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FR2856432A1 - Procede de controle d'un systeme de motorisation a moteur diesel et piege a oxydes d'azote - Google Patents

Procede de controle d'un systeme de motorisation a moteur diesel et piege a oxydes d'azote Download PDF

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FR2856432A1
FR2856432A1 FR0307525A FR0307525A FR2856432A1 FR 2856432 A1 FR2856432 A1 FR 2856432A1 FR 0307525 A FR0307525 A FR 0307525A FR 0307525 A FR0307525 A FR 0307525A FR 2856432 A1 FR2856432 A1 FR 2856432A1
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Renault SAS
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Renault SA
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Abstract

Un système de motorisation comprend un moteur Diesel (1), un circuit d'admission d'air (11, 13, 14), un circuit d'échappement (16, 3, 4) de gaz d'échappement en provenance du moteur, le circuit d'admission comportant des moyens d'ajustage (22, 23) pour commander le débit d'air (D) entrant dans le moteur (1), le circuit d'échappement comportant un piège à oxydes d'azote (3) pour stocker les oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement.Pendant un mode de régénération, dans lequel on fournit des gaz d'échappement réducteurs pour régénérer le piège à oxydes d'azote (3), on détermine une consigne de débit d'air (D) selon le point de fonctionnement du moteur, on commande les moyens d'ajustage (22, 23) pour obtenir un débit d'air (D) proche de la consigne, on réalise une injection de carburant principale (Qp), et une injection secondaire (Qs) pendant une phase de détente, adaptée pour maintenir les gaz d'échappement à l'état réducteur.

