FR2881180A1 - Procede de commande d'un moteur a combustion - Google Patents
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Abstract
Procédé de commande d'un moteur à combustion 1 comprenant plusieurs chambres de combustion 2, des moyens d'admission de comburant 3, des moyens d'injection de carburant 4 et des moyens d'échappement de gaz brûlés 5, le moteur 1 comportant un filtre à particules 6 et un circuit de recyclage de gaz brûlés 7 vers l'une au moins desdites chambres, le procédé comportant une étape de régénération du filtre à particules 6 consistant à injecter dans au moins une chambre 2 et durant un même cycle moteur, du carburant selon une injection principale suivie d'une seconde injection dite post-injection de carburant.Durant l'étape de régénération, des gaz brûlés collectés par le circuit de recyclage de gaz brûlés 7 sont recyclés vers l'une au moins desdites chambres 2 permettant ainsi d'élever la température des gaz d'échappement au dessus d'un second seuil de température prédéterminé et supérieur au premier.
Description
PROCEDE DE COMMANDE D'UN MOTEUR A COMBUSTION
La présente invention concerne, de façon générale, un procédé de commande de moteur comportant un filtre à particules et un système de recyclage de gaz brûlés.
Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de commande d'un moteur à combustion interne comprenant plusieurs chambres de combustion, des moyens d'admission de comburant adaptés pour admettre sélectivement du comburant dans lesdites chambres, des moyens d'injection de carburant adaptés pour admettre sélectivement du carburant dans chaque chambre et des moyens d'échappement de gaz brûlés adaptés pour permettre l'échappement sélectif de gaz brûlés hors desdites chambres de combustion, le moteur comportant en outre au moins un filtre à particules positionné pour recevoir et filtrer des gaz d'échappement provenant desdites chambres et un circuit de recyclage de gaz brûlés vers l'une au moins desdites chambres, le procédé comportant une étape de régénération du filtre à particules consistant à injecter dans au moins une chambre et durant un même cycle moteur, du carburant selon une injection principale suivie d'une seconde injection dite post-injection de carburant, cette post-injection étant adaptée pour élever la température des gaz d'échappement au dessus d'un premier seuil de température prédéterminé.
De façon à respecter les normes antipollution de moteurs à combustion tels que des moteurs diesels de véhicules, plusieurs systèmes ont été développés.
Parmi ces systèmes figurent les filtres à particules qui sont situés sur la ligne d'échappement des gaz brûlés et qui permettent de stocker les particules émises. Afin de nettoyer ces filtres il est bien connu de réaliser des opérations de purge aussi appelées étapes de régénération. L'étape de régénération consiste à augmenter la température des gaz d'échappement au dessus d'un premier seuil de température qui est généralement proche de 550 C. Pour cela, on réalise dans un même cycle moteur des injections de carburant dans une même chambre au moins (injection principale et post-injection). En augmentant (par rapport aux cycles moteur situés avant l'étape de régénération) les quantités admises de carburant et par habitude également de comburant, on peut élever grandement la température pour réaliser la régénération. Durant cette étape de régénération, les particules stockées dans le filtre à particules sont dégradées et brûlées par l'augmentation de chaleur. La quantité de comburant est augmentée durant l'étape de régénération afin que la combustion soit complète et produise des gaz d'échappement ayant une température proche d'un premier seuil de température.
Dans d'autres phases de fonctionnement du moteur que l'étape de régénération, il est connu de recycler des gaz brûlés collectés à l'échappement vers les chambres. Le recyclage de gaz brûlés permet de réduire la quantité d'oxyde d'azote NOX et d'oxyde de carbone COX.
Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer un procédé de commande de moteur à combustion permettant de réduire les émissions polluantes de moteurs de l'art antérieur dotés à la fois de filtre a particules et de circuit de recyclage de gaz brûlés.
A cette fin, le procédé de commande d'un moteur de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule défini précédemment, est essentiellement caractérisé en ce que durant ladite étape de régénération, des gaz brûlés collectés par le circuit de recyclage de gaz brûlés sont recyclés vers l'une au moins desdites chambres permettant ainsi d'élever la température des gaz d'échappement au dessus d'un second seuil de température prédéterminé et supérieur au premier.
