EP2092188A2 - Vehicule automobile, injecteur et procede d'utilisation de ce vehicule - Google Patents

Vehicule automobile, injecteur et procede d'utilisation de ce vehicule

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Publication number
EP2092188A2
EP2092188A2 EP07871907A EP07871907A EP2092188A2 EP 2092188 A2 EP2092188 A2 EP 2092188A2 EP 07871907 A EP07871907 A EP 07871907A EP 07871907 A EP07871907 A EP 07871907A EP 2092188 A2 EP2092188 A2 EP 2092188A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel
additive
vehicle
combustion chamber
tank
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07871907A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
François Maire
Gérald Crepeau
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PSA Automobiles SA
Original Assignee
Peugeot Citroen Automobiles SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Peugeot Citroen Automobiles SA filed Critical Peugeot Citroen Automobiles SA
Publication of EP2092188A2 publication Critical patent/EP2092188A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G OR C10K; LIQUIFIED PETROLEUM GAS; USE OF ADDITIVES TO FUELS OR FIRES; FIRE-LIGHTERS
    • C10L10/00—Use of additives to fuels or fires for particular purposes
    • C10L10/18—Use of additives to fuels or fires for particular purposes use of detergents or dispersants for purposes not provided for in groups C10L10/02 - C10L10/16
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F02M61/1806—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for characterised by the arrangement of discharge orifices, e.g. orientation or size
    • F02M61/182—Discharge orifices being situated in different transversal planes with respect to valve member direction of movement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F02M61/1806—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for characterised by the arrangement of discharge orifices, e.g. orientation or size
    • F02M61/1833—Discharge orifices having changing cross sections, e.g. being divergent
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F02M61/1806—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for characterised by the arrangement of discharge orifices, e.g. orientation or size
    • F02M61/1846—Dimensional characteristics of discharge orifices

Definitions

  • the present invention relates to a motor vehicle, an injector and a method of using the vehicle.
  • motor vehicles including:
  • an internal combustion engine equipped with at least one cylinder, each cylinder defining a fuel combustion chamber, and
  • each injector comprising:
  • a micro-bag adapted to contain fuel and to inject under a pressure greater than that prevailing in the combustion chamber
  • At least one channel connecting the micro bag to the combustion chamber the end of this channel opening into the combustion chamber forming a fuel spray orifice in the combustion chamber.
  • This fuel is sprayed in the form of droplets whose size varies with the size of the spray orifice.
  • the smaller these droplets the better the combustion inside the combustion chamber and the lower are the polluting emissions, including nitrogen oxides (NOx), from the engine.
  • NOx nitrogen oxides
  • the invention therefore aims to propose a motor vehicle whose polluting emissions are reduced.
  • the smallest width of the cross section of the orifice of the injector is strictly less than 110 micrometers
  • the discharge coefficient of the channel is strictly greater than 0.75.
  • reducing the size of the spray orifice makes it possible to create smaller fuel droplets. Smaller fuel droplets improve combustion inside the combustion chamber. Better combustion reduces the polluting emissions of the motor vehicle.
  • Embodiments of this motor vehicle may include one or more of the following features:
  • the cross section of the channel decreases as one approaches the spray orifice; the smallest width of each orifice is less than 90 micrometers;
  • each injector comprises at least eight spray orifices
  • the vehicle comprises a fuel containing a detergent additive composed of a polar group which binds to deposits and / or precursors of deposits and an apolar group which dissolves in the fuel;
  • the concentration of detergent additive is between 10 ppm (parts per million) and 1000 ppm by weight of fuel;
  • the vehicle comprises an additive reservoir intended to contain the detergent additive, a fuel tank, and a device for automatically introducing a metered quantity of the detergent additive into the fuel tank according to the volume of fuel present in this fuel tank;
  • a depollution device is disposed in the exhaust line of the engine, and the fuel further comprises a regeneration aid additive of the pollution control device containing cerium and / or iron, or other metals.
  • this additive for assisting the regeneration of the depollution device is also contained in the additive reservoir intended to contain the detergent additive.
  • the embodiments of the motor vehicle also have the following advantages: gradually decreasing the cross section of the channel makes it possible to obtain a channel having a discharge coefficient strictly greater than 0.75,
  • the reservoir for containing the detergent additive is the same as that intended to contain an additive to aid the regeneration of the depollution device.
  • the invention also relates to a fuel injector adapted to be implemented in the vehicle above.
  • the invention also relates to a first method of using the above motor vehicle comprising a fuel tank equipped with a filler neck, wherein the method comprises filling, from a pump station service, the fuel tank with a fuel comprising a detergent additive consisting of a polar group which binds deposits and / or precursors of deposits and an apolar group which dissolves in the fuel, the concentration of detergent additive in the fuel being between 10 ppm and 1000 ppm by weight of fuel.
