FR2831208A1 - Dispositif de maitrise pour les emissions d'echappement pour un moteur a combustion interne - Google Patents

Dispositif de maitrise pour les emissions d'echappement pour un moteur a combustion interne Download PDF

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Abstract

Une ECU (80) destinée à gérer et à commander un état de fonctionnement du moteur (1) saisit de manière indirecte un état de combustion du moteur sur la base d'une quantité d'injection de carburant et d'une vitesse de moteur et établit quatre plages de fonctionnement se rapportant à l'état de combustion. Un mode de commande conçu en combinant une pluralité d'outils de maîtrise qui peuvent être appliqués de manière dupliquée (c'est-à-dire, injection pilote, post injection, combustion à basse température sur la base de la commande EGR, et adjonction de carburant dans le système d'échappement par l'intermédiaire de la soupape d'adjonction de carburant) est exécuté en tant que mode de commande correspondant à chacune des quatre plages.

Description

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DISPOSITIF DE MAÎTRISE POUR LES EMISSIONS
D'ECHAPPEMENT POUR UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE
L'invention se rapporte à un dispositif de maîtrise des émissions d'échappement destiné à purifier les composants nocifs, particules fines et analogues qui sont contenus dans les gaz d'échappement dans un moteur à combustion interne et, plus particulièrement, à un dispositif de maîtrise des émissions d'échappement pour un moteur à combustion interne dont le passage d'échappement est muni d'un catalyseur destiné à favoriser une réaction réductrice des NOx.
Un moteur à combustion interne qui est actionné en utilisant un mélange de rapport air/carburant élevé (c'est- à-dire atmosphère pauvre) pour la combustion dans une vaste plage opérationnelle, par exemple un moteur diesel, comporte généralement un passage d'échappement muni d'un catalyseur de NOx présentant une fonction de purification des oxydes d'azote (NOx) contenus dans les gaz d'échappement. Comme catalyseur de NOx, par exemple, un corps à structure en nid d'abeille en céramique poreuse (support), sur lequel un absorbant de NOx capable d'absorber les NOx en présence d'oxygène et un catalyseur en métal noble (métal noble) capable d'oxyder les hydrocarbures (HC) sont supportés ensemble, est utilisé.
Le catalyseur de NOx présente une propriété d'absorption des NOx lorsque les gaz d'échappement montrent une concentration en oxygène élevée, et une propriété d'évacuation des NOx lorsque les gaz d'échappement montrent une concentration en oxygène faible. Si des HC, des CO et analogues se trouvent dans les gaz d'échappement pendant l'évacuation des NOx dans les gaz d'échappement, le catalyseur en métal noble favorise une réaction d'oxydation des HC et des CO, d'où il résulte qu'une réaction d'oxydoréduction se produit entre le catalyseur de NOx et
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le catalyseur en métal noble, les NOx agissant comme composants oxydants et les HC et les CO agissant comme composants réducteurs. C'est-à-dire que les HC et les CO sont oxydés en CO2 et H2O, et que les NOx sont réduits en
Figure img00020001

N2.
Il conviendra de noter ici qu'une fois que le catalyseur de NOx a absorbé des NOx jusqu'à un seuil prédéterminé, il n'absorbe plus les NOx même si les gaz d'échappement montrent une concentration en oxygène élevée. Dans un moteur à combustion interne comportant un passage d'échappement muni d'un tel catalyseur de NOx, un agent réducteur tel que de l'huile légère est délivré à un emplacement en amont du catalyseur de NOx dans le passage d'échappement avant que la quantité d'absorption de NOx du catalyseur de NOx n'atteigne un seuil. Dans un tel moteur à combustion interne (par exemple, le moteur à combustion interne décrit dans le brevet n 2845056), il est habituel qu'une commande d'évacuation et de purification par réduction des NOx absorbés par le catalyseur de NOx par le biais de la fourniture d'un agent réducteur et de récupération de la capacité d'absorption des NOx du catalyseur de NOx (c'est-à-dire une commande de régénération) soit répétée à des intervalles prédéterminés.
Toutefois, si un agent réducteur tel que de l'huile légère est délivré au niveau d'un passage d'échappement, cet agent réducteur (particulièrement un composant de celui-ci possédant un point d'ébullition élevé) agit comme un agglomérant, de sorte que des particules fines (suie et analogues) risquent de se former dans les gaz d'échappement. Les particules fines formées dans les gaz d'échappement se déposent dans un corps structurel du catalyseur de NOx, particulièrement sur une face d'extrémité de celui-ci en regard du côté amont du passage d'échappement, et menacent de colmater la face d'extrémité. Un tel dépôt de particules fines dans le catalyseur de NOx
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où le colmatage de la face d'extrémité du corps structurel résultant du dépôt des particules fines menacent de provoquer divers inconvénients parmi lesquels une diminution de l'efficacité de la maîtrise des émissions d'échappement par le catalyseur de NOx, une diminution de la puissance de sortie du moteur résultant d'une augmentation de la pression finale d'échappement appliquée au moteur à combustion interne à partir du passage d'échappement et analogues.
De plus, le carburant pour un moteur à combustion interne contient habituellement des composants soufrés.
Ainsi, en plus des NOx, des oxydes de soufre (SOx) provenant de tels composants soufrés contenus dans le carburant se trouvent également dans les gaz d'échappement.
Les SOx se trouvant dans les gaz d'échappement sont absorbés par le catalyseur de NOx avec une efficacité plus élevée que les NOx. A côté de cela, les SOx ne sont pas facilement évacués du catalyseur de NOx même dans un état suffisant pour évacuer les NOx absorbés par le catalyseur de NOx (c'est-à-dire dans un état dans lequel la concentration en oxygène contenue dans les gaz d'échappement se situe en dessous d'une valeur prédéterminée). Ainsi, étant donné que le fonctionnement du moteur continue, les SOx contenus dans les gaz d'échappement se déposent progressivement dans le catalyseur de NOx. C'est-à-dire que ce que l'on appelle l'empoisonnement par les SOx est provoqué.
Comme mesure pour empêcher ou supprimer la déposition des particules fines dans le catalyseur de NOx et l'empoisonnement par les SOx, on connaît une commande destinée à décomposer et à supprimer les particules fines déposées, ainsi que les SOx, en chauffant le catalyseur de NOx à des intervalles prédéterminés (c'est-à-dire une commande de chauffage).
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Dans la commande de chauffage, il est habituel d'adopter un procédé consistant à augmenter une quantité de carburant injecté et délivré dans les chambres de combustion du moteur (par l'intermédiaire des soupapes d'injection de carburant) ou un procédé consistant à délivrer à l'intérieur d'un système d'échappement du carburant par l'intermédiaire d'une soupape d'injection séparée disposée en amont d'un catalyseur de NOx du système d'échappement. Dans n'importe quel cas, la quantité des composants agissant comme source exothermique dans les gaz d'échappement en amont du catalyseur de NOx augmente, de sorte que la température du lit du catalyseur de NOx s'élève.
Comme on l'a décrit ci-dessus, si la commande de chauffage est exécutée, la quantité des composants agissant comme source exothermique (le carburant dans de nombreux cas) dans les gaz d'échappement augmente. Ainsi, si le moteur se trouve dans un certain état de fonctionnement, la génération de fumées ou analogues est provoquée, ce qui peut avoir un effet néfaste sur les propriétés des émissions d'échappement, à l'encontre de l'intention d'amélioration de celle-ci. L'effet de chauffage pour le catalyseur de NOx obtenu en exécutant des commandes de chauffage répétées (c'est-à-dire l'efficacité de chauffage des NOx par rapport à la consommation de carburant) diffère selon les états de fonctionnement du moteur. Ainsi, en exécutant des commandes de chauffage répétées, il est difficile de minimiser la quantité de consommation de carburant (pour optimiser le rendement énergétique) tout en assurant un effet de chauffage suffisant pour le catalyseur de NOx (tout en maintenant le catalyseur de NOx dans un état de température désiré).
L'invention a été réalisée au vu de telles circonstances. C'est un but de l'invention que de proposer un dispositif de maîtrise des émissions d'échappement pour
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un moteur à combustion interne qui peut supprimer la génération de fumées, réaliser de façon stable un effet de chauffage suffisant pour le catalyseur de NOx dans un système d'échappement du moteur à combustion interne, et optimiser le rendement énergétique.
Le moyen destiné à atteindre le but mentionné cidessus, ainsi que le fonctionnement et les effets de celuici seront décrit dans ce qui suit.
