FR2932217A1 - Systeme et procede d'injection de composant reactif pour un systeme de depollution des gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne - Google Patents

Systeme et procede d'injection de composant reactif pour un systeme de depollution des gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne Download PDF

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Abstract

Selon un procédé d'injection de composant réactif pour un système de dépollution (3) des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne (1), on injecte à intervalle (i) le composant réactif dans une tubulure d'échappement (2) en amont du système de dépollution (3), et on détermine l'intervalle d'injection (i) en fonction des conditions de fonctionnement du moteur (1) et de la quantité de composant réactif à injecter. Système mettant en oeuvre le procédé.

Description

L'invention concerne un système et un procédé d'injection de composant réactif, tel que du carburant ou de l'urée, pour un système de dépollution des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne tel qu'un filtre à particules ou un piège à oxydes d'azote.
Les systèmes de dépollution prévus pour les véhicules automobiles, tel qu'un filtre à particules, nécessitent des phases de fonctionnement à haute température, par exemple dans une phase de régénération du filtre à particules. La régénération est réalisée par exemple par un passage de gaz d'échappement avec du carburant non brûlé dans un pot catalytique d'oxydation en amont du filtre à particules. Pour cela, il est connu d'injecter du carburant vaporisé dans la tubulure d'échappement, lequel carburant augmente la température des gaz d'échappement en brûlant. Dans le cas des dispositifs de type SCR (acronyme anglais pour "Selective Catalytic Reduction", réduction catalytique sélective), on injecte de l'urée ou du carburant afin de rendre les gaz d'échappement réducteurs et ainsi pouvoir engager la réaction chimique qui va "piéger" les oxydes d'azote. La quantité de composant réactif injectée doit être adaptée aux conditions de fonctionnement du moteur sur une plage importante, avec un débit pouvant varier de 1 à 100. On utilise en général, pour des raisons de coût, des injecteurs fonctionnant en tout ou rien, c'est-à-dire qu'ils sont soit fermés, soit ouverts en injectant un débit prédéterminé et fixe de carburant. La quantité globale de composant actif injecté est obtenue en jouant sur la durée des injections réalisées à intervalle fixe. Le débit de l'injecteur est calibré pour pouvoir fournir le débit adapté et suffisant même dans des conditions de forte charge du moteur. Cependant, lorsque le moteur fonctionne à forte charge, la vitesse des gaz d'échappement dans le système de dépollution est élevée, de telle sorte que le temps de séjour du composant réactif injecté est court. Or, la réaction du composant réactif dans le système de dépollution nécessite un temps de séjour qui augmente pour sa part avec la quantité injectée. Il est alors nécessaire de prévoir un système de dépollution de taille suffisante afin d'obtenir un temps de séjour qui permette la réaction totale du composant réactif injecté en grande quantité. Ceci est un handicap certain sur le plan de l'encombrement et du coût du système de dépollution à mettre en oeuvre. Par ailleurs, les injecteurs utilisés ont une plage de modulation de fonctionnement limitée. En effet, il est difficile de contrôler très précisément des durées d'injection faibles. Cela se traduit par une quantité prédéterminée de composant réactif qu'on injecte au minimum à chaque injection. Pour accéder au débit minimal moyen nécessaire, il est nécessaire de prévoir un intervalle d'injection assez grand. L'invention vise à fournir un système d'injection de composant réactif pour un système de dépollution qui permette d'injecter un composant réactif dans une grande plage de débit avec un système de dépollution de petite taille. Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un procédé d'injection de composant réactif pour un système de dépollution des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, selon lequel on injecte à intervalle le composant réactif dans une tubulure d'échappement en amont du système de dépollution, le procédé étant remarquable en ce qu'on détermine l'intervalle d'injection en fonction des conditions de fonctionnement du moteur et de la quantité de composant réactif à injecter. En modulant ainsi l'intervalle entre les injections successives, on peut d'une part accéder à de très faibles débits de composant réactif, par une augmentation de l'intervalle, et à de très forts débits de composant réactif en diminuant l'intervalle. Dans ce dernier cas, la limite de temps de traitement du composant actif par le système de dépollution n'est pas atteinte du fait d'une plus faible quantité de composant réactif par injection, malgré l'augmentation du débit par des injections plus fréquentes.