  • the invention also relates to a second method of using the motor vehicle above comprising a fuel tank equipped with a filler neck, wherein the method comprises: - filling, from a pump of a service station, the fuel tank with a fuel insufficiently provided with detergent additives consisting of a polar group which binds to deposits and / or precursors of deposits and an apolar group which dissolves in the fuel, and - manual addition of a detergent additive pod in the fuel tank, the pod achieving a concentration of detergent additive in the fuel of between 10 ppm and 1000 ppm by weight of fuel.
  • Embodiments of this second method of using a vehicle may include the following feature:
  • the pod further contains an additive for the regeneration of a depollution device disposed in the exhaust line of the engine.
  • FIG. 1 is a schematic illustration of the architecture of a motor vehicle
  • FIG. 2 is a schematic illustration of a fuel injector used in the vehicle of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a diagrammatic sectional illustration of the end of the injector of FIG. 2, and
  • FIG. 4 is a graph illustrating the fuel flow per cycle for different fuel mixtures and additives.
  • FIG. 1 represents a motor vehicle 1 comprising a diesel engine, with compression ignition, generally designated by the reference 2.
  • This engine 2 is supplied with diesel fuel from a tank 2a, via a injection pump 3.
  • the injection pump 3 is connected to the tank 2a 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 2a 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 2 by lines each providing the supply of an injector 9 associated with a cylinder
  • the tank 2a is equipped with a level gauge 7 to determine the position of the diesel level in the tank 2a.
  • the tank 2a also comprises a filling pipe 8 opening into the upper part of this tank 2a and equipped with a closure cap 8a.
  • the exhaust line of the vehicle comprises depollution means such as for example a particulate filter 9b, for stopping the soot particles formed in the exhaust gas of the engine.
  • the vehicle comprises an additive reservoir 10 provided with a filling plug 11 and intended to contain a mixture of additives in solution in a liquid solvent.
  • an additive mixture which comprises either:
  • the fuel forms deposits at the injection ports of the injectors.
  • the extent of deposition formation, which varies with engine design, fuel composition and lubricant composition, and excessive deposition can alter the aerodynamics of, for example, the jet of the injector, which in turn can hinder the air-fuel mixture and thus hinder the combustion of the fuel.
  • the detergent additive is composed of a polar group that binds to deposits and / or deposit precursors and an apolar group that dissolves in the fuel. Therefore, the detergent additive dissolves the already formed deposit and impedes deposit precursors, to avoid the formation of new deposits.
  • the detergent additive or detergent additive combination is used in the concentration range of 10 ppm to 1000 ppm per kilogram of fuel and preferably 10 to 300 ppm per kilogram of fuel.
  • the detergent additive or detergent additive combination may be selected from the group consisting of:
  • the regeneration aid additive of the particulate filter 9b contains only cerium, or only iron, or both cerium and iron.
  • concentration of this additive to aid the regeneration of the filter 9a is between 2 ppm and 30 ppm per kilogram of fuel.
  • the solvent in which these various additives are dissolved is, for example, consisting of hydrocarbon close to the fuel such as a paraffinic solvent.
  • the solvent is an isoparaffinic.
  • 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 2a.
  • a pressure regulator 16 constituted by a ball valve comprising a setting spring is inserted on the return line 15.
  • the automatic additive introduction device according to the invention also comprises an electronic control unit 20 integrated into the vehicle and to ensure all the adjustment and monitoring functions of the introduction. of additive in metered quantities in the fuel tank 2a of the vehicle.
  • the automatic additive introduction device also comprises means for measuring the amount of fuel introduced into the reservoir 2a 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 2a.
  • 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 quantity of fuel introduced into the tank 2a when refilling this tank 2a with fuel.
  • the level gauge 7 associated with the fuel tank 2a 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 2a.
  • 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 amount of the additive mixture in the fuel tank 2a, under the conditions to 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 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 the fuel tank 2.
  • the electronic unit 20 also receives as data of input an electrical signal representative of the determined concentration of additive that it is necessary to maintain in the fuel, that is to say in the diesel fuel injected into the cylinders of the engine 2.
  • This data relating to the concentration of additive in the fuel can also be determined a priori and correspond to a fixed value regardless of the conditions of use of the engine.
  • the electronic components are provided so as to take into account this predetermined and invariable value.
  • 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 may be constituted by a conventional injection device as used on motor vehicles.
  • FIG. 2 shows in more detail the injector 9.
  • This injector 9 is formed of an injector body 30 inside which is slidably mounted a needle 32 along a vertical axis Z-Z '. At its upper end, the needle 32 is equipped with a pushing lug 34 intended to be actuated by an electric or mechanical actuator.
  • a fuel inlet channel 36 inside the injector is provided inside the injector.
  • This channel 36 is fluidly connected to a micro-bag 38 interposed between a lower end of the needle 32 and the lower end of the body 30.