Grâce au procédé selon l'invention, des gaz brûlés recyclés sont admis dans les chambres durant l'étape de régénération ce qui permet: -d'une part d'augmenter la température à la sortie des gaz d'échappement (par rapport à ce que cette température serait sans recyclage de gaz brûlés) et au niveau du filtre à particules pour en faciliter le nettoyage et; d'autre part de maîtriser les émissions en oxyde d'azote durant cette étape de régénération.
L'invention est donc avantageuse par rapport aux procédés de commande de moteur de l'art antérieur dans lesquels le recyclage de gaz brûlés durant l'étape de régénération est interdite.
Ce procédé bien que contraire aux habitudes du domaine de l'art antérieur des procédés permettant de régénérer des filtres à particules permet de réduire les émissions de NOX durant l'étape de régénération de filtre.
On peut par exemple faire en sorte que le moteur comporte un moyen de mesure du débit de comburant admis par les chambres du moteur, et que durant l'étape de régénération durant laquelle les gaz brûlés sont recyclés vers l'une au moins desdites chambres, le débit de comburant admis soit réduit par rapport à ce qu'il était avant l'étape de régénération.
Ceci permet de réduire, durant l'étape de régénération, la quantité de comburant (air frais) admis et de ce fait permet l'augmentation de la richesse du mélange (augmentation de la quantité de carburant par rapport à la quantité de comburant dans la chambre de combustion).
De ce fait les gaz admis dans la chambre durant l'étape de régénération possèdent une proportion de gaz brûlés supérieure à ce qu'elle était avant la phase de régénération. Grâce à ce mode de réalisation, la quantité d'oxydes d'azotes à l'échappement est d'autant plus réduite.
Ainsi, contrairement aux habitudes du domaine qui consistent à élever la température des gaz d'échappement durant l'étape de régénération en augmentant la quantité d'oxygène (en interdisant le recyclage de gaz brûlés et en maximisant l'arrivée de comburant) et de carburant dans la chambre, la présente invention permet d'augmenter cette température en réduisant la quantité de comburant tout en utilisant des gaz brûlés recyclés durant la phase de régénération.
On peut également faire en sorte qu'après l'étape de régénération, le débit de comburant admis vers les chambres soit augmenté par rapport à ce qu'il était durant la phase de régénération.
Grâce à ce mode de réalisation on peut à nouveau ajuster les proportions de gaz brûlés par rapport à celle de comburant dans chaque chambre pour que le moteur puisse reprendre un fonctionnement normal post régénération.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence à la figure 1 annexée qui représente un moteur pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
Comme annoncé précédemment, l'invention concerne un procédé de commande d'un moteur à combustion interne 1. Ce moteur représenté est préférentiellement un moteur diesel qui comprend plusieurs chambres de combustion 2 formant un moteur à quatre cylindres dans lesquelles coulissent respectivement des pistons.
Des moyens d'admission de comburant 3 sont adaptés pour admettre sélectivement du comburant dans lesdites chambres 2. De tels moyens sont par exemple constitués par un collecteur de comburant 10 relié aux différentes chambres et par des soupapes d'admission commandées par un arbre à cames pour autoriser ou non l'admission de comburant. Ce collecteur de comburant qui est aussi appelé conduite principale d'arrivée de comburant 10 permet de faire transiter le comburant admis vers l'ensemble des chambres 2. Le débit de comburant transitant par cette conduite principale d'arrivée 10 est régulé par une vanne principale d'admission de comburant 11.
Le moteur comprend en outre des moyens d'injection de carburant 4 adaptés pour admettre sélectivement du carburant dans chaque chambre. De tels moyens d'injection comprennent par exemple des injecteurs alimentés en comburant sous pression et commandés par une unité de commande d'injection.