Un dispositif de maîtrise des émissions d'échappement pour un moteur à combustion interne conformément à un aspect de l'invention comporte un catalyseur de NOx qui est disposé dans un système d'échappement du moteur à combustion interne et qui possède une propriété consistant à favoriser une réaction de réduction des NOx en réponse à une augmentation de la concentration des composants réducteurs contenus dans les gaz d'échappement et un moyen d'injection de carburant destiné à injecter directement le carburant et à le délivrer dans les chambres de combustion du moteur à combustion interne. Ce dispositif de maîtrise des émissions d'échappement comprend un moyen de mémorisation destiné à mémoriser une pluralité de modes de commande dans lesquels le catalyseur de NOx est chauffé en commandant une propriété d'un gaz de combustion dans le moteur, un moyen de reconnaissance destiné à reconnaître une propriété de combustion du moteur sur la base d'un paramètre se rapportant au moins à l'un parmi une vitesse de moteur et une charge de moteur, et un moyen de commande destiné à réaliser sélectivement au moins l'un parmi la pluralité de modes de commande sur la base d'une demande de chauffage du catalyseur de NOx et de la propriété de combustion reconnue.
Conformément à cette construction, une pluralité de modes de commande conçus en combinant des outils de maîtrise injection pilote, post-injection, combustion à basse température sur la base de la commande EGR
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(recirculation des gaz d'échappement), et adjonction de carburant au niveau du système d'échappement par l'intermédiaire de la soupape d'adjonction de carburant sont sélectivement utilisés en fonction de l'état de combustion du moteur, d'où il résulte que les avantages de chacun des outils de maîtrise sont utilisés au mieux, et que le catalyseur de NOx peut être efficacement chauffé. De plus, la réduction d'un bruit de combustion du moteur et la suppression de la fumée sont réalisées également dans une vaste plage de fonctionnement.
On décrira maintenant les modes de réalisation de l'invention en se référant aux dessins suivants.
La figure 1 est une vue de structure simplifiée d'un système de moteur diesel conformément à un premier mode de réalisation de l'invention.
La figure 2 est un organigramme représentant les procédures d'une commande de chauffage dans le premier mode de réalisation.
La figure 3 est une carte exemplaire qui est appliquée pour déterminer un mode de commande correspondant à un état de combustion d'un moteur dans le premier mode de réalisation.
La figure 4 est un chronogramme exemplaire montrant la façon selon laquelle la température d'une face avant d'un catalyseur de NOx et un signal de commande délivré en sortie par une ECU de façon à augmenter la quantité des composants réducteurs contenus dans les gaz d'échappement circulant dans un boîtier de catalyseur changent le long d'un axe de temps.
La figure 5 est un organigramme montrant les procédures d'une commande d'interdiction d'adjonction de carburant dans un deuxième mode de réalisation de l'invention.
On décrira dans ce qui suit les modes de réalisation de l'invention en se référant aux dessins, sur lesquels des
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références numériques identiques représentent des éléments composants identiques de façon à éviter la répétition de la description.
[Modes de réalisation de l'invention (Premier mode de réalisation)
On décrira dans ce qui suit un premier mode de réalisation dans lequel un dispositif de maîtrise des émissions d'échappement pour un moteur à combustion interne conformément à l'invention est appliqué à un système de moteur diesel.
(Structure et fonction du système du moteur)
En se référant à la figure 1, un moteur à combustion interne (que l'on appellera par la suite moteur) 1 est un système de moteur diesel à quatre cylindres en ligne principalement composé d'un système d'alimentation 10, de chambres de combustion 20, d'un système d'admission 30, d'un système d'échappement 40, et analogues.
Tout d'abord, le système d'alimentation en carburant 10 est composé d'une pompe d'alimentation 11, d'une rampe commune 12, de soupapes d'injection de carburant 13, d'une vanne d'arrêt 14, d'une soupape de réglage 16, d'une soupape d'adjonction d'agents réducteurs 17, d'un passage de carburant de moteur PI, d'un passage de carburant ajouté P2, et analogues.
La pompe d'alimentation 11 met sous pression le carburant pompé à partir d'un réservoir de carburant (non représenté) et le délivre à la rampe commune 12 via le passage de carburant du moteur PI. La rampe commune 12 possède une fonction telle que celle d'un accumulateur pour maintenir (accumuler) le carburant sous haute pression délivré à partir de la pompe d'alimentation 11 à une pression prédéterminée. Le carburant ainsi accumulé est réparti vers les soupapes d'injection de carburant 13 par l'intermédiaire de la rampe commune 12. Chacune des soupapes d'injection de carburant 13 est conçue comme un
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clapet électromagnétique comprenant un solénoïde électromagnétique (non représenté), et est ouverte de manière appropriée pour injecter et délivrer le carburant dans l'une, correspondante, des chambres de combustion 20.
De plus, la pompe d'alimentation Il délivre une partie du carburant pompé à partir du réservoir de carburant à la soupape d'adjonction d'agent réducteur 17 via le passage de carburant ajouté P2. La vanne d'arrêt 14 et la soupape de réglage 16 sont disposées dans cet ordre dans le passage de carburant ajouté P2 dans une direction allant de la pompe d'alimentation 11 à la soupape d'adjonction d'agent réducteur 17. La vanne d'arrêt 14 ferme le passage de carburant ajouté P2 et suspend l'alimentation en carburant dans le cas d'une urgence. La soupape de réglage 16 commande la pression du carburant (pression de carburant) délivré à la soupape d'adjonction d'agent réducteur 17. La soupape d'adjonction d'agent réducteur 17 est conçue comme un clapet électromagnétique comprenant un solénoïde électromagnétique (non représenté) comme cela est le cas pour les soupapes d'injection de carburant 13. La soupape d'adjonction d'agent réducteur 17 délivre de plus une quantité appropriée de carburant fonctionnant comme un agent réducteur vers le système d'échappement 40 en amont d'un boîtier de catalyseur 42 à un moment approprié.
Le système d'admission 30 constitue un passage d'air d'admission délivré aux chambres de combustion 20 (c'est-àdire constitue un passage d'admission). Le système d'échappement 40 constitue un passage des gaz d'échappement évacués des chambres de combustion 20 (c'est-à-dire constitue un passage d'échappement).
Le moteur 1 est muni d'un compresseur volumétrique connu (turbocompresseur) 50. Le turbocompresseur 50 comporte une roue de turbine côté admission 52 et une roue de turbine côté échappement 53 qui sont raccordées l'une à l'autre via un arbre 51. La roue de turbine côté admission
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52 est exposée à l'air d'admission dans le système d'admission 30. La roue de turbine côté échappement 53 est exposée aux gaz d'échappement dans le système d'échappement 40. Le turbocompresseur 50 ainsi conçu fait tourner la roue de turbine côté admission 53 au moyen des gaz d'échappement circulant sur la roue de turbine côté échappement 52 (c'est-à-dire au moyen d'une pression d'échappement appliquée à la roue de turbine côté échappement 52) et augmente une pression d'admission. C'est-à-dire que le turbocompresseur 50 réalise ce que l'on appelle une suralimentation.
Dans le système d'admission 30, un refroidisseur intermédiaire 31 disposé dans le turbocompresseur 50 refroidit par force l'air d'admission qui a été chauffé par la suralimentation. Un clapet étrangleur 32 disposé encore en aval du refroidisseur intermédiaire 31 est un clapet à ouverture/fermeture commandée de façon électronique dont l'ouverture peut être ajustée de manière. continue. Le clapet étrangleur 32 possède les fonctions de modifier la surface de la section du passage d'écoulement de l'air d'admission dans un état prédéterminé et d'ajuster la quantité (débit d'écoulement) de l'air d'admission délivré.
Un passage de recirculation des gaz d'échappement (passage EGR) 60 destiné à relier par dérivation une région en amont des chambres de combustion 20 (le système d'admission 30) et une région en aval des chambres de combustion 20 (le système d'échappement 40) est formé dans le moteur 1. Le passage EGR 60 possède une fonction consistant à renvoyer de manière appropriée une partie des gaz d'échappement vers le système d'admission 30. Le passage EGR 60 est muni d'un clapet EGR 61 et d'un refroidisseur EGR 62. Le clapet EGR 61 est ouvert et fermé de manière continue par l'intermédiaire d'une commande électronique et peut librement ajuster le débit d'écoulement des gaz d'échappement (gaz EGR) circulant à
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travers le passage EGR 60. Le refroidisseur EGR 62 est conçu pour refroidir les gaz d'échappement circulant à travers (mis à recirculer dans) le passage EGR 60.