  • FIG. 3 shows in more detail the lower end of the injector 9.
  • the lower end of the body 30 is formed of a surface 40 in the form of a half-sphere.
  • the injector 9 has several channels that fluidly connect the micro-bag 38 to respective spraying orifices present on the surface 40.
  • channels 42 and 44 define, respectively, the spray orifices 46 and 48 on the surface 40.
  • a fuel jet is formed, respectively, 50 and 52 formed of very fine fuel droplets.
  • the smallest width of the cross-section of these spray orifices is strictly less than 1 10 ⁇ m.
  • the greatest width of the cross section of these orifices is also strictly less than 110 ⁇ m.
  • the different channels of the injector 9 have a circular cross section.
  • the orifices 46 and 48 therefore also have a circular cross section.
  • the diameter of the cross section of the orifices 46 and 48 is here chosen strictly less than 110 micrometers and preferably less than 90 micrometers.
  • each channel has a cross section whose diameter decreases steadily as one approaches the spray orifice from the micro bag 38.
  • Such a configuration of the channels allows to obtain a discharge coefficient Cd strictly greater than 0.75.
  • the discharge coefficient is greater than or equal to 0.84.
  • the discharge coefficient is a unitless quantity well known to fluid flow specialists.
  • the methods for measuring this coefficient Cd are, for example, described in the following website: http://www.cyber.uhp-nancy.fr/demos/HYDR-001 / chap_un / cours_1 _2_6.html.
  • the discharge coefficient Cd corresponds to the ratio between the actual flow rate of fuel passing through the channel and the theoretical flow rate of a perfect fluid that would pass through the same channel.
  • the operation of the automatic introduction device in metered amounts of additive in the fuel tank of the motor vehicle will be described to maintain at a predetermined value the concentration of additive in the fuel.
  • the flow meter 17 directly measures, in the pipe 8, the amount of fuel introduced into the tank 2a.
  • the flow meter 17 therefore transmits through the electric cable 21 the signal representative of the amount of fuel introduced into the tank 2a.
  • the electrical contact of the vehicle makes it possible to put into operation the electronic unit 20 for determining and carrying out the injection of additive into the fuel tank 2a.
  • the control unit 20 calculates the amount of additive to be introduced into the tank 2a, as a function of the quantity of fuel introduced into this tank 2a and the predetermined concentration of fuel additive, to obtain satisfactory operating conditions of the particulate filter.
  • the signal representative of the quantity of additive to be introduced into the fuel tank 2a 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 2a, the pump 13 remaining in operation for a time sufficient to carry out this injection directly in said fuel tank 2a.
  • the gas oil contained in the tank 2a has an additive concentration which perfectly corresponds to the predetermined concentration necessary to obtain a satisfactory operation, in particular of the injectors 9 and the particulate filter.
  • the concentration of additive of the gas oil in the tank 2 is perfectly homogeneous because of the mixing provided by the injection pump 3.
  • the engine 2 and the particle filter associated with it in the exhaust line can then operate in satisfactory conditions.
  • the graph of FIG. 4 illustrates, on the abscissa, the operating time of the engine 2 and, on the ordinate, the quantity of fuel expressed in milligrams per cycle.
  • Curve 50 represents the case where the fuel is diesel fuel containing no additive to aid the regeneration of the particulate filter and devoid of detergent additive. To obtain the curve 50, the spray orifices whose diameter is greater than 115 micrometers were used.
  • the curve 52 represents the case of the fuel mixed with a regeneration aid additive of the filter 9a but without detergent additive used in the vehicle 1.
  • the curve 54 represents the case of a fuel mixed with a regeneration aid additive of the filter 9a and a detergent additive used in the vehicle 1.
  • the presence of the detergent additive in the fuel prevents clogging of the fuel injection ports of the injector, thereby maintaining the amount of fuel injected per cycle at the fuel injector. a high level.
  • the quantity of fuel injected per cycle is close to that of existing vehicles having orifices with a diameter greater than 1 15 ⁇ m.
  • the performance of the vehicle described here in terms of power and consumption are close to those of existing vehicles while having a reduced emission of polluting compounds. For example, it has been measured that NOx pollutant emissions are reduced by 15% by decreasing the size of the 113 micrometer spray orifice with a discharge coefficient of 0.75 at a 108 micrometer spray orifice with a discharge coefficient of 0.84.
  • the regeneration aid additive of the filter 9b and the detergent additive can be contained in different tanks with a common metering pump.
  • the number of spray orifices is between one and one hundred.
  • these spray orifices are preferably uniformly distributed over the surface 40 so as to obtain a homogeneous fuel jet.
  • the cross section of the spray orifices is not necessarily circular.
  • the temperature of the additive injected directly into the tank 2a 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 motor vehicle is devoid of automatic additive introduction device.
