WO2004038205A1 - Systeme d'aide a la regeneration d'un piege a nox a stockage/destockage pour moteur diesel de vehicule automobile - Google Patents

Systeme d'aide a la regeneration d'un piege a nox a stockage/destockage pour moteur diesel de vehicule automobile Download PDF

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nox
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Piet Ameloot
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Definitions

  • the present invention relates to a system for reducing polluting emissions linked to the operation of a diesel engine in a motor vehicle and relates more particularly to a system for assisting the regeneration of a Nox trap with storage / release, integrated in an exhaust line of such an engine.
  • NOx trap composed for example of barium sulphate intended to absorb NOx during standard engine operation.
  • this trap is saturated, it is proposed to trigger a transient destocking phase by momentarily switching the engine from this standard lean mixture operating mode to a rich mixture regeneration operating mode to produce reducers, such as for example HC and CO , which reduces the NOx which is then desorbed from the trap, as in a traditional catalyst.
  • the subject of the invention is a system for assisting the regeneration of a NOx trap for storage / release, integrated in an exhaust line of a diesel engine of a motor vehicle, characterized in that it comprises means for admitting gas into the engine and means for injecting fuel into the cylinders thereof in the form of at least pilot and main injections and means for controlling these means of gas and / or fuel injection inlet to periodically switch the engine from a standard lean-mix operating mode, NOx storage in the trap, to a rich-mix regeneration operating mode, to at least two pilot injections and a main injection, destocking of NOx of the trap and regeneration of the latter.
  • the control means are adapted to control the gas intake means in order to reduce the quantity of gas admitted into the engine when the latter is in its regeneration operating mode;
  • control means are adapted to control the gas intake and / or fuel injection means according to these standard operating and regeneration modes for engine loads below a predetermined threshold value;
  • the predetermined load threshold value is defined by an effective average pressure of approximately 3 bars;
  • the engine being associated with means for recirculating the exhaust gases at the inlet thereof, the control means are adapted to regulate the operation of these recirculation means during operation of the rich mixture engine;
  • the two pilot injections are triggered in a range between approximately 50 ° crankshaft and 5 ° crankshaft, before the top dead center of the cylinder concerned and the main injection is triggered in a sub-timed range up to approximately 35 ° crankshaft after top dead center;
  • control means are adapted to control the gas intake and / or injection means in order to operate the engine in lean mixture for approximately 60 seconds and in rich mixture for approximately 2 seconds.
  • - Figs.1 and 2 illustrate the phases of storage and release of NOx in a trap used in the constitution of a system according to the invention
  • - Fig.3 illustrates the operation of fuel injection means implemented in an assistance system according to the invention
  • - Fig.4 shows a block diagram illustrating the structure of a system according to the invention.
  • the invention relates to a system for assisting the regeneration of a NOx trap for storage / retrieval integrated into an exhaust line of a diesel engine of a motor vehicle.
  • the NOx trap absorbs NOx during standard operation of the lean mixture engine, while in a rich mixture regeneration operating mode, these NOx are destocked and treated by the production of reducers such as HC and CO, which reduces the NOx which is then desorbed from the trap as in a traditional catalyst.
  • reducers such as HC and CO
  • This operation is longer than the purge, which lasts only a few seconds, and is therefore even more difficult to manage.
  • the present invention proposes to improve the characteristics of combustion in stability and in noise, at points with predetermined engine loads, by applying an injection strategy to two pilot injections and a main injection, as is illustrated in FIG. 3.
  • the application of these two pilot injections makes it possible to delay the main injection, in order to meet the criteria for regenerating the NOx trap.
  • the recirculation of the burnt gases can be regulated in order to meet the criteria for regenerating the NOx trap.
  • the two-injection strategy pilots therefore makes it possible to meet the criteria for regenerating the NOx trap, because it makes it possible to significantly reduce on these points, the combustion instabilities thanks to the phasing of the two pilot injections, to reduce the noise also thanks to this phasing of the two injections pilots, delay the main injection and finally generate an engine map for the regeneration of the NOx trap based on a unique strategy.
  • this strategy can be applied to points with predetermined engine operating loads, the EGR level then being regulated.
  • This engine can also be associated with means for recirculating exhaust gas at the inlet thereof, designated by the general reference 9, associated with means for controlling the circulation of gases designated by the general reference 10.
  • the adjustment means 8 and control means 10 can conventionally comprise controllable valves.
  • the engine is also associated with means 11 for injecting fuel into the cylinders thereof, in the form of pilot and main injections, as has been indicated, having any suitable structure. .
  • control means designated by the general reference 12 comprising any appropriate computer. , receiving for example as input, engine rotation speed and pressure information from the injection means, respectively from corresponding data acquisition means 13 and 14.
  • the standard operating modes with lean mixture for storing NOx in the trap, and for operating with regeneration with rich mixture, destocking of NOx from the trap and therefore for regenerating the latter can be switched periodically, by the means control 12, the motor 4 operating for example in lean mixture for about 60 seconds, and in rich mixture for about 2 seconds.
  • the control means 12 then act on the air intake means 7 in the engine 4 and the fuel injection means 11 in the cylinders thereof, for periodically switching the engine from the standard operating mode lean mix in the rich mix regeneration mode of operation.
  • control means 12 can indeed be adapted to control the gas intake means in order to reduce the quantity of gas admitted into the engine when the latter is in its regeneration operating mode and for controlling the injection means in the manner indicated above.
  • control means can also be adapted to regulate the operation of the exhaust gas recirculation means 9 during the operation of the rich mixture engine.