Des moyens d'échappement de gaz brûlés 5 adaptés pour permettre l'échappement sélectif de gaz brûlés hors desdites chambres de combustion. Ces moyens comportent un collecteur de gaz d'échappement reliée sélectivement à chacune des chambres. Des soupapes d'échappement également commandées par un arbre à cames permettent d'autoriser ou non le passage de gaz brûlés vers le collecteur d'échappement.
Un filtre à particules 6 est positionné à la sortie du collecteur de gaz d'échappement afin de filtrer les gaz d'échappement avant leur sortie hors du moteur.
Ce filtre permet de stocker les particules issues de la combustion et contenues dans les gaz d'échappement.
Un circuit de recyclage de gaz brûlés 7 vers l'une au moins desdites chambres, comporte une vanne principale de recyclage 12 adaptée pour contrôler le débit de gaz brûlés recyclés vers l'ensemble des chambres 2 du moteur 1. La vanne principale de recyclage 12 est disposée sur une conduite reliant le collecteur de gaz d'échappement au collecteur de comburant.
Le circuit de recyclage 7 débouche dans la conduite principale d'arrivée 10 (aussi appelée collecteur d'admission), entre la vanne principale d'admission de comburant 11 et lesdites chambres 2 du moteur 1.
Grâce à ce mode de réalisation les gaz brûlés recyclés dont la quantité globale recyclée est maîtrisée par action de la vanne principale de recyclage 12, sont mélangés avec les comburants avant même l'entrée de ces gaz brûlés dans les chambres de combustion 2. De ce fait, le volume de comburant et le volume de gaz brûlés recyclés admis vers l'ensemble des chambres du moteur sont respectivement contrôlés par la vanne principale d'admission de comburant 11 et par la vanne principale de recyclage 12, permettant ainsi de maîtriser de façon précise les proportions de comburant et de gaz brûlés dans les gaz admis dans les chambres 2. En d'autres termes, avec ce mode de réalisation les gaz brûlés et le comburant sont mélangés dans des proportions précises grâce à deux vannes et cela avant même d'être admis dans les chambre 2.
Préférentiellement ce moteur est un moteur équipé d'un turbocompresseur. La turbine 15 est reliée au collecteur d'échappement, en aval du circuit de recyclage 7 de gaz brûlés et en amont du filtre à particules 6. Le compresseur 14 qui est mis en mouvement par la turbine 15 auquel il est mécaniquement lié est disposé sur la conduite principale d'arrivée de comburant 10, en amont d'une zone de jonction, entre le circuit de recyclage de gaz brûlés 7 et en aval d'un filtre à air 10.
Le procédé de l'invention comporte une étape de régénération du filtre à particules 6 consistant à injecter dans au moins une chambre 2 et durant un même cycle moteur, du carburant selon une injection principale suivie d'au moins une seconde injection dite post-injection de carburant (une ou deux post-injections sont généralement pratiquées). La post-injection est adaptée pour élever la température des gaz d'échappement au dessus d'un premier seuil de température prédéterminé.
Durant cette même étape de régénération, les gaz brûlés collectés par le circuit de recyclage de gaz brûlés 7 sont également recyclés vers l'une au moins desdites chambres 2. Pour cela, les gaz brûlés transitent par le circuit de recyclage 7 et débouchent dans la conduite principale d'arrivée 10. Dans le même temps la vanne principale d'admission de comburant 10 est au moins partiellement fermée pour réduire le volume de comburant admis dans le collecteur (par rapport à ce qu'il était avant l'étape de régénération).
La réduction de la quantité de comburant admis et l'augmentation simultanée de la proportion de gaz brûlés admis permet de diminuer le volume d'oxydes d'azote émis tout en élevant la température des gaz d'échappement au dessus d'un second seuil de température prédéterminé et supérieur au premier (l'élévation de la température entre le premier et le second seuil est généralement d'au moins 20 C).
