FR2736094A1 - Procede de commande de l'alimentation en carburant d'un moteur a combustion interne et injection directe - Google Patents

Procede de commande de l'alimentation en carburant d'un moteur a combustion interne et injection directe Download PDF

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Abstract

Procédé de commande de l'alimentation en carburant d'un moteur (1) à combustion interne multicylindre et injection directe du type avec ou sans préchambre, délivrant à ce moteur (1) des quantités de carburant adaptées suivant les conditions de fonctionnement dudit moteur (1) grâce à un dispositif approprié de commande des injecteurs de carburant (2) débouchant dans les chambres ou préchambres de combustion (3), caractérisé en ce que la quantité totale de carburant délivrée dans au moins l'une desdites chambres ou préchambres de combustion (3), comprend une première quantité de carburant injectée avant la combustion, pendant ou après l'admission de l'air comburant, et une seconde quantité injectée après la combustion.

Description

PROCEDE DE COMMANDE DE L'ALIMENTATION EN
CARBURANT D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE ET
INJECTION DIRECTE
La présente invention concerne un procédé de commande de l'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne multicylindre et injection directe, du type avec ou sans préchambre, destiné notamment à équiper un véhicule automobile.
L'invention concerne plus particulièrement un procédé de commande de l'alimentation en carburant permettant de purifier les gaz brûlés par réduction catalytique sélective, sans porter atteinte aux performances du moteur et sans requérir de dispositif spécifique.
D'une façon générale les normes concernant la pollution des moteurs à combustion interne équipant les véhicules automobiles se sévérisent chaque jour davantage dans l'ensemble des pays industrialisés. L'industrie automobile est donc aujourd'hui toute entière mobilisée à trouver des solutions techniques pour répondre à ces contraintes et ce, sans trop pénaliser- ni les performances des moteurs ni leur prix de revient.
Pour lutter contre l'émission des gaz polluants contenus dans les gaz brûlés des moteurs à combustion interne, l'industrie automobile a adopté l'utilisation de dispositifs d'épuration traitant par conversion catalytique les composants nocifs des gaz brûlés. De tels dispositifs encore appelés pots catalytiques permettent en effet l'oxydation des hydrocarbures imbrûlés HC et du monoxyde de carbone CO ainsi que la réduction des oxydes d'azote NOx. Ces réactions sont en effet toutes fortement accélérées par la présence de catalyseurs de sorte qu'elles peuvent s'accomplir pendant le bref temps de passage des gaz brûlés à travers le pot.
Toutefois, la conversion catalytique des oxydes d'azote NOx n'est aujourd'hui possible qu'à condition d'être opérée en l'absence d'oxygène susceptible de réoxyder l'azote. Or, dans le cas des moteurs à combustion interne et injection directe (avec ou sans préchambre) qui fonctionnent essentiellement en mélange pauvre, comme par exemple les moteurs diesels à allumage par compression, les gaz brûlés contiennent alors trop d'oxygène pour permettre un emploi efficace de catalyseur à réduction susceptible de traiter les oxydes d'azote NOx.
Pour remédier à cet inconvénient et assurer une réduction des oxydes d'azote émis, la solution la plus performante actuellement développée est la méthode appelée réduction catalytique sélective ou SCR qui consiste à obtenir une réaction sélective des oxydes d'azote avec des réactants adaptés injectés dans le flux des gaz d'échappement. La réduction des oxydes d'azote est activée par un catalyseur et peut donc s'effectuer en présence d'un excédent d'oxygène. Comme réactants réducteurs on peut employer le carburant utilisé pour faire fonctionner le moteur (les hydrocarbures étant en effet fortement réducteurs) ou encore des substances spécifiques telle que de l'ammoniaque.
L'injection de carburant et a fortiori d'ammoniaque dans le circuit d'échappement des gaz brûlés, soulève toutefois de nombreux problèmes complexité de l'installation d'injection, surcoûts importants et difficultés pour satisfaire les normes de sécurité. Par ailleurs, la vaporisation du carburant et notamment du gazole liquide dans le cas des moteurs à allumage par compression, et son mélange aux gaz d'échappement sont difficiles à obtenir.
Ces difficultés de mise en oeuvre de la réduction catalytique sélective freinent donc aujourd'hui considérablement la dépollution des moteurs à combustion interne à injection directe fonctionnant en mélange pauvre.
L'objet de la présente invention est donc de remédier aux inconvénients précités en proposant un procédé adapté de commande de l'alimentation en carburant destiné aux moteurs à combustion interne et injection directe du type avec ou sans préchambre. Ce procédé permet d'opérer la réduction catalytique sélective des oxydes d'azote sans nécessiter de dispositif spécifique et donc sans surcoût, tout en obtenant un excellent mélange du carburant utilisé comme réactant réducteur avec les gaz brûlés.