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Abstract

Ce système d'aide à la régénération d'un piège à NOx (6) à stoc-kage/déstockage, intégré dans une ligne d'échappement (5) d'un moteur Diesel (4) de véhicule automobile, est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'admission de gaz dans le moteur et des moyens d'injection de carburant (11) dans les cylindres de celui-ci sous la forme au moins d'injections pilote et princi-pale et des moyens de commande (12) de ces moyens d'admission de gaz et/ou d'injection de carburant pour basculer périodiquement le moteur (4) d'un mode de fonctionnement standard à mélange pauvre, de stockage des NOx dans le piège (6),à un mode de fonctionnement de régénération à mélange riche,à au moins deux injections pilotes et une injection principale, de déstockage des NOx du piège (6) et de régénération de celui-ci.

Description

Système d'aide à la régénération d'un piège à NOx à stockage/déstockage pour moteur Diesel de véhicule automobile.
La présente invention concerne un système de réduction des émissions polluantes liées au fonctionnement d'un moteur Diesel de véhicule automo- bile et se rapporte plus particulièrement à un système d'aide à la régénération d'un piège à Nox à stockage/déstockage, intégré dans une ligne d'échappement d'un tel moteur.
On sait que sur les moteurs Diesel à injection directe pour véhicule automobile, la réduction des émissions de NOx par catalyse DeNOx à stoc- kage/déstockage est une solution technique envisagée pour répondre aux normes relatives à ce type de rejets et notamment aux normes EURO IV.
A cet effet, on envisage d'utiliser un piège à NOx composé par exemple de sulfate de baryum destiné à absorber les NOx pendant le fonctionnement standard du moteur. Quand ce piège est saturé, on propose de déclencher une phase de déstockage transitoire en basculant momentanément le moteur de ce mode de fonctionnement standard à mélange pauvre à un mode de fonctionnement de régénération à mélange riche pour produire des réducteurs, comme par exemple HC et CO, ce qui permet de réduire les NOx qui sont alors désorbés du piège, comme dans un catalyseur traditionnel.
Cependant, ceci pose des problèmes de contrôle du fonctionnement du moteur sous mélange riche, de façon stable sur l'ensemble du champ de fonctionnement de celui-ci, sans impact sur l'agrément de conduite du véhicule et le bruit de combustion, etc.... Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes.
A cet effet, l'invention a pour objet un système d'aide à la régénération d'un piège à NOx à stockage/déstockage, intégré dans une ligne d'échappement d'un moteur Diesel de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'admission de gaz dans le moteur et des moyens d'injection de carbu- rant dans les cylindres de celui-ci sous la forme au moins d'injections pilote et principale et des moyens de commande de ces moyens d'admission de gaz et/ou d'injection de carburant pour basculer périodiquement le moteur d'un mode de fonctionnement standard à mélange pauvre, de stockage des NOx dans le piège, à un mode de fonctionnement de régénération à mélange riche, à au moins deux injections pilotes et une injection principale, de déstockage des NOx du piège et de régénération de celui-ci.
Suivant d'autres caractéristiques :
- les moyens de commande sont adaptés pour piloter les moyens d'admission de gaz afin de réduire la quantité de gaz admise dans le moteur lorsque celui-ci est dans son mode de fonctionnement de régénération ;
- les moyens de commande sont adaptés pour piloter les moyens d'admission de gaz et/ou d'injection de carburant selon ces modes de fonctionnement standard et de régénération pour des charges du moteur inférieures à une valeur de seuil prédéterminée ;
- la valeur de seuil de charge prédéterminée est définie par une pression moyenne effective d'environ 3 bars ;
- le moteur étant associé à des moyens de recirculation des gaz d'échappement en entrée de celui-ci, les moyens de commande sont adaptés pour réguler le fonctionnement de ces moyens de recirculation lors d'un fonctionnement du moteur à mélange riche ;
- les deux injections pilotes sont déclenchées dans une plage entre environ 50° vilebrequin et 5° vilebrequin, avant le point mort haut du cylindre concerné et l'injection principale est déclenchée dans une plage sous-calée jus- qu'à environ 35° vilebrequin après le point mort haut ;
- les moyens de commande sont adaptés pour piloter les moyens d'admission de gaz et/ou d'injection afin de faire fonctionner le moteur en mélange pauvre pendant environ 60 secondes et en mélange riche pendant environ 2 secondes. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
