FR2829181A1 - Dispositif et procede de purification de gaz d'echappement pour un moteur a combustion interne - Google Patents

Dispositif et procede de purification de gaz d'echappement pour un moteur a combustion interne Download PDF

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Abstract

Un dispositif de purification de gaz d'échappement de l'invention comprend un absorbant des NOx qui absorbe les NOx contenus dans le gaz d'échappement lorsque le gaz d'échappement s'écoulant dans l'absorbant des NOx présente un rapport air-carburant pauvre, et qui refoule les NOx absorbés lorsque le gaz d'échappement s'écoulant dans l'absorbant des NOx devient stoechiométrique ou riche, et un moyen de commande de récupération d'un empoisonnement au soufre destiné à exécuter une commande de réchauffage (S103) et une commande de récupération d'un empoisonnement au soufre (S106) de l'absorbant des NOx. Du fait que le moyen de commande de récupération d'un empoisonnement au soufre réduit le rapport air-carburant du gaz d'échappement et refoule ainsi l'oxygène (O2) occlus par l'absorbant des NOx en exécutant la commande de réchauffage (S103) avant de démarrer la commande de récupération d'un empoisonnement au soufre (S106) de l'absorbant des NOx, le stockage de O2 empêche la commande de récupération d'un empoisonnement au soufre d'être retardée.

Description

<Desc/Clms Page number 1>
DISPOSITIF ET PROCEDE DE PURIFICATION DE GAZ D'ECHAPPEMENT POUR
UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE
ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION 1. Domaine de l'invention
L'invention se rapporte à un dispositif de purification de gaz d'échappement et à un procédé de purification de gaz d'échappement pour un moteur à combustion interne, plus particulièrement, à un dispositif de purification de gaz d'échappement et à un procédé de purification de gaz d'échappement qui sont capables de récupérer un absorbant des NOx à partir d'un empoisonnement au soufre en un temps court.
2. Description de la technique apparentée
Dans un moteur à combustion interne installé dans une automobile ou autre, en particulier dans un moteur diesel ou un moteur à essence à mélange pauvre dans lequel un mélange contenant une quantité en excès d'oxygène (un mélange présentant ce que l'on appelle un rapport air-carburant pauvre) peut brûler, l'arrivée d'une technologie de purification des oxydes d'azote (NOx) contenus dans le gaz d'échappement dans le moteur à combustion interne est attendue.
Une technologie dans laquelle un absorbant des NOx est disposé dans un système d'échappement de moteur à combustion interne a été proposée en vue de satisfaire une telle demande.
Un catalyseur des NOx du type occlusion/réduction est connu en tant que premier type de l'absorbant des NOx. Le catalyseur des NOx de type occlusion/réduction absorbe les oxydes d'azote (NOx) contenus dans le gaz d'échappement lorsque le gaz d'échappement s'écoulant dans le catalyseur présente une concentration élevée en oxygène, et refoule les oxydes d'azote absorbés (NOx) et les réduit en azote (N2) lorsque le gaz d'échappement s'écoulant dans le catalyseur présente une concentration réduite en oxygène en présence d'un agent réducteur.
Dans le cas où le catalyseur des NOx de type occlusion/réduction est disposé dans le système d'échappement du moteur à combustion interne, les oxydes d'azote (NOx) contenus dans le gaz d'échappement sont absorbés par le catalyseur des NOx de type occlusion/réduction lorsque le gaz d'échappement présente un rapport air-carburant élevé durant un fonctionnement en mélange pauvre du moteur à combustion interne, et les oxydes
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d'azote (NOx) absorbés par le catalyseur des NOx de type occlusion/réduction sont refoulés et réduits en azote (N2) lorsque le gaz d'échappement s'écoulant dans le catalyseur des NOx de type occlusion/réduction présente un rapport air-carburant réduit.
On doit noter ici que les oxydes de soufre (SOx), qui sont produits par l'intermédiaire de la combustion du soufre contenu dans le carburant, sont également absorbés par le catalyseur des NOx de type occlusion/réduction conformément au même mécanisme que dans le cas des NOx. Les oxydes de soufre (SOx) ne sont pas refoulés lorsque les oxydes d'azote (NOx) sont habituellement refoulés et réduits. Ainsi, si une quantité prédéterminée d'oxydes de soufre (SOx) ou plus est accumulée, le catalyseur des NOx devient saturé et incapable d'absorber les NOx. Ce phénomène, qui est appelé empoisonnement au soufre (empoisonnement par les SOx), provoque une diminution du taux de purification des NOx. Pour cette raison, un traitement de récupération d'un empoisonnement en vue de récupérer le catalyseur des NOx à partir d'un empoisonnement aux SOx doit être exécuté à un moment approprié. Ce traitement de récupération d'un empoisonnement est exécuté en permettant que le gaz d'échappement présentant une concentration réduite en oxygène s'écoule au travers du catalyseur des NOx tandis que le catalyseur des NOx est maintenu à une température élevée (par exemple, 600 à 650 C).