Le procédé de commande selon l'invention de l'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne multicylindre et injection directe du type avec ou'sangs préchambre, délivre à ce moteur des quantités de carburant adaptées suivant les conditions de fonctionnement du moteur grâce à un dispositif approprié de commande des injecteurs de carburant débouchant dans les chambres ou préchambres de combustion.
Selon l'invention ce procédé de commande de l'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne multicylindre et injection directe du type avec ou sans préchambre est caractérisé en ce que la quantité totale de carburant délivrée dans au moins l'une des chambres ou préchambres de combustion, comprend une première quantité de carburant injectée avant la combustion, pendant ou après l'admission de l'air comburant, et une seconde quantité injectée après la combustion, cette seconde quantité de carburant fournissant les réactants réducteurs nécessaires à la réduction catalytique spécifique des oxydes d'azote contenus dans les gaz brûlés.
Selon une autre caractéristique du procédé de commande de l'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne multicylindre et injection directe du type avec ou sans préchambre objet de l'invention, la seconde quantité de carburant est injectée dans la chambre ou préchambre de combustion lors de la phase d'échappement des gaz brûlés accompagnant l'ouverture de la ou des soupapes correspondantes.
Selon une autre caractéristique du procédé de commande de l'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne multicylindre et injection directe du type avec ou sans préchambre objet de l'invention, la seconde quantité de carburant n'est injectée dans la chambre ou préchambre de combustion que dans certaines conditions de fonctionnement du moteur.
Selon une autre caractéristique du procédé de commande de l'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne multicylindre et injection directe du type avec ou sans préchambre objet de l'invention, la seconde quantité de carburant est injectée dans la chambre ou préchambre de combustion en plusieurs fois.
Selon une autre caractéristique du procédé de commande de l'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne multicylindre et injection directe du type avec ou sans préchambre objet de l'invention, la seconde quantité de carburant est injectée dans toutes les chambres ou préchambres de combustion du moteur.
Selon une autre caractéristique du procédé de commande de l'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne multicylindre et injection directe du type avec ou sans préchambre objet de l'invention, la seconde quantité de carburant est injectée dans la chambre ou préchambre de combustion dans une plage de rotation angulaire prédéterminée suivant le passage au Point
Mort Bas échappement du cylindre correspondant.
On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description donnée ci-après d'un mode de réalisation de l'invention, choisi à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins annexés sur lesquels
la figure 1 est une vue schématique partielle en coupe d'un moteur à combustion interne à injection directe fonctionnant selon le procédé de commande de l'alimentation en carburant objet de la présente invention
la figure 2 est un diagramme circulaire d'injection caractéristique du procédé de commande de l'alimentation en carburant selon l'invention.
On a représenté à la figure 1 un moteur référencé 1, à combustion interne et injection directe du type sans préchambre. Ce moteur 1 est par exemple un moteur à quatre temps, quatre cylindres en ligne et à allumage par compression.
Un tel moteur 1 comporte donc des injecteurs de carburant haute pression 2 portés par la culasse 4 et débouchant dans chacune des chambres de combustion 3 du moteur.
L'alimentation en air frais comburant du moteur est assurée classiquement à travers des conduits d'admission 5 ménagés dans la culasse 4 et débouchant dans les chambres 3 par des orifices formant les sièges de soupapes d'admission à tige 7 dont l'ouverture est commandée au moyen de cames d'admission adaptées. Quant à l'évacuation des gaz brûlés, elle est assurée par des conduits d'échappement 6 ménagés dans la culasse 4 et débouchant dans les chambres 3 par des orifices formant les sièges de soupapes d'échappement à tige 8 dont l'ouverture est commandée au moyen de cames d'échappement adaptée.
Ces conduites d'échappement 6 sont raccordées à une ligne d'échappement non figurée qui comporte un convertisseur catalytique à réduction permettant d'opérer la réduction catalytique sélective des oxydes d'azote présents dans les gaz brûlés. Cette réduction sélective est réalisée grâce à l'injection de gazole comme réactant réducteur dans les gaz d'échappement, selon le procédé décrit ci-après.
Le système d'injection du carburant est préférentiellement du type "Common-Rail", l'ouverture des injecteurs 2 étant alors pilotée par un circuit électronique ou un dispositif électronique intégral non figuré, un tel dispositif permettant de mettre en oeuvre très simplement le procédé de commande de l'alimentation en carburant objet de la présente invention par simple modification de logiciels. Il est toutefois envisageable de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention avec d'autres dispositifs de commande des injecteurs 2 et notamment des dispositifs purement mécaniques comme des pompes distributrices.