Pour contrôler la mise en oeuvre du procédé, le moteur 1 comporte un moyen de mesure 9 du débit de comburant (débit mètre) admis par les chambres 2 du moteur 1, ce moyen est par exemple disposé au niveau de l'entrée de comburant dans le collecteur de comburant, au niveau de la conduite principale d'arrivée de comburant 10, en amont de la liaison entre cette conduite 10 et le circuit de recyclage 7.
L'invention permet donc de réduire le volume d'oxyde d'azote produit durant la phase de régénération et aussi permet de contrôler ce volume grâce au contrôle de la proportion de gaz brûlés recyclés durant la régénération et donc de diminuer la dilution de gasoil dans l'huile.
Afin de faciliter la mise en oeuvre du procédé de l'invention, il peut être fait en sorte que des capteurs de pressions soient installés au niveau du collecteur d'admission 10 et/ou d'échappement pour évaluer les pressions respectives de comburant et de gaz brûlés.
Puis, en fonction de ces mesures et selon une règle de calcul ou selon des données issues d'une base de données cartographique, un calculateur peut contrôler pour chacune des vannes principales d'admission de comburant 11 et de recyclage 12, le taux d'ouverture de la vanne et/ou sa fréquence d'ouverture et/ou sa durée d'ouverture afin de maîtriser la proportion de gaz brûlés et de comburant admis vers les chambres 2.
Claims (7)
1 Procédé de commande d'un moteur à combustion interne 1 comprenant plusieurs chambres de combustion 2, des moyens d'admission de comburant 3 adaptés pour admettre sélectivement du comburant dans lesdites chambres 2, des moyens d'injection de carburant 4 adaptés pour admettre sélectivement du carburant dans chaque chambre et des moyens d'échappement de gaz brûlés 5 adaptés pour permettre l'échappement sélectif de gaz brûlés hors desdites chambres de combustion, le moteur 1 comportant en outre au moins un filtre à particules 6 positionné pour recevoir et filtrer des gaz d'échappement provenant desdites chambres 2 et un circuit de recyclage de gaz brûlés 7 vers l'une au moins desdites chambres, le procédé comportant une étape de régénération du filtre à particules 6 consistant à injecter dans au moins une chambre 2 et durant un même cycle moteur, du carburant selon une injection principale suivie d'une seconde injection dite post-injection de carburant, cette post- injection étant adaptée pour élever la température des gaz d'échappement au dessus d'un premier seuil de température prédéterminé, caractérisé en ce que durant ladite étape de régénération, des gaz brûlés collectés par le circuit de recyclage de gaz brûlés 7 sont recyclés vers l'une au moins desdites chambres 2 permettant ainsi d'élever la température des gaz d'échappement au dessus d'un second seuil de température prédéterminé et supérieur au premier.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur 1 comporte un moyen de mesure 9 du débit de comburant admis par les chambres 2 du moteur 1, et en ce que durant l'étape de régénération durant laquelle les gaz brûlés 8 sont recyclés vers l'une au moins desdites chambres 2, le débit de comburant admis est réduit par rapport à ce qu'il était avant l'étape de régénération.
3. Procédé selon la revendications 2, caractérisé en ce qu'après l'étape de régénération, le débit de comburant admis vers les chambres 2 est augmenté par rapport à ce qu'il était durant la phase de régénération.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le procédé est appliqué sur un moteur diesel.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendication 1 à 4, caractérisé en ce que le moteur 1 sur lequel est mis en uvre le procédé comporte une conduite principale d'arrivée de comburant 10 par laquelle transite le comburant admis vers l'ensemble des chambres 2, le débit de comburant transitant par cette conduite principale d'arrivée 10 étant régulé par une vanne principale d'admission de comburant 11.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le circuit de recyclage de gaz brûlés 7 comporte une vanne principale de recyclage 12 adaptée pour contrôler le débit de gaz brûlés recyclés vers l'ensemble des chambres 2 du moteur 1.
7. Procédé selon la revendication 6, lorsque combiné à la revendication 5, caractérisé en ce que ledit circuit de recyclage 7 débouche dans la conduite principale d'arrivée 10, entre la vanne principale d'admission de comburant 11 et lesdites chambres 2 du moteur 1.
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