FR2721653A1 - Motor vehicle internal combustion engine pollution emission control method - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de réduction des émissions de polluants d'un moteur à combustion interne, et plus particulièrement un tel procédé et dispositif utilisant la technique de l'apport d'oxygène dans les gaz d'échappement du moteur et permettant la mise en action rapide d'un pot catalytique. The subject of the present invention is a method and a device for reducing pollutant emissions from an internal combustion engine, and more particularly such a method and device using the technique of supplying oxygen in the exhaust gases of the engine and allowing the rapid activation of a catalytic converter.
Parmi les moyens permettant de réduire les émissions de polluants d'un moteur à combustion interne, on connaît la technique dite d'injection d'air à l'échappement, qui permet dans les premières minutes de fonctionnement du moteur, avant que le pot catalytique n'atteigne sa température de mise en action, d'opérer une oxydation par "postcombustion" des hydrocarbures imbrûlés générés par le moteur. Among the means making it possible to reduce the pollutant emissions of an internal combustion engine, there is known the technique known as injection of air to the exhaust, which allows in the first minutes of engine operation, before the catalytic converter does not reach its activation temperature, to operate an oxidation by "afterburning" of the unburnt hydrocarbons generated by the engine.
Cette technique est en général mise en oeuvre au moyen d'une pompe à air (soufflante) qui injecte de l'air frais prélevé à l'extérieur dans les gaz d'échappement, près des soupapes. Cependant, I'utilisation de pièces supplémentaires ou nécessitant un usinage spécial rend cette solution coûteuse.This technique is generally implemented by means of an air pump (blower) which injects fresh air taken from outside into the exhaust gases, near the valves. However, the use of additional parts or requiring special machining makes this solution expensive.
On connaît du brevet DE 40 29 672 un dispositif permettant la mise en oeuvre de cette technique sans pièces supplémentaires. Selon ce document, on propose dans un moteur multicylindre, de couper l'alimentation en carburant d'un des cylindres, pour le faire fonctionner en tant que pompe à air. On économise ainsi la pompe à air. DE 40 29 672 discloses a device allowing the implementation of this technique without additional parts. According to this document, it is proposed in a multi-cylinder engine, to cut the fuel supply to one of the cylinders, to operate it as an air pump. This saves the air pump.
Néanmoins, ce dispositif présente encore de nombreux inconvénients: par exemple, la suppression de la combustion dans un cylindre entraîne la perte du couple foumi par ce cylindre, ce qui dans le cas d'un moteur courant, à 4 cylindres par exemple peut se traduire par des à-coups désagréables, voire même un calage du moteur. De plus, le refroidissement des cylindres occasionné par un balayage à l'air frais entraîne un retard de la mise en température du moteur.However, this device still has many drawbacks: for example, the elimination of combustion in a cylinder results in the loss of the torque supplied by this cylinder, which in the case of a common engine, with 4 cylinders for example can result by unpleasant jolts, or even stalling the engine. In addition, the cooling of the cylinders caused by a sweeping with fresh air causes a delay in the warming up of the engine.
La présente invention a pour objet de proposer un procédé et un dispositif qui ne présentent pas les inconvénients ci-dessus énoncés et qui permettent avantageusement d'accélérer encore la mise en action du pot catalytique associé au moteur. The object of the present invention is to propose a method and a device which do not have the above-mentioned drawbacks and which advantageously make it possible to further accelerate the activation of the catalytic converter associated with the engine.