  • the reservoir 2a is, for example, directly filled by the driver in a service station with a fuel already containing a sufficient amount of detergent additive.
  • the tank 2a can be filled with a fuel comprising an insufficient amount of detergent additive in a service station.
  • the driver manually adds a detergent additive pod to the reservoir 2a.
  • the driver introduces the desired amount of detergent additive by the same tubing that used to fill the tank 2a with fuel.
  • the pod may also contain an additive to aid the regeneration of the depollution device.

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Abstract

Ce véhicule automobile comporte : - au moins un injecteur avec un orifice de pulvérisation dont la plus petite largeur est strictement inférieure à 1 10 micromètres et avec un canal dont le coefficient de décharge de ce canal est strictement supérieur à 0,75; un carburant comportant un additif détergent.

Description

VEHICULE AUTOMOBILE. INJECTEUR ET PROCEDE D'UTILISATION DE
CE VEHICULE
La présente invention concerne un véhicule automobile, un injecteur et un procédé d'utilisation de ce véhicule.
Il existe des véhicules automobiles comportant :
- un moteur à combustion interne équipé d'au moins un cylindre, chaque cylindre définissant une chambre de combustion du carburant, et
- au moins un injecteur de carburant, chaque injecteur comprenant :
. un micro sac propre à contenir du carburant et à injecter sous une pression supérieure à celle régnant dans la chambre de combustion, et
. au moins un canal reliant le micro sac à la chambre de combustion, l'extrémité de ce canal débouchant dans la chambre de combustion formant un orifice de pulvérisation du carburant dans la chambre de combustion. Ce carburant est pulvérisé sous forme de gouttelettes dont la taille varie avec la taille de l'orifice de pulvérisation. Or, plus ces gouttelettes sont petites, meilleure est la combustion à l'intérieur de la chambre de combustion et plus faibles sont les émissions polluantes, notamment les oxydes d'azote (NOx), issues du moteur..
L'invention vise donc à proposer un véhicule automobile dont les émissions polluantes sont réduites.
Elle a donc pour objet un véhicule automobile dans lequel : - la plus petite largeur de la section transversale de l'orifice de l'injecteur est strictement inférieure à 110 micromètres, et
- le coefficient de décharge du canal est strictement supérieur à 0,75. Dans le véhicule ci-dessus, la réduction de la taille de l'orifice de pulvérisation permet de créer des gouttelettes de carburant plus petites. Les gouttelettes de carburant plus petites améliorent la combustion à l'intérieur de la chambre de combustion. Une meilleure combustion permet de réduire les émissions polluantes du véhicule automobile.
L'utilisation d'un canal présentant un coefficient de décharge supérieur à 0,75 permet, à taille d'orifices de pulvérisation égale, d'accroître le débit de carburant pulvérisé. Les modes de réalisation de ce véhicule automobile peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- la section transversale du canal décroît au fur et à mesure que l'on se rapproche de l'orifice de pulvérisation ; - la plus petite largeur de chaque orifice est inférieure à 90 micromètres ;
- chaque injecteur comporte au moins huit orifices de pulvérisation ;
- le véhicule comporte un carburant contenant un additif détergent composé d'un groupe polaire qui se lie aux dépôts et/ou aux précurseurs de dépôts et un groupe apolaire qui se dissout dans le carburant ;
- la concentration en additif détergent est comprise entre 10 ppm (partie par millions) et 1000 ppm en poids de carburant ;
- le véhicule comporte un réservoir d'additifs destiné à contenir l'additif détergent, un réservoir de carburant, et un dispositif d'introduction automatique d'une quantité dosée de l'additif détergent dans le réservoir de carburant en fonction du volume de carburant présent dans ce réservoir de carburant ;
- un dispositif de dépollution est disposé dans la ligne d'échappement du moteur, et le carburant comporte en plus un additif d'aide à la régénération du dispositif de dépollution contenant du cérium et/ou du fer, ou autres métaux. De préférence, cet additif d'aide à la régénération du dispositif de dépollution est aussi contenu dans le réservoir d'additifs destiné à contenir l'additif détergent.
Les modes de réalisation du véhicule automobile présentent en outre les avantages suivants : - décroître progressivement la section transversale du canal permet d'obtenir un canal présentant un coefficient de décharge strictement supérieur à 0,75,
- utiliser des orifices dont la plus petite largeur est inférieure à 90 micromètres permet de décroître encore plus les émissions polluantes du véhicule automobile,
- utiliser plus de huit orifices de pulvérisation permet d'augmenter le débit en carburant sans augmenter la taille des gouttelettes de carburant pulvérisées, - utiliser une concentration en additif détergent comprise entre 10 ppm et 1000 ppm en poids de carburant permet d'éviter l'encrassage des orifices de pulvérisation, et
- dans le cas où l'additif détergent est contenu dans un réservoir d'additifs, avec un dispositif d'introduction automatique d'une quantité dosée d'additif détergent, on peut s'approvisionner en carburant même dans une station service distribuant du carburant insuffisamment concentré en additif détergent, et
- avantageusement, le réservoir destiné à contenir l'additif détergent est le même que celui destiné à contenir un additif d'aide à la régénération du dispositif de dépollution.