Description

i
Procédé de contrôle d'un système de motorisation à moteur Diesel et piège à oxydes d'azote.
L'invention concerne un procédé de contrôle d'un système de motorisation à moteur Diesel équipé d'un piège à oxydes d'azote, en particulier lorsque le système est également équipé d'une filtration des particules.
En raison des normes contre la pollution, les systèmes de motorisation des véhicules sont maintenant équipés de lignes de dépollution. Dans une telle ligne, un piège à oxydes d'azote a pour 10 objectif de capter des oxydes d'azote dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. Pour un moteur Diesel, la ligne de dépollution peut être complétée par un filtre à particules. Il est même envisagé de fournir un dispositif de dépollution 15 intégrant les deux fonctions.
Pour le fonctionnement du piège à oxydes d'azote avec un moteur Diesel, il est connu de faire fonctionner cycliquement le moteur de telle sorte que les gaz d'échappement soient réducteurs, pour 20 décharger le piège à oxydes d'azote. Ce fonctionnement est par exemple décrit dans le document EP 560 991.
Pendant le fonctionnement normal, la combustion dans un moteur Diesel a lieu avec un excès d'air. De 25 ce fait, des oxydes d'azote se forment et ceux-ci sont captés et stockés par le piège à oxydes d'azote.
Cependant, comme la capacité de stockage est limitée, il est nécessaire de décharger régulièrement le piège à oxydes d'azote, ce qui est effectué par le fonctionnement générant des gaz réducteurs. Ce fonctionnement est aussi appelé fonctionnement à 5 mélange riche. Les gaz d'échappements contiennent, dans cette phase, des hydrocarbures imbrûlés, du monoxyde de carbone ou de l'hydrogène qui vont réagir avec les oxydes d'azote stockés dans le piège à oxydes d'azote pour les éliminer.
Pour obtenir ce fonctionnement, le document EP 560 991 propose par exemple un volet d'admission sur un conduit d'admission permettant de réduire la quantité d'air admis dans une chambre de combustion, et l'injection d'une quantité supplémentaire de 15 carburant, pour que la combustion soit réalisée à mélange riche.
Cependant, lors du passage au fonctionnement à mélange riche, il est souhaitable que le couple délivré par le moteur reste sensiblement constant, 20 pour que le conducteur n'ait pas besoin de réadapter la demande de couple lors de la transition.
C'est donc un objectif de l'invention de proposer un procédé de commande d'un système de motorisation à moteur Diesel équipé d'un piège à 25 oxydes d'azote pour que le moteur délivre un couple identique, même lors de la transition dans la phase de régénération du piège à oxyde d'azote.
Avec cet objectif en vue, l'invention a pour objet un procédé de commande d'un système de 30 motorisation comprenant un moteur Diesel, un circuit d'admission d'air, un circuit d'échappement de gaz d'échappement en provenance du moteur, le circuit d'admission comportant des moyens d'ajustage pour commander le débit d'air entrant dans le moteur, le circuit d'échappement comportant un piège à oxydes 5 d'azote pour stocker les oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement, procédé selon lequel on fonctionne dans un mode de régénération pour régénérer le piège à oxydes d'azote en fournissant des gaz d'échappement réducteurs.
Selon l'invention, pendant le mode de régénération, on détermine une consigne de débit d'air selon le point de fonctionnement du moteur, on commande les moyens d'ajustage pour obtenir un débit d'air proche de la consigne, on réalise une injection 15 de carburant principale et une injection secondaire, l'injection secondaire étant adaptée pour maintenir les gaz d'échappement à l'état réducteur.
Ainsi, le couple désiré peut être obtenu, essentiellement par la détermination de l'injection 20 principale, alors que la richesse des gaz d'échappement est ajustée en conséquence par la quantité de carburant injecté lors de l'injection secondaire. L'injection principale est réalisée lorsque le piston est à proximité du, tandis que 25 l'injection secondaire est réalisée lorsque le piston a largement dépassé le point mort haut, par exemple lorsque le vilebrequin a effectué une rotation de l'ordre de 60 après ledit point mort haut, lors de la phase de détente.
Dans le cas d'une ligne de dépollution comprenant par exemple un filtre à particules, on constate une contre-pression à l'échappement variable dans la ligne de dépollution. En conséquence, même avec un débit d'air et une quantité de carburant prédéterminés, le couple délivré varie en fonction de cette contre-pression à l'échappement. En effet, 5 cette contrepression augmente en particulier la résistance à l'échappement des gaz brûlés, et donc la résistance opposée sur un piston lors de la phase d'échappement.
A un point de fonctionnement déterminé, la 10 consigne de débit d'air reste constante. Cependant, lorsque la contre-pression augmente, il est nécessaire d'augmenter la quantité de carburant de l'injection principale pour maintenir le couple, même avec le débit d'air constant. La quantité de 15 carburant de l'injection secondaire sera ainsi diminuée, pour maintenir le même niveau de richesse des gaz d'échappement. On constate dans ce cas que la quantité de fumée émise augmente, cette augmentation étant due à la baisse de température des gaz à la fin 20 de la phase d'échappement et à la diminution consécutive des réactions de postoxydation des fumées.
C'est donc un autre objectif de l'invention d'améliorer le système de motorisation pour que le 25 moteur délivre un couple identique, même en présence d'une contre-pression variable à l'échappement, et sans augmenter le niveau de fumée émise. Pour cela, lorsque le système de motorisation comporte un accessoire générant une contre-pression variable dans 30 le circuit d'échappement, la consigne de débit d'air est de préférence augmentée avec ladite contrepression à l'échappement.
Ainsi, avec l'augmentation du débit d'air, les pertes de couple dues aux efforts d'aspiration de l'air sont diminuées, ce qui permet de réduire la quantité de carburant de l'injection principale. De 5 plus, pour maintenir la richesse des gaz d'échappement, la quantité de carburant de l'injection secondaire est augmentée, ce qui élève la température des gaz à la fin de la phase de détente.
Ainsi, la post-combustion des fumées est améliorée.
Dans le cas d'une ligne d'échappement comportant un filtre à particules, la consigne de débit d'air est corrigée par un facteur fonction du point de fonctionnement et de l'état de chargement du filtre à particules.
D'une manière particulière, l'état de chargement du filtre à particules est évalué par le débit de gaz d'échappement le traversant et la différence de pression entre l'entrée et la sortie.
Selon une autre manière, l'état de chargement 20 du filtre à particules est évalué par une mesure de la pression en amont du filtre à particules par rapport au flux des gaz d'échappement.
L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture 25 de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un système de motorisation conforme à l'invention; - la figure 2 est un diagramme montrant l'évolution de débits de carburant et d'air en fonction de la contre-pression à l'échappement dans un premier mode de réalisation de l'invention; - la figure 3 est un diagramme montrant l'évolution 5 de la quantité de fumée émise en fonction de la contre-pression à l'échappement dans le premier mode de réalisation; - la figure 4 est un diagramme similaire à la figure 2 pour un deuxième mode de réalisation de 10 l'invention; - la figure 5 est un diagramme similaire à la figure 3 pour le deuxième mode de réalisation.
