FR2910063A1 - Procede d'injection dans un moteur a combustion interne alternatif a cycle diesel - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé d'injection dans un moteur à combustion alternatif à cycles, comprenant des injections principales pour générer du couple moteur et des injections secondaires ne générant pas ou peu de couple moteur, caractérisé en ce que lesdites injections secondaires d'au moins un cylindre ne sont mises en oeuvre que lors de certains cycles moteur déterminés, mais pas lors de tous les cycles moteur.L'invention concerne en outre un procédé pour déterminer un scénario d'injection définissant une injection conforme audit procédé, et un véhicule moteur équipé d'un dispositif électronique pour mettre en oeuvre ledit procédé.
Description
1 L'invention concerne un procédé d'injection dans un moteur à combustion
alternatif à cycles. L'invention concerne en particulier le cas où un filtre à particules (FAP) est prévu dans un conduit d'échappement d'un tel moteur.
Il est connu de régénérer un tel FAP en brûlant les particules ou suies accumulées lors de précédents échappements du moteur. Pour réussir cette combustion de particules, il faut atteindre un couple cible de température et de taux d'oxygène en entrée du FAP. Il est en particulier nécessaire d'atteindre une température critique (typiquement de 600 C environ) qui est plus élevée que les températures trouvées en entrée de FAP dans des conditions de fonctionnement normales du moteur. Afin de parvenir à cette température, il est connu d'adopter pour chaque cycle moteur un profil d'injection particulier permettant de maintenir le niveau du couple moteur constant tout en augmentant la température au moment de l'échappement des gaz afin de régénérer à ce moment-là le FAP. Il est ainsi connu de prévoir un profil d'injection comprenant, par cycle, une ou plusieurs injection(s) secondaire(s) précoce(s) (c'est à dire qui se déclenche(nt) avant l'injection principale de combustion) et/ou tardive(s) (c'est à dire qui se déclenche(nt) après l'injection principale), en sus de l'injection principale.
Pour illustration, la figure 1 montre un tel profil d'injection selon l'état de la technique pour un cycle de fonctionnement d'un moteur alternatif à injection à quatre cylindres. On peut y observer une injection principale 10 qui déclenche la combustion principale dans le cylindre, une injection secondaire précoce 20 et deux injections secondaires tardives 30 et 40.
Les injections secondaires tardives sont typiquement déclenchées lors de la phase de détente pour provoquer une réaction exotherme dans les gaz d'échappement, augmentant ainsi la température au niveau de l'entrée du FAP.
2910063 2 Cependant, de telles injections secondaires tardives peuvent se produire hors du bol du piston, et venir impacter directement les parois du cylindre. Dans ces conditions, le gazole injecté vient se diluer dans l'huile de lubrification se trouvant sur les parois du cylindre.
5 Ce phénomène de dilution conduit à une détérioration des propriétés de l'huile et à une augmentation du niveau d'huile, ce qui génère une vidange plus fréquente. La diminution des propriétés de l'huile peut par ailleurs conduire à une usure et/ou à une surchauffe du moteur. Ce type d'injection secondaire tardive diminue donc la fiabilité et la durabilité 10 du moteur. Afin de limiter ce problème, on doit choisir de faire un compromis entre la régénérabilité du FAP, l'intervalle de vidange et la fiabilité du moteur, conduisant à une solution qui n'est pas pleinement satisfaisante. Un objectif de l'invention consiste à améliorer cette situation, en optimisant la 15 régénérabilité du FAP tout en diminuant le phénomène de dilution du carburant. On rend ainsi le véhicule moins polluant tout en conservant un moteur fiable. Un autre objectif de l'invention est d'employer à cet effet des moyens peu coûteux et peu encombrants. Afin d'atteindre ces objectifs, l'invention propose, selon un premier aspect, un 20 procédé d'injection dans un moteur à combustion alternatif à cycles, selon un profil d'injections, comprenant des injections principales et des injections secondaires ne générant pas ou peu de force mécanique au piston (i.e. pas ou peu de couple moteur), caractérisé en ce que lesdites injections secondaires d'au moins un cylindre ne sont mises en oeuvre que lors de certains cycles moteur déterminés, 25 mais pas lors de tous les cycles moteur. D'autres caractéristiques optionnelles de ce procédé de commande sont : ù le procédé est mis en oeuvre de sorte que, parmi les cycles incluant lesdites 2910063 3 injections secondaires, il y ait au moins un cycle incluant au moins deux desdites injections secondaires ; ù au moins