WO2008065288A2 - Systeme d'alimentation multi-injection pour maitrise des hydrocarbures imbrules - Google Patents

Systeme d'alimentation multi-injection pour maitrise des hydrocarbures imbrules Download PDF

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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
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Definitions

  • the technical field of the invention relates to a fuel supply system of a diesel engine of a direct injection motor vehicle. More particularly, the invention relates to a feed system comprising direct injection means and control means for performing multiple injections during the same engine cycle, in order to reduce unburned hydrocarbon emissions ( HC) and carbon monoxide (CO).
  • HC unburned hydrocarbon emissions
  • CO carbon monoxide
  • JP 2004027939 discloses a strategy for controlling the amounts of fuel injected in a multi-injection configuration. The corrections to be made to the main injection take into account the characteristics of previous pilot injections.
  • injections are used on direct injection diesel engines rather broadly, with various objectives: control of combustion noise, control of smoke emissions, operation of certain pollution control systems.
  • the injection regimens generally used for these purposes are as follows:
  • One main injection for areas of operation of the engine at high speed or high load.
  • a main injection preceded by a pilot injection for operating areas of the intermediate-load engine, where the constraint related to the combustion noise is low.
  • the invention aims to implement this type of strategy to limit the emission of these pollutant gases.
  • the on-board devices commonly used for this type of function generally consist of either oxidation catalysts or EGR circuits, which remain expensive and bulky means.
  • the invention is presented as an alternative to these devices by overcoming these two major drawbacks.
  • the present invention relates to a fuel supply system of a diesel engine for a motor vehicle, comprising direct injection means connected to control means, in particular to perform a series of pilot injections before the main injection.
  • the main characteristic of this power system is that the control means are set so that the time separating two successive pilot injections is between 20 ⁇ s and 400 ⁇ s, and each pilot injection corresponds to a quantity of fuel injected between 0 , 5 mg and 1.2 mg.
  • the series of pilot injections thus produced, is comparable to a train of waves.
  • the curve representing the fuel flow as a function of the injection time has a substantially triangular profile.
  • the number of pilot injections is between three and five. It is, indeed, in this range of number of pilot injections that the The results are the most convincing, without causing increased fuel consumption and without increasing the sound level of the engine.
  • the effective mean pressure is between 1 and 6 bar.
  • the MSY, or effective mean pressure is the pressure that, if applied consistently to the piston throughout the entire stroke, would provide a job identical to that actually created.
  • the speed of the diesel engine is between 1000 and 2500 rpm.
  • the pilot injections have different characteristics. These characteristics may, for example, relate to the amount of product injected, or the profile of each injection.
  • the series of pilot injections comprises several successive injections of increasing quantity of fuel.
  • This phase of multiple injections of increasing amount of fuel is particularly suitable for a configuration for which the effective mean pressure is between 3 and 6 bar, and for which the engine speed is less than 2500rpm.
  • the pilot injections are separated by different times. This modularity of the time interval between the pilot injections, increases the possibilities of use of these multiple injections, to adapt them, as precisely as possible, to a particular situation to be treated.
  • pilot injections are all identical and are produced at regular time intervals.
  • This phase of multiple and identical pilot injections is particularly suitable for a configuration for which the effective mean pressure is less than 3 bars, and for which the engine speed is less than 2500 rpm.
  • the invention also relates to an internal combustion diesel engine comprising a fuel supply system according to the invention.
  • the fuel supply systems of a diesel engine of direct injection motor vehicle according to the invention have the advantage of generating a more homogeneous distribution of fuel in the combustion chamber, which has the consequence to make post-oxidation phenomena of unburned hydrocarbons and carbon monoxide more efficient. They also have the advantage of creating fewer areas of high wealth, thus avoiding producing incomplete combustions, generating unburned hydrocarbons and carbon monoxide.
  • FIG. 1 is a comparative diagram showing the variations of the CO ratio as a function of the nitrogen oxide or NOx content, between a conventional direct injection configuration and a direct injection configuration according to the invention.
  • FIG. 3 is a comparative diagram showing the noise variations as a function of the NOx content, between a conventional direct injection configuration and a direct injection configuration according to the invention.
  • FIG. 4 is a comparative diagram showing the variations in fuel consumption as a function of the NOx content, between a conventional direct injection configuration and a direct injection configuration according to the invention.
  • the first which belongs to the state of the art and which is therefore already implemented, comprises two separate pilot injections of 800 ⁇ s and consisting of injecting successively 1.5 and 2 mg of fuel, the second pilot injection preceding 1150 ⁇ s l. main injection.
  • the second is generated by a feeding system according to the invention. It includes four pilot injections preceding the main injection, the first consisting of injecting 1.2 mg of fuel and the next three injecting 0.85 mg.
  • the time separating the first and the second pilot injection amounts to 600 ⁇ s, while the time separating the other pilot injections between them and the time separating the fourth injection from the main injection is 200 ⁇ s.
  • the main injection phase is similar and has the usual characteristics, the effective mean pressure being 1 bar, and the engine speed being 1350 rpm.
  • the diagrams of Figures 3 and 4 show that the reductions of CO and HC particles caused by a feed system according to the invention are not accompanied by undesirable side effects. Indeed, the diagram of FIG. 3 shows, over a significant range of NOx emission, that with an injection strategy carried out from a feed system according to the invention, the noise level of the engine is comparable to that of an engine operating from a conventional fuel system. Similarly, in terms of fuel consumption, the diagram of Figure 4 shows that a power system according to the invention is not more demanding than an existing power system. Indeed, the consumption levels are substantially identical from one configuration to another.