L'invention a également pour objet un injecteur de carburant apte à être mis en œuvre dans le véhicule ci-dessus.
L'invention a également pour objet un premier procédé d'utilisation du véhicule automobile ci-dessus comportant un réservoir de carburant équipé d'une tubulure de remplissage, dans lequel le procédé comporte le remplissage, à partir d'une pompe d'une station service, du réservoir de carburant avec un carburant comportant un additif détergent composé d'un groupe polaire qui se lie aux dépôts et/ou aux précurseurs de dépôts et d'un groupe apolaire qui se dissout dans le carburant, la concentration d'additif détergent dans le carburant étant comprise entre 10 ppm et 1000 ppm en poids de carburant.
L'invention a également pour objet un second procédé d'utilisation du véhicule automobile ci-dessus comportant un réservoir de carburant équipé d'une tubulure de remplissage, dans lequel le procédé comporte : - le remplissage, à partir d'une pompe d'une station service, du réservoir du carburant avec un carburant insuffisamment pourvu en additifs détergents composé d'un groupe polaire qui se lie aux dépôts et/ou aux précurseurs de dépôts et d'un groupe apolaire qui se dissout dans le carburant, et - l'ajout manuel d'une dosette d'additif détergent dans le réservoir de carburant, la dosette permettant d'atteindre une concentration d'additif détergent dans le carburant comprise entre 10 ppm et 1000 ppm en poids de carburant. Les modes de réalisation de ce second procédé d'utilisation d'un véhicule peuvent comporter la caractéristique suivante :
- la dosette contient en plus un additif d'aide à la régénération d'un dispositif de dépollution disposé dans la ligne d'échappement du moteur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels :
- la figure 1 est une illustration schématique de l'architecture d'un véhicule automobile, - la figure 2 est une illustration schématique d'un injecteur de carburant utilisé dans le véhicule de la figure 1 ,
- la figure 3 est une illustration schématique en coupe de l'extrémité de l'injecteur de la figure 2, et
- la figure 4 est un graphe illustrant le débit de carburant par cycles pour différents mélanges de carburant et d'additifs.
Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments.
Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l'homme du métier ne sont pas décrites en détail. La figure 1 représente un véhicule automobile 1 comportant un moteur diesel, à allumage par compression, désigné dans l'ensemble par la référence 2. Ce moteur 2 est alimenté en gazole à partir d'un réservoir 2a, par l'intermédiaire d'une pompe d'injection 3.
La pompe d'injection 3 est reliée au réservoir 2a 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 2a 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 2 par des conduites assurant chacune l'alimentation d'un injecteur 9 associé à un cylindre
9a du moteur.
Des moyens à rampe commune d'alimentation peuvent également être envisagés. Le réservoir 2a est équipé d'une jauge de niveau 7 permettant de déterminer la position du niveau du gazole dans ce réservoir 2a.
Le réservoir 2a comporte également une tubulure de remplissage 8 débouchant dans la partie supérieure de ce réservoir 2a et équipée d'un bouchon de fermeture 8a.
La ligne d'échappement du véhicule comporte des moyens de dépollution comme par exemple un filtre à particules 9b, 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 un mélange d'additifs en solution dans un solvant liquide.
Dans ce mode de réalisation, on propose d'utiliser un mélange d'additifs qui comporte soit :
- au moins un additif détergent et un additif d'aide à la régénération des moyens de dépollution intégrés dans la ligne d'échappement du moteur, soit
- uniquement un additif détergent.
On rappelle ici que le carburant forme des dépôts au niveau d'orifices de pulvérisation des injecteurs. L'ampleur de la formation du dépôt variant avec la conception du moteur, la composition du carburant et la composition du lubrifiant, des dépôts excessifs peuvent modifier l'aérodynamique, par exemple, du jet de l'injecteur, laquelle à son tour peut entraver le mélange air-carburant et ainsi gêner la combustion du carburant.
L'additif détergent est composé d'un groupe polaire qui se lie aux dépôts et/ou aux précurseurs de dépôts et d'un groupe apolaire qui se dissout dans le carburant. Par conséquent, l'additif détergent dissout le dépôt déjà formé et entrave les précurseurs de dépôts, afin d'éviter la formation de nouveaux dépôts. L'additif détergent ou la combinaison d'additifs détergents sont utilisés dans la gamme de concentration de 10 ppm à 1000 ppm par kilogramme de carburant et de préférence de 10 à 300 ppm par kilogramme de carburant.