On atteint ces buts de l'invention au moyen d'un procédé de réduction des émissions de polluants d'un moteur à combustion interne muni d'un pot d'échappement catalytique, du type utilisant un apport d'oxygène effectué par l'intermédiaire des cylindres du moteur pour oxyder les gaz d'échappement lors de phases de fonctionnement prédéterminées du moteur, caractérisé en ce que, au cours d'un même cycle de fonctionnement, on alimente un premier groupe de cylindres avec un mélange air-carburant propre à assurer une combustion en excès d'oxygène et un deuxième groupe de cylindres avec un mélange propre à assurer une combustion en excès de carburant générant du monoxyde de carbone. These aims of the invention are achieved by means of a method of reducing pollutant emissions from an internal combustion engine fitted with a catalytic exhaust system, of the type using an oxygen supply carried out via engine cylinders for oxidizing the exhaust gases during predetermined engine operating phases, characterized in that, during the same operating cycle, a first group of cylinders is supplied with an air-fuel mixture suitable for ensure excess combustion of oxygen and a second group of cylinders with a mixture suitable for ensuring excess combustion of fuel generating carbon monoxide.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des dessins annexés dans lesquels:
- la figure 1 représente un diagramme temporel de l'évolution de la richesse dans
les cylindres selon le procédé de l'invention,
- la figure 2 est une vue détaillée de l'évolution de la richesse et de l'avance à
l'allumage, cylindre par cylindre, sur quelques cycles, selon le procédé de
l'invention,
- la figure 3 est un graphe comparé de l'efficacité de la réduction des polluants
entre le procédé de l'invention et des procédés de la technique antérieure,
- la figure 4 est un schéma du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon
l'invention.Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the description which follows and on examining the appended drawings in which:
- Figure 1 shows a time diagram of the evolution of wealth in
the cylinders according to the method of the invention,
- Figure 2 is a detailed view of the evolution of wealth and the advance to
ignition, cylinder by cylinder, over a few cycles, according to the
the invention,
- Figure 3 is a comparative graph of the efficiency of pollutant reduction
between the process of the invention and processes of the prior art,
- Figure 4 is a diagram of the device for implementing the method according to
the invention.
Afin de faciliter la compréhension de l'invention, on a représenté sur la figure 4 un moteur à combustion interne 1 à quatre cylindres (C1 à C4) équipé d'un collecteur d'admission 2 fournissant aux cylindres une quantité d'air Qa dosée par un papillon 3 et mesurée par un capteur 4. Le moteur 1 est relié du côté échappement à un pot catalytique 5 par l'intermédiaire d'un collecteur d'échappement 6 comportant une branche par cylindre, lesdites branches se regroupant dans une conduite principale 7. In order to facilitate understanding of the invention, FIG. 4 shows an internal combustion engine 1 with four cylinders (C1 to C4) equipped with an intake manifold 2 supplying the cylinders with a quantity of metered air Qa by a throttle valve 3 and measured by a sensor 4. The engine 1 is connected on the exhaust side to a catalytic converter 5 via an exhaust manifold 6 comprising one branch per cylinder, said branches grouping together in a main pipe 7.
Un dispositif de commande 8, constitué d'au moins un calculateur électronique, reçoit des informations sur l'état de fonctionnement du moteur, parmi lesquelles figurent la quantité d'air Qa fournie aux cylindres, la position et le régime de rotation N du moteur délivrées par un capteur 9, ainsi que la mesure d'autres variables telles que la température Ta de l'air admis et celle Te du liquide de refroidissement. Le dispositif de commande 8 est adapté pour délivrer sélectivement, sur la base de ces informations, des signaux de commande à des moyens (11 à 14) d'alimentation en carburant, par exemple des injecteurs, et à des moyens d'allumage (B1 à B4), lesdits moyens étant propres à chaque cylindre.A control device 8, consisting of at least one electronic computer, receives information on the operating state of the engine, including the quantity of air Qa supplied to the cylinders, the position and the rotation speed N of the engine delivered by a sensor 9, as well as the measurement of other variables such as the temperature Ta of the intake air and that Te of the coolant. The control device 8 is adapted to selectively deliver, on the basis of this information, control signals to means (11 to 14) of fuel supply, for example injectors, and to ignition means (B1 to B4), said means being specific to each cylinder.
On se réfère maintenant à la figure 1 pour expliquer le procédé selon l'invention. Sur cette figure, on a représenté un graphe de l'évolution de la richesse du mélange air/carburant fourni aux cylindres d'un moteur à combustion inteme. En abscisse, on a porté le temps écoulé depuis un instant initial t,, par exemple l'instant de mise en action du démarreur du moteur et en ordonnées la richesse du mélange. Reference is now made to FIG. 1 to explain the method according to the invention. This figure shows a graph of the evolution of the richness of the air / fuel mixture supplied to the cylinders of an internal combustion engine. On the abscissa, we have plotted the time elapsed from an initial instant t ,, for example the instant of actuation of the starter motor and on the ordinate the richness of the mixture.
Classiquement, dans l'intervalle entre t0 et un instant t1, le moteur est en phase de démarrage et reçoit un mélange riche pour compenser les pertes de carburant dues à la condensation des vapeurs de carburant sur les parois froides du moteur. Conventionally, in the interval between t0 and an instant t1, the engine is in the starting phase and receives a rich mixture to compensate for the fuel losses due to the condensation of the fuel vapors on the cold walls of the engine.
L'instant t1 peut être déterminé soit par un temps écoulé, soit encore par l'instant où le moteur atteint un régime de rotation minimum.The instant t1 can be determined either by an elapsed time, or even by the instant when the motor reaches a minimum rotation speed.