certaines desdites injections secondaires sont chacune mises en oeuvre postérieurement à l'injection principale du même cycle de sorte à provoquer 5 dans la partie d'échappement de gaz du au moins un cylindre une réaction exotherme chauffant les gaz d'échappement à une température telle qu'elle serait suffisante pour régénérer au moins en partie un filtre à particules situé dans un conduit d'échappement du moteur ; la durée de chacune des injections secondaires est éventuellement adaptée de sorte à limiter une dilution du 10 carburant ainsi injecté dans de l'huile lubrifiante se retrouvant dans la partie d'échappement, tout en garantissant ladite régénération de filtre à particules ; ù le profil desdites injections secondaires est périodique dans le temps pour le au moins un cylindre, chaque période correspondant à un nombre déterminé de cycles ; 15 ù lorsque lesdites injections secondaires concernent une pluralité de cylindres du moteur : à un même instant d'un cycle déterminé, une injection secondaire d'au moins un cylindre de ladite pluralité de cylindres n'est pas mise en oeuvre alors qu'une injection secondaire d'au moins un autre cylindre de ladite pluralité de cylindres est mise en oeuvre. En particulier, à un même instant d'un cycle moteur, 20 des injections secondaires d'une première série de cylindres sont mises en oeuvre alors que des injections secondaires d'une deuxième série de cylindres ne sont pas mises en oeuvre et, au même instant d'un autre cycle moteur, des injections secondaires de la première série de cylindres ne sont pas mises en oeuvre alors que des injections secondaires de la deuxième série de cylindres sont mises en 25 oeuvre. Les injections secondaires de chaque série de cylindres sont éventuellement alternativement mises en oeuvre et non mises en oeuvre pour des cycles moteur successifs.
2910063 4 Selon un deuxième aspect, l'invention propose un procédé pour déterminer un scénario d'injection définissant une injection conforme au procédé d'injection selon le premier aspect de l'invention, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : 5 • détermination éventuelle d'un nombre x de cycles moteur couvert par le scénario, si le scénario d'injection est destiné à se reproduire à l'identique tous les x cycles moteur ; • pour chacun des cycles moteur du scénario, définition du ou des cylindres sollicités par l'injection secondaire ne générant pas ou peu de couple 10 moteur ; • détermination d'un profil d'injection : nombre, phasages et durées de chacune des injections secondaires. Selon un troisième aspect, l'invention propose un véhicule comprenant un moteur à combustion, alternatif à cycles, muni d'injecteurs, dont la conduite 15 d'échappement est pourvu d'un filtre à particules, caractérisé en ce qu'il est en outre équipé d'un dispositif électronique de commande d'injection dans le moteur, le dispositif comprenant des moyens pour commander les injections dans le moteur afin de réaliser une injection selon ledit procédé d'injection selon le premier aspect de l'invention.
20 D'autres caractéristiques, buts et avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, décrivant un mode de réalisation non limitatif de l'invention, illustré au moyen des figures suivantes : La figure 1 représente des profils d'injection selon l'état de la technique d'un cycle de fonctionnement d'un moteur alternatif à injection à quatre cylindres.
25 Les figures 2A et 2B représentent des profils d'injection selon un premier mode de réalisation de l'invention de, respectivement, deux cycles de fonctionnement successifs d'un moteur alternatif à injection à au moins quatre 2910063 5 cylindres. Les figures 3A et 3B représentent des profils d'injection selon un deuxième mode de réalisation de l'invention de, respectivement, deux cycles de fonctionnement successifs d'un moteur alternatif à injection à au moins quatre 5 cylindres. Un véhicule selon l'invention comporte un moteur alternatif à cycles, par exemple à cycles Diesel ou Essence. Le moteur comprend un nombre N de cylindres munis chacun d'au moins un injecteur de carburant.
10 Le véhicule comprend en outre un filtre à particules situé dans un conduit d'échappement du moteur. Le véhicule comprend en outre un dispositif de commande, tel que par exemple un ordinateur de bord, commandant les injections des injecteurs, de manière connue en soi.
15 Les modes d'injection de chaque cylindre sont prédéterminés par des profils d'injections, tels que ceux illustrés sur les figures 2A, 2B, 3A et 3C pour un moteur à au moins quatre cylindres ù ces profils donnant chacun, pour un cycle donné, la quantité de carburant injecté en fonction du temps pour chacun des quatre cylindres ( Cyl 1 à Cyl 4 ).
