) de commande des moyens (13, 14) d'injection pour réaliser l'injection d'additif, caractérisé en ce que les moyens de commande (20) sont associés à des moyens (30) d'analyse des conditions de roulage du véhicule, pour contrôler le fonctionnement des moyens d'injection (13, 14), afin d'adapter la concentration d'additif dans le carburant aux conditions de roulage du véhicule favorables ou défavorables à la régénération des moyens de dépollution.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande comprennent des moyens (30, 31, 32) de détection de conditions de roulage favorables à une régénération des moyens de dépollution pour utiliser une première concentration d'additif dans le carburant et de conditions de roulage défavorables à une régénération des moyens de dépollution pour utiliser une deuxième concentration d'additif dans le carburant.
  3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens (30, 31, 32) de détection des conditions de roulage sont adaptés pour détecter des conditions de roulage favorables sur autoroute et défavorables en ville.
  4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'analyse des conditions de roulage du véhicule utilisent un historique de roulage de celui-ci.
  5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'historique concerne le roulage du véhicule lors des cinquante derniers kilomètres parcourus.
  6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'analyse des conditions de roulage utilisent des informations de trajet à parcourir par le véhicule.
  7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'analyse des conditions de roulage utilisent des informations concernant le lieu de remplissage du dernier plein du réservoir.
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