Cependant, le gaz d'échappement est au-dessous de la température mentionnée précédemment durant le fonctionnement en mélange pauvre. Ainsi, lorsque le moteur se trouve dans un état fonctionnel normal, il est difficile d'élever la température du lit du catalyseur des NOx à une température requise pour la récupération d'un empoisonnement au soufre. Dans un tel cas, il est possible de réduire la concentration en oxygène du gaz d'échappement tout en élevant la température du catalyseur mentionné précédemment en ajoutant du carburant au passage d'échappement.
En tant que procédé d'élévation de la température du - catalyseur des NOx, un dispositif de purification de gaz d'échappement pour un moteur à combustion interne décrit dans la publication de brevet NO 2 845 056 a été proposé. Le dispositif de purification de gaz d'échappement pour le moteur à combustion
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interne décrit dans cette publication détermine la quantité d'ajout d'un agent réducteur selon la quantité de l'agent réducteur consommée par l'intermédiaire d'une réaction avec l'oxygène contenu dans le gaz d'échappement dans un catalyseur des NOx de type occlusion/réduction et selon la quantité de l'agent réducteur requise pour la réduction des oxydes d'azote (NOx) absorbés par le catalyseur. des NOx de type occlusion/réduction. Ce dispositif de purification de gaz d'échappement empêche ainsi l'agent réducteur d'être fourni de manière excessive ou insuffisante et vise à empêcher que les propriétés d'émission d'échappement ne soient dégradées par le refoulement de l'agent réducteur ou des oxydes d'azote (NOx) dans l'atmosphère.
Comme décrit ci-dessus, la récupération d'un empoisonnement au soufre est exécutée avec la concentration en oxygène de gaz d'échappement réduite. Cependant, si l'agent réducteur est ajouté durant un fonctionnement à charge élevée du moteur à combustion interne, l'agent réducteur brûle dans le catalyseur des NOx de type occlusion/réduction. Il en résulte que la température du catalyseur des NOx de type occlusion/réduction s'élève. De ce fait, une dégradation thermique du catalyseur des NOx de type occlusion/réduction peut être provoquée. Par conséquent, il est préférable que la récupération d'un empoisonnement au soufre soit exécutée pendant que le moteur à combustion interne se trouve dans une plage de faible charge.
Par ailleurs, le catalyseur des NOx de type occlusion/réduction absorbe l'oxygène (02) contenu dans le gaz d'échappement en même temps que les NOx et accumule l'oxygène (02) dans celui-ci. En d'autres termes, le catalyseur des NOx de type occlusion/réduction présente ce que l'on appelle des performances de stockage de 02. Ainsi, le catalyseur des NOx de type occlusion/réduction absorbe les NOx et occlut l'oxygène (02) lorsque le moteur à combustion interne est en fonctionnement, le gaz d'échappement présentant un rapport air-carburant pauvre.
Même si le catalyseur des NOx a été chauffé jusqu'à une température prédéterminée et que le rapport air-carburant du gaz d'échappement s'écoulant dans le catalyseur des NOx a été ajusté vers le côté riche dans le but d'une régénération à partir d'un empoisonnement au soufre, la récupération d'un empoisonnement au soufre ne démarre pas immédiatement. C'est-à-dire que, comme
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représenté sur la figure 8, si le gaz d'échappement présentant un rapport air-carburant riche s'écoule dans le catalyseur des "NOx, l'oxygène (Oz) occlus est ainsi refoulé dans le gaz d'échappement pendant quelques instants. Ainsi, le rapport air- carburant du gaz d'échappement reste près du rapport air- carburant stoechiométrique au lieu de devenir immédiatement riche. Le rapport air-carburant se déplace vers le côté riche après que le refoulement de l'oxygène (02) a été achevé. Par conséquent, le refoulement des oxydes de soufre (SOx) contenus dans le catalyseur des NOx n'est pas démarré non plus jusqu'à ce que le rapport air-carburant devienne riche.
