FR2885390A1 - Procede de regeneration d'un filtre a particules pour moteur , par injection de carburant. - Google Patents

Procede de regeneration d'un filtre a particules pour moteur , par injection de carburant. Download PDF

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Abstract

Procédé de régénération d'un filtre à particules (1) d'un moteur à combustion interne (2) comportant au une chambre de combustion (3), un injecteur de carburant (4), un piston (5) coulissant entre un point mort haut (PMH) et un point mort bas (PMB), une soupape d'échappement (7) de gaz brûlés, le piston (5) étant relié à un vilebrequin (8) par l'intermédiaire d'une bielle (9), le procédé comportant une injection principale (10) alors que la soupape d'échappement (7) est dans une position fermée, et une étape de post-injection de carburant (11a, 11b) réalisée après l'injection principale (10), alors que la soupape d'échappement (7) est dans une position ouverte.L'étape de post-injection de carburant (11a, 11b) débute après que le vilebrequin (8) ait pivoté de préférence d'au moins 320° et d'au plus 360°, voire 315 à 400°, d'angle par rapport à une position qu'il avait lorsque le piston était au point mort haut (PMH) immédiatement précédent.

Description

PROCEDE DE REGENERATION
La présente invention concerne, de façon générale le domaine de la régénération des filtres à particules.
Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de régénération d'un filtre à particules équipant un moteur à combustion interne comportant au moins une chambre de combustion, un injecteur de carburant, un piston coulissant à l'intérieur de ladite chambre entre un point mort haut et un point mort bas, au moins une soupape d'échappement de gaz brûlés vers ledit filtre à particules, le piston étant relié à un vilebrequin par l'intermédiaire d'une bielle, le procédé comportant une injection principale de carburant à l'intérieur de ladite chambre alors que la soupape d'échappement est dans une position fermée, la soupape d'échappement interdisant alors l'échappement de gaz brûlés vers le filtre à particules et une étape de post-injection de carburant réalisée après l'injection principale, alors que la soupape d'échappement est dans une position ouverte, autorisant alors l'échappement de gaz brûlés vers le filtre à particules.
Les filtres à particules sont disposés sur les lignes d'échappement de gaz brûlés des moteurs afin de collecter des particules et ainsi éviter leur rejet dans l'atmosphère. Il est régulièrement nécessaire de régénérer les filtres à particules car ceux-ci se colmatent et perdent leur capacité à stocker des particules. Pour cela, il est connu d'augmenter la température du filtre à particules afin de permettre une dégradation des particules qu'il contient, notamment par combustion de celles-ci.
Pour cela, on applique une stratégie d'injection tardive de carburant lors du cycle moteur où l'on souhaite réaliser la régénération du filtre à particules. De ce fait le moment de la combustion est proche de la phase d'échappement ce qui augmente la température des gaz d'échappement.
C'est la raison pour laquelle de nombreux fabricants de véhicules ont développé diverses solutions visant à régénérer des filtres à particules.
Un procédé de régénération du type précédemment défini, permettant une augmentation de la température du filtre à particules, est par exemple décrit dans le document brevet US2003/0033800.
Toutefois un tel procédé génère des problèmes au niveau de la lubrification du piston dans la chambre car il a été remarqué que l'huile moteur se dégrade rapidement.
Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer un procédé de régénération qui permette une réduction de la dégradation de l'état de l'huile moteur.
A cette fin, le procédé de régénération de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule défini précédemment, est essentiellement caractérisé en ce que l'étape de postinjection de carburant débute après que le vilebrequin ait pivoté d'au moins 315 et d'au plus 400 d'angle par rapport à une position qu'il avait lorsque le piston était au point mort haut immédiatement précédent.
Ainsi, l'angle de fin de post-injection pourrait atteindre l'angle de fermeture des soupapes d'échappement, c'est-à-dire jusqu'à 400 d'angle de vilebrequin.
Toutefois, de façon préférentielle, on conseille que ces valeurs d'angle de rotation du vilebrequin soit comprises entre au moins 320 et au plus 360 , par rapport donc à ladite position que le vilebrequin avait lorsque le piston était au point mort haut immédiatement précédent.
