PROCEDE DE CONTROLE DE LA COMBUSTI ON D'UN MOTEUR DI ESEL L'invention se rapporte à un procédé de contrôle de la combustion d'un moteur diesel.
L'un des enjeux majeurs d'un moteur diesel réside dans la capacité à pouvoir gérer des compromis entre des prestations parfois contradictoires, telles que la dépollution tendant à réduire par exemples la production de NOx (oxyde d'azote) et de suies, le bruit généré par la combustion et le rendement effectif du moteur se traduisant par la consommation de carburant. Pour gérer au mieux ces compromis et avec un moindre coût, en se passant notamment d'un système de post-traitement des gaz d'échappement sophistiqué, les efforts se portent préférentiellement sur une optimisation du système de combustion dans les chambres des cylindres du moteur. Cette optimisation se focalise essentiellement sur la notion de contrôle du processus de combustion, par l'intermédiaire d'un premier réglage du schéma d'injection, en termes de nombre d'injections dans chaque chambre de combustion, de pression d'injection et de quantité de carburant injectée, et par l'intermédiaire d'un deuxième réglage des conditions d'obtention du milieu gazeux enfermé dans chacune desdites chambres, notamment en termes de température et de composition pouvant impliquer des gaz EGR (Exhaust Gas Recirculation). Face à l'évolution de plus en plus sévère des normes de dépollution et compte-tenu de la pression croissante sur le CO2, la gestion de l'ensemble des compromis liés à la combustion d'un moteur diesel devient de plus en plus difficile avec les réglages classiques, précédemment évoqués. A titre d'exemple, une augmentation de la pression d'injection de carburant dans la chambre de combustion est favorable à une réduction des suies et de la consommation, mais génère un bruit néfaste pouvant gêner les occupants du véhicule. De même, si une réduction de la température des gaz dans la chambre de combustion peut être favorable au compromis NOx-particules, il n'est cependant pas techniquement possible de baisser suffisamment cette température pour obtenir les résultats escomptés vis-à-vis des nouvelles normes, en raison notamment du mélange air/gaz EGR présent dans ladite.
Des injections de solution aqueuse dans les chambres de combustion existent et ont déjà fait l'objet de brevet. On peut par exemple citer le brevet US2007131180, qui se rapporte à un procédé d'injection d'eau dans la ligne d'admission du moteur pour la réduction des NOx. Un tel procédé ne fait jamais allusion à une injection de solution aqueuse directement dans lesdites chambres, pour mieux gérer les conditions de combustion. Le procédé de contrôle de la combustion d'un moteur diesel selon l'invention, met en oeuvre des moyens performants, modulables et peu encombrants, permettant d'offrir davantage de degrés de liberté dans la gestion des divers compromis mentionnés ci-avant, tout en demeurant peu coûteux. Ces moyens sont notamment parfaitement adaptés pour répondre aux nouvelles normes particulièrement sévères encadrant le phénomène de dépollution. L'invention a pour objet un procédé de contrôle de la combustion dans un moteur diesel possédant au moins une chambre de combustion, ledit procédé comportant une étape d'injection de carburant dans chaque chambre au moyen d'une première buse apte à émettre au moins un jet directif de carburant dans chacune desdites chambres. La principale caractéristique d'un procédé selon l'invention est qu'il comprend une étape d'injection d'une solution aqueuse dans chaque chambre, sous la forme d'au moins un jet directif, au moins un jet de ladite solution étant orienté sur la trajectoire d'au moins un jet de carburant. Cette orientation spécifique des jets de solution aqueuse vers la trajectoire des jets de carburant, permet auxdits jets de solution d'atteindre les zones les plus chaudes de la combustion dans chaque chambre, et donc d'avoir une influence la plus efficace possible sur les conditions de combustion, en particulier sur la température des gaz. Le fait que les jets de solution soient orientés sur la trajectoire des jets de carburant ne signifie pas que l'étape d'injection de la solution et l'étape d'injection de carburant soient parfaitement simultanées. C'est pour cette raison d'ailleurs que le terme « trajectoire » a été utilisé.