Dans le système d'échappement 40, un boîtier de catalyseur 42 dans lequel un catalyseur de NOx du type à réduction d'occlusion (que l'on appellera simplement par la suite catalyseur de NOx) est logé est disposé en aval d'une partie de communication entre le système d'échappement 40 et le passage EGR 60.
Divers capteurs sont installés dans différentes parties du moteur 1 de façon à délivrer en sortie des signaux indiquant des conditions environnementales de ces parties et un état de fonctionnement du moteur 1.
C'est-à-dire qu'un capteur de pression de rampe 70 délivre en sortie un signal de détection correspondant à une pression du carburant reçu dans la rampe commune 12. Un capteur de pression de carburant 71 délivre en sortie un signal de détection correspondant à une pression du carburant qui circule à travers le passage de carburant ajouté P2 et qui est introduit dans la soupape d'adjonction d'agent réducteur 17 via la soupape de réglage 16 (c'est-àdire correspondant à la pression du carburant). Un débitmètre d'air 72 délivre en sortie un signal de détection correspondant à un débit d'écoulement de l'air d'admission (quantité d'air d'admission) en aval du clapet étrangleur 32 dans le système d'admission 30. Un premier capteur de rapport air carburant (A/F) 73a délivre en sortie un signal de détection qui change de manière continue en fonction de la concentration en oxygène présente dans les gaz d'échappement en amont du boîtier de catalyseur 42 du système d'échappement 40. Un deuxième capteur de rapport air carburant (A/F) 73b délivre en sortie un signal de détection qui change de manière continue en fonction de la concentration en oxygène en aval du boîtier de catalyseur 42 du système d'échappement 40. Un
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capteur de température des gaz d'échappement 74, monté dans le système d'échappement 40 au niveau d'une partie d'entrée des gaz d'échappement du boîtier de catalyseur 42, délivre en sortie un signal de détection correspondant à une température des gaz d'échappement au niveau de la partie d'entrée des gaz d'échappement (c'est-à-dire correspondant à une température des gaz d'échappement). Un capteur de NOx 75 délivre en sortie un signal de détection qui change de manière continue en fonction de la concentration en NOx présente dans les gaz d'échappement en aval du boîtier de catalyseur 42 du système d'échappement 40.
Un capteur de position d'accélérateur 76 est monté sur une pédale d'accélérateur (non représentée) du moteur 1 et délivre en sortie un signal de détection correspondant à une course d'enfoncement ACC de la pédale d'accélérateur.
Un capteur d'angle de vilebrequin 77 délivre en sortie un signal de détection (une impulsion) chaque fois qu'un arbre de sortie (un vilebrequin) du moteur 1 tourne d'un certain angle. Ces capteurs 70 à 77 sont connectés de façon électrique à une unité de commande électronique (ECU) 80.
L'ECU 80 comporte une unité centrale de traitement (CPU) 81, une mémoire morte (ROM) 82, une mémoire vive (RAM) 83, une mémoire vive (RAM) de sauvegarde 84, un compteur de temps 85 et analogues. L'ECU 80 comporte un circuit d'opérations logiques qui est constitué en interconnectant les composants 81 à 85, un circuit d'entrée externe 86 comprenant un convertisseur analogique/ numérique, et un circuit de sortie externe 87 au moyen d'un bus bidirectionnel 88.
Les signaux de détection des capteurs mentionnés cidessus sont délivrés en entrée vers l'ECU 80 ainsi conçue via le circuit d'entrée externe. Sur la base de ces signaux, l'ECU 80 réalise diverses commandes se rapportant à l'état de fonctionnement du moteur 1 de façon à ajuster l'ouverture du clapet EGR 61, l'ouverture du clapet
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étrangleur 32, ou analogues en plus des opérations d'ouverture et de fermeture des soupapes d'injection de carburant 13. structure et fonction du boîtier du catalyseur
La structure et la fonction du boîtier de catalyseur 42 disposé dans le système d'échappement 40 comme l'un des composants mentionnés ci-dessus du moteur 1 seront maintenant décrites en détail.
Un catalyseur de NOx du type à réduction d'occlusion (que l'on appellera par la suite catalyseur de NOx) est reçu dans le boîtier de catalyseur 42.
Le catalyseur de NOx utilise un corps à structure en nid d'abeilles (un filtre à particules) principalement composé d'alumine (A1203) ou analogues comme support. Un métal alcalin fonctionnant comme absorbant des NOx tel que du potassium (K), du sodium (Na), du lithium (Li), du césium (Cs) ou analogues, une terre alcaline telle que du baryum (Ba) ou du calcium (Ca), une terre rare telle que du lanthanum (La) ou de l'yttrium (Y), et un métal noble fonctionnant comme un catalyseur oxydant (un catalyseur en métal noble) tel que du platine (Pt) ou analogues sont supportés sur la surface du filtre à particules (le support), d'où il résulte que le catalyseur de NOx est constitué.
L'absorbant de NOx possède des propriétés d'absorption des NOx lorsque les gaz d'échappement montrent une concentration en oxygène élevée et des propriétés d'évacuation des NOx lorsque les gaz'd'échappement montrent une concentration en oxygène faible. Si des HC et des CO ou analogues se trouvent dans les gaz d'échappement lorsque des NOx sont évacués dans les gaz d'échappement, le catalyseur de métal noble favorise une réaction d'oxydation des HC et des CO, d'où il résulte qu'une réaction d'oxydoréduction se produit entre le catalyseur de NOx et
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le catalyseur en métal noble, les NOx étant utilisés comme composants oxydants et les HC et les CO étant utilisés comme composants réducteurs. C'est-à-dire que les HC et les CO sont oxydés en C02 et H20, et que les NOx sont réduits en N2.
Par ailleurs, même dans le cas où les gaz d'échappement montrent une concentration en oxygène élevée, si l'absorbant de NOx a absorbé un seuil prédéterminé de NOx, il n'absorbe plus les NOx. Dans le moteur 1, avant que la quantité d'absorption de NOx de l'absorbant de NOx reçue dans le boîtier de catalyseur 42 n'atteigne le seuil, un agent réducteur (carburant dans le cas du présent mode de réalisation) est délivré en plus dans une région en amont du boîtier de catalyseur 42 dans le passage d'échappement via la soupape d'adjonction de carburant 17. Un agent réducteur est ainsi délivré, d'où il résulte que les NOx absorbés par le catalyseur de NOx sont évacués et purifiés par réduction. Ainsi, une commande destinée à récupérer une capacité d'absorption de NOx de l'absorbant de NOx (du catalyseur de NOx) est répétée à intervalles prédéterminés.
De plus, le filtre à particules constituant le support pour l'absorbant de NOx et le catalyseur en métal noble purifient les composants nocifs contenus dans les gaz d'échappement, par exemple, les particules fines contenues dans les gaz d'échappement telles que la suie, les NOx et analogues conformément à un mécanisme décrit ci-dessous.
Comme on l'a décrit ci-dessus, le catalyseur de NOx absorbe, évacue, et purifie les NOx de manière répétée en fonction de la concentration en oxygène contenue dans les gaz d'échappement ou de la quantité de composants réducteurs par l'intermédiaire de la coopération de l'absorbant de NOx et du catalyseur en métal noble, pris en tant que composants du catalyseur de NOx. Par ailleurs, le catalyseur de NOx possède une propriété consistant en deuxième lieu à produire de l'oxygène actif alors que les
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NOx sont ainsi purifiés. Lorsque les gaz d'échappement circulent à travers le filtre à particules, le corps de structure (composé d'un matériau poreux) capture les particules fines contenues dans les gaz d'échappement, telles que la suie ou analogues. Du fait que l'oxygène actif produit par le catalyseur de NOx montre une réactivité (activité) extrêmement élevée en tant qu'agent oxydant, les particules fines qui ont été capturées et déposées sur la surface où la région voisine du catalyseur de NOx réagissent doucement avec l'oxygène actif (sans générer de flammes lumineuses) et sont purifiées.