A partir de l'instant t1, le moteur entre dans une phase dite de réchauffage qui s'étend jusqu'à un instant t2. Cet Instant t2 est déterminé soit par l'instant auquel le pot catalytique atteint une température prédéterminée représentative de sa mise en action, soit par la durée (t2-t1) nécessaire pour atteindre cette température, durée qui peut être définie lors de la mise au point du véhicule, en fonction de paramètres tels que la température de l'air et du liquide de refroidissement. From the instant t1, the engine enters a so-called reheating phase which extends up to an instant t2. This Instant t2 is determined either by the instant at which the catalytic converter reaches a predetermined temperature representative of its actuation, or by the duration (t2-t1) necessary to reach this temperature, duration which can be defined during the initiation point of the vehicle, depending on parameters such as air and coolant temperature.
C'est pendant cette phase qu'il est nécessaire d'injecter de l'air dans les gaz d'échappement afin de permettre l'oxydation des hydrocarbures imbrûlés. Ainsi donc, à partir de l'instant t1 et pour chaque cycle du moteur, on fournit à un premier groupe de cylindres un mélange air/carburant pauvre, représenté sur le graphe par la partie (b) de la courbe. Simultanément, dans le même cycle, on fournit à un deuxième groupe de cylindres un mélange riche, représenté par la partie (a) de la courbe.Plus précisément, dans un moteur à quatre cylindres par exemple, on alimente un premier groupe de trois cylindres (C2 à C4) avec un mélange air/carburant pauvre, ayant par exemple une richesse de l'ordre de 0.9, c'est à dire présentant une quantité de carburant inférieure d'environ 10% par rapport à la quantité de carburant correspondant, pour une combustion stoechiométrique, à la quantité d'air Qa admise dans le cylindre. II en résulte que la combustion dans ces cylindres est effectuée en présence d'un excès d'air et que l'oxygène contenu dans cet air en excès soit 2 à 3% de la masse de gaz, se retrouve dans les gaz d'échappement.Au cours du même cycle, on alimente le quatrième cylindre (C1) avec un mélange riche, par exemple avec une teneur en carburant présentant un excès de l'ordre de 10% par rapport à la quantité de carburant correspondant, pour une combustion stoechiométrique, à la quantité d'air Qa admise dans le cylindre. Les gaz d'échappement de ce cylindre particulier présentent alors, outre une certaine quantité d'hydrocarbures imbrûlés, une proportion de monoxyde de carbone (CO) relativement importante, de l'ordre de 3%.On remarque alors que l'oxygène contenu dans les gaz d'échappement des cylindres alimentés en mélange pauvre se combine avec le monoxyde de carbone ainsi généré à une température inférieure d'environ 50"C à la température nécessaire à la combustion des hydrocarbures imbrûlés. II apparaît en outre que la réaction d'oxydation du monoxyde de carbone par l'oxygène en excès pour donner du dioxyde de carbone est une réaction exothermique qui, par la chaleur qu'elle dégage, contribue à augmenter la température des gaz d'échappement, permettant ainsi d'améliorer l'efficacité de la conversion des hydrocarbures imbrûlés et de réduire le temps nécessaire pour atteindre la température de mise en action du catalyseur. It is during this phase that it is necessary to inject air into the exhaust gases in order to allow the oxidation of unburnt hydrocarbons. Thus, from time t1 and for each engine cycle, a lean air / fuel mixture is supplied to a first group of cylinders, represented on the graph by part (b) of the curve. Simultaneously, in the same cycle, a second mixture of cylinders is supplied with a rich mixture, represented by part (a) of the curve. More precisely, in a four-cylinder engine for example, a first group of three cylinders is supplied (C2 to C4) with a lean air / fuel mixture, for example having a richness of the order of 0.9, that is to say having a quantity of fuel approximately 10% lower than the corresponding quantity of fuel, for stoichiometric combustion, at the quantity of air Qa admitted into the cylinder. It follows that the combustion in these cylinders is carried out in the presence of an excess of air and that the oxygen contained in this excess air is 2 to 3% of the mass of gas, is found in the exhaust gases. During the same cycle, the fourth cylinder (C1) is supplied with a rich mixture, for example with a fuel content having an excess of the order of 10% relative to the corresponding quantity of fuel, for stoichiometric combustion. , to the quantity of air Qa admitted into the cylinder. The exhaust gases of this particular cylinder then present, in addition to a certain quantity of unburnt hydrocarbons, a relatively large proportion of carbon monoxide (CO), of the order of 3%. It is then noted that the oxygen contained in the exhaust gases from the cylinders supplied with a lean mixture combine with the carbon monoxide thus generated at a temperature which is approximately 50 ° C. lower than the temperature necessary for the combustion of unburnt hydrocarbons. It also appears that the reaction of oxidation of carbon monoxide by excess oxygen to give carbon dioxide is an exothermic reaction which, by the heat it gives off, contributes to increasing the temperature of the exhaust gases, thereby improving efficiency of the conversion of unburnt hydrocarbons and of reducing the time necessary to reach the temperature of activation of the catalyst.
