FR2799794A1 - Procede et appareil d'elevation de temperature d'echappement pour un moteur a combustion interne - Google Patents

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Abstract

Un appareil d'élévation de température d'échappement d'un moteur à combustion interne (1) comporte : un moyen de commande de papillon destiné à commander un papillon des gaz d'échappement (49) prévu dans un passage d'échappement (45, 47) à un état pratiquement complètement fermé lorsqu'un composant de carburant non brûlé évacué du moteur (1) doit être amoindri; un moyen de commande d'injection de carburant principale destiné à augmenter une quantité principale de carburant injecté à partir d'une soupape d'injection de carburant (32) lorsque le papillon des gaz d'échappement (49) est commandé à l'état pratiquement complètement fermé; un moyen de commande d'injection de carburant auxiliaire destiné à injecter de manière auxiliaire le carburant à partir de la soupape d'injection de carburant (32) après que la quantité principale de carburant ait été injectée par le moyen de commande d'injection de carburant principale; et un moyen de suppression de matières particulaires (46) prévu dans le passage d'échappement (47) afin de supprimer une matière particulaire contenue dans les gaz d'échappement.

Description

PROCEDE ET APPAREIL D'ELEVATION DE TEMPERATURE
D'ECHAPPEMENT POUR UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE
La présente invention se rapporte à une technique destinée à élever la température des gaz d'échappement évacués d'un moteur à combustion interne installé dans un véhicule à moteur ou analogues, et plus particulièrement, à une technique destinée à élever la température des gaz
d'échappement sans détériorer la qualité des émissions.
Eu égard aux moteurs à combustion interne installés dans des véhicules à moteur, il est nécessaire que des composants de gaz nocifs contenus dans les gaz d'échappement d'un moteur soient supprimés ou amoindris avant que les gaz d'échappement ne s'échappent dans l'atmosphère. Afin de satisfaire cette exigence, on a proposé une technique dans laquelle un catalyseur de commande d'émission est disposé dans un passage d'échappement d'un moteur et les composants de gaz nocifs contenus dans les gaz d'échappement sont supprimés ou
amoindris par le catalyseur de commande d'émission.
Toutefois, le catalyseur de commande d'émission, en général, s'active à ou au-dessus d'une température prédéterminée, et devient capable de supprimer les composants de gaz nocifs dans les gaz d'échappement. En conséquence, lorsque la température du catalyseur de commande d'émission est inférieure à la température prédéterminée, par exemple, au moment d'un démarrage à froid du moteur, le catalyseur de commande d'émission est incapable d'amoindrir suffisamment les composants de gaz
nocifs dans les gaz d'échappement.
Pour faire face à ce problème, on a proposé un appareil d'élévation de température d'échappement dans, par exemple, la demande de brevet japonais en attente d'examen No. HEI 10-212995. L'appareil d'élévation de température d'échappement décrit dans cette demande de brevet en attente d'examen vise à obtenir une activation rapide d'un
catalyseur de commande d'émission de la manière suivante.
C'est-à-dire que lorsqu'un moteur est, par exemple, dans un état de réchauffement suivant un démarrage à froid, l'appareil d'élévation de température d'échappement mène une injection de carburant auxiliaire (injection de carburant auxiliaire) pendant la course de détente de chaque cylindre en plus de l'injection normale de carburant (injection de carburant principale) prévue pour la combustion dans le moteur, de sorte que la quantité de carburant délivrée par l'injection auxiliaire brûle pour élever la température des gaz dans le cylindre survenant au
moment de l'ouverture des soupapes d'échappement, c'est-à-
dire, pour élever la température des gaz d'échappement.
Toutefois, lorsque le moteur est, par exemple, dans un état de réchauffement suivant un démarrage à froid, la température dans le cylindre est basse et le carburant de l'injection principale de carburant ne subit pas facilement la combustion complète, de sorte que des quantités relativement importantes de composants de carburant non brûlé demeurent dans les gaz brûlés. Si l'injection de carburant auxiliaire est réalisée dans une condition de quantités importantes de composants restants de carburant non brûlé, l'injection auxiliaire de carburant sert de source d'allumage pour brûler les composants de carburant non brûlé. Toutefois, puisque la température atmosphérique dans le cylindre est basse, le carburant de l'injection auxiliaire et les composants de carburant non brûlé ne brûlent pas complètement, de sorte que dans certains cas, des matières particulaires (PM), représentées par de la suie et des composants de carburant non brûlé, sont
produites en grandes quantités.
En conséquence, c'est un but de l'invention de proposer une technique destinée à élever efficacement la température d'échappement sans détériorer la qualité des émissions. Un appareil d'élévation de température d'échappement pour un moteur à combustion interne conformément à un premier aspect de l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend: un papillon des gaz d'échappement qui est prévu dans un passage d'échappement d'un moteur à combustion interne et qui ajuste une quantité de gaz d'échappement circulant dans le passage d'échappement; une soupape d'injection de carburant qui injecte un carburant lo directement dans un cylindre du moteur à combustion interne; un moyen de commande de soupape destiné à commander le. papillon des gaz d'échappement à un état pratiquement complètement fermé lorsqu'un composant de carburant non brûlé évacué du moteur à combustion interne doit être amoindri; un moyen de commande d'injection de carburant principale destiné à élever une quantité principale de carburant injecté à partir de la soupape d'injection de carburant, lorsque le papillon des gaz d'échappement est commandé à l'état pratiquement complètement fermé; un moyen de commande d'injection de carburant auxiliaire destiné à injecter le carburant de manière auxiliaire à partir de la soupape d'injection de carburant après que la quantité principale de carburant ait été injectée par le moyen de commande d'injection de carburant principale; et un moyen de suppression de matières particulaires prévu dans le passage d'échappement afin d'éliminer une matière particulaire contenue dans les
gaz d'échappement circulant dans le passage d'échappement.