[Description sommaire de la commande d'injection de carburant
L'ECU 80 réalise une commande d'injection de carburant sur la base d'un état de fonctionnement du moteur 1 qui est saisie à partir des signaux de détection des capteurs. Dans le présent mode de réalisation, la commande d'injection de carburant se rapporte à l'exécution de l'injection du carburant dans chacune des chambres de combustion 20 par l'intermédiaire des soupapes d'injection de carburant correspondantes 13. La commande d'injection de carburant désigne une série de traitements dans lesquels les soupapes d'injection de carburant 13 sont individuellement ouvertes ou fermées sur la base des paramètres qui ont été établis, par exemple, une quantité d'injection de carburant Q, un moment de l'injection et un modèle d'injection.
L'ECU 80 réalise de manière répétée les séries de traitements à des intervalles prédéterminés alors que le moteur 1 est en fonctionnement. La quantité d'injection de carburant Q et le moment de l'injection sont déterminés, à la base, en se référant à une carte (non représentée) qui a été établie à l'avance sur la base d'une course d'enfoncement ACC de la pédale d'accélérateur et d'une vitesse de moteur NE (paramètre qui peut être calculé sur
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la base d'un signal impulsionnel délivré en sortie à partir d'un capteur d'angle de vilebrequin).
En fixant le modèle d'injection du carburant, l'ECU 80 réalise une injection de carburant au voisinage d'un point mort haut de compression respectivement pour les cylindres en tant qu'injection primaire, et obtient ainsi une puissance de sortie de moteur. A côté de cela, l'ECU 80 réalise une injection de carburant précédant l'injection principale (que l'on appellera par la suite injection pilote) et une injection de carburant suivant l'injection principale (que l'on appellera par la suite post-injection) en tant qu'injection secondaire pendant une période sélectionnée de manière appropriée pour un ou plusieurs cylindres sélectionnés.
[Injection pilote]
Dans un moteur diesel, en général, les chambres de combustion atteignent une température induisant un autoallumage du carburant à un stade final d'une course de compression. Particulièrement dans le cas où l'état de fonctionnement du moteur est dans une plage de charge intermédiaire à élevée, si le carburant utilisé pour la combustion est injecté et délivré dans les chambres de combustion ensemble, il brûle de manière explosive tout en faisant du bruit. L'injection pilote est réalisée, d'où il résulte que le carburant qui a été délivré avant l'injection principale sert de source de chaleur (ou flamme pilote), qui grandit progressivement dans les chambres de combustion et conduit à une combustion. En conséquence, l'état de combustion du carburant dans les chambres de combustion devient relativement doux et le temps de retard d'allumage est raccourci. Ainsi, un bruit résultant du fonctionnement du moteur est atténué et la quantité de NOx contenue dans les gaz d'échappement est également réduite.
Si la forme d'injection de carburant accompagnée d'une injection pilote est appliquée, la puissance de sortie du
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moteur tend à diminuer par rapport à la quantité de consommation de carburant. Ainsi, la quantité d'injection' de carburant nécessaire en injection principale augmente et la température des gaz d'échappement s'élève. De plus, la quantité des HC et des CO légers qui sont évacués dans le système d'échappement 40 sans brûler complètement dans les chambres de combustion 20 augmente, et les HC et les CO provoquent une réaction exothermique via le catalyseur de NOx. C'est-à-dire que l'exécution d'une injection pilote rend également possible de chauffer le catalyseur de NOx dans le boîtier de catalyseur 42.
[Post-injection]
Le carburant délivré dans les chambres de combustion 20 par la post-injection est reformé en HC légers dans les gaz de combustion et est évacué vers le système d'échappement 40. C'est-à-dire que des HC légers fonctionnant en tant qu'agent réducteur sont ajoutés au système d'échappement 40 par l'intermédiaire de la postinjection de sorte que la concentration en composants réducteurs contenus dans les gaz d'échappement est augmentée. Les composants réducteurs ajoutés au système d'échappement 40 réagissent avec les NOx évacués du catalyseur de NOx et les autres composants oxydants contenus dans les gaz d'échappement via le catalyseur de NOx dans le boîtier de catalyseur 42. La chaleur réactive générée à ce moment élève la température du lit du catalyseur de NOx.
[Description sommaire de la commande EGR]
L'ECU 80 réalise une commande EGR sur la base d'un état de fonctionnement du moteur 1 qui est saisi à partir des signaux de détection des capteurs. Dans le présent mode de réalisation, la commande EGR désigne un traitement d'ajustement du débit d'écoulement des gaz circulant à travers le passage EGR ou du débit des gaz d'échappement mis à recirculer à partir du système d'échappement 40 vers
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le système d'admission 30 en actionnant le clapet à ouverture/fermeture commandée de manière électronique (soupape EGR) 61 disposé dans le passage EGR.
Une quantité d'ouverture cible de la soupape EGR 61 (que l'on appellera par la suite quantité d'ouverture cible) est déterminée au départ en se référant à une carte (non représentée) qui a été établie à l'avance sur la base des états de fonctionnement du moteur 1 tels que la charge, la vitesse et analogues. L'ECU 80 met à jour la quantité d'ouverture cible à des intervalles prédéterminés alors que le moteur 1 est en fonctionnement. L'ECU 80 délivre séquentiellement en sortie un signal de commande à un circuit d'attaque pour la soupape EGR 61 de sorte que la quantité d'ouverture réelle de la soupape EGR 61 coïncide avec la quantité d'ouverture cible mise à jour.
[Combustion à basse température sur la base de la commande EGR]
Si une partie des gaz d'échappement est mise à recirculer vers le système d'admission 30 par l'intermédiaire d'une série de tels traitements, la quantité de composants gazeux inactifs contenue dans le mélange utilisé pour la combustion du moteur est augmentée en fonction de la quantité de gaz d'échappement mis à recirculer. Il s'ensuit que la température de combustion du moteur 1 diminue (le moteur 1 subit ce que l'on appelle une combustion à basse température), et que la quantité de NOx contenue dans les gaz d'échappement est réduite. De plus, pratiquement aucune fumée n'est générée, par exemple, dans l'état dans lequel le rapport EGR (le débit d'écoulement des gaz EGR/ (le débit d'écoulement des gaz EGR + le débit d'écoulement de l'air d'admission) ) se situe au-dessus d'environ 55%.
De plus, la quantité des HC non brûlés (composants réducteurs) contenue dans les gaz d'échappement se trouve augmentée lors de l'exécution d'une combustion à basse
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température. Il en résulte que des HC légers fonctionnant comme composants réducteurs sont ajoutés au système d'échappement 40 et viennent augmenter la concentration en composants réducteurs contenus dans les gaz d'échappement. C'est-à-dire que l'exécution de la commande EGR (combustion à basse température) rend également possible d'obtenir l'effet d'élévation de la température du lit du catalyseur de NOx comme dans le cas de la post-injection.
[Commande d'adjonction de carburant
Du carburant (un agent réducteur) est directement ajouté au système d'échappement 40 par l'intermédiaire de la soupape d'adjonction de carburant 17, ce qui augmente également la concentration en composants réducteurs contenue dans les gaz d'échappement, comme dans le cas de la post-injection. Il en résulte que la température du lit du catalyseur de NOx peut s'élever. Comparé au cas de la post-injection, le carburant qui a été ajouté par la soupape d'adjonction de carburant 17 tend à maintenir un état polymérique plus élevé dans les gaz d'échappement et à être réparti de façon non homogène. Comparé au cas de la post-injection, l'adjonction de carburant au moyen de la soupape d'adjonction de carburant 17 permet à une quantité de carburant plus importante de pouvoir être ajoutée en une seule fois, et permet d'effectuer l'adjonction de carburant à un moment mieux choisi.
[Relation entre la commande d'augmentation de la concentration des composants réducteurs et la commande de chauffage du catalyseur de NOx]
L'injection pilote, la post-injection, la commande EGR (combustion à basse température), et la commande d'adjonction de carburant précédemment mentionnées ont en commun de fonctionner de manière à augmenter la quantité de composants réducteurs contenue dans les gaz d'échappement.
Ainsi, l'une quelconque de ces commandes est réalisée de manière répétée à des intervalles prédéterminés, d'où il
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résulte que les NOx absorbés par le catalyseur de NOx sont évacués et purifiés par réduction, et que la capacité d'absorption des NOx du catalyseur de NOx peut être récupérée.