Bien entendu, les proportions du mélange air/carburant qui ont été citées ciavant ont été données à titre d'exemple. On adaptera sans difficulté ces proportions en fonction du nombre total de cylindres du moteur et du nombre de cylindres fonctionnant en mélange respectivement pauvre ou riche, pour obtenir une proportion relative d'oxygène et de monoxyde de carbone dans les gaz d'échappement telle que la quantité d'oxygène en excès générée par le premier groupe de cylindres soit supérieure ou égale à la quantité nécessaire pour oxyder le monoxyde de carbone généré par le deuxième groupe de cylindres. Of course, the proportions of the air / fuel mixture which have been mentioned above have been given by way of example. These proportions will be adapted without difficulty as a function of the total number of cylinders of the engine and the number of cylinders operating in a lean or rich mixture respectively, in order to obtain a relative proportion of oxygen and carbon monoxide in the exhaust gases such as amount of excess oxygen generated by the first group of cylinders is greater than or equal to the amount required to oxidize the carbon monoxide generated by the second group of cylinders.
On se réfère maintenant à la figure 2, sur laquelle on a représenté une vue plus détaillée, sur quelques cycles de l'évolution de la richesse et de l'avance à l'allumage en fonction de chaque cylindre du moteur. On a représenté sur la courbe 2A l'évolution de la richesse dans les cylindres du moteur. Des lignes de tirets verticales délimitent les cycles successifs du moteur. On constate que, pour le premier cycle représenté, le cylindre numéro 1 est alimenté par un mélange de richesse 1,1, c'est à dire en excès de carburant, tandis que les cylindres suivants sont alimentés par un mélange pauvre de richesse 0,9. Au cycle suivant, c'est le cylindre numéro 3 qui est alimenté en mélange riche, alors que les autres cylindres reçoivent un mélange pauvre. Reference is now made to FIG. 2, on which a more detailed view has been shown, over a few cycles of the evolution of the richness and of the ignition advance as a function of each cylinder of the engine. The evolution of the richness in the engine cylinders is shown on curve 2A. Vertical dash lines delimit successive engine cycles. It can be seen that, for the first cycle shown, the cylinder number 1 is supplied with a mixture of richness 1.1, that is to say in excess of fuel, while the following cylinders are supplied with a lean mixture of richness 0, 9. In the following cycle, it is cylinder number 3 which is supplied with a rich mixture, while the other cylinders receive a lean mixture.
On opère ainsi de cycle en cycle, une permutation du cylindre recevant le mélange riche.We thus operate from cycle to cycle, a permutation of the cylinder receiving the rich mixture.