Dans l'appareil d'élévation de température d'échappement construit tel que décrit ci-dessus, le moyen de commande de soupape commande le degré d'ouverture du papillon des gaz d'échappement à l'état pratiquement complètement fermé lorsque la quantité des composants de carburant non brûlé évacués du moteur doit être réduite. En réponse à l'état de soupape pratiquement complètement fermé, le moyen de commande d'injection de carburant principale commande la soupape d'injection de carburant de façon à augmenter la quantité principale de carburant injecté, et le moyen de commande d'injection de carburant auxiliaire commande la soupape d'injection de carburant de façon à injecter une quantité auxiliaire de carburant après
que la quantité principale de carburant ait été injectée.
En raison de l'effet synergétique de l'état pratiquement complètement fermé du papillon des gaz d'échappement et de l'augmentation de la quantité principale de carburant injecté, la pression et la température des gaz d'échappement présents dans un passage d'échappement en amont du papillon des gaz d'échappement et dans le cylindre du moteur augmentent, et le débit des gaz d'échappement diminue, de sorte que les composants de carburant non brûlé, c'est-à-dire, un surplus du carburant principal (carburant injecté par l'injection de carburant principale), et le carburant auxiliaire (carburant injecté par l'injection de carburant auxiliaire), brûlent à une température élevée pendant longtemps. Ainsi, la quantité de composants de carburant non brûlé restants diminue. De plus, les matières particulaires contenues dans les gaz d'échappement, telles que la suie et analogues, sont supprimées des gaz d'échappement par le moyen de suppression de matières particulaires disposé dans le passage d'échappement, et ne sont en conséquence pas émises
dans l'atmosphère.
Le moment auquel la quantité de composants de carburant non brûlé évacués du moteur peut être, par exemple, lorsque le moteur est à un état d'opération de réchauffement suivant un démarrage à froid, ou lorsque le moteur est à un état de fonctionnement à charge basse dans une condition de basse température de l'air extérieur, etc. Dans l'appareil d'élévation de température d'échappement pour un moteur à combustion interne de l'invention, il est préférable que le moyen de commande d'injection de carburant auxiliaire exécute une injection de carburant auxiliaire à un calage tel qu'une quantité de composants de carburant non brûlé évacués du moteur à combustion interne devient minimale. Dans l'appareil d'élévation de température d'échappement pour un moteur à combustion interne de l'invention, le moyen de suppression de matières particulaires peut être, par exemple, un piège à matières particulaires qui adsorbe physiquement la matière
particulaire contenue dans les gaz d'échappement.
Dans ce cas, il est nécessaire de restaurer le piège à matières particulaires avant que la capacité d'adsorption
du piège à matières particulaires ne soit saturée.
Lorsqu'une telle nécessité survient, la température des gaz d'échappement circulant à travers le piège à matières particulaires peut être élevée par le moyen de commande de soupape commandant le papillon des gaz d'échappement à l'état pratiquement complètement fermé, et par le moyen de commande d'injection de carburant principale commandant la soupape d'injection de carburant de façon à augmenter la quantité principale de carburant injecté, et par le moyen de commande d'injection de carburant auxiliaire commandant la soupape d'injection de carburant de façon à exécuter
l'injection de carburant auxiliaire.
Dans l'appareil d'élévation de température d'échappement pour un moteur à combustion interne de l'invention, il est préférable que le moyen de suppression de matières particulaires soit prévu dans une partie du passage d'échappement en amont du papillon des gaz d'échappement. Cette disposition est préférable pour les raisons suivantes. C'est-à-dire que lorsque le papillon des gaz d'échappement est pratiquement complètement fermé, le débit des gaz d'échappement est inférieur dans le passage d'échappement en amont du papillon des gaz d'échappement que dans le passage d'échappement en aval du papillon des gaz d'échappement, et des gaz d'échappement à température élevée demeurent dans le passage d'échappement en amont de la soupape. En conséquence, le moyen de suppression de matières particulaires est exposé longtemps aux gaz d'échappement à température élevée, de sorte que le moyen de suppression de matières particulaires peut être restauré
avec une efficacité améliorée.
Ce qui précède et d'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention deviendront apparents à
partir de la description suivante d'un mode de réalisation
préféré en se référant aux dessins annexés, sur lesquels des références numériques identiques sont utilisées pour représenter des éléments identiques et sur lesquels: La figure 1 est une illustration simplifiée d'une construction d'un moteur à combustion interne auquel un appareil d'élévation de température d'échappement pour un moteur à combustion interne conformément à l'invention est appliqué; La figure 2 illustre une construction interne d'un dispositif de catalyseur de commande d'émission; La figure 3 illustre également une construction interne d'un dispositif de catalyseur de commande d'émission;
La figure 4 est un organigramme illustrant un sous-
programme de commande d'élévation de température d'échappement; La figure 5 indique une relation parmi le calage d'injection de carburant auxiliaire, la quantité de matières particulaires évacuées et la quantité d'hydrocarbures non brûlés évacués; et
La figure 6 est un organigramme illustrant un sous-
programme de commande de restauration du catalyseur de
commande d'émission.
On décrira par la suite, en se référant aux dessins annexés, un mode de réalisation de l'appareil d'élévation de température d'échappement pour un moteur à combustion
interne de l'invention.
s La figure 1 est une illustration simplifiée d'une construction d'un moteur à combustion interne auquel un appareil d'élévation de température d'échappement conformément à l'invention est appliqué. Un moteur à combustion interne 1 représenté sur la figure 1 est un moteur du type à injection de carburant directe à quatre temps comportant une pluralité de cylindres 21 et des soupapes d'injection de carburant 32 destinées à injecter
le carburant dans les cylindres individuels 21.
Le moteur 1 comporte un bloc cylindres lb dans lequel les cylindres 21 et un canal d'eau de refroidissement lc sont formés, et une culasse la fixée à une partie supérieure du bloc cylindres lb. Le bloc cylindres lb supporte de manière rotative un
vilebrequin 23, c'est-à-dire un arbre de sortie du moteur.
Le vilebrequin 23 est raccordé aux pistons 22 qui sont disposés de manière coulissante dans les cylindres
correspondants 21.
Une chambre de combustion 24 qui est définie par une surface supérieure du piston 22 et une surface de paroi latérale de la culasse la est formée au-dessus de chaque piston 22. Des bougies d'allumage 25 sont fixées à la culasse la de sorte que chaque bougie d'allumage 25 est en
regard d'une des chambres de combustion 24 correspondante.