Lorsque. le vilebrequin est dans une position angulaire comprise entre préférentiellement ces valeurs de 320 et 360 , voire 320 et 400 , d'angle de rotation par rapport à son point mort haut précédent, alors le piston se trouve dans une position d'autant plus proche de l'injecteur, ce qui fait que le carburant injecté a tendance à être projeté essentiellement sur le piston et de façon réduite sur la paroi de la chambre de combustion. En effet, dans cette position le piston fait écran entre l'injecteur et une grande partie de la paroi du fut (partie de la paroi de chambre le long de laquelle coulisse le piston), réduisant ainsi la surface de la chambre en contact avec le carburant.
La quantité d'huile de lubrification présente sur la paroi et entrant en contact avec le carburant injecté est donc réduite ce qui réduit d'autant la quantité d'huile diluée par le carburant.
Ainsi, grâce au procédé de l'invention, peu d'huile est diluée avec le carburant ce qui réduit la quantité d'huile oxydée et dégradée au contact du carburant.
Outre ces avantages, le procédé de l'invention permet toujours une augmentation de la température du filtre à particules et donc une régénération de celui-ci.
On peut par exemple faire en sorte que le piston ait une forme de cuvette creuse en direction de l'injecteur de carburant et présente périphériquement un bord latéral relevé, localement disposé à proximité immédiate de ladite soupape d'échappement, le piston étant alors au point mort haut de sorte que l'on dirige vers ladite soupape d'échappement du carburant projeté sur le piston lors de l'étape de post-injection.
Cette forme creuse de cuvette permet de défléchir le flux de carburant créé lors de l'injection. Le bord latéral relevé du piston est étudié pour se trouver à proximité immédiate de la soupape d'échappement lorsque l'on réalise la post-injection, c'est-à-dire lorsque le vilebrequin est dans les valeurs indiquées dans la présente demande et préférentiellement entre 320 et 360 d'angle par rapport au point mort haut immédiatement précédent. Grâce à cette forme de piston conjuguée au moment de la postinjection de carburant, la quantité de carburant introduite dans la ligne d'échappement sans notablement toucher la paroi de la chambre de combustion est augmentée.
On peut également faire en sorte que le piston en forme de cuvette possède une zone proéminente formée dans une partie centrale de la cuvette et située en vis-à-vis de l'injecteur de carburant de sorte que l'on augmente la quantité de carburant dirigée vers la soupape lors de l'étape de post-injection.
La combinaison de la forme de cuvette du piston avec la forme proéminente formée dans une zone centrale de la cuvette crée un profil de tête de piston qui permet de lisser l'écoulement de carburant le long du piston. Le flux de carburant a tendance à suivre le bord de la proéminence puis à glisser le long de la forme en cuvette jusqu'à arriver au bord latéral de la cuvette qui est à proximité immédiate de la soupape d'échappement.
De ce fait le flux de carburant est dévié progressivement ce qui réparti la force d'impact du carburant sur le piston et évite des projections sur les parois de la chambre de combustion. On augmente donc encore la quantité de carburant passant vers le filtre à particules sans toucher les parois de la chambre.
Ceci parait d'autant plus important qu'on se rapproche de la valeur d'angle précité de 315 ou qu'on se situe entre 360 et 400 .
On peut également, en particulier dans ce cas et favorablement pour le fonctionnement du moteur, faire en sorte que, par l'intermédiaire de l'injecteur de carburant, on dirige un flux de carburant directement sur le piston lors de l'étape de post-injection, de sorte que ce flux de carburant entre ainsi en contact avec le piston sans avoir préalablement été en contact avec les parois latérales de la chambre de combustion.
Orienter le flux de carburant injecté lors de l'étape de post-injection au moins en partie par au moins une forme en creux du piston vers ladite soupape d'échappement en position ouverte s'est également avéré favorable, en particulier pour les valeurs d'angle ci-dessus.
On peut également faire en sorte que l'étape de 25 post-injection soit réalisée en plusieurs injections distinctes entre elles.
Ceci permet par exemple une variation du flux de carburant en fonction de la position du piston, permettant ainsi la possibilité de contrôle du flux dans le temps.
Le flux de carburant injecté est par exemple variable en fonction de la vitesse du piston et de la position du piston par rapport à l'injecteur pour favoriser le passage de carburant vers le filtre à particules.
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 aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 représente une chambre de combustion au 10 moment de la postinjection avec la soupape d'échappement ouverte; la figure 2 est identique à la figure 1 à l'exception de la forme de la tête du piston qui comporte une proéminence; la figure 3 est une graphique d'injection de carburant en fonction de l'angle de rotation du vilebrequin, ce graphique étant conforme au procédé selon l'invention. Le fait d'avoir plusieurs post-injections évite la stagnation de carburant au fond de la cuvette du piston.
