FR2904361A1 - Dispositif de vaporisation de carburant dans une ligne d'echappement de moteur thermique - Google Patents

Dispositif de vaporisation de carburant dans une ligne d'echappement de moteur thermique Download PDF

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Abstract

Dispositif de vaporisation de carburant dans une ligne d'échappement de moteur à rampe commune d'injection sous pression comprenant un vaporiseur (9) alimenté en carburant, dont la sortie de vapeur (14) débouche dans la ligne d'échappement (2) du moteur, caractérisé en ce que le carburant est prélevé sur un secteur pressurisé (8) du circuit d'injection de carburant du moteur, et en ce qu'il entre en contact à l'état liquide pulvérisé, avec un élément chauffant (14) du vaporiseur (9).

Description

- 1 - DISPOSITIF DE VAPORISATION DE CARBURANT DANS UNE LIGNE D'ECHAPPEMENT
DE MOTEUR THERMIQUE L'invention se situe dans le domaine de la dépollution des moteurs thermiques à combustion interne équipant les véhicules routiers, notamment les moteurs Diesel. Plus précisément, cette invention concerne un dispositif de vaporisation de carburant dans une ligne d'échappement de moteur à rampe commune d'injection sous pression, comprenant un vaporiseur alimenté en carburant, dont la sortie de vapeur débouche dans la ligne d'échappement du moteur. Un tel dispositif permet notamment de vaporiser du 15 carburant dans une ligne d'échappement de moteur thermique avec ou sans filtre à particules (FàP). L'invention vise en particulier à améliorer la régénération des filtres à particules par l'apport de réducteurs dans la ligne d'échappement, et trouve une 20 application possible sur tout véhicule équipé d'un système posttraitement Diesel FàP ou NOx-trap. Les filtres à particules sont généralement précédés ou associés à un catalyseur, permettant d'oxyder les réducteurs, tels que HC et CO présents dans les gaz 25 d'échappement. L'initialisation et le maintien de la régénération du filtre, s'obtiennent en élevant la température interne de celui-ci. Afin d'obtenir la chaleur nécessaire, il est possible d'utiliser le catalyseur généralement placé en 30 amont du FàP pour réduire les hydrocarbures et le monoxyde d'azote. Une première méthode pour déclencher ou faciliter la régénération des filtres à particules, consiste à faire des injections tardives de carburant dans le cylindre. Le 2904361 - 2 - carburant injecté tardivement ne brûle pas dans le cylindre, mais est oxydé dans le catalyseur, et cette réaction exothermique favorise la régénération du FàP. Toutefois, une partie du carburant injecté 5 tardivement se mélange à l'huile sur les fûts des cylindres, et provoque une dilution importante du gasoil dans l'huile, avec un effet très néfaste sur la fiabilité du moteur. Pour éviter cet inconvénient, une deuxième méthode 10 consiste à placer un injecteur de carburant dans la ligne d'échappement, et à injecter du carburant liquide dans la ligne d'échappement en amont du catalyseur d'oxydation, pour obtenir la même réaction exothermique qu'avec les injections tardives.
Le carburant injecté à l'échappement se vaporise, et est entraîné par les gaz d'échappement vers le catalyseur d'oxydation, tout en se mélangeant à ces derniers : plus le mélange du carburant dans les gaz d'échappement est homogène avant l'entrée du catalyseur, plus la réaction d'oxydation au sein de celui-ci est homogène, et plus la température des gaz en entrée du filtre est homogène. En pratique, l'injection de carburant liquide dans la ligne d'échappement, se traduit par la création d'un film sur la paroi de celle-ci. Le carburant se vaporise ensuite en raison de la température des gaz. Mais la distance entre la zone de vaporisation et l'entrée du catalyseur est parfois insuffisante pour avoir un mélange homogène à l'entrée du catalyseur, notamment en raison de l'agitation des gaz d'échappement.
On a ainsi pu mettre en évidence, par simulation, des zones de plus forte richesse se propageant le long de la ligne d'échappement. De telles zones, plus riches en carburant, provoquent localement des températures plus élevées dans le catalyseur, qui peuvent entraîner une usure prématurée de celui-ci.
2904361 3 Une troisième méthode, illustrée par la publication EP 1 643 092 consiste à introduire le carburant sous forme de vapeur dans la ligne d'échappement, afin d'améliorer son mélange avec les gaz. Selon cette publication, le carburant 5 est chauffé jusqu'à sa température de vaporisation, avant son introduction dans les gaz d'échappement. Le système de vaporisation de carburant comprend une pompe hydraulique prélevant du carburant liquide dans le réservoir de carburant du véhicule, et une bougie de chauffage 10 électrique, assurant la vaporisation du carburant, avant son introduction dans la ligne d'échappement. La présente invention vise à simplifier un tel système, notamment en supprimant sa pompe hydraulique. Dans ce but, elle propose que le carburant soit 15 prélevé sur un secteur pressurisé du circuit d'injection de carburant du moteur, et qu'il entre en contact à l'état liquide pulvérisé, avec un élément chauffant du vaporiseur. Selon un mode de réalisation de l'invention, le vaporiseur est alimenté à partir de la pompe d'injection 20 commune du moteur, de préférence, par un étage basse pression de celle-ci. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation non limitatif 25 de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est un schéma d'ensemble du dispositif proposé, et - la figure 2 illustre un mode de réalisation non 30 limitatif du vaporiseur utilisé. Sur la figure 1, on a représenté un système de vaporisation de carburant 1, dans la ligne d'échappement 2 d'un véhicule, équipé d'un moteur à injection haute pression par rampe commune dite common rail (non 35 représenté). La pompe d'injection 3 alimentant la rampe 2904361 - 4 - commune comprend un étage haute pression 4 (pompe HP) et un étage basse pression 6 (pompe BP). Une ligne d'alimentation 7, connectée à la pompe 3 par un connecteur avec ajutage 8 relie celle-ci à un vaporiseur 9 (détaillé sur la figure 2) 5 qui débouche dans la ligne d'échappement 2 par une canule de sortie 10. La figure 1 fait également apparaître une électrovanne 12 assurant le contrôle de l'alimentation en carburant d'un l'injecteur carburant 11 dans le vaporiseur 9. L'électrovanne 12 est une électrovanne de coupure 10 (sûreté de fonctionnement) et pas de dosage, cette dernière fonction étant intégrée dans l'injecteur 11. La figure 2 montre un exemple non limitatif d'implantation de l'injecteur 11 sur le boîtier 12 du vaporiseur 9. L'injecteur 11 est alimenté par la ligne 7 de 15 la figure 1, issue de la sortie passe pression de la pompe 3. Le carburant projeté sous forme pulvérisée dans la chambre de vaporisation 16, rencontre l'élément chauffant 14. Le jet de carburant a de préférence une forme conique. La bougie a une température superficielle suffisamment 20 élevée pour vaporiser le carburant. Elle est alimentée par exemple par une tension de 12 Volt pilotée, et est enclenchée lors des phases de régénération du FàP. La quantité de carburant injectée est pilotée en boucle fermée, pour atteindre une cible de température en entrée 25 du FàP. Le carburant vaporisé est introduit par la canule de sortie 16 du boîtier 11 dans la ligne d'échappement 2, où il se mélange rapidement aux gaz d'échappement. L'injecteur 11 peut être de type quelconque, par exemple un injecteur du type utilisé sur les moteurs 30 essence à injection directe, ou de type particulier. Une bougie de préchauffage de moteur Diesel convient pour vaporiser le carburant dans le vaporiseur 9, mais sans sortir du cadre de l'invention, on peut utiliser d'autres types d'éléments chauffants 12 de technologie moins 2904361 - 5 - coûteuse, car le niveau de température souhaité est relativement peu élevé. Enfin, le boîtier 12 et la canule 10 du vaporiseur, peuvent être réalisés en mécano-soudure. En résumé, l'invention prévoit d'intégrer les 5 fonctions de dosage et de vaporisation du carburant dans un même composant, tel que le vaporiseur décrit ci-dessus. La solution préférée consistant à utiliser un injecteur de type essence pour amener le carburant sur la bougie, comporte de nombreux avantages. Tout d'abord, l'injecteur 10 peut fonctionner avec des niveaux de pression suffisamment élevés (de l'ordre de sept bar) et peut utiliser le fuel issu de l'étage basse pression de la pompe common rail . De plus, c'est lui qui assure le dosage du carburant, sans autre élément doseur sur la ligne d'alimentation du 15 vaporiseur. Enfin, l'arrivée du carburant sous forme pulvérisée sur la surface de la bougie, permet d'abaisser la température de surface de celle-ci, ce qui permet de réduire sa consommation électrique ou utiliser des bougies 20 moins coûteuses que les bougies de préchauffage Diesel.