Comme on l'a également décrit dans la technique apparentée qui précède, il est souhaitable qu'une commande destinée à chauffer le catalyseur de NOx à des intervalles prédéterminés (c'est-à-dire, la commande de chauffage) soit exécutée de façon à supprimer les SOx et analogues qui sont progressivement déposés dans le catalyseur de NOx à mesure que le fonctionnement du moteur 1 se poursuit. Dans la commande destinée à chauffer le catalyseur de NOx à des intervalles prédéterminés, il est approprié que l'une ou l'autre parmi l'injection pilote, la post-injection, la commande EGR (combustion à basse température) et la commande d'adjonction de carburant précédemment mentionnées soit exécutée de manière continue plus longtemps qu'une période requise pour l'évacuation et la purification par réduction des NOx qui ont été absorbés par le catalyseur de NOx.
Il conviendra de noter ici que sensiblement le même fonctionnement et les mêmes effets peuvent être attendus de l'injection pilote, de la post-injection, de la commande EGR (combustion à basse température) et de la commande d'adjonction de carburant précédemment mentionnées en ce que l'une ou l'autre de ces commandes chauffe le catalyseur de NOx dans le boîtier de catalyseur 42. Toutefois, bien que toutes ces commandes de chauffage aient en commun de réaliser l'effet de chauffage du catalyseur de NOx, chacune d'elle exerce une action spécifique sur d'autres paramètres se rapportant à l'état de fonctionnement du moteur 1. Par exemple, l'exécution d'une injection pilote supprime la génération d'un bruit résultant du fonctionnement du moteur 1 et l'exécution d'une combustion à basse température supprime également la génération de fumée. La grandeur
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(l'efficacité) de l'opération de chauffage du catalyseur de NOx effectuée sur la base de chacune des commandes de chauffage varie en fonction de l'état de fonctionnement du moteur 1. Même si l'état de fonctionnement du moteur 1 est le même, la grandeur (l'efficacité) de l'opération de chauffage varie selon les commandes de chauffage. En d'autres termes, la commande fonctionnant le plus efficacement parmi les commandes de chauffage du catalyseur de NOx est variable en fonction de l'état de fonctionnement du moteur 1.
Ainsi, le système de moteur conformément au présent mode de réalisation, sélectionne un modèle de commande optimal correspondant à la condition de fonctionnement du moteur 1 du point de vue de la minimisation de la quantité de consommation de carburant (ou de l'agent réducteur) sur la base de l'exécution des commandes de chauffage, de la suppression de la génération de fumée et de la suppression d'un bruit de combustion généré comme résultat du fonctionnement du moteur, et réalise le modèle de commande optimal ainsi sélectionné. De plus, l'état de combustion du moteur 1 déterminé à partir de la quantité d'injection de carburant Q et de la vitesse du moteur NE est appliqué comme la condition de fonctionnement de référence qui est utilisée comme critère de sélection du modèle de commande optimal.
[Procédures concrètes d'exécution de la commande de chauffage
Des procédures concrètes d'exécution de la commande de chauffage du catalyseur de NOx conformément au présent mode de réalisation au moyen de l'ECU 80 seront décrites dans ce qui suit.
La figure 2 est un organigramme représentant un sousprogramme de commande de chauffage qui est exécuté à des intervalles prédéterminés par l'intermédiaire de l'ECU 80.
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Si l'opération avance jusqu'au présent sous-programme, l'ECU 80 saisit tout d'abord une plage de fonctionnement reflétant un état de combustion courant du moteur 1 à l'étape S101 sur la base d'une vitesse de moteur NE et d'une quantité de carburant (quantité d'injection de carburant Q) individuellement injectée et délivrée aux chambres de combustion 20 par l'intermédiaire des soupapes d'injection de carburant 13. Plus spécifiquement, l'une des quatre plages opérationnelles qui sont compartimentées sur une carte qui a été établie à l'avance de façon à être déterminée à partir de la quantité d'injection de carburant Q et de la vitesse de moteur NE est sélectionnée.
La figure 3 montre un exemple de la façon selon laquelle les plages opérationnelles correspondant aux états de combustion du moteur 1 sont compartimentées à partir d'une relation entre la quantité d'injection de carburant Q et la vitesse du moteur NE sur la carte qui est appliquée à l'étape S101.
Comme cela est représenté sur la figure 3, une plage d'exécution de la commande de chauffage entourée par une ligne en traits pointillés sur la carte est compartimentée en plages (1), (2), (3) et (4). La plage d'application passe, dans l'ordre, de (1) -7 (2) -7 (3) -7 (4) au fur et à mesure que la vitesse du moteur NE augmente ou que la quantité de carburant injecté Q augmente.
Tout d'abord, si l'état de combustion du moteur A appartient à la plage (1), l'ECU 80 réalise une injection pilote ou une combustion à basse température sur la base de la commande EGR. Par exemple, la plage (1) correspond à un état dans lequel le moteur 1 est au ralenti, un état dans lequel un véhicule muni du moteur 1 descend une pente, ou analogues. La température du lit du catalyseur de NOx tend à chuter dans un tel état. Ainsi, si l'état de combustion du moteur 1 se situe dans la plage (1), la commande de chauffage est réalisée non seulement pour éliminer les SOx
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ou analogues déposés dans le catalyseur de NOx, mais des commandes similaires peuvent être réalisées également dans le but de maintenir le catalyseur de NOx dans le boîtier de catalyseur 42 dans un état activé. Plus spécifiquement, si la température de couche du catalyseur de NOx dans le boîtier de catalyseur 42 est estimée être égale ou supérieure à une température prédéterminée (par exemple 250 C) sur la base de l'historique des températures des gaz d'échappement, l'ECU 80 détermine que le catalyseur de NOx est dans un état activé, et maintient la température du lit du catalyseur de NOx à une valeur courante par l'intermédiaire de la combustion à basse température sur la base de la commande EGR. Par ailleurs, si la température du lit du catalyseur de NOx dans le boîtier de catalyseur 42 est estimée inférieure à la température prédéterminée (par exemple 250 C) sur la base de l'historique des températures des gaz d'échappement ou si les SOx déposés dans le catalyseur de NOx doivent être éliminés à ce moment, l'injection pilote est réalisée en tant que commande de chauffage à partir de laquelle un effet de chauffage plus important pour le catalyseur de NOx peut être attendu qu'à partir d'une combustion à basse température. Si un effet de chauffage suffisant pour le catalyseur de NOx ne peut pas être obtenu même en exécutant une injection pilote, il est également approprié qu'une combustion à basse température ou que la commande destinée à ajouter directement du carburant dans le système d'échappement 40 par l'intermédiaire de la soupape d'adjonction de carburant 17 (c'est-à-dire la commande d'adjonction de carburant) soit réalisée en conjonction avec l'injection pilote.
Si l'état de combustion du moteur 1 appartient à la plage (2), la température des gaz d'échappement circulant dans le boîtier de catalyseur 42 tend à devenir basse, à cause d'une relation existant entre la température des gaz de combustion et la vitesse spatiale dans le système
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d'échappement 40. Ainsi, si le catalyseur de NOx a besoin d'être chauffé dans la plage (2), l'injection pilote et la post-injection sont réalisées conjointement. Si un effet de chauffage supplémentaire pour le catalyseur de NOx est nécessaire, il est également approprié qu'une combustion à basse température, ou que la commande destinée à ajouter directement du carburant dans le système d'échappement 40 par l'intermédiaire de la soupape d'adjonction de carburant 17 (c'est-à-dire la commande d'adjonction de carburant), soit réalisée en conjonction avec l'injection pilote ou la post-injection.
Si l'état de combustion du moteur 1 appartient à la plage (3), la température des gaz d'échappement entrant dans le boîtier de catalyseur 42 tend à devenir élevée, également à cause d'une relation existant entre la température des gaz de combustion et la vitesse spatiale dans le système d'échappement 40. Ainsi, si le catalyseur de NOx a besoin d'être chauffé dans la plage (3), l'injection pilote est réalisée seule, sans exécuter de post-injection. Si un effet de chauffage supplémentaire pour le catalyseur de NOx est nécessaire, il est également approprié qu'une combustion à basse température ou que la commande destinée à ajouter directement du carburant dans le système d'échappement 40 par l'intermédiaire de la soupape d'adjonction de carburant 17 (c'est-à-dire la commande d'adjonction de carburant) soit réalisée en conjonction avec l'injection pilote.