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Abstract

L'invention se rapporte à système d'alimentation en carburant d'un moteur diesel pour véhicule automobile, comportant des moyens d'injection directe reliés à des moyens de pilotage, permettant notamment de réaliser une série d'injections pilotes avant l ' injection principale. La principale caractéristique du système d'alimentation selon l'invention est que lesdits moyens de pilotage sont régler pour que le temps séparant deux injections pilotes successives soit compris entre 20 μs et 400 μs, et pour que chaque injection pilote corresponde à une quantité de carburant injectée comprise entre 0,5 mg et 1,2 mg.

Description

SYSTEME D'ALIMENTATION MULTI-INJE C TION POUR MAITRISE DES
HYDROCARBURES IMBRULES
[0001] La présente invention revendique la priorité de la demande française
0655148 déposée le 28/11/2006 dont le contenu (description, revendications et dessins) est incorporé ici par référence.
[0002] Le domaine technique de l'invention concerne un système d'alimentation en carburant d'un moteur diesel de véhicule automobile à injection directe. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un système d'alimentation comportant des moyens d'injection directe et des moyens de pilotage permettant de réaliser des injections multiples durant un même cycle moteur, dans le but de réduire les émissions d'hydrocarbures imbrûlés (HC) et de monoxyde de carbone (CO).
[0003] Les systèmes d'alimentation en carburant d'un moteur diesel à injection directe, disposant de moyens permettant de réaliser des injections multiples durant un même cycle moteur existent et ont déjà fait l'objet de brevets. On peut citer, par exemple, le brevet JP 2004027939 qui présente une stratégie visant à maîtriser les quantités de carburant injecté lors d'une configuration à plusieurs injections. Les corrections à apporter à l'injection principale tiennent notamment compte des caractéristiques des injections pilotes antérieures.
Habituellement, les injections multiples sont utilisées sur les moteurs diesel à injection directe de façon assez large, avec des objectifs variés : maîtrise du bruit de combustion, maîtrise des émissions de fumées, fonctionnement de certains systèmes de dépollution. Les schémas d'injection généralement utilisés à ces fins, sont les suivants :
- Une seule injection principale, pour des zones de fonctionnement du moteur à fort régime ou à forte charge. - Une injection principale précédée d'une injection pilote, pour des zones de fonctionnement du moteur à charge intermédiaire, où la contrainte liée au bruit de combustion est faible.
- Une injection principale précédée de deux injections pilotes, pour maîtriser le bruit de combustion.
Mais actuellement, aucune des stratégies existantes, impliquant notamment une injection principale précédée de plusieurs injections pilotes, n'a pour objet de maîtriser les émissions d'hydrocarbures imbrûlés et de monoxyde de carbone.
[0004] L'invention vise à mettre en œuvre ce type de stratégie pour limiter l'émission de ces gaz polluants. Les dispositifs embarqués couramment utilisés pour ce type de fonction, sont généralement constitués, soit par des catalyseurs d'oxydation, soit par des circuits EGR, qui demeurent des moyens chers et encombrants. L'invention se présente comme une alternative à ces dispositifs en s 'affranchissant de ces deux inconvénients majeurs.
[0005] La présente invention a pour objet un système d'alimentation en carburant d'un moteur diesel pour véhicule automobile, comportant des moyens d'injection directe reliés à des moyens de pilotage, permettant notamment de réaliser une série d'injections pilotes avant l'injection principale. La principale caractéristique de ce système d'alimentation, est que les moyens de pilotage sont réglés pour que le temps séparant deux injections pilotes successives soit compris entre 20 μs et 400 μs, et chaque injection pilote correspond à une quantité de carburant injectée comprise entre 0,5 mg et 1,2 mg. La série d'injections pilotes ainsi produite, est assimilable à un train d'ondes. Pour chaque injection pilote, la courbe représentant le débit de carburant en fonction du temps d'injection, a un profil sensiblement triangulaire.