20 Selon un premier exemple d'injection selon l'invention, les figures 2A et 2B donnent des profils d'injection pour, respectivement, deux cycles consécutifs (cycle n et cycle n+1). Au cycle n, une injection principale 10 est prévue à un instant propice du cycle pour déclencher la combustion principale dans chaque cylindre, générant 25 alors du couple moteur. En outre, une injection secondaire propice 20, telle que par exemple une injection pilote, et/ou une première injection secondaire tardive 30 sont 2910063 6 optionnellement prévues dans chaque cylindre à des instants déterminés respectifs du cycle. Une de ces deux dernières injections ou ces deux injections peuvent générer du couple moteur, et aider ainsi à garder un couple moteur sensiblement constant 5 sur tout le cycle. Ils peuvent par exemple ajouter une ou plusieurs réactions exothermes à celle provoquée par l'injection principale, afin par exemple de conserver un couple moteur constant tout au cours du cycle. Une autre injection secondaire tardive 40 est prévue dans le cycle postérieurement à l'injection principale 10 et à la première injection secondaire 10 tardive 30 optionnelle. Cette autre injection secondaire 40 est mise en oeuvre à un instant du cycle déterminé pour regénérer le FAP. A cet effet, ledit instant du cycle déterminé correspond à un instant tardif de la phase de détente de sorte que la chaleur dégagée par la combustion lors de 15 l'injection principale 10 et de l'injection secondaire 30 optionnelle, permette une réaction exotherme du carburant injecté lors de cette autre injection secondaire 40 au moment de l'échappement des gaz. Cette réaction chauffe ainsi les gaz d'échappement tout en ne provoquant pas ou peu de couple moteur.
20 L'augmentation de la température des gaz d'échappement va alors accroître la température à l'entrée du FAP. L'instant du cycle, la durée et la quantité de carburant de l'injection secondaire 40 sont déterminés pour provoquer une réaction exotherme suffisante pour atteindre la température critique à partir de laquelle le FAP est au moins en 25 partie régénéré. Ces paramètres peuvent aussi être dosés pour ne pas dépasser la température requise, afin de limiter au maximum d'éventuels problèmes de dilution 2910063 7 de carburant dans l'huile de lubrification. Cette injection secondaire tardive 40 n'est cependant mise en oeuvre que pour une partie des cylindres (ici cylindres n 1 et n 3) alors que, dans le même instant de cycle, elle n'est pas mise en oeuvre pour les autres cylindres (ici 5 cylindres n 2 et n 4). Lors du cycle n+1, la deuxième injection secondaire tardive 40 n'est cette fois mise en oeuvre que pour les cylindres n'ayant pas été injectés lors du cycle n (cylindres n 2 et n 4) alors que, dans le même instant du cycle, elle n'est pas mise en oeuvre pour les cylindres ayant été injectés lors du cycle n (ici cylindres n 1 et 10 n 3). Cette alternance d'injections secondaires tardives 40 (un cylindre sur deux ici) conduit à des réactions exothermes dans une partie seulement des cylindres du moteur lors d'un même cycle. Cette injection secondaire 40 est donc inhomogène mais ne perturbe pas le 15 fonctionnement du moteur (par des phénomènes de vibrations parasites et autres) étant donné qu'elle ne provoque pas ou peu de couple moteur - i.e. les réactions exothermes générées par ces injections secondaires tardives 40 ne participent qu'au chauffage des gaz d'échappement mais aucunement ou quasi-aucunement au fonctionnement du moteur.