Chaque bougie d'allumage 25 est raccordée à un allumeur 25a qui applique un courant d'attaque à la bougie d'allumage 25. Des orifices d'admission 26 et des orifices d'échappement 27 sont formés dans la culasse la de sorte que des extrémités d'ouverture des orifices d'admission 26 et des extrémités d'ouverture des orifices d'échappement 27 sont en regard d'une des chambres de combustion 24 correspondante. Les soupapes d'injection de carburant 32 sont fixées à la culasse la de sorte qu'une ouverture à aiguille de chaque soupape d'injection de carburant 32 est en regard d'une des chambres de combustion 24 correspondante. L'extrémité d'ouverture de chaque orifice d'admission 26 est ouverte et fermée par une soupape d'admission 28 qui
est supportée sur la culasse la pour des mouvements de va-
et-vient. Les soupapes d'admission 28 sont déplacées d'arrière en avant par un arbre à cames côté admission 30
qui est supporté de manière rotative sur la culasse la.
L'extrémité d'ouverture de chaque orifice d'échappement 27 est ouverte et fermée par une soupape d'échappement 29 qui est supportée sur la culasse la pour des mouvements de va-et-vient. Les soupapes d'échappement 29 sont déplacées d'arrière en avant par un arbre à cames côté échappement 31 qui est supporté de manière rotative
sur la culasse la.
L'arbre à cames côté admission 30 et l'arbre à cames côté échappement 31 sont raccordés au vilebrequin 23 via une courroie de distribution (non représentée) de sorte que le couple est transmis du vilebrequin 23 à l'arbre à cames côté admission 30 et à l'arbre à cames côté échappement 31
via la courroie de distribution.
L'un des deux orifices d'admission 26 raccordés en communication avec chaque cylindre 21 est formé par un orifice droit qui comporte un canal linéaire s'étendant d'une extrémité d'ouverture de l'orifice d'admission 26 sur une paroi externe de la culasse la vers une extrémité d'ouverture de celui-ci en regard de la chambre de combustion 24. L'autre orifice d'admission 26 est formé d'un orifice hélicoidal qui comporte un canal qui s'étend d'une extrémité d'ouverture de l'orifice d'admission 26 sur la paroi externe de la culasse la vers une extrémité d'ouverture de celui- ci en regard de la chambre de combustion 24 et qui se courbe sur un plan perpendiculaire
à l'axe du cylindre 21.
Chaque orifice d'admission 26 est raccordé à l'un des tuyaux d'embranchement correspondant d'un collecteur d'admission 33 qui est fixé à la culasse la. Le tuyau d'embranchement raccordé à l'orifice droit des deux orifices d'admission 26 de chaque cylindre 21 est muni d'une soupape de commande de tourbillon 37. Chaque soupape de commande de tourbillon 37 est munie d'un actionneur 37a qui est formé d'un moteur pas à pas ou analogues de façon à ouvrir et fermer la soupape de commande de tourbillon 37 conformément à l'amplitude du courant appliqué, et d'un capteur de position SCV 37b qui délivre en sortie un signal électrique qui correspond au degré d'ouverture de la
soupape de commande de tourbillon 37.
Le collecteur d'admission 33 est raccordé à un réservoir d'équilibre 34 qui est raccordé à un boîtier de filtre à air 36 via un tuyau d'admission 35. Le tuyau d'admission 35 est muni d'un papillon des gaz 39 qui ajuste la quantité d'air frais circulant à travers le tuyau
d'admission 35.
Le papillon des gaz 39 est muni d'un actionneur 40 qui est formé d'un moteur pas à pas ou analogues de façon à ouvrir et fermer le papillon des gaz 39 conformément à l'amplitude du courant appliqué, et d'un capteur de position de papillon 41 qui délivre en sortie un signal électrique correspondant au degré d'ouverture du papillon
des gaz 39.
Le papillon des gaz 39 est également muni d'un levier d'accélérateur (non représenté) qui est activé en liaison avec le mouvement d'une pédale d'accélérateur 42. Le levier d'accélérateur est muni d'un capteur de position d'accélérateur 43 qui délivre en sortie un signal électrique correspondant à la position d'activation du levier d'accélérateur (c'està-dire, la quantité
d'enfoncement de la pédale d'accélérateur 42).
Une partie du tuyau d'admission 35 en amont du papillon des gaz 39 est munie d'un débitmètre 44 qui délivre en sortie un signal électrique correspondant à la masse d'air frais circulant à travers le tuyau d'admission
(masse d'air d'admission).
Chaque orifice d'échappement 27 du moteur 1 est raccordé à l'un des tuyaux d'embranchement d'un collecteur d'échappement 45 qui est fixé à la culasse la. Le collecteur d'échappement 45 est raccordé à un tuyau d'échappement 47 via un dispositif de catalyseur de commande d'émission 46. Le tuyau d'échappement 47 est raccordé, au niveau de son extrémité en aval, à un
silencieux (non représenté).
Le dispositif de catalyseur de commande d'émission 46 réalise un moyen de suppression de matières particulaires dans l'invention. Par exemple, le dispositif de catalyseur de commande d'émission 46 est un dispositif de catalyseur de commande d'émission du type à circulation par paroi, comme cela est représenté sur les figures 2 et 3, qui est formé par un support poreux d'une structure en nid d'abeilles présentant une disposition des premiers canaux 46a qui sont ouverts au niveau de leurs extrémités en amont et fermés au niveau de leurs extrémités en aval et des deuxièmes canaux 46b qui sont fermés au niveau de leurs extrémités en amont et qui sont ouverts au niveau de leurs extrémités en aval, et par une couche catalytique formée
sur le support.