Dans le cas où une commande de réchauffage est démarrée dès que le moteur entre dans un état de faible charge et où une pointe de mélange riche en vue d'ajouter du carburant au passage d'échappement est exécutée afin de rendre riche le rapport air- carburant du gaz d'échappement après que le catalyseur des NOx de type occlusion/réduction a été monté en température, aucun problème ne se pose tant que le refoulement de soufre, à savoir, la régénération à partir d'un empoisonnement au soufre a lieu pendant une période suffisamment longue. Cependant, l'état de faible charge ne dure pas longtemps dans certaines circonstances de conduite, et le temps pour la régénération à partir d'un empoisonnement au soufre peut devenir court de façon répétée.
Dans un tel cas, le stockage de C mentionné précédemment rend impossible la régénération du catalyseur des NOx à partir d'un empoisonnement au soufre. Il en résulte que le catalyseur des
NOx peut devenir incapable d'absorber les NOx et provoque une insuffisance des performances de purification du gaz d'échappement.
RESUME DE L'INVENTION
L'invention a été réalisée au vu des problèmes mentionnés précédemment. C'est un but de l'invention de réaliser une technologie capable d'augmenter le nombre d'opportunités pour lesquelles une commande de récupération d'un empoisonnement au soufre d'un catalyseur des NOx peut être exécutée et empêchant - le catalyseur des NOx d'être dégradé par un empoisonnement au soufre.
De manière à atteindre le but mentionné précédemment, un dispositif de purification de gaz d'échappement pour un moteur à
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combustion interne conforme à l'invention a adopté les moyens suivants. C'est-à-dire que le dispositif de purification de gaz d'échappement comprend un absorbant des NOx qui absorbe les NOx contenus dans le gaz d'échappement lorsque le gaz d'échappement s'écoulant dans l'absorbant des NOx présente un rapport air-carburant pauvre, et qui refoule les NOx absorbés lorsque le gaz d'échappement s'écoulant dans l'absorbant des NOx devient stoechiométrique ou riche, et des moyens de commande de récupération d'un empoisonnement au soufre destinés à exécuter une commande de réchauffage et une commande de récupération d'un empoisonnement au soufre de l'absorbant des NOx. Ce dispositif de purification de gaz d'échappement est caractérisé en ce que les moyens de commande de récupération d'un empoisonnement au soufre réduisent le rapport air-carburant du gaz d'échappement et refoulent ainsi l'oxygène occlus par l'absorbant des NOx en exécutant la commande de réchauffage avant le démarrage de la commande de récupération d'un empoisonnement au soufre de l'absorbant des NOx.
L'invention réalise également un procédé de purification de gaz d'échappement pour un dispositif de purification de gaz d'échappement pour un moteur à combustion interne équipé d'un absorbant des NOx qui absorbe les NOx contenus dans le gaz d'échappement lorsque le gaz d'échappement s'écoulant dans l'absorbant des NOx présente un rapport air-carburant pauvre, et qui refoule les NOx absorbés lorsque le gaz d'échappement s'écoulant dans l'absorbant des NOx devient stoechiométrique ou riche. Ce procédé comprend les étapes suivantes.
Ces étapes comprennent l'étape d'exécution d'une commande de réchauffage dans laquelle la température de l'absorbant des NOx est élevée en réduisant le rapport air-carburant du gaz d'échappement et en refoulant ainsi l'oxygène occlus par l'absorbant des NOx, et l'étape d'exécution de la commande de récupération d'un empoisonnement au soufre après la commande de réchauffage.
La caractéristique de l'invention est que le temps requis pour le refoulement du soufre durant la commande de récupération d'un empoisonnement au soufre est raccourci en réduisant le rapport air-carburant et en refoulant ainsi l'oxygène (02) occlus par l'absorbant des NOx à l'avance lorsque la commande de réchauffage est exécutée avant que la commande de récupération
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d'un empoisonnement au soufre de l'absorbant des NOx ne soit démarrée. La période pendant laquelle la commande de réchauffage est exécutée comme mentionné ici comprend une période pendant laquelle la commande de réchauffage est exécutée et une période pendant laquelle la commande de récupération d'un empoisonnement au soufre est sur le point d'être démarrée immédiatement après que la commande de réchauffage a été achevée.
Dans le dispositif de purification de gaz d'échappement et le procédé de purification de gaz d'échappement pour le moteur à combustion interne comme décrit ci-dessus, le rapport air- carburant est rendu riche dès que la récupération d'un empoisonnement au soufre devient possible, de sorte que l'absorbant des NOx commence à refouler le soufre immédiatement.