Comme annoncé précédemment, l'invention concerne un procédé de régénération mis en uvre sur un moteur.
Les figures 1 et 2 sont identiques entre elles à l'exception de la forme du piston qui sur la figure 1 est une cuvette simple avec un bord latéral relevé et qui sur la figure 2 comporte une proéminente formée dans une partie centrale de la cuvette.
Ainsi la description du moteur 2 de la figure 1 est applicable au moteur de la figure 2.
Le moteur comporte une chambre de combustion 3 dans laquelle coulisse un piston 5 le long d'un axe de coulissement. Le piston 5 est articulé à une bielle 9 qui est elle-même articulée à un vilebrequin 8 formant ainsi un ensemble bielle/manivelle.
Un injecteur de carburant 4 est disposé en face de l'axe principal de coulissement du piston 5.
Une soupape d'échappement de gaz brûlés 7 est positionnée pour autoriser ou non la communication entre la chambre de combustion 3 et le filtre à particules 1 qui est placé sur une ligne d'échappement.
Le filtre à particules 1 comporte un précatalyseur 10 situé dans une partie amont du filtre et adapté pour permettre la combustion de carburant.
Lorsque le piston 5 est positionné au plus proche de l'injecteur, alors la bielle et le vilebrequin sont en alignement avec l'axe de coulissement du piston. Dans cette position le piston est au point mort haut PMH.
A un autre moment du cycle le piston est éloigné au maximum par rapport à l'injecteur 4, on dit que le piston 5 est au point mort bas PMB. Dans ce cas encore, la bielle 9 et le vilebrequin 8 sont alignés par rapport à l'axe principal de coulissement du piston, mais le vilebrequin 8 à pivoté de 180 par rapport à la position qu'il avait lorsque le piston 5 était au point mort haut PMH.
Lorsque le piston 5 est proche de l'injecteur 4 c'est à dire lorsque le vilebrequin est pivoté entre 320 et 360 par rapport à la position qu'il avait au précédent point mort haut PMH, alors on réalise une injection de carburant créant un flux 14 de carburant.
Etant donné la forme en cuvette creuse du piston 5, et la proximité immédiate du piston avec l'injecteur 4 et avec la soupape 7, le flux 14 est essentiellement projeté sur le piston 5 sans toucher la paroi latérale 15 de la chambre 3.
Du fait du mouvement de translation du piston et de l'ouverture de la soupape 7 (la soupape d'échappement étant au moins ouverte entre 170 et 400 d'angle), un flux de gaz brûlés important entraîne le flux 14 de carburant directement vers la soupape en lui évitant ainsi de toucher la paroi 15 de la chambre 3.
La quantité de carburant en contact avec la paroi 15 étant ainsi réduite, on évite un phénomène de dilution de l'huile présente sur la paroi avec le carburant.
La présence d'une forte quantité de carburant au niveau du filtre à particules est facilitée par la forme en cuvette du piston et aussi par la proéminence 13 du piston de la figure 2. En effet, le piston à une forme adaptée pour conduire le flux de carburant 4 vers la soupape 7 tout en évitant une mise en contact du flux avec la paroi 15. Pour cela, le flux doit être dévié en suivant une trajectoire le long de la surface du piston.
La figure 3 présente le phasage des injections de carburant en fonction de la position angulaire du vilebrequin. Le point 0 d'angle de vilebrequin correspond à un point mort haut PMH du piston, le point 360 correspond à un autre point mort haut PMH (PMH suivant). Une pré- injection 16 est réalisée peu avant le premier point mort haut (celui à 0 ). Cette pré-injection a pour fonction d'initier la combustion principale qui aura lieu par la suite avec l'injection de carburant principale 10.
L'injection principale 10 à lieu après le premier point mort haut PMH et avant le point mort bas PMB suivant, ce point mort bas étant situé à 180 .
Les post-injections lia et llb qui ont pour fonction d'injecter du carburant vers le filtre à particule tout en réduisant autant que possible la dilution d'huile sont phasées entre 315 et 400 , préférentiellement entre 320 et 400 , et même en plus avantageusement entre 320 et 360 d'angle vilebrequin (noté Angle Vil), compte tenu des avantages et résultats notés avant.
Le volume de carburant injecté V inj est important lors de l'injection principale 10 qui s'étend plus dans le temps que les pré-injection et post-injections.
On notera encore l'importance de la forme en cuvette et de l'orientation du flux de carburant directement vers le piston, lors de l'étape de postinjection, ceci en liaison avec les angles particuliers précités de vilebrequin.