Le support peut être, par exemple, un support céramique poreux, un support zéolite poreux, etc. La couche catalytique peut être, par exemple, une couche formée de surfaces de chargement d'alumine poreux (A1203) avec une substance catalytique de métal précieux d'une famille platine- rodhium (Pt-Rh) ou d'une famille palladium-rhodium (Pa-Rh), une couche formée d'au moins une espèce sélectionnée parmi le groupe composé de métaux alcalins, incluant le potassium (K), le sodium (Na), le lithium (Li), le césium (Ce), etc., et de terres alcalines incluant le baryum (Ba) , le calcium (Ca), etc., et de terres rares incluant le lanthane (La), l'yttrium (Y), etc. en combinaison avec un métal précieux tel que du platine (Pt) ou analogues, etc. Lorsque les gaz d'échappement circulent dans le îo dispositif de catalyseur de commande d'émission 46 construit comme on l'a décrit ci-dessus, les gaz d'échappement s'échappent tout d'abord dans les premiers canaux 46a puis circulent à travers les pores des parois du support dans les deuxièmes canaux 46b, puis circulent hors des deuxièmes canaux 46b dans la partie en aval du tuyau d'échappement 47. A mesure que les gaz d'échappement circulent à travers les parois du support, les matières particulaires contenues dans les gaz d'échappement, telles que la suie, les composants de carburant non brûlé, etc. sont prises au piège, et les composants de gaz nocifs dans les gaz d'échappement sont supprimés ou amoindris par la couche catalytique. Ainsi, le dispositif de catalyseur de commande d'émission 46 présente une fonction de filtrage afin de collecter ou de piéger les matières particulaires provenant des gaz d'échappement et une fonction catalytique afin de supprimer ou d'amoindrir les composants de gaz
nocifs dans les gaz d'échappement.
En se référant à nouveau à la figure 1, le collecteur d'échappement 45 est muni d'un capteur d'oxygène (capteur d'O2) 48 qui délivre en sortie un signal électrique correspondant à la concentration d'oxygène contenu dans les gaz d'échappement circulant dans le collecteur
d'échappement 45.
Un papillon des gaz d'échappement 49 destiné à ajuster la circulation des gaz d'échappement dans le tuyau d'échappement 47 est prévu dans une partie du tuyau d'échappement 47. Le papillon des gaz d'échappement 49 est muni d'un actionneur 50 qui est formé d'un moteur pas à pas ou analogues de façon à ouvrir et fermer le papillon des gaz d'échappement 49 selon l'amplitude du courant appliqué. Le moteur 1 est équipé d'un capteur de position de vilebrequin 51 qui est formé d'un rotor de cadencement 51a fixé à une partie d'extrémité du vilebrequin 23 et d'un capteur électromagnétique 51b fixé à une partie du bloc cylindres lb proche du rotor de cadencement 51a, et d'un capteur de température d'eau 52 qui est fixé au bloc cylindres lb de façon à détecter la température d'eau de refroidissement circulant à travers le canal d'eau de
refroidissement lc formé dans le moteur 1.
Le moteur 1, construit tel que décrit ci-dessus, est équipé d'une unité de commande électronique (qu'on appellera par la suite "ECU") 20 destinée à commander
l'état de fonctionnement du moteur 1.
L'ECU 20 est connectée à divers capteurs tels que le capteur de position SCV 37b, le capteur de position de papillon 41, le capteur de position d'accélérateur 43, le débitmètre 44, le capteur d'oxygène 48, le capteur de position de vilebrequin 51, le capteur de température d'eau 52, etc., via un câblage électrique, de sorte que des signaux de sortie des capteurs sont délivrés en entrée à
l'ECU 20.
L'ECU 20 est également connecté aux allumeurs 25a, aux soupapes d'injection de carburant 32, aux actionneurs 37a, à l'actionneur 40, à l'actionneur 50, etc., via un câblage électrique, de sorte que l'ECU 20 est capable de commander les allumeurs 25a, les soupapes d'injection de carburant 32, les actionneurs 37a, l'actionneur 40, l'actionneur 50 en utilisant les valeurs des signaux de sortie des divers
capteurs comme paramètres.
Par exemple, en utilisant comme paramètres les valeurs des signaux de sortie du capteur de position de vilebrequin 51, du capteur de position d'accélérateur 43, du débitmètre 44 et analogues, l'ECU 20 discrimine l'état de fonctionnement du moteur 1. Lorsqu'il est déterminé que l'état de fonctionnement du moteur 1 est dans une région de fonctionnement à basse charge, l'ECU réalise une commande
pour atteindre une combustion de charge stratifiée, c'est-
à-dire, l'ECU 20 envoie un signal de commande aux actionneurs 37a de façon à réduire le degré d'ouverture des soupapes de commande de tourbillon 37, et envoie un signal de commande à l'actionneur 40 de façon à ouvrir pratiquement entièrement le papillon des gaz 39, et applique le courant d'attaque à chaque soupape d'injection de carburant 32 pendant la course de compression de l'un des cylindres 21 correspondant de façon à provoquer
l'injection du carburant pendant la course de compression.
En raison de la commande décrite ci-dessus, l'air frais est introduit dans la chambre de combustion 24 de chaque cylindre 21 principalement à travers l'orifice d'admission hélicoidal 26 pendant la course d'admission du cylindre 21, de sorte que des flots tourbillonnants
(tourbillons) surviennent dans la chambre de combustion 24.
Pendant la course de compression suivante, le carburant est injecté dans la chambre de combustion 24 à partir de la soupape d'injection de carburant 32, et tourne selon les tourbillons, et se déplace au voisinage de la bougie d'allumage 25 à un calage prédéterminé. A ce moment, un état généralement appelé stratifié c'est-à-dire qu'une couche de mélange combustible est formée au voisinage de la bougie d'allumage 25 dans la chambre de combustion 24 et qu'une couche d'air est formée dans l'autre région est établi dans la chambre de combustion 24. Au calage prédéterminé précédemment mentionné, l'ECU 20 attaque l'allumeur 25a pour allumer la bougie d'allumage 25. Il s'ensuit que le mélange air-carburant (incluant la couche de mélange combustible et la couche d'air) dans la chambre de combustion 24 brûle au démarrage dans la couche de
mélange combustible adjacente à la bougie d'allumage 25.