L'additif détergent ou la combinaison d'additifs détergents peut être choisi dans le groupe composé de :
- polyisobutène succinimine amide ou aminé (PIBSA), - polymères sans cendre,
- dérivés d'alkylphénols,
- amides d'acides gras.
L'additif d'aide à la régénération du filtre à particules 9b contient uniquement du cérium, ou uniquement du fer ou à la fois du cérium et du fer. La concentration de cet additif d'aide à la régénération du filtre 9a est comprise entre 2 ppm et 30 ppm par kilogramme de carburant.
Le solvant dans lesquels sont dissous ces différents additifs est, par exemple, constitué d'hydrocarbure proche du carburant tel qu'un solvant paraffinique. Ici, le solvant est un isoparaffinique.
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 2a.
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 également 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 2a du véhicule. Le dispositif d'introduction automatique d'additif comporte également des moyens de mesure de la quantité de carburant introduite dans le réservoir 2a au cours de chaque opération de réapprovisionnement.
Ainsi que représenté sur la figure 1 , 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 2a.
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 2a lors du réapprovisionnement de ce réservoir 2a en carburant.
La jauge de niveau 7 associée au réservoir de carburant 2a 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 2a.
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, du mélange d'additifs dans le réservoir 2a 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 déterminée en additif qu'il est nécessaire de maintenir dans le carburant, c'est-à-dire dans le gazole injecté dans les cylindres du moteur 2. Cette donnée relative à la concentration d'additif dans le carburant peut être également déterminée a priori et correspondre à une valeur fixe quelles que soient les conditions d'utilisation du moteur. Dans ce cas, les composants électroniques sont prévus de manière à prendre en compte cette valeur prédéterminée et invariable.
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.
La figure 2 représente plus en détail l'injecteur 9. Cet injecteur 9 est formé d'un corps d'injecteur 30 à l'intérieur duquel est monté à coulissement une aiguille 32 le long d'un axe vertical Z-Z'. A son extrémité supérieure, l'aiguille 32 est équipée d'un ergot 34 de poussée destiné à être actionné par un actionneur électrique ou mécanique.
A l'intérieur du corps 30 est ménagé un canal 36 d'entrée de carburant à l'intérieur de l'injecteur. Ce canal 36 est fluidiquement relié à un micro sac 38 interposée entre une extrémité inférieure de l'aiguille 32 et l'extrémité inférieure du corps 30.
La figure 3 représente plus en détail l'extrémité inférieure de l'injecteur 9.
L'extrémité inférieure du corps 30 est formée d'une surface 40 en forme de demi sphère.
L'injecteur 9 comporte plusieurs canaux raccordant fluidiquement le micro sac 38 à des orifices de pulvérisation respectifs présents sur la surface 40.
Pour simplifier la figure 3, seuls deux canaux 42 et 44 ont été représentés. Ces canaux 42 et 44 définissent, respectivement, les orifices 46 et 48 de pulvérisation sur la surface 40. A partir de chaque orifice 46, 48 se forme un jet de carburant, respectivement, 50 et 52 formé de très fines gouttelettes de carburant. La plus petite largeur de la section transversale de ces orifices de pulvérisation est strictement inférieure à 1 10 μ m. De préférence, la plus grande largeur de la section transversale de ces orifices est également strictement inférieure à 110 μ m. Ici, les différents canaux de l'injecteur 9 ont une section transversale circulaire. Les orifices 46 et 48 ont donc également une section transversale circulaire. Le diamètre de la section transversale des orifices 46 et 48 est ici choisi strictement inférieure à 110 micromètres et de préférence inférieure à 90 micromètres.
Ici, dans ce mode de réalisation, chaque canal présente une section transversale dont le diamètre décroît régulièrement au fur et à mesure que l'on s'approche de l'orifice de pulvérisation en partant du micro sac 38. Une telle configuration des canaux permet d'obtenir un coefficient Cd de décharge strictement supérieur à 0,75. Par exemple, dans le mode de réalisation décrit ici, le coefficient de décharge est supérieur ou égal à 0,84.
Le coefficient de décharge est une grandeur sans unité bien connue des spécialistes en écoulement des fluides. Les méthodes de mesure de ce coefficient Cd sont, par exemple, décrites dans le site Internet suivant : http://www.cyber.uhp-nancy.fr/demos/HYDR-001 /chap_un/cours_1 _2_6.html.
Grossièrement, le coefficient de décharge Cd correspond au rapport entre le débit réel de carburant traversant le canal et le débit théorique d'un fluide parfait qui traverserait ce même canal.
On va décrire le fonctionnement du dispositif d'introduction automatique en quantités dosées d'additif dans le réservoir de carburant du véhicule automobile pour maintenir à une valeur prédéterminée la concentration d'additif dans le carburant.