Ceci peut être exécuté en ajoutant du carburant pour le moteur à combustion interne au système d'échappement. Dans ce cas, bien que du carburant soit ajouté au système d'échappement afin d'exécuter la commande de récupération d'un empoisonnement au soufre, il est possible de pratiquement éliminer la période pendant laquelle le rapport air-carburant ne réussit pas à devenir riche, au moyen de l'oxygène (02) refoulé depuis l'absorbant des NOx. Par conséquent, l'absorbant des NOx peut être récupéré à partir d'un empoisonnement au soufre en un temps court. En outre, du fait que l'absorbant des NOx peut être récupéré à partir d'un empoisonnement au soufre en un temps court, le nombre d'opportunités pour lesquelles la commande de récupération d'un empoisonnement au soufre peut être exécutée, est considérablement augmenté. Ainsi, le degré d'empoisonnement au soufre est réduit, d'où il résulte que l'absorbant des NOx peut être empêché d'être dégradé par un empoisonnement au soufre.
Conformément à un autre aspect de l'invention, il est également préférable que la commande de réchauffage soit exécutée en ajoutant du carburant pour le moteur à combustion interne au système d'échappement. Dans ce cas, il est également préférable que la commande de réchauffage soit exécutée par l'intermédiaire d'une commande de pointe de mélange riche dans laquelle la concentration en oxygène du gaz d'échappement est réduite de façon répétée d'une manière en pointes.
Conformément à un autre aspect de l'invention, il est également approprié que le dispositif de purification de gaz
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d'échappement pour le moteur à combustion interne soit muni d'un filtre capable de capturer temporairement des matières particulaires contenues dans le gaz d'échappement, et que l'absorbant des NOx soit supporté sur le filtre.
La commande de réchauffage mentionnée précédemment peut être exécutée, par exemple, en retardant l'instant d'injection de carburant dans chacune des chambres de combustion du moteur à combustion interne à un instant correspondant au point mort haut de compression ou plus tard, ou en exécutant une injection secondaire au cours d'une course de détente ou d'échappement en plus de l'injection primaire. Cependant, comme décrit ci-dessus, il est également efficace d'exécuter la commande de réchauffage grâce à ce que l'on appelle une commande de pointe de mélange riche dans laquelle du carburant est injecté dans le passage d'échappement et dans laquelle la concentration en oxygène du gaz d'échappement est réduite sur un cycle court d'une manière en pointes (en un temps court). Par exemple, cette commande de
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pointe de mélange riche peut être exécutée une pluralité de fois . durant la commande de réchauffage. La température du gaz d'échappement s'élève en raison de la commande de pointe de mélange riche et de la commande de réchauffage, grâce à quoi il devient possible d'élever la température de l'absorbant des NOx ou du filtre sur lequel l'absorbant des NOx est supporté. L'oxygène absorbé par l'absorbant de 02 peut être presque entièrement refoulé. De ce fait, les oxydes de soufre absorbés par l'absorbant des NOx peuvent être rapidement refoulés durant la commande de récupération d'un empoisonnement au soufre qui est exécutée ensuite.
Conformément à un autre aspect de l'invention, la commande de récupération d'un empoisonnement au soufre est exécutée en ajoutant du carburant pour le moteur à combustion interne au système d'échappement lorsque le moteur à combustion interne est en fonctionnement à faible charge.
Dans le dispositif de purification de gaz d'échappement ainsi conçu pour le moteur à combustion interne, une commande de récupération d'un empoisonnement au soufre en vue de refouler les oxydes de soufre (SOx) absorbés par l'absorbant des NOx et accumulés dans celui-ci, est exécutée lorsque le moteur à combustion interne se trouve en fonctionnement à faible charge.
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Ainsi, la température de l'absorbant des NOx peut être empêchée de s'élever de façon excessive.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Les buts, caractéristiques, avantages, signification technique et industrielle de cette invention seront mieux compris en lisant la description détaillée suivante d'un mode de réalisation d'exemple de l'invention, lorsqu'elle est examinée en liaison avec les dessins annexés.
La figure 1 est une vue simplifiée de structure d'un moteur qui comporte des systèmes d'admission et d'échappement et auquel le dispositif de purification de gaz d'échappement pour un moteur à combustion interne conforme au mode de réalisation de l'invention est appliqué.
La figure 2A représente une vue en coupe transversale du filtre à particules qui est appliqué au dispositif de purification de gaz d'échappement pour le moteur à combustion interne conforme au mode de réalisation.