[0006] Avantageusement, le nombre d'injections pilotes est compris entre trois et cinq. C'est, en effet, dans cette fourchette de nombre d'injections pilotes que les résultats sont les plus probants, sans occasionner une consommation accrue de carburant et sans accroître le niveau sonore du moteur.
[0007] De façon préférentielle, la pression moyenne effective est comprise entre 1 et 6 bars. La PME, ou pression moyenne effective, est la pression qui, si elle était appliquée de façon constante sur le piston pendant toute sa course motrice, permettrait d'obtenir un travail identique à celui qui est réellement créé.
[0008] De façon avantageuse, le régime du moteur diesel est compris entre 1000 et 2500 tr/mn.
[0009] Préférentiellement, les injections pilotes ont des caractéristiques différentes. Ces caractéristiques peuvent, par exemple, concerner la quantité de produit injectée, ou le profil de chaque injection.
[0010] Avantageusement, la série d'injections pilotes comprend plusieurs injections successives de quantité croissante de carburant. Cette phase d'injections multiples de quantité croissante de carburant, est particulièrement adaptée à une configuration pour laquelle la pression moyenne effective est comprise entre 3 et 6 bars, et pour laquelle le régime moteur est inférieur à 2500tr/mn.
[0011] De façon préférentielle, les injections pilotes sont séparées par des temps différents. Cette modularité de l'intervalle de temps entre les injections pilotes, augmente les possibilités d'utilisation de ces injections multiples, pour les adapter, le plus précisément possible, à une situation particulière à traiter.
[0012] De façon avantageuse, les injections pilotes sont toutes identiques et sont produites à des intervalles de temps réguliers. Cette phase d'injections pilotes multiples et identiques est particulièrement adaptée à une configuration pour laquelle la pression moyenne effective est inférieure à 3 bars, et pour laquelle le régime moteur est inférieur à 2500tr/mn.
[0013] L'invention porte également sur un moteur diesel à combustion interne comprenant un système d'alimentation en carburant selon l'invention. [0014] Les systèmes d'alimentation en carburant d'un moteur diesel de véhicule automobile à injection directe selon l'invention, présentent l'avantage d'engendrer une répartition plus homogène du carburant dans la chambre de combustion, ce qui a pour conséquence de rendre plus efficaces les phénomènes de post oxydation des hydrocarbures imbrûlés et du monoxyde de carbone. Ils présentent également l'avantage de créer moins de zones de richesse surélevée, évitant ainsi de produire des combustions incomplètes, génératrices d' hydrocarbures imbrûlés et de monoxyde de carbone.
[0015] On donne ci-après un exemple de résultats, obtenus avec un système d'alimentation selon l'invention en se référant aux figures 1 à 4.
La figure 1 est un diagramme comparatif montrant les variations du taux de CO en fonction du taux d'oxyde d'azote ou NOx, entre une configuration classique d'injection directe et une configuration d'injection directe selon l'invention.
- La figure 2 est un diagramme comparatif montrant les variations du taux de
HC en fonction du taux de NOx, entre une configuration classique d'injection directe et une configuration d'injection directe selon l'invention.
La figure 3 est un diagramme comparatif montrant les variations du bruit en fonction du taux de NOx, entre une configuration classique d'injection directe et une configuration d'injection directe selon l'invention.
La figure 4 est un diagramme comparatif montrant les variations de la consommation de carburant en fonction du taux de NOx, entre une configuration classique d'injection directe et une configuration d'injection directe selon l'invention.
[0016] Afin de démontrer les effets bénéfiques sur les émissions de monoxyde de carbone et d'hydrocarbures imbrûlés d'un système d'alimentation selon l'invention par rapport à ceux couramment utilisés, deux configurations d'injections multiples sont retenues.
La première, qui appartient à l'état de la technique et qui est donc déjà mise en œuvre, comprend deux injections pilotes séparées de 800 μs et consistant à injecter successivement 1.5 et 2 mg de carburant, la deuxième injection pilote précédant de 1150 μs l'injection principale.