Lorsque l'utilisateur du véhicule effectue un réapprovisionnement du réservoir 2a 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 2a.
Le débitmètre 17 transmet donc par le câble électrique 21 le signal représentatif de la quantité de carburant introduite dans le réservoir 2a.
Au démarrage du moteur 2, 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 2a. A cet effet, le boîtier de commande 20 effectue le calcul de la quantité d'additif à introduire dans le réservoir 2a, en fonction de la quantité de carburant introduite dans ce réservoir 2a et de la concentration prédéterminée en additif du carburant, 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 2a 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 2a, la pompe 13 restant en fonctionnement pendant un temps suffisant pour réaliser cette injection directement dans ledit réservoir de carburant 2a.
A l'issue de l'injection d'additif, le gazole contenu dans le réservoir 2a présente une concentration en additif qui correspond parfaitement à la concentration prédéterminée nécessaire pour obtenir un fonctionnement satisfaisant notamment des injecteurs 9 et du filtre à particules.
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 2 et le filtre à particules qui lui est associé dans la ligne d'échappement peuvent alors fonctionner dans des conditions satisfaisantes.
Le graphe de la figure 4 illustre, en abscisses, le temps de fonctionnement du moteur 2 et, en ordonnées, la quantité de carburant exprimée en milligrammes par cycle. La courbe 50 représente le cas où le carburant est du gazole dépourvu d'additif d'aide à la régénération du filtre à particules et dépourvu d'additif détergent. Pour obtenir la courbe 50, les orifices de pulvérisation dont le diamètre est supérieur à 115 micromètres ont été utilisés.
La courbe 52 représente le cas du carburant mélangé avec un additif d'aide à la régénération du filtre 9a mais dépourvu d'additif détergent utilisé dans le véhicule 1. Enfin, la courbe 54 représente le cas d'un carburant mélangé avec un additif d'aide à la régénération du filtre 9a et d'un additif détergent utilisé dans le véhicule 1.
Comme le montre clairement la comparaison des courbes 54 et 52, la présence de l'additif détergent dans le carburant évite l'encrassement des orifices de pulvérisation de carburant de l'injecteur, ce qui permet de maintenir la quantité de carburant injecté par cycles à un niveau élevé.
On constate également que bien que les orifices de pulvérisation utilisés pour obtenir la courbe 54 soient plus petits que ceux utilisés pour obtenir la courbe 50, la quantité de carburant injecté par cycle, est proche de celle des véhicules existants ayant des orifices de diamètre supérieurs à 1 15 μ m. Ainsi, les performances du véhicule décrit ici en termes de puissance et de consommation sont proches de celles des véhicules existants tout en présentant une émission réduite de composés polluants. Par exemple, il a été mesuré que les émissions polluantes de NOx sont réduites de 15% en diminuant la taille de l'orifice de pulvérisation de 113 micromètres avec un coefficient de décharge de 0,75 à un orifice de pulvérisation de 108 micromètres avec un coefficient de décharge de 0,84.
De nombreux autres modes de réalisation sont possibles. Par exemple, il n'est pas nécessaire que le carburant contienne un additif d'aide à la régénération du filtre à particules.
L'additif d'aide à la régénération du filtre 9b et l'additif détergent peuvent être contenus dans des réservoirs différents avec une pompe doseuse commune. Le nombre d'orifices de pulvérisation est compris entre un et cent.
Toutefois, de préférence, celui-ci sera supérieur à huit de manière à obtenir un débit de carburant pulvérisé plus important. De plus, ces orifices de pulvérisation sont, de préférence uniformément répartis sur la surface 40 de manière à obtenir un jet de carburant homogène. La section transversale des orifices de pulvérisation n'est pas nécessairement circulaire. La température de l'additif injecté directement dans le réservoir 2a 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.
Dans un autre mode de réalisation, le véhicule automobile est dépourvu de dispositif d'introduction automatique d'additif. Dans ce mode de réalisation, le réservoir 2a est, par exemple, directement rempli par le conducteur dans une station service avec un carburant contenant déjà une quantité suffisante d'additif détergent. Dans une autre variante, le réservoir 2a peut être rempli avec un carburant comportant une quantité insuffisante d'additif détergent dans une station service. Ensuite, le conducteur ajoute manuellement une dosette d'additif détergent dans le réservoir 2a. Par exemple, à cet effet, le conducteur introduit la quantité souhaitée d'additif détergent par la même tubulure que celle utilisée pour remplir le réservoir 2a en carburant. La dosette peut d'ailleurs également contenir un additif d'aide à la régénération du dispositif de dépollution.