La figure 2B est une vue en coupe longitudinale du filtre à particules qui est représenté sur la figure 2A.
La figure 3 est un schéma synoptique représentant la structure interne d'une unité de commande électronique ECU qui est appliquée au dispositif de purification de gaz d'échappement pour le moteur à combustion interne conforme au mode de réalisation.
La figure 4 représente l'effet de stockage de Os durant un passage d'un rapport air-carburant riche du gaz d'échappement à un rapport air-carburant pauvre du gaz d'échappement dans une commande de récupération d'empoisonnement au soufre.
La figure 5 représente la manière selon laquelle le rapport air-carburant du gaz d'échappement change dans le cas où une pointe de mélange riche est exécutée préalablement à la commande de récupération d'un empoisonnement au soufre.
La figure 6 représente la manière selon laquelle l'exécution de la pointe de mélange riche provoque le refoulement de l'oxygène occlus et une réduction du temps de stockage de 02.
La figure 7 représente la manière selon laquelle le rapport air-carburant change et lorsque le soufre est refoulé dans le cas où une pointe de mélange riche est exécutée à l'avance durant une commande de réchauffage.
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La figure 8 représente la manière selon laquelle le rapport air-carburant change et lorsque le soufre est refoulé dans le cas d'une commande de réchauffage conforme à la technique antérieure.
La figure 9 est un organigramme destiné à exécuter la commande de réchauffage conforme au mode de réalisation de l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DU MODE DE REALISATION D'EXEMPLE
Dans la description qui suit et dans les dessins annexés, l'invention sera décrite plus en détail en termes du mode de réalisation d'exemple.
Un mode de réalisation concret d'un dispositif de purification de gaz d'échappement pour un moteur à combustion interne conforme à l'invention sera décrit ci-après en faisant référence aux dessins. La description suivante traite d'un cas d'exemple où le dispositif de purification de gaz d'échappement pour le moteur à combustion interne conforme à l'invention est appliqué à un moteur diesel destiné à entraîner un véhicule.
La figure 1 est une vue simplifiée de structure d'un moteur 1 qui comporte des systèmes d'admission et d'échappement et auquel le dispositif de purification de gaz d'échappement conforme à ce mode de réalisation est appliqué.
Le moteur 1 représenté sur la figure 1 est un moteur diesel à quatre temps refroidi par eau comportant quatre cylindres 2.
Le moteur 1 comporte des soupapes d'injection de carburant 3, dont chacune injecte du carburant directement dans une chambre de combustion d'un cylindre correspondant parmi les cylindres 2. Chacune des soupapes d'injection de carburant 3 est reliée à un accumulateur (rampe commune) 4 destinée à accumuler le carburant jusqu'à ce qu'une pression prédéterminée soit atteinte. La rampe commune 4 est équipée d'un capteur de pression de rampe commune 4a destiné à fournir en sortie un signal électrique correspondant à une pression de carburant dans la rampe commune 4.
La rampe commune 4 communique avec une pompe de carburant 6 par l'intermédiaire d'une tubulure d'alimentation en carburant 5. La pompe de carburant 6 fonctionne en utilisant un couple de rotation d'un arbre de sortie (vilebrequin) du moteur 1 en tant que source d'entraînement. Une poulie de pompe 6a fixée à un
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arbre d'entrée de la pompe de carburant 6 est reliée à une poulie de vilebrequin la fixée à l'arbre de sortie (vilebrequin) du moteur 1 par l'intermédiaire d'une courroie 7.,, "'0"'". "
Dans le système d'injection de carburant ainsi conçu, si un couple de rotation de vilebrequin est transmis à l'arbre d'entrée de la pompe de carburant 6, la pompe de carburant 6 refoule du carburant à une pression correspondant au couple de rotation transmis depuis le vilebrequin à l'arbre d'entrée de la pompe de carburant 6.
Le carburant refoulé depuis la pompe de carburant 6 est fourni à la rampe commune 4 par l'intermédiaire de la tubulure d'alimentation en carburant 5, est accumulé dans la rampe commune 4 jusqu'à ce que la pression prédéterminée soit atteinte, et est distribué vers les soupapes d'injection de carburant 3 dans les cylindres 2. Si un courant d'attaque est appliqué aux soupapes d'injection de carburant 3, les soupapes d'injection de carburant 3 sont ouvertes. Il en résulte que du carburant est injecté depuis chacune des soupapes d'injection de carburant 3 dans un cylindre correspondant parmi les cylindres 2.