C'est-à-dire que la couche de mélange combustible sert de source d'allumage. La quantité de carburant devant être injecté pendant le mode de combustion de charge stratifiée est déterminée en utilisant la quantité d'enfoncement de pédale d'accélérateur et la vitesse de rotation du moteur comme paramètres. Plus spécifiquement, l'ECU 20 détermine une quantité de carburant devant être injecté (ou une durée d'injection de carburant) en utilisant une carte de commande d'injection de carburant pour la combustion de charge stratifiée qui indique une relation parmi la valeur du signal de sortie du capteur de position d'accélérateur 43 (quantité d'enfoncement de la pédale d'accélérateur), la vitesse de rotation du moteur et la quantité de carburant injecté. Lorsque l'ECU 20 détermine que l'état de fonctionnement du moteur 1 est dans une région de fonctionnement à charge intermédiaire, l'ECU 20 réalise une commande de façon à atteindre une combustion pauvre homogène d'un mélange de carburant pauvre. C'est-à-dire que l'ECU 20 réduit le degré d'ouverture des soupapes de commande de tourbillon 37 en envoyant un signal de commande aux actionneurs 37a, et entraîne une injection de carburant pendant la course d'admission en appliquant le courant d'attaque à la soupape d'injection de carburant 32 de chaque cylindre 21 pendant la course d'admission du cylindre 21. En raison de cette commande, l'air frais et le carburant se mélangent de manière homogène afin de procurer un mélange de carburant pauvre à travers pratiquement toute la chambre de combustion 24 de chaque cylindre 21,
atteignant de ce fait une combustion pauvre homogène.
Lorsque l'ECU 20 détermine que l'état de fonctionnement du moteur 1 est dans une région de fonctionnement à charge élevée, l'ECU 20 réalise une commande de façon à atteindre une combustion homogène d'un mélange approximativement d'un rapport air-carburant stoechiométrique. C'est-àdire que l'ECU 20 établit les soupapes de commande de tourbillon 37 à l'état pleinement ouvert en envoyant un signal de commande aux actionneurs 37a, et envoie un signal de commande à l'actionneur 40 d'une manière telle que le papillon des gaz 39 est établi au degré d'ouverture correspondant à la quantité d'enfoncement de la pédale d'accélérateur 42 (la valeur du signal de sortie du capteur de position d'accélérateur 43), et entraîne l'injection du carburant pendant la course d'admission en appliquant le courant d'attaque à la soupape d'injection de carburant 32 de chaque cylindre 21 pendant la course d'admission du cylindre 21. En raison de cette commande, l'air frais et le carburant se mélangent de
manière homogène pour procurer un mélange du rapport air-
carburant pratiquement stoechiométrique à travers pratiquement toute la chambre de combustion 24 de chaque
cylindre 21, atteignant de ce fait une combustion homogène.
A la transition de la commande de combustion de charge stratifiée à lacommande de combustion homogène ou à la transition de la commande de combustion homogène à la commande de combustion de charge stratifiée, l'ECU 20 applique le courant d'attaque à la soupape d'injection de carburant de chaque cylindre 21 deux fois, c'est-à-dire, applique le courant d'attaque séparément pendant la course de compression et pendant la course d'admission du cylindre 21, afin d'empêcher la variation du couple du moteur 1. En raison de cette commande, une couche de mélange combustible est formée adjacente à la bougie d'allumage 25 et une couche de mélange pauvre est formée dans l'autre région dans la chambre de combustion 24 de chaque cylindre 21, obtenant ainsi une combustion de charge stratifiée
généralement appelée faible.
Lorsque l'ECU 20 détermine que l'état de fonctionnement du moteur 1 est dans une région de fonctionnement ralentie, l'ECU 20 réalise une commande de vitesse ralentie généralement appelée de rétroaction (ISC). C'est-àdire que l'ECU 20 commande le degré d'ouverture du papillon des gaz 39 de façon à assurer une circulation de l'air d'admission qui est nécessaire pour faire converger la vitesse de rotation du moteur réelle à une vitesse
ralentie cible.
Lorsque la quantité de composants de carburant non brûlé (hydrocarbures non brûlés) émis dans l'atmosphère doit être réduite, l'arbre à cames côté admission 30 exécute une commande d'élévation de température
d'échappement.
Pour la commande d'élévation de température d'échappement, l'ECU 20 exécute un sous-programme de commande d'élévation de température d'échappement, comme cela est illustré sur la figure 4. Le sous-programme de commande d'élévation de température d'échappement est un sousprogramme prémémorisé dans une mémoire morte ou analogues prévue dans l'ECU 20. Le sous-programme est exécuté de manière répétée chaque temps prédéterminé (par exemple, chaque fois que le capteur de position de
vilebrequin 51 délivre un signal impulsionnel).
Dans le sous-programme de commande d'élévation de température d'échappement, l'ECU 20 détermine tout d'abord à l'étape S401 si c'est le moment o les composants de carburant non brûlé (hydrocarbures non brûlés (HC)) évacués
du moteur 1 nécessitent d'être amoindris.
Le moment o les hydrocarbures non brûlés évacués du moteur 1 doivent être amoindris est lorsque la température dans les chambres de combustion 24 du moteur 1 est basse de sorte que le dispositif de catalyseur de commande d'émission 46 n'est pas activé, par exemple, lorsque le moteur 1 est dans un état de réchauffement suivant un démarrage à froid, ou lorsque le moteur 1 est dans un état de fonctionnement à charge basse, etc. Ceci peut être expliqué comme suit. C'est-à-dire que lorsque la température dans les chambres de combustion 24 du moteur 1 est basse, l'état de combustion de mélange dans chaque chambre de combustion 24 tend à être instable et le mélange ne brûle pas facilement complètement, de sorte que des quantités importantes d'hydrocarbures non brûlés sont évacuées des chambres de combustion 24. Dans un tel cas, à mesure que le dispositif de catalyseur de commande d'émission 46 n'est pas activé, les hydrocarbures non brûlés dans les gaz d'échappement ne sont pas suffisamment amoindris par le dispositif de catalyseur de commande
d'émission 46, mais s'échappent dans l'atmosphère.
S'il est déterminé à l'étape S401 que ce n'est pas actuellement le moment d'amoindrir les hydrocarbures non brûlés évacués du moteur 1, l'ECU 20 termine temporairement
l'exécution du sous-programme.
A l'opposé, s'il est déterminé à l'étape S401 que les hydrocarbures non brûlés évacués du moteur 1 nécessitent actuellement d'être amoindris, l'ECU 20 avance à l'étape S402, dans laquelle l'ECU 20 démarre l'exécution d'un
processus d'élévation de température d'échappement.