La deuxième est générée par un système d'alimentation selon l'invention. Elle comporte quatre injections pilotes précédant l'injection principale, la première consistant à injecter 1.2 mg de carburant et les trois suivantes consistant à injecter 0.85 mg. Le temps séparant la première et la seconde injection pilote s'élève à 600 μs, tandis que le temps séparant les autres injections pilotes entre elles et le temps séparant la quatrième injection de l'injection principale est de 200 μs.
[0017] Pour les deux configurations précédentes, la phase d'injection principale est analogue et présente des caractéristiques usuelles, la pression moyenne effective étant de 1 bar, et le régime moteur étant de 1350 tr/mn.
[0018] En se référant aux figures 1, 2, 3 et 4, les courbes représentatives de la première configuration relient des carrés entre eux et les courbes représentatives de la deuxième configuration relient des losanges entre eux.
[0019] En se référant à la figure 1, pour un taux de NOx donné, on observe avec la deuxième configuration, une réduction de monoxyde de carbone d'environ 5 g/kWh. Sur la plage de NOx concernée par les mesures, la réduction relative correspondante est comprise entre 23 et 30 % par rapport à la première configuration. Cet écart reste très significatif.
[0020] De même, en se référant à la figure 2, pour un taux de NOx donné, on observe avec la deuxième configuration, une réduction d'hydrocarbures imbrûlés d'environ 1.5 g/kWh. Sur la plage de NOx concernée par les mesures, la réduction relative correspondante s'élève à environ 50 % par rapport à la première configuration. L'écart demeure également très important.
[0021] Les diagrammes des figures 3 et 4, montrent que les réductions de particules de CO et de HC occasionnées par un système d'alimentation selon l'invention, ne s'accompagnent pas d'effets secondaires indésirables. En effet, le diagramme de la figure 3 montre, sur une plage notable d'émission de NOx, qu'avec une stratégie d'injection réalisée à partir d'un système d'alimentation selon l'invention, le niveau sonore du moteur est comparable à celui d'un moteur fonctionnant à partir d'un système usuel d'alimentation en carburant. De même, en termes de consommation de carburant, le diagramme de la figure 4 montre qu'un système d'alimentation selon l'invention n'est pas plus exigeant qu'un système d'alimentation déjà existant. En effet, les niveaux de consommation sont sensiblement identiques d'une configuration à l'autre.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système d'alimentation en carburant d'un moteur diesel pour véhicule automobile, comportant des moyens d'injection directe reliés à des moyens de pilotage, permettant notamment de réaliser une série d'injections pilotes avant l'injection principale, caractérisé en ce que lesdits moyens de pilotage sont réglés pour que le temps séparant deux injections pilotes successives soit compris entre 20 μs et 400 μs, et pour que chaque injection pilote corresponde à une quantité de carburant injectée comprise entre 0,5 mg et 1,2 mg.
2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre d'injections pilotes est compris entre trois et cinq.
3. Système selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la pression moyenne effective est comprise entre 1 et 6 bars.
4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le régime du moteur diesel est compris entre 1000 et 2500 tr/mn.
5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les injections pilotes ont des caractéristiques différentes.
6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que la série d'injections pilotes comprend plusieurs injections successives de quantité croissante de carburant.
7. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les injections pilotes sont séparés par des temps différents.
8. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les injections pilotes sont toutes identiques et sont produites à des intervalles de temps réguliers. Moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un système d'alimentation selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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