Un système de motorisation selon l'invention, tel que représenté sur la figure 1, comporte un 15 moteur 1 du type Diesel suralimenté par un turbocompresseur 2 et dont les gaz d'échappement sont traités par un piège à oxydes d'azote 3 puis par un filtre à particules 4. Le moteur est alimenté en air par un circuit d'air comprenant une prise d'air 11, 20 un compresseur 12 du turbocompresseur 2, une conduite de refoulement 13 et une tubulure d'admission 14 débouchant dans des chambres de combustion du moteur 1, une seule chambre 15 étant représentée. Le moteur comporte pour chaque chambre de combustion 15 un 25 injecteur 20 pour délivrer du carburant dans la chambre 15 selon une séquence déterminée par des moyens de commande 24.
Les gaz d'échappement produits par la combustion sont évacués de la chambre 15 par une 30 tubulure d'échappement 16, traversent une turbine 17 du turbocompresseur, puis le piège à oxydes d'azote 3 et le filtre à particules 4. Un circuit de recyclage des gaz d'échappement comporte un piquage 18 sur la tubulure d'échappement, une vanne 19 autorisant le passage des gaz d'échappement vers la conduite de refoulement par une conduite 21.
Une vanne 22 est insérée dans le circuit d'air entre la sortie de la conduite 21 et l'entrée de la tubulure d'admission 14. La vanne 22 permet de faire varier la section de passage d'air entre une 10 ouverture complète et un étranglement partiel. Un actionneur 23 agit sur la vanne 22 pour déterminer le degré d'ouverture de celle-ci. Il reçoit une consigne de position d'ouverture en provenance des moyens de commande 24.
Des capteurs délivrent des informations sur le système de motorisation. Parmi ces capteurs, un débitmètre 26 délivre une information de débit d'air admis D ainsi qu'une information de la température d'air Tair. Une sonde de richesse 28 donne une 20 information sur la richesse X des gaz d'échappement.
Un capteur de pression différentielle 30 mesure la différence de pression DP entre l'entrée et la sortie du filtre à particules 4. Toutes ces informations sont reçues par les moyens de commande 24.
Les moyens de commande 24 déterminent la consigne de position d'ouverture et la séquence d'injection de carburant en fonction des informations reçues du système de motorisation, telles que celles citées précédemment, et en outre la température du 30 moteur Tmot, la vitesse de rotation N du moteur, une valeur représentative de demande de charge a du moteur comme la position d'une pédale d'accélérateur, et la pression atmosphérique Patm.
Lors du fonctionnement normal du moteur, la vanne 22 est complètement ouverte, ce qui assure un remplissage maximal en air des chambres de 5 combustion. La quantité de carburant injecté à chaque cycle est telle que le rapport entre la masse de carburant et la masse d'air est inférieur au rapport stoechiométrique, c'est-à-dire en excès d'air. On exprime également ces conditions en énonçant que la 10 richesse de la combustion est inférieure à 1. Les gaz d'échappement issus de cette combustion contiennent de l'oxygène qui n'a pas été consommé par la combustion, et on parle également de richesse des gaz d'échappement inférieure à 1.
Dans ces conditions de fonctionnement, on constate que des oxydes d'azote se forment dans les gaz brûlés, lesquels oxydes sont ensuite absorbés par le piège à oxydes d'azote 3. Les oxydes d'azote pourront être réduits lors d'un fonctionnement en 20 mode de régénération, dans lequel la richesse est supérieure à 1.
Considérons un système de motorisation avec ou sans filtre à particules 4. Pour commander le mode de régénération, selon un premier mode de réalisation de 25 l'invention, on détermine une consigne d'air admis en fonction du point de fonctionnement du moteur, et on pilote la vanne 22 pour que la mesure du débit d'air D par le débitmètre 26 corresponde à la consigne ainsi déterminée. Dans le même temps, on détermine 30 également une quantité de carburant à injecter lors d'une injection principale pour obtenir un couple correspondant à la demande a, exprimée par exemple par la position de la pédale d'accélérateur.
Pour obtenir des gaz d'échappement de richesse supérieure à 1, on complète l'injection principale par une injection secondaire. La quantité de 5 carburant lors de l'injection secondaire est déterminée par une régulation comparant une consigne de richesse et une mesure X de la sonde de richesse 28.
La consigne de débit d'air est déterminée par 10 exemple par l'intermédiaire d'une cartographie prenant en compte la vitesse de rotation du moteur N, la demande a, la température du moteur Tmot, la température de l'air d'admission Tair et la pression atmosphérique Patm.
Dans le cas d'un système de motorisation avec un filtre à particules 4, la contre-pression à l'échappement CPE évolue en fonction de l'état de chargement du filtre à particules 4. Le diagramme de la figure 2 montre l'évolution des quantités de 20 carburant injecté Q avec l'évolution de ladite contre-pression CPE, pour un même point de fonctionnement. La courbe 40 représente la quantité de carburant injecté Qp lors de l'injection principale, la courbe 41 représente la quantité de 25 carburant injecté Qs lors de l'injection secondaire, alors que la courbe 42 représente le débit d'air admis D. Le point de fonctionnement étant le même, le débit d'air n'évolue pas en fonction de la contre30 pression à l'échappement CPE. Par contre, pour maintenir constant le couple délivré par le moteur lorsque la contre-pression CPE évolue, la quantité principale de carburant Qp est ajustée, par exemple par une action du conducteur sur la pédale d'accélérateur. La régulation de la richesse a alors 5 pour conséquence la diminution de la quantité secondaire de carburant Qs. La figure 3 montre par la courbe 44 une augmentation de la quantité de fumées émises avec l'augmentation de la contre-pression CPE.
Dans un deuxième mode de réalisation, préféré 10 au premier, la consigne de débit d'air est calculée en prenant en compte l'état de chargement du filtre à particules. Par exemple, une correction est ajoutée au calcul de la consigne selon le premier mode de réalisation en fonction de la différence de pression 15 DP entre l'entrée et la sortie du filtre à particules et une estimation classique du débit de gaz d'échappement.
Le diagramme de la figure 4 montre l'évolution des quantités de carburant injecté Q avec l'évolution 20 de ladite contre-pression CPE, pour un même point de fonctionnement. La courbe 50 représente la quantité de carburant injecté Qp lors de l'injection principale, la courbe 51 représente la quantité de carburant injecté Qs lors de l'injection secondaire, 25 alors que la courbe 52 représente le débit d'air admis D. On constate que le débit d'air augmente avec la contre-pression CPE, tandis que la quantité principale d'injection Qp reste constante, pour maintenir un couple constant. Pour maintenir 30 constante la richesse des gaz d'échappement, la quantité de carburant de l'injection secondaire doit augmenter, comme le montre la courbe 51 de la figure Il 4. La figure 5 montre par la courbe 54 une diminution de la quantité de fumées émises avec l'augmentation de la contre-pression CPE.
L'invention n'est limitée aux modes de 5 réalisation qui ont été décrits à titre d'exemples.
Le piège à oxydes d'azote et le filtre à particules pourront être réunis en un seul appareil. La contrepression CPE pourra être mesurée directement avant la turbine 17 ou avant le filtre à particules et prise 10 en compte dans le calcul de la consigne de débit d'air.