Une tubulure d'embranchement d'admission 8 est raccordée au moteur 1. Chaque branche de la tubulure d'embranchement d'admission 8 communique avec la chambre de combustion d'un cylindre correspondant parmi les cylindres 2 par l'intermédiaire d'un orifice d'admission (non représenté).
La tubulure d'embranchement d'admission 8 est raccordée à une tubulure d'admission 9, qui est reliée à un boîtier de filtre à air 10. Un débitmètre d'air 11 et un capteur de température d'admission 12 sont fixés à la tubulure d'admission 9 en aval du boîtier de filtre à air 10. Le débitmètre d'air 11 fournit en sortie un signal électrique correspondant à la masse d'air d'admission s'écoulant au travers de la tubulure d'admission 9. Le capteur de température d'admission 12 fournit en sortie un signal électrique correspondant à la température de l'air d'admission s'écoulant au travers de la tubulure d'admission 9.
Un papillon des gaz d'admission 13 destiné à ajuster le débit de l'air d'admission s'écoulant au travers de la tubulure d'admission 9 est disposé dans la tubulure d'admission 9 immédiatement en amont de la tubulure d'embranchement
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d'admission 8. Un actionneur de papillon des gaz 14 est fixé au papillon des gaz d'admission 13. L'actionneur de papillon des gaz 14 est composé d'un moteur pas-à-pas et autre et entraîne le papillon des gaz d'admission 13 dans des directions d'ouverture et de fermeture.
Un carter de compresseur 15a pour un surcompresseur centrifuge à suralimentation (turbocompresseur) 15 qui fonctionne en utilisant l'énergie hydrodynamique du gaz d'échappement en tant que source d'entraînement est disposé dans la tubulure d'admission 9 entre le débitmètre d'air 11 et le papillon des gaz d'admission 13. Un refroidisseur intermédiaire 16 destiné à refroidir l'air d'admission qui a atteint une température élevée à la suite d'une compression dans le carter de compresseur 15a est disposé dans la tubulure d'admission 9 en aval du carter de compresseur 15a.
Dans le système d'admission ainsi conçu, l'air d'admission qui s'est écoulé dans le boîtier de filtre à air 10 est débarrassé de la poussière, de la saleté, ou analogue par un filtre à air (non représenté) dans le boîtier de filtre à air 10, et s'écoule ensuite dans le carter de compresseur 15a par l'intermédiaire de la tubulure d'admission 9. L'air d'admission qui s'est écoulé dans le carter de compresseur 15a est comprimé par la rotation de la roue de compresseur, qui est montée dans le carter de compresseur 15a. L'air d'admission qui a atteint une température élevée par suite d'une compression dans le carter de compresseur 15a est refroidi dans le refroidisseur intermédiaire 16 et s'écoule dans la tubulure d'embranchement d'admission 8. Si nécessaire, le papillon des gaz d'admission 13 ajuste le débit de l'air d'admission. L'air d'admission qui s'est écoulé dans la tubulure d'embranchement d'admission 8 est distribué vers la chambre de combustion de chacun des cylindres 2 par l'intermédiaire d'une branche correspondante parmi les branches, et il est enflammé en utilisant le carburant injecté depuis une soupape correspondante parmi les soupapes d'injection de carburant 3 en tant que source d'inflammation.
Par ailleurs, une tubulure d'embranchement d'échappement 18 est raccordée au moteur 1. Chaque branche de la tubulure d'embranchement d'échappement 18 communique avec un cylindre correspondant parmi les cylindres 2 par l'intermédiaire d'un orifice d'échappement (non représenté).
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La tubulure d'embranchement d'échappement 18 est reliée à un carter de turbine 15b du surcompresseur centrifuge à suralimentation 15. Le carter de turbine 15b est relié à unetubulure d'échappement 19, qui est reliée en aval de celle-ci à un silencieux (non représenté).
La tubulure d'échappement 19 s'étend de part et d'autre d'un filtre à particules (appelé simplement ci-après filtre) 20 supportant un catalyseur des NOx de type occlusion/réduction. Un capteur de température d'échappement 24 destiné à fournir en sortie un signal électrique correspondant à la température du gaz d'échappement s'écoulant au travers de la tubulure d'échappement 19 est fixé à la tubulure d'échappement 19 en amont du filtre 20.
Un papillon des gaz d'échappement 21 destiné à ajuster le débit du gaz d'échappement s'écoulant au travers de la tubulure d'échappement 19 est disposé dans la tubulure d'échappement 19 en aval du filtre 20. Un actionneur de papillon des gaz d'échappement 22 est fixé au papillon des gaz d'échappement 21.