20 Selon un deuxième exemple d'injection selon l'invention, les figures 3A et 3B donnent des profils d'injection pour, respectivement, deux cycles consécutifs (cycle n et cycle n+1). Les profils d'injection sont identiques à ceux illustrés par les figures 2A et 2B, à l'exception que l'on trouve ici deux injections secondaires tardives 40 et 50, 25 mises en oeuvre pour qu'aucune d'elles ne génèrent de couple moteur, au lieu d'une seule. Les durées de chacune de ces injections sont en revanche plus courtes que 2910063 8 dans le premier exemple d'injection. Tout se passe donc comme si on avait fractionner l'injection secondaire 40 selon la les figures 2A-2B en deux. L'intérêt d'un tel fractionnement est la diminution de la dilution de carburant dans l'huile, celle-ci devenant rapidement 5 exponentielle à la durée d'injection. Le fractionnement de l'injection secondaire 40 peut ainsi permettre de rester dans des limites acceptables de dilution. On peut aussi bien entendu varier le nombre, la quantité de carburant injecté, et/ou la durée de ces injections secondaires tardives 40-50 ne générant pas ou peu de couples, afin de faire varier les propriétés exothermiques, et obtenir 10 précisément la température à l'entrée du FAP souhaitée, tout en tenant compte des contraintes physiques du moteur. On peut aussi prévoir de "fermer" certaines de ces injections secondaires 40 tout en en laissant d'autres "allumées" pour un cylindre donné lors d'un même cycle. Bien entendu, le nombre d'injections secondaires tardives 40-50 ne générant 15 pas ou peu de couple moteur n'est pas limité à deux par cylindre et par cycle, mais peut être plus important. De plus le nombre d'injections secondaires 40-50 n'est pas nécessairement le même d'un cylindre à un autre et/ou d'un cycle à un autre. La quantité de carburant et la durée des injections secondaires ne sont en outre pas nécessairement les mêmes d'une injection secondaire 40 à une autre, 20 d'un cylindre à un autre, ou d'un cycle à un autre. Tous ces paramètres peuvent être modifiés afin de prendre en compte précisément le cahier des charges du constructeur et/ou de l'état du moteur et/ou l'état d'encrassement du FAP. D'autres modes de réalisation de l'invention sont également possibles, tels 25 qu'une injection secondaire 40 qui ne serait prévue non plus un cycle sur deux, mais un cycle sur trois ou plus, ou suivant un schéma plus complexe, périodique ou non.
2910063 9 Il pourrait aussi être prévu de ne pas alterner une injection secondaire 40-50 d'un cycle à un autre et d'une série de cylindres à une autre, mais de mettre en oeuvre ces injections secondaires au même instant d'un cycle pour tous les cylindres, avant de les "éteindre" toutes ou en partie lors d'un ou plusieurs cycles 5 suivants. On peut aussi prévoir de ne réaliser ces injections secondaires "intermitantes" d'un cycle sur un autre que pour une partie seulement des cylindres du moteur, alors que les autres cylindres connaîtraient constamment ou jamais de telles injections secondaires.
10 Enfin l'homme du métier comprendra que l'invention ne se limite pas seulement à un moteur à quatre cylindres mais peut s'étendre aussi à des moteurs ayant un autre nombre de cylindres. Quelques avantages procurés par l'invention : -Diminution de la surface mouillée des parois du cylindre : en diminuant le 15 nombre de cylindres sollicités par l'injection secondaire tardive 40 à chaque cycle, la surface des cylindres directement mouillée est diminuée de façon directement proportionnelle. Maintien d'une thermique de la paroi cylindre plus haute : le fait de ne pas être mouillée à chaque cycle, la paroi de chaque cylindre se maintient à une 20 température plus élevée, ce qui favorise l'évaporation du gazole avant même son passage en partie basse moteur (dilution). - Maîtrise de la durée de chaque injection : la durée de l'injection secondaire tardive 40-50 ne générant pas de couple moteur doit être limitée. La conséquence en coût de dilution est rapidement exponentielle à la durée et peut ainsi annuler 25 directement le gain. Pour prévenir cela l'injection peut être fractionnée (voir figures 3A-3B pour illustration) afin de rester dans des limites acceptables. - Simplicité et Economie de l'invention : l'invention peut être mise en oeuvre 2910063 10 en intervenant que sur le procédé de commande des injecteurs, qui se retrouve habituellement écrit et/ou déterminé par un programme d'ordinateur ou logiciel exécuté par ledit dispositif de commande. Auncune modification matérielle n'est nécessaire à prévoir.