- les Figs.1 et 2 illustrent les phases de stockage et de déstockage de NOx dans un piège entrant dans la constitution d'un système selon l'invention ; - la Fig.3 illustre le fonctionnement de moyens d'injection de carburant mis en œuvre dans un système d'aide selon l'invention ; et
- la Fig.4 représente un schéma synoptique illustrant la structure d'un système selon l'invention. Comme cela a été indiqué précédemment, l'invention se rapporte à un système d'aide à la régénération d'un piège à NOx à stockage/déstockage intégré dans une ligne d'échappement d'un moteur Diesel de véhicule automobile.
Ces phases de stockage et de déstockage sont illustrées sur les figu- res 1 et 2.
Comme cela a été indiqué également, le piège à NOx absorbe les NOx pendant le fonctionnement standard du moteur à mélange pauvre, tandis que dans un mode de fonctionnement de régénération à mélange riche, ces NOx sont déstockés et traités par production de réducteurs comme HC et CO, ce qui permet de réduire les NOx qui sont alors désorbés du piège comme dans un catalyseur traditionnel.
Cependant, et comme cela a été indiqué précédemment, se pose le problème de faire fonctionner un moteur Diesel à une telle richesse, de façon stable sur l'ensemble du champ moteur, sans impact sur l'agrément de conduite et le bruit de combustion entre autres.
L'opération de passage en mélange stœchiométrique ou riche est nécessaire pour purger le piège à NOx mais aussi pour le désulfater, car le soufre contenu dans le carburant provoque l'empoisonnement du piège.
Cette opération est plus longue que la purge, qui dure seulement quel- ques secondes, et s'avère donc encore plus difficile à gérer.
Dans ces conditions, l'aide à la régénération d'un tel piège à NOx à stockage/déstockage nécessite de développer une stratégie d'injections multiples spécifique sur tout le champ moteur, sur la base de plusieurs paramètres de réglage du moteur. En effet, cette stratégie d'injection doit permettre de :
- fonctionner à richesse proche de 1 ;
- produire en quantité suffisante du CO, qui est le réducteur privilégié ;
- limiter le niveau de O2 ;
- limiter le niveau de HC ; - respecter le niveau de fumée ;
- respecter la température des gaz d'échappement pour des raisons de tenue mécanique ; et enfin
- respecter les prestations fournies aux clients, à savoir l'agrément de conduite et le bruit de fonctionnement du moteur. A cet effet, la présente invention propose d'améliorer les caractéristiques de la combustion en stabilité et en bruit, sur des points à charges prédéterminées du moteur, en appliquant une stratégie d'injection à deux injections pilotes et une injection principale, comme cela est illustré sur la figure 3. L'application de ces deux injections pilotes permet de retarder l'injection principale, pour répondre aux critères de la régénération du piège à NOx.
Par ailleurs, sur l'ensemble de ces points, la recirculation des gaz brûlés (EGR) peut être régulée pour respecter les critères de régénération du piège à NOx.
Sur les points à charges prédéterminées, comme par exemple pour une pression moyenne effective (PME) également connue dans l'état de la technique sous l'appellation anglaise « Brake mean effective pressure », inférieure à environ 3 bars, la stratégie à deux injections pilotes permet donc de répondre aux critères de régénération du piège à NOx, car elle permet de réduire significative- ment sur ces points, les instabilités de combustion grâce au phasage des deux injections pilotes, de réduire le bruit grâce également à ce phasage des deux injections pilotes, de retarder l'injection principale et enfin de générer une cartographie moteur pour la régénération du piège à NOx basée sur une stratégie unique. Comme cela a été indiqué précédemment, cette stratégie peut être appliquée sur les points à charges prédéterminées de fonctionnement du moteur, le niveau d'EGR étant alors régulé.
Ceci est illustré sur la figure 3, où l'on reconnaît les deux injections pilotes désignées par les références 1 et 2 et l'injection principale désignée par la référence générale 3.
Ces deux injections pilotes peuvent être déclenchées dans une plage entre environ 50° vilebrequin et 5° vilebrequin avant le point mort haut du cylindre concerné, et l'injection principale peut être déclenchée dans une plage sous- calée jusqu'à environ 35° vilebrequin après le point mort haut. On reconnaît sur la figure 4, un moteur Diesel de véhicule automobile désigné par la référence générale 4, dont la sortie est raccordée à une ligne d'échappement 5 dans laquelle est intégré un piège à NOx 6. Ce moteur est également associé à des moyens d'admission d'air désignés par la référence générale 7 comportant des moyens de réglage 8 de la quantité d'air admise.
Ce moteur peut également être associé à des moyens de recirculation de gaz d'échappement en entrée de celui-ci, désignés par la référence générale 9, associés à des moyens de contrôle de la circulation des gaz désignés par la référence générale 10.