Claims (6)

REVENDICATIONS
1. Procédé de commande d'un système de motorisation comprenant un moteur Diesel (1), un circuit d'admission d'air (11, 13, 14), un circuit d'échappement (16, 3, 4) de gaz d'échappement en 5 provenance du moteur, le circuit d'admission comportant des moyens d'ajustage (22, 23) pour commander le débit d'air (D) entrant dans le moteur (1), le circuit d'échappement comportant un piège à oxydes d'azote (3) pour stocker les oxydes d'azote 10 contenus dans les gaz d'échappement, procédé selon lequel on fonctionne dans un mode de régénération pour régénérer le piège à oxydes d'azote (3) en fournissant des gaz d'échappement réducteurs, procédé caractérisé en ce que, pendant le mode de 15 régénération, on détermine une consigne de débit d'air (D) selon le point de fonctionnement du moteur, on commande les moyens d'ajustage (22, 23) pour obtenir un débit d'air (D) proche de la consigne, on réalise une injection de carburant principale (Qp) et 20 une injection secondaire (Qs) , l'injection secondaire (Qs) étant réalisée pendant une phase de détente et adaptée pour maintenir les gaz d'échappement à l'état réducteur.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, lorsque le système de motorisation comporte un accessoire (4) générant une contre-pression (CPE) variable dans le circuit d'échappement, la consigne de débit d'air est augmentée avec ladite contrepression à l'échappement (CPE).
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel l'accessoire générant une contre-pression (CPE) variable est un filtre à particules (4), la consigne de débit d'air étant corrigée par un facteur 5 fonction du point de fonctionnement et de l'état de chargement du filtre à particules (4).
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel l'état de chargement du filtre à particules (4) est évalué par le débit de gaz d'échappement le 10 traversant et la différence de pression (DP) entre l'entrée et la sortie.
5. Procédé selon la revendication 3, dans lequel l'état de chargement du filtre à particules (4) est évalué par une mesure de la pression en amont 15 du filtre à particules (4) par rapport au flux des gaz d'échappement.
6. Système de motorisation mettant en oeuvre
le procédé de l'une des revendications 1 à 5.
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