Claims

REVENDICATIONS
1. Véhicule automobile comportant :
- un moteur (2) à combustion interne, notamment un moteur à allumage par compression, équipé d'au moins un cylindre (9a), chaque cylindre définissant une chambre de combustion du carburant, et
- au moins un injecteur (9) de carburant, chaque injecteur comprenant :
. un micro sac (38) propre à contenir et faire passer du carburant à injecter sous une pression supérieure à celle régnant dans la chambre de combustion, et
. au moins un canal (42, 44) reliant le micro sac à la chambre de combustion, l'extrémité de ce canal débouchant dans la chambre de combustion formant un orifice (46, 48) de pulvérisation du carburant dans la chambre de combustion, caractérisé en ce que :
- la plus petite largeur de la section transversale de l'orifice est strictement inférieure à 1 10 micromètres, et
- le coefficient de décharge de ce canal est strictement supérieur à 0,75.
2. Véhicule selon la revendication 1 , dans lequel la section transversale du canal (42, 44) décroît au fur et à mesure que l'on se rapproche de l'orifice de pulvérisation.
3. Véhicule selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la plus petite largeur de chaque orifice (46, 48) est inférieure à 90 micromètres.
4. Véhicule selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque injecteur (9) comporte au moins huit orifices de pulvérisation.
5. Véhicule selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque orifice est susceptible d'être encrassé par des dépôts de résidus de la combustion et/ou de dégradation du carburant dans la chambre de combustion, et dans lequel le véhicule comporte un carburant contenant un additif détergent composé d'un groupe polaire qui se lie aux dépôts et/ou aux précurseurs de dépôts et un groupe apolaire qui se dissout dans le carburant.
6. Véhicule selon la revendication 5, dans lequel la concentration en additif détergent est comprise entre 10 ppm (partie par millions) et 1000 ppm en poids de carburant, permettant d'éviter l'encrassage dudit orifice.
7. Véhicule selon la revendication 5 ou 6, dans lequel le véhicule comporte :
- un réservoir (10) d'additifs destiné à contenir de l'additif détergent,
- un réservoir (20) de carburant, et - un dispositif (12, 13, 14, 20) d'introduction automatique d'une quantité dosée de l'additif détergent dans le réservoir de carburant en fonction du volume de carburant présent dans ce réservoir de carburant.
8. Véhicule selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel le véhicule comporte un dispositif (9b) de dépollution disposé dans la ligne d'échappement du moteur (2), et dans lequel le carburant comporte en plus un additif d'aide à la régénération du dispositif de dépollution contenant du cérium et/ou du fer ou autres métaux.
9 . Véhicule selon les revendications 7 et 8, caractérisé en ce que l'additif d'aide à la régénération du dispositif de dépollution est aussi contenu dans le réservoir d'additifs ( 10 )
10. Injecteur de carburant comportant :
- un micro sac (38) de compression propre à contenir du carburant à injecter sous une pression supérieure à celle régnant dans la chambre de combustion, et - au moins un canal (42, 44) reliant le micro sac à la chambre de combustion, l'extrémité de ce canal débouchant dans la chambre de combustion formant un orifice (46, 48) de pulvérisation du carburant dans la chambre de combustion, caractérisé en ce que : - la plus petite largeur de la section transversale de l'orifice est strictement inférieure à 1 10 micromètres, et
- le coefficient de décharge de ce canal est strictement supérieur à 0,75.
1 1. Procédé d'utilisation d'un véhicule automobile conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6 et 8 à 9, ce véhicule comportant un réservoir de carburant équipé d'une tubulure de remplissage, caractérisé en ce que le procédé comporte le remplissage, à partir d'une pompe d'une station service, du réservoir de carburant avec un carburant comportant un additif détergent composé d'un groupe polaire qui se lie aux dépôts et/ou aux précurseurs de dépôts et d'un groupe apolaire qui se dissout dans le carburant, la concentration d'additif détergent dans le carburant étant comprise entre 10 ppm et 1000 ppm en poids de carburant.
12. Procédé d'utilisation d'un véhicule automobile conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6 et 8 à 9, ce véhicule comportant un réservoir de carburant équipé d'une tubulure de remplissage, caractérisé en ce que le procédé comporte :
- le remplissage, à partir d'une pompe d'une station service, du réservoir du carburant avec un carburant insuffisamment pourvu en additifs détergents composé d'un groupe polaire qui se lie aux dépôts et/ou aux précurseurs de dépôts et d'un groupe apolaire qui se dissout dans le carburant, et
- l'ajout manuel d'une dosette d'additif détergent dans le réservoir de carburant, la dosette permettant d'atteindre une concentration d'additif détergent dans le carburant comprise entre 10 ppm et 1000 ppm en poids de carburant.
13. Procédé d'utilisation d'un véhicule selon la revendication 12, dans lequel la dosette contient en plus un additif d'aide à la régénération d'un dispositif (9b) de dépollution disposé dans la ligne d'échappement du moteur (2).
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