Dans le processus d'élévation de température d'échappement, l'ECU 20 commande l'actionneur 50 de façon à établir la soupape d'échappement 29 à un état pratiquement complètement fermé. Il s'ensuit que la pression d'échappement s'élève dans les orifices d'échappement 27, le collecteur d'échappement 45, et une partie du tuyau d'échappement 47 en amont du papillon des gaz d'échappement 49. Lorsque la pression d'échappement s'est ainsi élevée, la pression des gaz d'échappement évacués des chambres de combustion 24 dans les orifices d'échappement 27 ne chute pas. Ainsi, la diminution de la température d'échappement est freinée. De plus, l'établissement du papillon des gaz d'échappement 49 à un état pratiquement complètement fermé réduit le débit des gaz d'échappement dans un passage d'échappement des orifices d'échappement 27 vers le papillon des gaz d'échappement 49. Il s'ensuit que les gaz d'échappement évacués des chambres de combustion 24 résident à une température élevée dans le passage d'échappement en amont du papillon des gaz d'échappement 49 pendant longtemps, période pendant laquelle les hydrocarbures non brûlés demeurant dans les
gaz d'échappement sont oxydés.
Toutefois, l'établissement du papillon des gaz d'échappement 49 à l'état pratiquement complètement fermé peut ne pas entraîner une oxydation suffisante des hydrocarbures non brûlés si la température des gaz d'échappement qui viennent juste d'être évacués des chambres de combustion 24 dans les orifices d'échappement 27 est excessivement basse ou si la quantité d'hydrocarbures non brûlés contenus dans les gaz d'échappement évacués dans les chambres de combustion 24
est excessivement importante.
En conséquence, dans le processus d'élévation de température d'échappement dans ce mode de réalisation, l'ECU 20 ne commande pas seulement le papillon des gaz d'échappement 49 à l'état pratiquement complètement fermé, mais commande également les soupapes d'injection de carburant 32 de façon à réaliser non seulement l'injection de carburant principale, qui procure une contribution principale à la sortie du moteur, mais également l'injection de carburant auxiliaire dans laquelle le carburant est injecté de manière auxiliaire à un calage
prédéterminé après l'injection de carburant principale.
Pendant cette commande d'injection de carburant, les hydrocarbures non brûlés, c'est-à-dire le surplus du carburant principal délivré par l'injection principale, sont brûlés avec le carburant auxiliaire servant de source d'allumage. L'injection de carburant auxiliaire est réalisée dans une condition de température élevée immédiatement après la combustion du carburant principal, de sorte que le carburant auxiliaire brûle pratiquement complètement. En conséquence, la quantité d'hydrocarbures non brûlés attribuée à l'injection de carburant auxiliaire
est très petite.
De plus, à mesure que le carburant auxiliaire est brûlé dans chaque chambre de combustion 24 comme on l'a décrit ci-dessus, le chauffage de la combustion de carburant auxiliaire et le chauffage de. la combustion d'hydrocarbures non brûlés sont produits en plus du chauffage de combustion de carburant principal, de sorte que la température des gaz brûlés dans les chambres de
combustion 24 s'élève encore.
Il s'ensuit que la température des gaz d'échappement évacués des chambres de combustion 24 dans les orifices d'échappement 27 devient suffisamment élevée, et la quantité d'hydrocarbures non brûlés restant dans les gaz d'échappement diminue. En conséquence, pratiquement la quantité totale des hydrocarbures non brûlés restant dans les gaz d'échappement dans le passage d'échappement en
amont du papillon des gaz d'échappement 49 est oxydée.
Toujours dans ce mode de réalisation, le dispositif de catalyseur de commande d'émission 46 est disposé dans le passage d'échappement en amont du papillon des gaz d'échappement 49. En conséquence, lorsque la température d'échappement s'élève comme on l'a décrit ci-dessus, le dispositif de catalyseur de commande d'émission 46 est exposé à des gaz d'échappement à température élevée pendant longtemps, de sorte que l'activation du dispositif de
catalyseur de commande d'émission 46 est favorisée.
Il est préférable de prédéterminer de manière empirique un tel calage de l'injection de carburant auxiliaire de sorte que la température des gaz d'échappement évacués de chaque chambre de combustion 24 dans les orifices d'échappement 27 devient suffisamment élevée et la quantité d'hydrocarbures non brûlés restant dans les gaz d'échappement est minimisée. Par exemple, lorsque le moteur 1 donné à titre d'exemple dans le mode de réalisation est dans un état de réchauffement suivant un démarrage à froid, la quantité d'hydrocarbures non brûlés évacués de la chambre de combustion 24 de chaque cylindre 21 dans les orifices d'échappement 27 est minimisée et la température des gaz d'échappement évacués de la chambre de combustion 24 dans les orifices d'échappement 27 devient suffisamment élevée si l'injection de carburant auxiliaire est réalisée pour le cylindre 21 lorsque le vilebrequin 23 est pratiquement à après le point mort haut de la course de détente du cylindre 21, comme cela est indiqué sur la figure 5. En conséquence, pendant l'état de réchauffement, il est préférable que l'ECU 20 exécute la commande d'injection de carburant auxiliaire pour chaque cylindre 21 lorsque le vilebrequin 23 est pratiquement à 60 après le point mort
haut de la course de détente du cylindre 21.
Lorsque le papillon des gaz d'échappement 49 est pratiquement complètement fermé et que la pression d'échappement s'élève, la pression d'échappement agit comme pression de retour sur le moteur 1, de sorte que la sortie du moteur 1 chute. Toutefois, dans ce mode de réalisation, lors de la commande du papillon des gaz d'échappement 49 à l'état pratiquement complètement fermé, l'ECU 20 augmente la quantité de carburant injecté par l'injection principale de sorte que la sortie du moteur 1 est égale à la sortie produite pendant l'état pleinement ouvert du papillon des
gaz d'échappement 49.