Si l'état de combustion du moteur 1 appartient à la plage (4) la quantité de HC non brûlés générée pendant le fonctionnement du moteur 1 tend à augmenter. Si l'injection pilote est réalisée dans une telle condition, la combustion du moteur devient lente, en raison de la propriété de cette forme de l'injection et le moment de l'injection principale est retardé. Ainsi, la quantité de HC non brûlés contenue dans les gaz d'échappement augmente et il est probable que
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de la fumée soit générée. Ainsi, l'exécution de l'injection pilote est interdite dans la plage (4) que le catalyseur de NOx ait ou non besoin d'être chauffé. C'est-à-dire que si le catalyseur de NOx a besoin d'être chauffé, une forme de la commande de chauffage (mode de commande) autre que l'injection pilote est appliquée.
A l'étape S102, l'ECU 80 applique la forme de la commande de chauffage sélectionnée à l'étape S101. Si cela est nécessaire, le catalyseur de NOx dans le boîtier de catalyseur 42 est chauffé.
L'ECU 80 sort temporairement du présent sous-programme après être passée par l'étape S102.
Comme on l'a décrit ci-dessus, conformément au système de moteur du présent mode de réalisation, une forme de commande optimale parmi une pluralité de formes de commande possédant une fonction de chauffage du catalyseur de NOx est sélectionnée et appliquée, à partir du point de vue de la minimisation de la quantité de consommation de carburant (agent réducteur) ou de la suppression de la génération de fumée. Tant que l'on ne détecte pas que les HC et les CO sont délivrés en excès au catalyseur de NOx dans la plage (1) ou que l'on ne détecte pas qu'une génération de fumée soit induite dans la plage (4), le bruit de combustion du moteur 1 est réduit dans une vaste plage de fonctionnement en réalisant l'injection pilote.
C'est-à-dire, que conformément au présent mode de réalisation, l'état de combustion du moteur 1 est indirectement saisi sur la base de certains paramètres destinés à détecter un état de fonctionnement du moteur 1, et une pluralité de plages opérationnelles (4 plages dans le présent mode de réalisation) concernant cet état de combustion sont établies. Un mode de commande utilisé en sélectionnant un outil unique à partir d'une pluralité d'outils de maîtrise qui peuvent être appliqués de manière duplicative (injection pilote, post injection, combustion à
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basse température sur la base de la commande EGR et adjonction de carburant dans le système d'échappement par l'intermédiaire de la soupape d'adjonction de carburant) ou la combinaison d'une pluralité d'outils est réalisé en tant que le mode de commande correspondant à chacune des quatre plages.
Les outils de maîtrise ont en commun de réaliser un effet de chauffage pour le catalyseur de NOx dans un état prédéterminé, mais ils possèdent chacun des propriétés différentes selon le domaine de leur applicabilité, la grandeur de leur effet de chauffage, la quantité de consommation de carburant et la présence d'autres fonctions (par exemple, la réduction d'un bruit de combustion de moteur, la suppression de la fumée et analogues). Ces propriétés différentes entre elles sont déterminées par l'état de combustion du moteur 1.
Ainsi, conformément au présent mode de réalisation, une pluralité de modes de commande conçus en combinant les outils de maîtrise (injection pilote, post injection, combustion à basse température sur la base de la commande EGR et adjonction de carburant dans le système d'échappement par l'intermédiaire de la soupape d'adjonction de carburant) sont sélectivement utilisés parce qu'ils sont appropriés à l'état de combustion du moteur 1, d'où il résulte que les avantages de chacun des outils de maîtrise sont utilisés au mieux et que le catalyseur de NOx peut être chauffé efficacement. De plus, la réduction du bruit de combustion du moteur et la suppression de la fumée sont réalisées également dans une vaste plage opérationnelle.
La carte (figure 3) appliquée au sous-programme de maîtrise précédemment mentionné (figure 2) est conçue pour déterminer un mode de commande destiné à réaliser à la fois le chauffage du catalyseur de NOx, la réduction de la température de combustion du moteur et la suppression de la
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fumée, et à optimiser l'état de fonctionnement du moteur 1 sur la base de la vitesse du moteur NE et d'un paramètre représentatif de la charge du moteur 1. Bien que la quantité d'injection de carburant Q soit appliquée en tant que le paramètre représentatif de la charge du moteur 1 dans le présent mode de réalisation, il est également approprié d'appliquer la quantité d'air d'admission, la température des gaz d'échappement ou analogues. Même si une carte ou une fonction est composée sur la base de l'un des paramètres comprenant la quantité d'injection de carburant Q, la quantité d'air d'admission, la température des gaz d'échappement et la vitesse NE du moteur, un effet similaire à celui du présent mode de réalisation peut être obtenu.
L'adjonction de carburant dans le système d'échappement 40 par l'intermédiaire de la soupape d'adjonction de carburant 17 (c'est-à-dire la commande d'adjonction de carburant) démontre une grande flexibilité du fait qu'elle possède un large champ d'application et qu'elle rend possible de délivrer une grande quantité de carburant chaque fois que du carburant est ajouté.
Toutefois, la commande d'adjonction de carburant n'est pas liée directement à l'état de combustion du moteur 1. Ainsi, même si la commande d'adjonction de carburant est supprimée, une structure de commande destinée à atteindre un effet similaire à celui du sous-programme de commande précédemment mentionné (figure 2) peut être conçue. Dans ce cas, la soupape d'adjonction de carburant 17 et le dispositif et la disposition destinés à alimenter la soupape d'adjonction de carburant 17 en carburant (agent réducteur) peuvent également être retirés du système de moteur.
[deuxième mode de réalisation]
On décrira maintenant, un deuxième mode de réalisation dans lequel un dispositif de maîtrise des émissions
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d'échappement pour un moteur à combustion interne conformément à l'invention est appliqué à un système de moteur diesel. La description du deuxième mode de réalisation portera principalement sur ce qui diffère du premier mode de réalisation précédemment mentionné. La structure de base du système du moteur du deuxième mode de réalisation auquel l'invention est appliquée est sensiblement la même que celle du premier mode de réalisation, avec le boîtier de catalyseur disposé dans le système d'échappement, le catalyseur de NOx incorporé dans le boîtier de catalyseur, l'ECU et la structure électrique à la périphérie de l'ECU (voir figure 1). Ainsi, les composants qui sont de structure et de fonction identiques à ceux du premier mode de réalisation seront représentés par des références numériques identiques, de façon à éviter la répétition de la description.
Par exemple, si la commande de chauffage est réalisée par l'intermédiaire de la commande d'adjonction de carburant, du carburant vaporisé est délivré de manière continue au catalyseur de NOx dans le système d'échappement 40 pendant une période prédéterminée (par exemple, pendant quelques minutes). Si une quantité excessive de carburant vaporisé entre dans le boîtier de catalyseur 42, de la chaleur est enlevée au catalyseur de NOx (par exemple, par l'intermédiaire de la chaleur d'évaporation), de sorte que la température du lit du catalyseur de NOx diminue (un effet de refroidissement est exercé sur le catalyseur de NOx). Ainsi, si la commande d'adjonction de carburant est réalisée de manière continue pendant une période prédéterminée, ou plus longtemps, en tant que commande de chauffage, l'effet de refroidissement est augmenté, ce qui amène non seulement un état inactif du catalyseur de NOx mais également un inconvénient : l'adhésion du carburant vaporisé sur la surface du catalyseur de NOx.
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Dans le système du moteur conformément au deuxième mode de réalisation, si une condition spécifique est remplie pendant l'exécution de la commande de chauffage qui est réalisée par l'intermédiaire de la commande d'adjonction continue de carburant (s'il est déterminé que l'effet de refroidissement exercé sur le catalyseur de NOx est devenu important jusqu'à un certain point), la commande d'adjonction de carburant est temporairement suspendue, la récupération de la condition de température du catalyseur de NOx est attendue et l'exécution de la commande d'adjonction continue de carburant est reprise. Les inventeurs ont confirmé que l'effet de refroidissement du catalyseur de NOx dû à la chaleur de l'évaporation est la plus remarquable sur la face avant du catalyseur de NOx (dans la partie la plus en amont) dans le boîtier de catalyseur 42. Dans le présent mode de réalisation, la structure de la commande est conçue de manière à saisir le niveau de l'effet de refroidissement sur la base de la température de la face avant du catalyseur de NOx.
La figure 4 montre des chronogrammes exemplaires montrant la façon selon laquelle la température de la face avant du catalyseur de NOx incorporé dans le boîtier de catalyseur 42 (graphique supérieur) et un signal de commande délivré en sortie par l'ECU 80 de façon à augmenter la quantité des composants réducteurs contenus dans les gaz d'échappement entrant dans le boîtier de catalyseur 42 (graphique inférieur) changent le long d'un axe de temps. Sur ces dessins, les périodes Tl, T3 correspondent à des périodes pendant lesquelles la commande d'adjonction de carburant est exécutée périodiquement, et une période T2 correspond à une période pendant laquelle la commande de chauffage est exécutée.