L'actionneur de papillon des gaz d'échappement 22 est composé d'un moteur pas-à-pas et autre, et entraîne le papillon des gaz d'échappement 21 dans des directions d'ouverture et de fermeture.
Dans le système d'échappement ainsi conçu, un mélange (gaz brûlé) brûlé dans chacun des cylindres 2 du moteur 1 est refoulé vers la tubulure d'embranchement d'échappement 18 par l'intermédiaire de l'orifice d'échappement et s'écoule ensuite depuis la tubulure d'embranchement d'échappement 18 dans le carter de turbine 15b du surcompresseur centrifuge à suralimentation 15. Le gaz d'échappement qui s'est écoulé dans le carter de turbine 15b fait tourner une roue de turbine à l'aide de son énergie hydrodynamique. La roue de turbine est supportée avec possibilité de rotation dans le carter de turbine 15b. Dans ce cas, un couple de rotation de la roue de turbine est transmis à la roue de compresseur dans le carter de compresseur 15a mentionné ci-dessus.
Le gaz d'échappement refoulé depuis le carter de turbine 15b s'écoule dans le filtre 20 par l'intermédiaire de la tubulure d'échappement 19. Les matières particulaires (PM) contenues dans le gaz d'échappement sont recueillies. Les composants de gaz nocifs contenus dans le gaz d'échappement sont éliminés ou
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purifiés. Le gaz d'échappement dont les matières particulaires ont été recueillies par le filtre 20 et dont les composants de gaz nocifs ont été éliminés ou purifiés est refoulé vers l'atmosphère par l'intermédiaire du silencieux. Si nécessaire, le papillon des gaz d'échappement 21 ajuste le débit du gaz d'échappement.
La tubulure d'embranchement d'échappement 18 et la tubulure d'embranchement d'admission 8 communiquent l'une avec l'autre par l'intermédiaire d'un passage de recirculation des gaz d'échappement (appelé passage RGE) 25 au travers duquel une partie du gaz d'échappement s'écoulant au travers de la tubulure d'embranchement d'échappement 18 est mis en recirculation dans la tubulure d'embranchement d'admission 8. Le passage RGE 25 s'étend de part et d'autre d'une vanne d'ajustement de débit (appelée ci-après vanne RGE) 26. La vanne d'ajustement de débit 26 est composée d'une électrovanne et analogue, et modifie le débit du gaz d'échappement s'écoulant au travers du passage RGE 25 (appelé ci-après gaz RGE) conformément à l'énergie appliquée.
Un refroidisseur RGE 27 destiné à refroidir le gaz RGE s'écoulant au travers du passage RGE 25 est disposé dans le passage RGE 25 en amont de la vanne RGE 26. Le refroidisseur RGE 27 est muni d'un passage de réfrigérant (non représenté), au travers duquel une partie de l'eau de réfrigération destinée à refroidir le moteur 1 circule.
Dans le mécanisme de recirculation des gaz d'échappement ainsi conçu, le passage RGE 25 devient franchissable si la vanne RGE 26 est ouverte. Une partie du gaz d'échappement s'écoulant au travers de la tubulure d'embranchement d'échappement 18 s'écoule dans le passage RGE 25, s'écoule au travers du refroidisseur RGE 27, et est introduit dans la tubulure d'embranchement d'admission 8.
Dans ce cas, de la chaleur est échangée dans le refroidisseur RGE 27 entre le gaz RGE s'écoulant au travers du passage RGE 25 et le réfrigérant du moteur 1. Il en résulte que le gaz RGE est refroidi.
Le gaz RGE mis en recirculation depuis la tubulure d'embranchement d'échappement 18 vers la tubulure d'embranchement d'admission 8 par l'intermédiaire du passage RGE 25 se mélange avec un nouveau mélange qui s'est écoulé depuis la
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partie amont de la tubulure d'embranchement d'admission 8, et est introduit dans les chambres de combustion des cylindres 2.
Il doit être noté ici que le gaz RGE contient des composants de gaz inactifs qui ne brûlent pas d'eux-mêmes et qui présentent une capacité thermique élevée, telle que l'eau (H20) et le dioxyde de carbone (C02). De ce fait, la température de combustion d'un mélange est basse si elle contient du gaz RGE. Il en résulte que la quantité de génération d'oxydes d'azote (NOx) est réduite.