Claims (7)

REVENDICATIONS
1) Procédé de régénération d'un filtre à particules (1) équipant un moteur à combustion interne (2) comportant au moins une chambre de combustion (3), un injecteur de carburant (4), un piston (5) coulissant à l'intérieur de ladite chambre entre un point mort haut (PMH) et un point mort bas (PMB), au moins une soupape d'échappement (7) de gaz brûlés vers ledit filtre à particules (1), le piston (5) étant relié à un vilebrequin (8) par l'intermédiaire d'une bielle (9), le procédé comportant une injection principale de carburant (10) à l'intérieur de ladite chambre (3) alors que la soupape d'échappement (7) est dans une position fermée, la soupape d'échappement (7) interdisant alors l'échappement de gaz brûlés vers le filtre à particules (1) et une étape de post-injection de carburant (lla, llb) réalisée après l'injection principale (10), alors que la soupape d'échappement (7) est dans une position ouverte, autorisant alors l'échappement de gaz brûlés vers le filtre à particules (1), caractérisé en ce que l'étape de post-injection de carburant (lla, llb) débute après que le vilebrequin (8) ait pivoté d'au moins 315 et d'au plus 400 d'angle par rapport à une position qu'il avait lorsque le piston était au point mort haut (PMH) immédiatement précédent.
2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape de post-injection de carburant (lia, llb) débute après que le vilebrequin (8) ait pivoté d'au 30 moins 320 et d'au plus 360 d'angle par rapport à la position qu'il avait lorsque le piston était au point mort haut (PMH) immédiatement précédent.
3) Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le piston (5) a une forme de cuvette creuse en direction de l'injecteur de carburant et présentant périphériquement un bord latéral relevé (12), localement disposé à proximité immédiate de ladite soupape d'échappement (7), le piston (5) étant alors au point mort haut (PMH) de sorte que l'on dirige vers ladite soupape d'échappement (7) du carburant projeté sur le piston (5) lors de l'étape de post-injection (lla, llb).
4) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le piston en forme de cuvette (5) possède une zone proéminente (13) formée dans une partie centrale de la cuvette et située en vis-à-vis de l'injecteur de carburant (4) de sorte que l'on augmente la quantité de carburant dirigée vers la soupape (7) lors de l'étape de post-injection (lla, llb).
5) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que par l'intermédiaire de l'injecteur de carburant (4), on dirige un flux de carburant (14) directement sur le piston (5) lors de l'étape de post-injection (lla, llb), de sorte que ce flux de carburant (14) entre ainsi en contact avec le piston sans avoir préalablement été en contact avec les parois latérales (15) de la chambre de combustion.
6) Procédé selon les revendications 3 et 5
combinées entre elles, caractérisé en ce que ledit flux de carburant (14) injecté lors de l'étape de post- injection (lla, llb) est au moins en partie orienté par 12- 2885390 au moins une forme en creux du piston vers ladite soupape d'échappement (7) en position ouverte.
7) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de post-injection (lla, llb) est réalisée en plusieurs injections distinctes entre elles.
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