Claims (10)

REVENDICATIONS
1. Dispositif de vaporisation de carburant dans une ligne d'échappement de moteur à rampe commune d'injection sous pression comprenant un vaporiseur (9) alimenté en carburant, dont la sortie de vapeur (14) débouche dans la ligne d'échappement (2) du moteur, caractérisé en ce que le carburant est prélevé sur un secteur pressurisé (8) du circuit d'injection de carburant du moteur, et en ce qu'il entre en contact à l'état liquide pulvérisé, avec un élément chauffant (14) du vaporiseur (9).
2. Dispositif de vaporisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le vaporiseur (11) est alimenté à partir de la pompe d'injection commune (7) du moteur.
3. Dispositif de vaporisation selon la revendication 2, caractérisé en ce que le vaporiseur (9) est alimenté par un étage basse pression de la pompe d'injection commune (8) du moteur.
4. Dispositif de vaporisation selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le carburant est pulvérisé dans la chambre de vaporisation (16) du vaporiseur (9) par un injecteur de carburant (11).
5. Dispositif de vaporisation selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'alimentation de l'injecteur (11) est contrôlée par une électrovanne de coupure(12).
6. Dispositif de vaporisation selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que l'injecteur (11) pulvérise directement le carburant sur l'élément chauffant (14) du vaporiseur (9).
7. Dispositif de vaporisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément chauffant (14) est activé lors des phases de régénération 2904361 7 d'un filtre à particules, disposé dans la ligne d'échappement du moteur.
8. Dispositif de vaporisation selon l'une des revendication 4 à 7, caractérisé en ce que la quantité de 5 carburant injectée dans la chambre de vaporisation (16) est ajustée en boucle fermée pour atteindre la température souhaitée à l'entrée du filtre à particules.
9. Dispositif de vaporisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le 10 carburant vaporisé est introduit dans la ligne d'échappement (2) par une canule de sortie (10) du vaporiseur (9).
10 Dispositif de vaporisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément 15 chauffant (14) est une bougie du type de préchauffage des moteurs Diesel.
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