Les conditions de fonctionnement du moteur qui peuvent être prises en compte sont la vitesse de rotation du vilebrequin, la position de l'accélérateur, le débit de carburant ou d'air de combustion, le débit ou la vitesse des gaz d'échappement, ou la quantité de composant réactif à injecter. De manière particulière, l'intervalle est une fonction linéaire du débit des gaz dans le système de dépollution ou d'une valeur équivalente. La mise en oeuvre d'une telle fonction par l'unité de commande est simple. Le débit des gaz peut être une mesure directe ou une estimation fournie par un calculateur pilotant le moteur. Selon une caractéristique particulière, la fonction linéaire est décroissante. Plus le débit des gaz dans le système de dépollution est important, plus l'intervalle est court.
En effet, un fort débit de gaz correspond à un court temps de séjour du composant réactif injecté dans le système de dépollution. C'est en particulier dans ces circonstance qu'il faut pouvoir multiplier de petites injections, afin de ne pas saturer le système de dépollution et de ne pas risquer qu'une partie du composant réactif ne quitte le système de dépollution sans avoir réagit.
L'invention a aussi pour objet un système d'injection de composant réactif pour un système de dépollution des gaz d'échappement d'un moteur, comportant un injecteur apte à injecter le composant réactif dans une tubulure d'échappement en amont du système de dépollution, et une unité de commande pour piloter l'injection de composant réactif à intervalle. L'unité de commande comporte des moyens de détermination de l'intervalle d'injection en fonction des conditions de fonctionnement du moteur et de la quantité de composant réactif à injecter selon le procédé tel que décrit précédemment. L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence au dessin annexé où : la figure 1 est une vue schématique d'un système conforme à l'invention ; la figure 2 est un diagramme d'une fonction déterminant l'intervalle d'injection pour le système de la figure 1. Le système représenté sur la figure 1 comporte un moteur 1 thermique à combustion interne relié par une tubulure d'échappement 2 à un système de dépollution tel qu'un filtre à particules 3. Le filtre à particules 3 peut être à double fonction, c'est-dire intégrer un catalyseur d'oxydation, d'une manière connue en soi. Le système de dépollution pourrait aussi être un piège à oxydes d'azote. Le moteur 1 est commandé par une unité de pilotage 4, d'une manière connue en soi.
Le système d'injection conforme à l'invention comporte un injecteur 5 apte à injecter un composant réactif dans la tubulure d'échappement 2 en amont du filtre à particules 3. Le composant réactif est contenu dans un réservoir 6 qui peut être un réservoir 6 de carburant qui alimente aussi le moteur 1, ou d'un composant réactif spécifique pour la régénération du système de dépollution 3. C'est par exemple de l'urée pour le piège à oxydes d'azote de type SCR. L'injecteur 5 est piloté par une unité de commande 7 qui reçoit des informations de l'unité de pilotage 4 du moteur 1. 11 est possible éventuellement de réaliser l'ensemble des fonctions dans une unique unité de commande. Lorsque l'unité de pilotage 4 détermine qu'une régénération du filtre à particules 3 doit avoir lieu, elle détermine un débit de composant réactif à injecter en amont du filtre à particules 3 et transmet cette information à l'unité de commande 7. L'unité de commande 7 détermine alors un intervalle d'injection i et pilote des injections à l'injecteur 5 à l'intervalle d'injection i déterminé précédemment. L'unité de commande 7 détermine également la durée des injections afin que la quantité moyenne de composant injecté concorde avec la consigne de débit fournie par l'unité de pilotage 4. Sachant que l'injecteur 5 possède un débit d'injection propre et non variable par construction, l'unité de commande 7 va