Dans le cas donc d'un système d'injection de type "Common Rail", le dispositif électronique de commande des injecteurs haute pression 2 comprend classiquement un calculateur comportant notamment une CPU, une mémoire vive ou RAM, une mémoire morte ou ROM, des convertisseurs analogique-numérique A/N, et différentes interfaces d'entrées et de sorties.
Le dispositif de commande de l'injection reçoit un certain nombre de signaux d'entrée fournissant la valeur des principaux paramètres caractérisant le fonctionnement du moteur : régime, position pédale d'accélérateur ou levier de charge, température d'eau ou encore tension batterie, et une information sur le déroulement du cycle moteur dans chacun des cylindres issue notamment d'un capteur de position coopérant avec une cible dentée non figurée solidaire classiquement du volant moteur porté par le vilebrequin du moteur.
Le dispositif de commande de l'injection procède alors, à partir de ces différentes informations et selon des stratégies ou procédés d'actionnement mis en place dans la CPU, à la commande de l'ouverture des électro-injecteurs 2 de façon à assurer une alimentation en carburant qui soit adaptée aux conditions de fonctionnement du moteur. Cette commande de type pression-temps est opérée en contrôlant pour chaque injecteur 2 alimenté en carburant à une pression sensiblement constante, la phase de début d'injection ou la phase de fin d'injection et la durée d'ouverture, déterminant ainsi un débit précis de carburant.
Le procédé de commande de l'alimentation en carburant du moteur selon l'invention consiste alors, à opérer classiquement l'injection du carburant dans chacune des chambres de combustion 3 en deux phases distinctes : une première quantité de carburant étant injectée (en une ou plusieurs fois) avant la combustion, pendant ou après la phase d'admission de l'air frais comburant, et une seconde quantité étant injectée (également en une ou plusieurs fois) après la combustion et notamment lors de l'ouverture de la soupape d'échappement 8,
Cf figure 1.
Ainsi, selon le procédé objet de l'invention, les injecteurs 2 opèrent directement l'injection de carburant dans les gaz d'échappement nécessaire à leur traitement par un catalyseur à réduction. Selon ce procédé, aucun injecteur supplémentaire disposé sur la ligne d'échappement en amont du catalyseur n'est donc requis. Par ailleurs, l'injection du carburant opérée directement dans les chambres de combustion 3 permet de bénéficier au mieux de l'énergie calorifique des gaz d'échappement pour obtenir la vaporisation du carburant et notamment du gazole, ce qui assure un très bon mélange du carburant aux gaz d'échappement et donc un fonctionnement amélioré du catalyseur.
Un mode d'actionnement des injecteurs 2 est précisé conformément au motif d'injection présenté à la figure 2. Pour un cylindre et une chambre de combustion donnée, chaque cycle se déroule en quatre temps (admission, compression, détente, échappement) correspondant chacun à un demi-tour de vilebrequin, soit donc au total deux tours vilebrequin ou 7200 d'angle.
L'injection de carburant opérée après la combustion est définie par une période T d'ouverture des injecteurs 2 (ou éventuellement plusieurs périodes), période T qui est déterminée (instant de début et durée) par le dispositif électronique de contrôle moteur à partir des conditions de fonctionnement du moteur. La durée de cette période T est plus particulièrement ajustée suivant le point de fonctionnement du moteur. Les valeurs sont par exemple stockées dans une cartographie prédéterminée en fonction de la charge et du régime de rotation moteur.
Le début et la durée de la période T sont déterminés de façon à positionner la période T pendant l'ouverture des soupapes d'échappement 8 c'est-à-dire entre le début d'ouverture ou AOE déclenché sensiblement avant le second Point Mort
Bas (5400) et l'instant de fermeture ou RFE opéré sensiblement après le second Point Mort Haut (7200). Préférentiellement, cette période T survient après le second Point Mort Bas et avant le second Point Mort Haut.
Le procédé selon l'invention est extrêmement simple à mettre en oeuvre puisqu'il ne nécessite aucun dispositif supplémentaire que les injecteurs haute pression 2 débouchant directement dans les chambres de combustion 3 et leur dispositif électronique de pilotage.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple.
Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit.
Ainsi, le procédé selon l'invention s'applique également aux moteurs à combustion interne et injection directe du type à préchambre de combustion, ainsi qu'aux moteurs 2 Temps.
Ainsi, il est possible de n'opérer l'injection dans les gaz brûlés non plus dans toutes les chambres de combustion 3 mais dans une partie seulement et ce, notamment suivant les conditions de fonctionnement du moteur. Dans ce cas, la ou les chambres retenues pour réaliser cette injection peuvent être changées à tour de rôle.