5 Il ressort des deux premiers points que l'intérêt va dans le sens de diminuer au maximum le nombre de cylindres sollicités par l'injection secondaire tardive 40-50 à chaque cycle - la mise en oeuvre de l'invention est d'ailleurs équivalente au cas où le carburant serait injecté dans l'échappement par des injecteurs additionnels. L'invention comprend donc une modification des paramètres de réglages de 10 l'injection secondaire tardive 40-50 et de ne plus simplement lier ces paramètres au cylindre (durée d'injection, phasage). Ces injections secondaires seront réglées en jouant sur un ou plusieurs des paramètres suivants, en définissant un scénario d'injection pouvant se reproduire à l'identique tous les x cycles moteur : 15 • Nombre (x) de cycles couvert par le scénario (dans les exemples des figures 2 et 3, x=2); • Pour chacun des cycles moteur du scénario, définition des cylindres sollicités par l'injection secondaire tardive 40-50 sans couple; • Profil d'injection : nombre d'injection (fractionnement), phasages et durées de 20 chacune des injections individuelles. L'optimisation de ces paramètres fait l'objet d'une méthodologie de réglage visant à minimiser la dilution de carburant dans l'huile toute chose égale par ailleurs. Il est à remarquer que l'invention exploite le fait que la quantité globale de carburant ne générant pas ou peu de couple n'est plus rattachée à l'entité cylindre 25 mais à l'entité moteur, sans impact de comportement - chaque cylindre continue en effet à fournir le même couple.
Claims (10)
1. Procédé d'injection dans un moteur à combustion alternatif à cycles, selon un profil d'injection, comprenant des injections principales et des injections secondaires ne générant pas ou peu de force mécanique au piston, caractérisé en ce que lesdites injections secondaires d'au moins un cylindre ne sont mises en oeuvre que lors de certains cycles moteur déterminés, mais pas lors de tous les cycles moteur.
2. Procédé d'injection selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre de sorte que, parmi les cycles incluant lesdites injections secondaires, il y ait au moins un cycle incluant au moins deux desdites injections secondaires.
3. Procédé d'injection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins certaines desdites injections secondaires sont chacune mises en oeuvre postérieurement à l'injection principale du même cycle, de sorte à provoquer dans la partie d'échappement de gaz du au moins un cylindre une réaction exotherme chauffant les gaz d'échappement à une température telle qu'elle serait suffisante pour régénérer au moins en partie un filtre à particules situé dans un conduit d'échappement du moteur.
4. Procédé d'injection selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la durée de chacune des injections secondaires est adaptée de sorte à limiter une dilution du carburant ainsi injecté dans de l'huile lubrifiante se retrouvant dans 2910063 12 la partie d'échappement, tout en garantissant ladite régénération de filtre à particules.
5. Procédé d'injection selon l'une des revendications précédentes, 5 caractérisé en ce que le profil desdites injections secondaires est périodique dans le temps pour le au moins un cylindre, chaque période correspondant à un nombre déterminé de cycles.
6. Procédé d'injection selon l'une des revendications précédentes, 10 caractérisé en ce que lesdites injections secondaires concernent une pluralité de cylindres du moteur, et en ce que, à un même instant d'un cycle déterminé, une injection secondaire d'au moins un cylindre de ladite pluralité de cylindres n'est pas mise en oeuvre alors qu'une injection secondaire d'au moins un autre cylindre de ladite pluralité de cylindres est mise en oeuvre. 15
7. Procédé d'injection selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, à un même instant d'un cycle moteur, des injections secondaires d'une première série de cylindres sont mises en oeuvre alors que des injections secondaires d'une deuxième série de cylindres ne sont pas mises en oeuvre et en 20 ce que, au même instant d'un autre cycle moteur, des injections secondaires de la première série de cylindres ne sont pas mises en oeuvre alors que des injections secondaires de la deuxième série de cylindres sont mises en oeuvre.
8. Procédé d'injection selon la revendication précédente, caractérisé en ce 25 que les injections secondaires de chaque série de cylindres sont alternativement mises en oeuvre et non mises en oeuvre pour des cycles moteur successifs. 2910063 13
9. Procédé pour déterminer un scénario d'injection définissant une injection conforme à un procédé d'injection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : • détermination éventuelle d'un nombre x de cycles moteur couvert par le 5 scénario, si le scénario d'injection est destiné à se reproduire à l'identique tous les x cycles moteur ; • pour chacun des cycles moteur du scénario, définition du ou des cylindres sollicités par l'injection secondaire ne générant pas ou peu de couple moteur ; 10 • détermination d'un profil d'injection : nombre, phasages et durées de chacune des injections secondaires.
10. Véhicule comprenant un moteur à combustion, alternatif à cycles, ayant des injecteurs, dont la conduite d'échappement est pourvu d'un filtre à particules, 15 caractérisé en ce qu'il est en outre équipé d'un dispositif électronique de commande d'injection dans le moteur, le dispositif comprenant des moyens pour commander les injections dans le moteur afin de réaliser une injection selon le procédé d'injection conforme à l'une des revendications 1 à 8.
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