Cette permutation présente la caractéristique avantageuse de permettre le mélange des gaz d'échappement alternativement chargés de monoxyde de carbone et d'oxygène à l'intérieur des différentes branches du collecteur d'échappement 6, avant que celles-ci se rejoignent dans la conduite principale 7, permettant ainsi de bénéficier d'une température de gaz d'autant plus élevée que l'on est proche des soupapes d'échappement, pour amorcer la réaction d'oxydation du monoxyde de carbone. On a également représenté sur la courbe 2B la variation concomitante de l'avance à l'allumage appliquée à chaque cylindre.On peut ainsi noter que, alors qu'on applique aux cylindres recevant un mélange pauvre une avance à l'allumage optimisée Avo propre à leur permettre de fournir un couple maximum au vilebrequin, on applique au cylindre alimenté en mélange riche une avance à l'allumage réduite Av,. La réduction d'avance ainsi appliquée permet de réduire le couple fourni par le cylindre alimenté en mélange riche et de le ramener à une valeur proche de celui fourni par les autres cylindres afin de conserver une régularité suffisante au régime de rotation du moteur.La réduction de l'angle d'avance à l'allumage peut être obtenue par l'intermédiaire d'une table spécifique des valeurs d'avance Av, en fonction des paramètres de fonctionnement du moteur comme la quantité d'air admise et le régime de rotation, définie lors de la mise au point du moteur et mémorisée dans le calculateur 8 ou encore être déduite des tables optimisées existantes par l'intermédiaire d'un coefficient de correction calculé à partir de l'analyse des variations de la vitesse instantanée de rotation du moteur.This permutation has the advantageous characteristic of allowing the mixture of exhaust gases alternately charged with carbon monoxide and oxygen inside the different branches of the exhaust manifold 6, before these meet in the main pipe. 7, thus making it possible to benefit from a gas temperature which is all the higher the closer one is to the exhaust valves, in order to initiate the oxidation reaction of carbon monoxide. The concomitant variation in the ignition advance applied to each cylinder has also been shown on curve 2B. It can thus be noted that, while applying to the cylinders receiving a lean mixture an optimized ignition advance Avo proper to allow them to provide maximum torque to the crankshaft, a reduced ignition advance Av, is applied to the cylinder supplied with rich mixture. The advance reduction thus applied makes it possible to reduce the torque supplied by the cylinder supplied with the rich mixture and to bring it back to a value close to that supplied by the other cylinders in order to maintain sufficient regularity at the engine rotation speed. the ignition advance angle can be obtained by means of a specific table of the advance values Av, according to the engine operating parameters such as the quantity of air admitted and the rotation speed , defined during the development of the engine and stored in the computer 8 or even be deduced from the existing optimized tables by means of a correction coefficient calculated from the analysis of variations in the instantaneous speed of rotation of the engine.
On a représenté sur la figure 3 un graphe mettant en évidence l'efficacité du procédé selon l'invention en comparaison avec d'autres procédés de la technique antérieure. On a porté en ordonnées un pourcentage d'efficacité sur la réduction des hydrocarbures imbrûlés par rapport à l'efficacité maximale obtenue avec un pot catalytique dont la température de fonctionnement stabilisé est atteinte, et en abscisse la température des gaz d'échappement en amont du pot catalytique. La courbe (i) représente l'efficacité obtenue avec le procédé selon l'invention. La courbe (j) correspond à l'efficacité obtenue avec une combustion stoechiométrique dans chaque cylindre et un dispositif classique d'injection d'air à l'échappement fournissant un excès d'air de 10% et la courbe (k) correspond à l'efficacité obtenue avec une combustion stoechiométrique dans chaque cylindre sans air additionnel à l'échappement. On peut constater sur ce graphe qu'une même efficacité relative est obtenue par le procédé selon l'invention avec des températures de gaz inférieures de 50 à 100 "C par rapport aux autres procédés. II est ainsi possible de réduire le temps pendant lequel des hydrocarbures sont rejetés dans l'atmosphère lors du démarrage du moteur et par conséquent de diminuer la quantité de polluants émis. FIG. 3 shows a graph showing the effectiveness of the method according to the invention in comparison with other methods of the prior art. A percentage of efficiency has been plotted on the ordinate on the reduction of unburnt hydrocarbons compared to the maximum efficiency obtained with a catalytic converter whose stabilized operating temperature is reached, and on the abscissa the temperature of the exhaust gases upstream of the catalytic converter. Curve (i) represents the efficiency obtained with the method according to the invention. Curve (j) corresponds to the efficiency obtained with stoichiometric combustion in each cylinder and a conventional device for injecting air into the exhaust providing a 10% excess of air and curve (k) corresponds to l 'efficiency obtained with stoichiometric combustion in each cylinder without additional exhaust air. It can be seen on this graph that the same relative efficiency is obtained by the process according to the invention with gas temperatures 50 to 100 ° C. lower than with the other processes. It is thus possible to reduce the time during which Hydrocarbons are released into the atmosphere when the engine starts and therefore decrease the amount of pollutants emitted.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9407988A FR2721653A1 (en) | 1994-06-27 | 1994-06-27 | Motor vehicle internal combustion engine pollution emission control method |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9407988A FR2721653A1 (en) | 1994-06-27 | 1994-06-27 | Motor vehicle internal combustion engine pollution emission control method |
Publications (1)
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| FR2721653A1 true FR2721653A1 (en) | 1995-12-29 |
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ID=9464772
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| FR9407988A Pending FR2721653A1 (en) | 1994-06-27 | 1994-06-27 | Motor vehicle internal combustion engine pollution emission control method |
Country Status (1)
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|---|---|
| FR (1) | FR2721653A1 (en) |
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