donc augmenter les temps d'injection de composant réactif proportionnellement au débit (ou à la vitesse) des gaz d'échappement au fur et à mesure que la charge du moteur à combustion interne augmente. Mais comme la limite de traitement du système de dépollution 3 est rapidement atteinte (l'injecteur 5 étant dimensionné afin de délivrer rapidement la quantité maximale admissible par le système de dépollution 3), l'unité de commande 7 va moduler la fréquence d'injection plutôt que de prolonger inutilement la durée d'injection à fréquence fixe. Comme il apparaît de ce qui précède, l'invention permet de faire fonctionner le système de dépollution 3 dans une situation optimale, sans pour autant dépasser ses capacités de traitement, même à pleine charge du moteur à combustion interne. En se référant à la figure 2, l'unité de commande 7 détermine l'intervalle d'injection i selon une fonction f du débit des gaz d'échappement. L'information du débit des gaz d'échappement est fournie par l'unité de pilotage 4. La fonction i = f(Q) est une fonction décroissante, par exemple de manière linéaire. En effet, théoriquement, le débit massique de composant injecté dans l'échappement est proportionnel au débit massique des gaz d'échappement. Il semble alors logique que l'intervalle de temps d'injection diminue (entrainant ainsi un accroissement de la quantité injectée et donc du débit du composant injecté) lorsque le débit des gaz d'échappement augmente. Idéalement, l'intervalle devrait même être nul et l'injecteur fonctionner en continu pour le régime maximum. Or, en réalité, il n'est pas nécessaire d'élever beaucoup la température de la ligne d'échappement à hauts régimes puisque cette dernière est déjà élevée et qu'en outre, comme mentionné précédemment, au delà d'un certain débit injecté, des rejets de composant injecté vont avoir lieu dans l'atmosphère. L'invention permet alors, en jouant néanmoins sur l'intervalle d'injection i qui va aller décroissant en fonction du débit des gaz d'échappement, d'injecter moins de composant que le la ligne ne peut en traiter, mais plus souvent, afin de ne pas élever inutilement la température de la ligne d'échappement et de ne pas saturer le pot catalytique. En d'autres termes, l'invention suggère d'injecter plus souvent des quantités de composant qui seront traitables, plutôt que moins souvent une grosse quantité de composant dont une partie sera rejetée dans l'atmosphère sans avoir eu le temps de réagir. L'invention est donc une réponse, à coût contenu, au problème du traitement des gaz d'échappement en vue de leur dépollution. Elle permet d'injecter un composant réactif dans une grande plage de volumes sans pour autant dépasser les capacités de traitement du système de dépollution 3 (et donc ne pas rejeter dans l'atmosphère de composant réactif) ni nécessiter un surdimensionnement dudit système de dépollution 3.

Claims (4)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé d'injection de composant réactif pour un système de dépollution (3) des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne (1), selon lequel on injecte à intervalle (i) le composant réactif dans une tubulure d'échappement (2) en amont du système de dépollution (3), caractérisé en ce qu'on détermine l'intervalle d'injection (i) en fonction des conditions de fonctionnement du moteur (1) et de la quantité de composant réactif à injecter.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, selon lequel l'intervalle d'injection (i) est une fonction (f) linéaire du débit des gaz dans le système de dépollution (3) ou d'une valeur équivalente.
  3. 3. Procédé selon la revendication 2, selon lequel la fonction (f) linéaire est décroissante.
  4. 4. Système d'injection de composant réactif pour un système de dépollution (3) des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne (1), le système d'injection comportant un injecteur (5) apte à injecter le composant réactif dans une tubulure d'échappement (2) en amont du système de dépollution (3), et une unité de commande (7) pour piloter l'injection de composant réactif à intervalle (i), caractérisé en ce que l'unité de commande (7) comporte des moyens de détermination de l'intervalle d'injection (i) en fonction des conditions de fonctionnement du moteur (1) et de la quantité de composant réactif à injecter selon le procédé de l'une des revendications 1 à 3.
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