Ces moyens de recirculation sont donc connectés entre la sortie et l'entrée du moteur pour assurer la recirculation des gaz d'échappement (EGR). Les moyens de réglage 8 et de contrôle 10 peuvent comporter de façon classique, des vannes pilotables.
Par ailleurs, le moteur est également associé à des moyens 11 d'injection de carburant dans les cylindres de celui-ci, sous la forme d'injections pilote et principale, comme cela a été indiqué, présentant n'importe quelle struc- ture appropriée.
Ces différents moyens, c'est-à-dire les moyens de recirculation de gaz, les moyens d'admission d'air et les moyens d'injection sont contrôlés par des moyens de commande désignés par la référence générale 12, comprenant tout calculateur approprié, recevant par exemple en entrée, des informations de ré- gime de rotation du moteur et de pression des moyens d'injection, respectivement de moyens d'acquisition de données 13 et 14 correspondants.
Les modes de fonctionnement standard à mélange pauvre de stockage des NOx dans le piège, et de fonctionnement de régénération à mélange riche, de déstockage des NOx du piège et donc de régénération de celui-ci, peu- vent être commutés périodiquement, par les moyens de commande 12, le moteur 4 fonctionnant par exemple en mélange pauvre pendant environ 60 secondes, et en mélange riche pendant environ 2 secondes. Les moyens de commande 12 agissent alors sur les moyens d'admission d'air 7 dans le moteur 4 et les moyens d'injection 11 de carburant dans les cylindres de celui-ci, pour basculer périodi- quement le moteur du mode de fonctionnement standard à mélange pauvre au mode de fonctionnement de régénération à mélange riche.
Ces moyens de commande 12 peuvent en effet être adaptés pour piloter les moyens d'admission de gaz afin de réduire la quantité de gaz admise dans le moteur lorsque celui-ci est dans son mode de fonctionnement de régénération et pour contrôler les moyens d'injection de la façon indiquée précédemment.
Ces moyens de commande peuvent également être adaptés pour réguler le fonctionnement des moyens de recirculation 9 des gaz d'échappement lors du fonctionnement du moteur à mélange riche.
Bien entendu, d'autres modes de réalisation peuvent être envisagés.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système d'aide à la régénération d'un piège à NOx à stockage/déstockage, intégré dans une ligne d'échappement (5) d'un moteur Diesel (4) de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'admission de gaz dans le moteur et des moyens d'injection de carburant (11) dans les cylindres de celui-ci sous la forme au moins d'injections pilote et principale et des moyens de commande (12) de ces moyens d'admission de gaz et/ou d'injection de carburant (11) pour basculer périodiquement le moteur (4) d'un mode de fonctionnement standard à mélange pauvre, de stockage des NOx dans le piège (6), à un mode de fonctionnement de régénération à mélange riche, à au moins deux injections pilotes (1 ,2) et une injection principale (3), de déstockage des NOx du piège (6) et de régénération de celui-ci.
2. Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les moyens de commande (12) sont adaptés pour piloter les moyens d'admission de gaz afin de réduire la quantité de gaz admise dans le moteur (4) lorsque celui-ci est dans son mode de fonctionnement de régénération.
3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de commande (12) sont adaptés pour piloter les moyens d'admission de gaz et/ou d'injection de carburant (11 ) selon ces modes de fonctionnement stan- dard et de régénération pour des charges du moteur inférieures à une valeur de seuil prédéterminée.
4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que la valeur de seuil de charge prédéterminée est définie par une pression moyenne effective (PME) d'environ 3 bars.
5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur (4) étant associé à des moyens de recirculation des gaz d'échappement (9) en entrée de celui-ci, les moyens de commande (12) sont adaptés pour réguler le fonctionnement de ces moyens de recirculation (9.) lors d'un fonctionnement du moteur à mélange riche.
6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux injections pilotes (1 ,2) sont déclenchées dans une plage entre environ 50° vilebrequin et 5° vilebrequin, avant le point mort haut du cylindre concerné et en ce que l'injection principale (3) est déclenchée dans une plage sous-calée jusqu'à environ 35° vilebrequin après le point mort haut.
7. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de commande (12) sont adaptés pour piloter les moyens d'admission de gaz et/ou d'injection (11 ) afin de faire fonctionner le moteur en mélange pauvre (4) pendant environ 60 secondes et en mélange riche pendant environ 2 secondes.
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