Sur la figure 4, les périodes Tl, T2 correspondent à des périodes pendant lesquelles la commande d'adjonction de carburant est exécutée. Alors que la commande d'adjonction
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de carburant est réalisée, l'ECU 80 délivre en sortie un signal de commande (ON) à des intervalles d'une périodicité prédéterminée (à tl, t2, t3, t8,...). En synchronisation avec le signal de commande, une quantité de carburant prédéterminée est ajoutée à une partie en amont du boîtier de catalyseur 42 dans le système d'échappement 40 par l'intermédiaire de la soupape d'adjonction de carburant 17.
La période T2 correspond à une période pendant laquelle la commande de chauffage est exécutée. Alors que la commande de chauffage est exécutée, le carburant est ajouté pratiquement de la même manière que selon la commande d'adjonction de carburant mais sur un cycle plus court (c'est-à-dire avec une fréquence plus élevée), d'où il résulte qu'un plus grand effet de chauffage du catalyseur de NOx dans le boîtier de catalyseur 42 est obtenu, comparé à la commande d'adjonction de carburant.
Par ailleurs, si la commande de chauffage est lancée, une quantité importante de carburant vaporisé entre continuellement dans le boîtier de catalyseur 42, d'où il résulte qu'une température TPCAT de la face avant du catalyseur de NOx chute progressivement (graphique supérieur). Dans le présent mode de réalisation, la température TPCAT de la face avant du catalyseur de NOx chutant progressivement est estimée séquentiellement pendant que la commande de chauffage est exécutée. Si la température estimée chute en-dessous d'une valeur prédéterminée, l'adjonction de carburant est temporairement suspendue (au temps t5). Si la température TPCAT de la face avant du catalyseur de NOx retourne à la valeur prédéterminée (au temps t6), l'adjonction de carburant est reprise. Il conviendra de noter ici que la commande d'adjonction de carburant normale est reprise après l'achèvement de la commande de chauffage (après l'instant t7).
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[Procédures concrètes pour l'exécution d'une commande d'interdiction d'adjonction de carburant
Des procédures concrètes réalisées par l'ECU 80 seront décrites dans ce qui suit en tant que la commande destinée à interdire l'adjonction de carburant dans le système d'échappement 40 par l'intermédiaire de la soupape d'adjonction de carburant 17 dans un état spécifique (c'est-à-dire la commande d'interdiction d'adjonction de carburant) pendant l'exécution de la commande de chauffage du catalyseur de NOx. Il conviendra de noter ici que la commande d'adjonction de carburant et la commande de chauffage sont exécutées sélectivement conformément à un autre sous-programme pendant le fonctionnement du moteur 1, de même que pendant l'exécution du présent sous-programme (se référer également à la figure 4).
La figure 5 est un organigramme représentant un sousprogramme de commande d'interdiction d'adjonction de carburant qui est exécuté à des intervalles prédéterminés par l'intermédiaire de l'ECU 80.
Si l'opération avance jusqu'au présent sous-programme, l'ECU 80 détermine d'abord à l'étape S201 si oui ou non la commande de chauffage est en cours d'exécution. Si la détermination à l'étape S201 délivre un résultat affirmatif, l'opération avance à l'étape S202. Si la détermination à l'étape S201 donne un résultat négatif, l'opération sort temporairement du présent sous-programme.
L'ECU 80 détermine à l'étape S202 si oui ou non un indicateur d'interdiction d'adjonction FI a été établi "INACTIF". L'indicateur d'interdiction d'adjonction FI est conçu pour limiter l'adjonction de carburant dans le passage d'échappement 40 par l'intermédiaire de la soupape d'adjonction de carburant 17. Si l'indicateur FI est établi "ACTIF", l'adjonction de carburant est interdite. C'est-àdire que le résultat affirmatif donné par la détermination à l'étape S202 signifie que la commande de chauffage est en
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cours d'exécution conformément à un autre sous-programme et que du carburant est ajouté de manière continue par l'intermédiaire de la soupape d'adjonction de carburant 17. Si la détermination à l'étape S202 donne un résultat affirmatif, l'ECU 80 passe l'opération à l'étape S203.
A l'étape S203, le traitement reconnaît la température courante des gaz d'échappement et la dernière valeur de la quantité de carburant ajoutée par l'intermédiaire de la soupape d'adjonction de carburant 17 (c'est-à-dire la quantité de carburant ajouté) en tant qu'informations nécessaires pour estimer la température de la face avant du catalyseur de NOx dans le boîtier de catalyseur 42.
A l'étape S204, le traitement estime une quantité non évaporée Qattach de carburant ajouté détectée à l'étape S203 (c'est-à-dire une quantité de carburant restant sur la face avant du catalyseur de NOx) en se référant à une carte ou analogue sur la base d'une température courante des gaz d'échappement. Même si une quantité équivalente de carburant a été ajoutée par l'intermédiaire de la soupape d'adjonction de carburant 17, il est possible de considérer que plus la température des gaz d'échappement en tant que vecteur de transport du carburant ajouté vers le boîtier de catalyseur 42 devient faible, plus le carburant ajouté se liquéfie facilement dans le boîtier de catalyseur 42.
A l'étape S205, une valeur intégrée 2 : Qattach, qui a été obtenue à partir du lancement de la commande de chauffage jusqu'au moment présent comme étant la quantité Qattach de carburant non évaporé, est calculée.
A l'étape S206, il est déterminé si oui ou non la valeur intégrée 2 : Qattach est supérieure à une valeur prédéterminée. Si la détermination à l'étape S206 donne un résultat affirmatif, le traitement estime que le catalyseur de NOx (la face avant) a été refroidi et inactivé par l'adjonction d'une quantité excessive de carburant. Ensuite le traitement consistant à interdire temporairement
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l'adjonction de carburant (c'est-à-dire le traitement d'établissement de l'indicateur d'interdiction d'adjonction F1 "ACT1F") est réalisé (étape S207), et l'opération sort temporairement du présent sous-programme.
Par ailleurs, si la détermination à l'étape S206 donne un résultat négatif, il est estimé que le catalyseur de NOx est maintenu dans un état activé. Dans ce cas, l'ECU 80 se maintient à un état dans lequel l'adjonction de carburant est autorisée (c'est-à-dire un état dans lequel l'indicateur d'interdiction d'adjonction FI a été établi "INACTIF") et sort temporairement du présent sousprogramme.
Par ailleurs, si la détermination de l'étape S202 donne un résultat négatif, c'est-à-dire, si l'indicateur d'interdiction d'adjonction F1 a déjà été établi comme "ACTIF" (si l'adjonction de carburant est interdite) alors que la commande de chauffage est en cours d'exécution à ce moment, l'ECU 80 passe l'opération à l'étape S210 où il est déterminé si oui ou non la température de la face avant du catalyseur de NOx a été récupérée. Par exemple, si un temps prédéterminé s'est écoulé après que l'indicateur d'interdiction d'adjonction FI ait été établi comme "ACTIF", il est possible de déterminer que la température de la face avant du catalyseur de NOx a été récupérée.
Si la détermination à l'étape S210 donne un résultat négatif, l'ECU 80 sort temporairement du présent sousprogramme tout en maintenant l'indicateur d'interdiction d'adjonction F1 "ACTIF". Par ailleurs, si la détermination à l'étape S210 donne un résultat affirmatif, l'ECU 80 désactive l'indicateur d'interdiction d'adjonction FI (étape S211) et sort temporairement du présent sousprogramme.
Comme on l'a décrit ci-dessus, conformément au système de moteur du présent mode de réalisation, une quantité excessive de carburant reste dans le catalyseur de NOx (sur
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la face avant du catalyseur en particulier) pendant l'exécution de la commande de chauffage, d'où il résulte que l'inconvénient d'un catalyseur refroidi et inactivé est éliminé de façon souhaitable.
Ainsi, les SOx et analogues déposés dans le catalyseur de NOx sont efficacement éliminés, d'où il résulte qu'il devient possible de garantir une fonction stable de maîtrise des émissions d'échappement par le catalyseur de NOx sur une longue période.