Avantageusement, l'étape d'injection de carburant est assurée par une première buse placée sensiblement au centre de chaque chambre et apte à émettre une pluralité de jets radiaux, l'étape d'injection de la solution étant réalisée avec une deuxième buse placée au voisinage de la paroi de chaque 5 chambre et apte à produire plusieurs jets. De cette manière, l'injection de carburant et l'injection de la solution aqueuse s'effectuent depuis deux sources distinctes, placées à deux endroits différents de chaque chambre. Préférentiellement, la deuxième buse d'injection de la solution aqueuse est positionnée dans chaque chambre comme le serait une bougie de 10 préchauffage. Selon une configuration idéale, chaque jet de solution est orienté vers la trajectoire d'au moins un jet de carburant. De façon préférentielle, l'étape d'injection de la solution aqueuse s'effectue selon une configuration pour laquelle les jets de solution croisent la trajectoire des jets de carburant, dans une zone comprise entre un tiers et 15 deux tiers de la distance séparant la première buse d'injection et la paroi délimitant chaque chambre. Des simulations numériques confirmées par des essais, montrent que c'est dans cette région de la chambre que se situent les zones les plus chaudes de la combustion, et que les jets de solution aqueuse peuvent avoir la plus grande influence sur les conditions de combustion. 20 Selon un premier mode de réalisation préféré d'un procédé selon l'invention, l'étape d'injection de carburant et l'étape d'injection de la solution aqueuse se chevauchent dans le temps, l'étape d'injection de ladite solution débutant pendant l'étape d'injection dudit carburant. Cette configuration inclut le cas où l'étape d'injection de la solution aqueuse commence en même temps 25 que l'étape d'injection de carburant. Pour cette configuration, les jets de solution aqueuse peuvent concrètement croiser les jets de carburants. Avantageusement, l'étape d'injection de la solution se termine avant la fin de l'étape d'injection du carburant. De façon préférentielle, l'étape d'injection de la solution débute au 30 bout du tiers de la durée de l'injection de carburant. Pour cette configuration, la solution aqueuse est directement injectée dans les zones les plus chaudes de la combustion, et permet de réduire significativement la température des gaz et de limiter la production des NOx. La quantité de solution aqueuse injectée est de l'ordre du tiers de la quantité de carburant injecté durant le cycle. Selon un autre mode de réalisation préféré d'un procédé selon l'invention, l'étape d'injection de la solution aqueuse débute avant le commencement de l'étape d'injection de carburant. Préférentiellement, l'étape d'injection de la solution aqueuse se termine au moment où débute l'étape d'injection de carburant. Pour cette configuration, une stratification locale en température est obtenue et permet de réduire la vitesse de combustion et le bruit du moteur, sans avoir à augmenter le niveau de gaz EGR ni la pression d'injection de carburant. De façon avantageuse, la solution aqueuse est composée uniquement d'eau. Selon un autre mode de réalisation préféré d'un procédé selon l'invention, la solution aqueuse est constituée par un mélange d'eau et d'urée, et l'étape d'injection de ladite solution débute après l'étape d'injection de carburant. Un mécanisme de type « catalyse SCR (Selective Catylic Reduction)» peut être introduit in situ avec, du fait des conditions thermiques favorables, une efficacité importante. Avantageusement, l'étape d'injection de la solution aqueuse et l'étape d'injection de carburant sont gérées indépendamment l'une de l'autre. Cette gestion indépendante permet de multiplier les configurations possibles d'utilisation d'un procédé de contrôle selon l'invention, pour l'adapter à une situation ou à un besoin particulier. Ainsi, le commencement et la durée de l'étape d'injection de la solution sont indépendants de l'étape d'injection de carburant. De même, la pression des jets de solution aqueuse n'est pas assujettie à un quelconque paramètre lié à l'injection de carburant.