De plus, dans l'exemple indiqué sur la figure 5, des matières particulaires, telles que de la suie et analogues, sont produites en grandes quantités si l'injection de carburant auxiliaire est réalisée à un calage qui minimise la quantité d'hydrocarbures non brûlés évacués de la chambre de combustion 24. Dans l'appareil d'élévation de température d'échappement de ce mode de réalisation, toutefois, puisque le dispositif de catalyseur de commande d'émission du type à circulation par paroi 46 est prévu dans le passage d'échappement du moteur 1, les matières particulaires contenues dans les gaz d'échappement sont supprimées par le dispositif de catalyseur de commande
d'émission 46, et ne s'échappent pas dans l'atmosphère.
En se référant à nouveau à l'organigramme du sous-
programme de commande d'élévation de température d'échappement de la figure 4, après l'exécution du processus de l'étape S402, l'ECU 20 avance à l'étape S403, à laquelle l'ECU 20 détermine si le dispositif de
catalyseur de commande d'émission 46 est activé.
Comme pour le procédé consistant à déterminer si le dispositif de catalyseur de commande d'émission 46 est activé, la détermination peut être réalisée, par exemple, sur la base d'une estimation à partir de la durée d'exécution du processus d'élévation de température d'échappement, ou sur la base de la valeur d'un signal de sortie provenant d'un capteur de température qui est disposé sur le dispositif de catalyseur de commande
d'émission 46.
S'il est déterminé à l'étape S403 que le dispositif de catalyseur de commande d'émission 46 n'est pas activé, l'ECU 20 retourne à l'étape S402, et continue l'exécution du processus d'élévation de température d'échappement. A l'inverse, s'il est déterminé à l'étape S403 que le dispositif de catalyseur de commande d'émission 46 est activé, l'ECU 20 avance à l'étape S404, à laquelle l'ECU 20 termine l'exécution du processus d'élévation de température d'échappement. Ensuite, l'ECU 20 termine l'exécution du sous-programme. L'ECU 20 exécutant le sousprogramme de commande
d'élévation de température d'échappement tel que décrit ci-
dessus réalise un moyen de commande de soupape, un moyen de s commande d'injection de carburant principale et un moyen de commande d'injection de carburant auxiliaire dans l'invention. En consequence, l'appareil d'élévation de température d'échappement du moteur à combustion interne du mode de réalisation est capable de réduire les quantités io d'hydrocarbures non brûlés et les matières particulaires émises dans l'atmosphère lorsque la quantité d'hydrocarbures non brûlés évacués du moteur 1 doit être réduite, par exemple, lorsque le moteur 1 est dans un état de réchauffement suivant un démarrage à froid, ou lorsque le moteur 1 est dans un état de fonctionnement à charge basse. L'appareil d'élévation de température d'échappement du mode de réalisation est également capable de favoriser une activation rapide du dispositif de catalyseur de
commande d'émission 46.
Dans le mode de réalisation, puisque des matières particulaires, produites en quantités relativement importantes pendant la commande d'élévation de température d'échappement, sont supprimées par le dispositif de catalyseur de commande d'émission 46, il est nécessaire de restaurer le dispositif de catalyseur de commande d'émission 46 avant que la capacité d'adsorption de matières particulaires du dispositif de catalyseur de
commande d'émission 46 soit saturée.
En conséquence, dans le mode de réalisation, l'ECU 20 restaure la capacité d'adsorption du dispositif de
catalyseur de commande d'émission 46 en exécutant un sous-
programme de commande de restauration de catalyseur de commande d'émission, comme cela est illustré sur la figure 6. Le sous-programme de commande de restauration de catalyseur de commande d'émission est un sousprogramme
prémémorisé dans la mémoire morte de l'ECU 20. Le sous-
programme est exécuté de manière répétée par l'ECU 20 chaque temps prédéterminé (par exemple, chaque fois que le capteur de position de vilebrequin 51 délivre en sortie un signal impulsionnel). Dans le sousprogramme de commande de restauration de catalyseur de commande d'émission, l'ECU 20 détermine tout d'abord à l'étape S601 si c'est le moment de restaurer la capacité d'adsorption du dispositif de catalyseur de commande d'émission 46. Pour cette détermination, le procédé peut être, par exemple, un procédé dans lequel la quantité de matières particulaires adsorbées dans le dispositif de catalyseur de commande d'émission 46 est estimée en utilisant l'historique du fonctionnement du moteur comme paramètre, et la valeur estimée est comparée à une quantité de matières particulaires maximale que le dispositif de catalyseur de commande d'émission 46 peut adsorber (quantité d'adsorption maximale) et si la valeur estimée est égale ou supérieure à la quantité d'adsorption maximale, il est déterminé que c'est le moment de restaurer la capacité d'adsorption du dispositif de catalyseur de
commande d'émission 46.
S'il est déterminé à l'étape S601 que ce n'est pas le moment de restaurer la capacité d'adsorption du dispositif de catalyseur de commande d'émission 46, l'ECU 20 termine temporairement l'exécution du sousprogramme. A l'inverse, s'il est déterminé à l'étape S601 que c'est le moment de restaurer la capacité d'adsorption du dispositif de catalyseur de commande d'émission 46, l'ECU 20 avance à l'étape S602, à laquelle l'ECU 20 exécute un processus de
restauration de catalyseur de commande d'émission.
Les matières particulaires adsorbées dans le dispositif de catalyseur de commande d'émission 46 peuvent être supprimées, par exemple, par l'intermédiaire de l'oxydation (combustion) des matières particulaires qui est obtenue en élevant la température atmosphérique dans le
dispositif de catalyseur de commande d'émission 46 à ou au-
dessus d'environ 500 C et en l'amenant autour d'une
atmosphère en excès d'oxygène.
En conséquence, dans le processus de restauration de catalyseur de commande d'émission, l'ECU 20 élève la température des gaz d'échappement circulant dans le dispositif de catalyseur de commande d'émission 46 pour oxyder les matières particulaires adsorbées dans le dispositif de catalyseur de commande d'émission 46, en exécutant un processus similaire au processus d'élévation de température d'échappement décrit ci-dessus réalisé pendant la commande d'élévation de température
d'échappement pendant une durée prédéterminée.
Après l'exécution du processus de l'étape S602, l'ECU
termine temporairement l'exécution du sous-programme.
Ainsi, en raison de l'ECU 20 exécutant le sous-
programme de commande de restauration de catalyseur de commande d'émission, il devient possible d'augmenter la
température des gaz d'échappement évacués du moteur 1.