Dans le présent mode de réalisation, la présence de carburant non évaporé dans le boîtier de catalyseur 42 du système d'échappement 40 est saisie sur la base d'une température des gaz d'échappement et d'une quantité de carburant ajoutée, et une température de la face avant du catalyseur de NOx est indirectement calculée sur la base de la quantité de carburant non évaporé. Au lieu de la construction ainsi décrite, il est également approprié, par exemple, d'adopter une construction dans laquelle un capteur de température est fixé à la face avant du catalyseur de NOx dans le boîtier de catalyseur 42 de façon à directement détecter une température de la face avant du catalyseur de NOx ou à la périphérie du catalyseur de NOx.
Dans le présent mode de réalisation, l'adjonction du carburant et la commande de chauffage sont réalisées en ajoutant du carburant dans le système d'échappement 40 par l'intermédiaire de la soupape d'adjonction de carburant 17.
Toutefois, afin d'atteindre sensiblement le même effet qu'avec ces commandes, il est également approprié de réaliser une post injection, comme on l'a décrit dans le premier mode de réalisation.
Comme on l'a décrit ci-dessus, conformément à un aspect de l'invention, une pluralité de modes de commande conçus en combinant les divers outils de maîtrise (injection secondaire réalisée avant l'injection principale du carburant, injection secondaire réalisée après
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l'injection principale de carburant, ajustement du débit d'écoulement des gaz d'échappement mis à recirculer dans le passage de recirculation des gaz d'échappement, et adjonction de carburant dans le système d'échappement par l'intermédiaire d'un moyen d'adjonction de carburant) sont utilisés sélectivement en fonction de l'état de combustion du moteur 1. En conséquence, les avantages de chacun des outils de maîtrise sont utilisés au mieux et le catalyseur de NOx peut efficacement être chauffé. De plus, la réduction du bruit de combustion du moteur et la suppression de la fumée sont réalisées elles aussi dans une vaste plage opérationnelle.
De plus, conformément à un aspect de l'invention, des quantités excessives de composants réducteurs restent dans le catalyseur de NOx (sur la face avant du catalyseur en particulier), pendant une période de fonctionnement du moyen de commande de chauffage, d'où il résulte que l'inconvénient d'un catalyseur refroidi et inactivé est éliminé de façon souhaitable. Ainsi, les SOx et analogues déposés dans le catalyseur de NOx sont efficacement éliminés, d'où il résulte qu'il devient possible de maintenir une fonction stable de maîtrise des émissions d'échappement du catalyseur de NOx sur une longue période.

Claims (11)

Revendications
1. Dispositif de maîtrise des émissions d'échappement pour un moteur à combustion interne (1) comportant un catalyseur de NOx (42) qui est disposé dans un système d'échappement (40) du moteur à combustion interne (1) et qui possède une propriété consistant à favoriser une réaction de réduction des NOx en réponse à une augmentation d'une concentration en composants réducteurs contenus dans les gaz d'échappement et un moyen d'injection de carburant (13) destiné à directement injecter et délivrer le carburant dans les chambres de combustion (20) du moteur à combustion interne (1), caractérisé en ce qu'il comprend : un moyen de mémorisation (80) destiné à mémoriser une pluralité de modes de commande dans lesquels le catalyseur de NOx est chauffé en commandant une propriété des gaz d'échappement de combustion dans le moteur à combustion interne (1) ; un moyen de reconnaissance (80) destiné à reconnaître une propriété de combustion du moteur à combustion interne (1) sur la base d'un paramètre se rapportant à au moins l'un des paramètres parmi une vitesse de moteur du moteur à combustion interne (1) et une charge de moteur du moteur à combustion interne (1) ; et un moyen de commande (80) destiné à exécuter sélectivement au moins l'un parmi la pluralité des modes de commande sur la base d'une demande de chauffage du catalyseur de NOx et de la propriété de combustion reconnue.
2. Dispositif de maîtrise des émissions d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le paramètre se rapportant à la charge du moteur est une quantité d'injection de carburant dans le moteur à combustion interne (1).
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3. Dispositif de maîtrise des émissions d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le paramètre se rapportant à la charge du moteur est une quantité d'air d'admission dans le moteur à combustion interne (1).
4. Dispositif de maîtrise des émissions d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le paramètre se rapportant à la charge du moteur est une température des gaz d'échappement dans le moteur à combustion interne (1).
5. Dispositif de maîtrise des émissions d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les modes de commande mémorisés comprennent au moins un mode de commande dans lequel le moyen d'injection de carburant réalise une injection de carburant secondaire avant l'injection de carburant principale et un mode de commande dans lequel le moyen d'injection de carburant réalise une injection de carburant secondaire après l'injection de carburant principale.
6. Dispositif de maîtrise des émissions d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que un passage de recirculation des gaz d'échappement (60) à travers lequel les gaz d'échappement sont mis à recirculer à partir d'un emplacement en amont du catalyseur de NOx (42) dans le système d'échappement vers le système d'admission (30) du moteur à combustion interne (1) est de plus prévu, et les modes de commande mémorisés comprennent au moins un mode de commande dans lequel une quantité de gaz inactif dans le système d'admission (30) est augmentée en ajustant
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un débit d'écoulement des gaz d'échappement mis à recirculer à travers le passage de recirculation des gaz d'échappement (60).
7. Dispositif de maîtrise des émissions d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le moyen d'adjonction d'agent réducteur (17) destiné à ajouter un agent réducteur à un emplacement en amont du catalyseur de NOx (42) dans le système d'échappement (40) du moteur à combustion interne (1) est de plus prévu, et les modes de commande mémorisés comprennent un mode de commande dans lequel le moyen d'adjonction d'agent réducteur ajoute un agent réducteur à un emplacement en amont du catalyseur de NOx (42) dans le système d'échappement (40) du moteur à combustion interne (1).
8. Dispositif de maîtrise des émissions d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que si la température du catalyseur de NOx (42) se situe au-dessous d'une valeur prédéterminée après l'écoulement d'un temps prédéterminé suivant l'exécution de l'un des modes de commande, au moins l'un des autres modes de commande est alors réalisé conjointement avec le mode de commande.
9. Dispositif de maîtrise des émissions d'échappement pour un moteur à combustion interne (1) comportant un catalyseur de NOx (42) qui est disposé dans un système d'échappement (40) du moteur à combustion interne (1) et qui possède une propriété consistant à favoriser une réaction de réduction des NOx en réponse à une augmentation d'une concentration en composants réducteurs contenus dans les gaz d'échappement, un moyen d'injection de carburant (13) destiné à injecter directement et à délivrer le
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carburant dans les chambres de combustion du moteur à combustion interne (1), un moyen d'augmentation des composants réducteurs (17) destiné à augmenter une quantité de composants réducteurs contenus dans les gaz d'échappement entrant dans un emplacement en amont du catalyseur de NOx (42) et un moyen de commande de chauffage (80) destiné à chauffer le catalyseur de NOx (42) en actionnant de manière continue le moyen d'augmentation des agents réducteurs (17) pendant une période prédéterminée, caractérisé en ce qu'il comprend : un moyen de reconnaissance de température (80) destiné à reconnaître une température dans une partie d'entrée des gaz d'échappement du catalyseur de NOx (42) ; et un moyen d'interdiction (80) destiné à interdire un fonctionnement continu du moyen d'augmentation des agents réducteur (60) pendant une période prédéterminée sur la base de la température reconnue et de la quantité augmentée des composants réducteurs.
10. Dispositif de maîtrise des émissions d'échappement selon la revendication 9, caractérisé en ce que le moyen d'interdiction (80) interdit le fonctionnement continu du moyen d'augmentation des agents réducteurs (17) pendant une période prédéterminée d'une manière telle que la température reconnue correspondant à la température du catalyseur de NOx (42) ne chute pas audessous d'une température prédéterminée lorsque la température du catalyseur de NOx (42) chute en raison d'une quantité excessive de composants réducteurs délivrée à partir du moyen d'augmentation des composants réducteurs (17) dans un emplacement en amont du catalyseur de NOx (42).
11. Dispositif de maîtrise des émissions d'échappement selon la revendication 10, caractérisé en ce que
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le moyen de reconnaissance de température est un capteur de température.
FR0212976A 2001-10-19 2002-10-18 Dispositif de maitrise pour les emissions d'echappement pour un moteur a combustion interne Expired - Fee Related FR2831208B1 (fr)

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JP2001321982A JP3815289B2 (ja) 2001-10-19 2001-10-19 内燃機関の排気浄化装置

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