Claims (2)

    REVENDICATIONS
  1. [1] Procédé de commande de l'alimentation en carburant d'un moteur (1) à combustion interne multicylindre et injection directe du type avec ou sans préchambre, délivrant à ce moteur (1) des quantités de carburant adaptées suivant les conditions de fonctionnement dudit moteur (1) grâce à un dispositif approprié de commande des injecteurs de carburant (2) débouchant dans les chambres ou préchambres de combustion (3), caractérisé en ce que la quantité totale de carburant délivrée dans au moins lune desdites chambre ou préchambre de combustion (3), comprend une première quantité de carburant injectée avant la combustion, pendant ou après l'admission de l'air comburant, et une seconde quantité (T) injectée après la combustion, ladite seconde quantité (T) de carburant fournissant les réactants réducteurs nécessaires à la réduction catalytique spécifique des oxydes d'azote contenus dans les gaz brûlés.
  2. [2] Procédé de commande de l'alimentation en carburant d'un moteur (1) à combustion interne multicylindre et injection directe du type avec ou sans préchambre selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite seconde quantité de carburant (T) est injectée dans ladite chambre ou préchambre de combustion (3) lors de la phase d'échappement des gaz brûlés accompagnant l'ouverture de la ou des soupapes (7) correspondantes.
    [33 Procédé de commande de l'alimentation en carburant d'un moteur (1) à combustion interne multicylindre et injection directe du type avec ou sans préchambre selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que ladite seconde quantité de carburant (T) n'est injectée dans ladite chambre ou préchambre de combustion (3) que dans certaines conditions de fonctionnement du moteur.
    [4] Procédé de commande de l'alimentation en carburant d'un moteur (1) à combustion interne multicylindre et injection directe du type avec ou sans préchambre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite seconde quantité de carburant est injectée dans la chambre ou préchambre de combustion (3) en plusieurs fois.
    [5] Procédé de commande de l'alimentation en carburant d'un moteur (1) à combustion interne multicylindre et injection directe du type avec ou sans préchambre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite seconde quantité de carburant est injectée dans toutes les chambres ou préchambres de combustion dudit moteur (1).
    [6] Procédé de commande de l'alimentation en carburant d'un moteur (1) à combustion interne multicylindre et injection directe du type avec ou sans préchambre selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit moteur (1) est du type à quatre temps et à allumage par compression.
    [7] Procédé de commande de l'alimentation en carburant d'un moteur (1) à combustion interne multicylindre et injection directe du type avec ou sans préchambre selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite seconde quantité de carburant (T) est injectée dans la chambre ou préchambre de combustion (3) dans une plage de rotation angulaire prédéterminée suivant le passage au Point Mort Bas échappement du cylindre correspondant.
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