Les procédés de contrôle de la combustion d'un moteur diesel selon l'invention, présentent l'avantage d'être efficaces en gérant simultanément plusieurs contraintes, tels que le bruit, la dépollution et le rendement dudit moteur, tout en mettant en oeuvre des moyens peu encombrants et gérés de façon autonome. Ils ont de plus l'avantage d'utiliser l'eau comme principal vecteur de contrôle de la combustion du moteur, qui est un élément usuel, facile à stocker, stable dans le temps et peu coûteux. On donne ci-après, une description détaillée d'un mode de réalisation préféré d'un procédé de contrôle de la combustion d'un moteur diesel selon 10 l'invention, en se référant aux figures 1 et 2. La figure 1 est une vue schématique en coupe d'une chambre de combustion d'un moteur diesel, montrant le positionnement de la première buse d'injection de carburant par rapport à la deuxième buse d'injection d'eau, 15 La figure 2 est un diagramme d'une loi de dégagement d'énergie en fonction de l'angle du vilebrequin, et montrant les différentes phases encadrant la combustion. En se référant à la figure 1, un procédé selon l'invention permet de contrôler la combustion dans un moteur diesel de véhicule automobile, ledit 20 moteur comprenant plusieurs chambres 1 de combustion identiques. Un tel procédé met en oeuvre une étape d'injection de gazole dans chaque chambre 1 et une étape d'injection d'eau dans chacune desdites chambres 1. Chaque chambre 1 a une forme sensiblement cylindrique et est délimitée par une paroi latérale 2 cylindrique. L'étape d'injection de gazole est assurée au moyen 25 d'une première buse d'injection 3 placée sensiblement au centre de la chambre 1 et configurée pour émettre cinq jets directifs 4, chacun selon une direction radiale différente de ladite chambre 1. Les cinq jets 4 de gazole sont équitablement répartis autour d'un cercle, si bien que l'écart angulaire entre deux jets successifs 4 est constant. La première buse 3 d'injection arrose 30 chaque chambre 1 de combustion, de façon homogène. L'étape d'injection d'eau est réalisée avec une deuxième buse 5 d'injection, implantée dans la paroi latérale 2 de la chambre 1. Cette deuxième buse 5 est conçue pour générer trois jets 6 directifs d'eau. L'orientation des deux buses 3,5 et leur agencement dans la chambre 1 sont tels, que les jets 6 d'eau sont orientés sur la trajectoire des jets 4 de gazole, dans une zone comprise entre un tiers et deux tiers de la distance séparant la première buse centrale 3 et la paroi 2 latérale délimitant chaque chambre 1. Le dispositif de gestion de la première buse centrale 3 est indépendant du dispositif de gestion de la deuxième buse 5, de sorte que la phase d'injection d'eau puisse s'effectuer à tout moment, par rapport à la phase d'injection de gazole. Le dispositif de gestion de la deuxième buse 5 permet l'émission de jets de solution 6 à une pression variable, ladite pression pouvant être ajustée en fonction du besoin rencontré et en fonction de l'instant d'injection desdits jets 6 par rapport à la phase d'injection de gazole.
En se référant à la figure 2, qui illustre les trois phases principales du procédé de combustion, à savoir une phase 2 de combustion à proprement parler, une phase 3 de postcombustion et une phase 1 précédant la phase 2 de combustion, le procédé de contrôle selon l'invention, peut se décliner en plusieurs versions : Une première version pour laquelle la phase d'injection d'eau dans chaque chambre 1 est réalisée au cours de la phase 1, précédant la phase d'injection de gazole, - Une deuxième version pour laquelle la phase d'injection d'eau a lieu pendant la phase 2 d'injection de gazole, - Une troisième version pour laquelle la phase d'injection d'eau est effectuée lors de la phase 3 de postcombustion. Des simulations numériques, confirmées par des essais, ont montré que la deuxième version du procédé était optimale pour que les jets d'eau 6 puissent atteindre les zones les plus chaudes de chaque chambre 1. Plus 30 précisément, ces simulations ont mis en relief que l'injection de solution devait commencer après environ un tiers de la durée de la phase d'injection de gazole, pour être la plus efficace possible. Ainsi, ces jets d'eau 6 sont directement injectés dans les zones les plus chaudes de la chambre 1, et permettent de réduire significativement la température des gaz présents dans chaque chambre 1, et de réduire la production de NOx (oxyde d'azote). La quantité totale d'eau injectée, pour cette version du procédé, correspond environ au tiers da la quantité de gazole injectée. Cet effet de réduction des NOx est similaire à celui produit par la présence de gaz EGR dans la chambre. Mais, dans la mesure où l'introduction de gaz EGR tend, au-delà d'un certain niveau, à dégrader le rendement effectif du moteur en raison d'une augmentation de la richesse du mélange gazeux, cette injection d'eau en association avec lesdits gaz EGR, permet d'assurer un meilleur comportement en termes de réduction des NOx et de la consommation du moteur. Lorsque le procédé de contrôle est utilisé dans sa première version, pour laquelle l'étape d'injection d'eau débute au cours de la phase 1, une stratification locale de la température des gaz est obtenue, et permet ainsi de réduire la vitesse de combustion ainsi que le bruit du moteur, sans avoir à augmenter les gaz EGR ni à diminuer la pression d'injection de gazole. En effet, l'établissement de cette stratification locale de la température, permet d'étaler la propagation de la combustion, en raison de la baisse préalable de la température du milieu gazeux, cet étalement diminuant le bruit du moteur. Pour l'utilisation du procédé dans sa troisième version, une solution aqueuse à base d'urée est préférée à de l'eau simple. Pour cette version du procédé, un mécanisme de type « catalyse SCR » peut être introduit in situ 25 avec, du fait des conditions thermiques favorables, une efficacité importante.