Puisque le dispositif de catalyseur de commande d'émission 46 est disposé dans le passage d'échappement en amont du papillon des gaz d'échappement 49, les matières particulaires adsorbées dans le dispositif de catalyseur de commande d'émission 46 sont exposées aux gaz d'échappement à température élevée résidant dans le passage d'échappement en amont du papillon des gaz d'échappement 49 pendant
longtemps, et sont en conséquence efficacement oxydées.
Si le dispositif de catalyseur de commande d'émission du moteur 1 est utilisé principalement dans une atmosphère pauvre comme dans le cas d'un moteur diesel ou d'un moteur à mélange pauvre, le catalyseur de commande d'émission doit vraisemblablement être rendu toxique par l'oxygène et détériore l'activité catalytique ou analogues. Dans un tel cas, en conséquence, il est préférable que lorsque le dispositif de catalyseur de commande d'émission doit être restauré, l'oxygène intoxiquant soit résorbé en exposant temporairement le dispositif de catalyseur de commande d'émission à un rapport air-carburant riche ou stoechiométrique des gaz d'échappement avant l'exécution du processus d'élévation de température d'échappement décrit ci-dessus. Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à ce qui est présentement considéré être un mode de réalisation préféré de celle-ci, on comprendra que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation ou aux constructions décrits. Au contraire, l'invention est destinée à couvrir diverses modifications et dispositions équivalentes.

Claims (6)

REVENDICATIONS
1. Appareil d'élévation de température d'échappement pour un moteur à combustion interne caractérisé en ce qu'il comprend: un papillon des gaz d'échappement (49) qui est prévu dans un passage d'échappement (45, 47) d'un moteur à combustion interne (1) et qui ajuste une quantité de gaz d'échappement circulant dans le passage d'échappement
(47);
une soupape d'injection de carburant (32) qui injecte un carburant directement dans un cylindre (21) du moteur à combustion interne (1); un moyen de commande de papillon destiné à commander le papillon des gaz d'échappement (49) à un état pratiquement complètement fermé lorsqu'un composant de carburant non brûlé évacué du moteur à combustion interne (1) doit être amoindri; un moyen de commande d'injection de carburant principale destiné à augmenter une quantité principale de carburant injecté à partir de la soupape d'injection de carburant (32) lorsque le papillon des gaz d'échappement (49) est commandé à l'état pratiquement complètement fermé; un moyen de commande d'injection de carburant auxiliaire destiné à injecter de manière auxiliaire le carburant à partir d'une soupape d'injection de carburant (32) après que la quantité principale de carburant ait été injectée par le moyen de commande d'injection de carburant principale; et un moyen de suppression de matières particulaires (46) prévu dans le passage d'échappement (45, 47) afin de supprimer une matière particulaire contenue dans les gaz d'échappement circulant dans le passage d'échappement (45, 47).
2. Appareil d'élévation de température d'échappement pour un moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de commande d'injection de carburant auxiliaire exécute une injection de carburant auxiliaire à un calage tel qu'une quantité de composants de carburant non brûlé évacués du moteur à combustion interne
(1) devient minimale.
3. Appareil d'élévation de température d'échappement pour un moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que: le moyen de suppression de matières particulaires (46) est un piège à matières particulaires qui adsorbe physiquement la matière particulaire contenue dans les gaz d'échappement, et lorsque le piège à matières particulaires (46) doit être restauré, le moyen de commande de papillon commande le papillon des gaz d'échappement (49) à l'état pratiquement complètement fermé, et le moyen de commande d'injection de carburant principale commande la soupape d'injection de carburant (32) de façon à augmenter la quantité principale du carburant injecté, et le moyen de commande d'injection de carburant auxiliaire commande la soupape d'injection de carburant (32) de façon à exécuter l'injection de carburant auxiliaire.
4. Appareil d'élévation de température d'échappement pour un moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de suppression de matières particulaires (46) est prévu dans une partie du passage d'échappement (45, 47) en amont du papillon des gaz
d'échappement (49).
5. Procédé d'élévation de température d'échappement pour un moteur à combustion interne comprenant: un papillon des gaz d'échappement (49) qui est prévu dans un passage d'échappement (45, 47) d'un moteur à combustion interne (1) et qui ajuste une quantité de gaz d'échappement circulant dans le passage d'échappement (47); une soupape d'injection de carburant (32) qui injecte un carburant directement dans le cylindre (21) du moteur à combustion interne (1); un moyen de commande de papillon destiné à commander un degré d'ouverture du papillon des gaz d'échappement (49); un moyen de commande d'injection de carburant destiné à commander une injection du carburant à partir de la soupape d'injection de carburant (32); un moyen de suppression de matières particulaires (46) prévu dans le passage d'échappement (45, 47) afin de supprimer une matière particulaire contenue dans les gaz d'échappement circulant dans le passage d'échappement (45, 47), caractérisé en ce que: le moyen de commande de papillon commande le papillon des gaz d'échappement (49) à un état pratiquement complètement fermé lorsqu'un composant de carburant non brûlé évacué du moteur à combustion interne (1) doit être amoindri, et lorsque le papillon des gaz d'échappement (49) est commandé à l'état pratiquement complètement fermé, le moyen de commande d'injection de carburant augmente une quantité principale du carburant injecté de la soupape d'injection de carburant (32), et après que la quantité principale de carburant ait été injectée, le moyen de commande d'injection de carburant injecte de manière auxiliaire le carburant à partir de la soupape d'injection de carburant (32).
6. Procédé d'élévation de température d'échappement selon la revendication 5, caractérisé en ce que: le moyen de suppression de matières particulaires (46) est un piège à matières particulaires qui adsorbe physiquement la matière particulaire contenue dans les gaz d'échappement, et lorsque le piège à matières particulaires (46) doit être restauré, le moyen de commande de papillon commande le papillon des gaz d'échappement (49) à l'état pratiquement complètement fermé, et le moyen de commande d'injection de carburant augmente la quantité principale du carburant injecté à partir de la soupape d'injection de carburant (32), et après que la quantité principale de carburant ait été injectée, le moyen de commande d'injection de carburant
exécute une injection de carburant.auxiliaire.
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