En outre, si le gaz RGE est refroidi dans le refroidisseur RGE 27, la température du gaz RGE lui-même chute et son volume est réduit. Ainsi, lorsque du gaz RGE est fourni à une certaine chambre parmi les chambres de combustion, la température de l'atmosphère dans la chambre de combustion ne s'élève pas inutilement, et la quantité (volume) d'un nouveau mélange fourni à la chambre de combustion ne diminue pas non plus.
Le filtre 20 conforme à ce mode de réalisation sera maintenant décrit.
Les figures 2A et 2B représentent des coupes du filtre 20.
La figure 2A est une vue en coupe transversale du filtre 20. la figure 2B est une vue en coupe longitudinale du filtre 20.
Comme représenté sur les figures 2A et 2B, le filtre 20 est du type dit à écoulement sur les parois et comporte une pluralité de passages d'écoulement de gaz d'échappement 50,51 s'étendant parallèlement les uns aux autres. Ces passages d'écoulement de gaz d'échappement sont composés de passages d'entrée de gaz d'échappement 50, leur extrémité aval étant fermée par un bouchon 52, et de passages de sortie de gaz d'échappement 51, leur extrémité amont étant fermée par un bouchon 53. Il doit être noté ici que les zones hachurées sur la figure 2A indiquent les bouchons 53. Par conséquent, les passages d'entrée de gaz d'échappement 50 et les passages de sortie de gaz d'échappement 51 sont disposés en alternance avec l'interposition de minces séparations 54. En d'autres termes, les passages d'entrée d'échappement 50 et les passages de sortie d'échappement 51 sont disposés de telle sorte que chacun des passages d'entrée de gaz d'échappement 50 est entouré par quatre des passages de sortie de gaz d'échappement 51 et que chacun des passages de sortie de gaz d'échappement 51 est entouré par quatre des passages d'entrée de gaz d'échappement 50.
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Le filtre 20 est fait d'un matériau poreux tel que la cordiérite. Ainsi, comme indiqué par les flèches sur la figure 2B, le gaz d'échappement qui s'est écoulé dans les passages d'entrée de gaz d'échappement 50 sort dans les passages adjacents parmi les passages de sortie de gaz d'échappement 51 par l'intermédiaire des séparations environnantes parmi les séparations 54.
Dans le mode de réalisation de l'invention, des couches de support faites d'alumine ou analogue sont formées sur une surface de paroi périphérique de chacun des passages d'entrée de gaz d'échappement 50 et une surface de paroi périphérique de chacun des passages de sortie de gaz d'échappement 51, à savoir, les deux surfaces de chacune des séparations 54, et sur les surfaces de parois intérieures des pores formés dans les séparations 54. Le catalyseur des NOx de type occlusion/réduction est supporté sur les couches de support.
Il sera maintenant décrit la manière selon laquelle le catalyseur des NOx de type occlusion/réduction supporté sur le filtre conforme à ce mode de réalisation fonctionne.
Par exemple, le filtre 20 a un support fait d'alumine, et au moins un matériau choisi parmi un métal alcalin tel que le potassium (K), le sodium (Na), le lithium (Li) ou le césium (Cs), un alcalino-terreux tel que le baryum (Ba) ou le calcium (Ca), et une terre rare telle que le lanthane (La) ou l'yttrium (Y) et un métal précieux tel que le platine (Pt) sont portés sur le support. Ce mode de réalisation adopte un catalyseur des NOx de type occlusion/réduction qui est conçu en ayant du baryum (Ba) et du platine (Pt) portés sur un support fait d'alumine ou autre et en ajoutant de l'oxyde de cérium (Ce203) capable de stocker 02 sur le support.
Le catalyseur des NOx ainsi conçu absorbe les oxydes d'azote (NOx) contenus dans le gaz d'échappement lorsque le gaz d'échappement s'écoulant dans le catalyseur des NOx présente une concentration élevée en oxygène.
Par ailleurs, le catalyseur des NOx refoule les oxydes d'azote absorbés (NOx) si la concentration en oxygène du gaz d'échappement s'écoulant dans le catalyseur des NOx a diminué.
Dans ce cas, si des composants réducteurs tels que des hydrocarbures (HC) et du monoxyde de carbone (CO) existent dans
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le gaz d'échappement, le catalyseur des NOx peut réduire les oxydes d'azote (NOx) refoulés depuis celui-ci en azote (N2).
Si le moteur 1 se trouve en fonctionnement en mélange pauvre, le gaz d'échappement refoulé depuis le moteur 1 présente un rapport air-carburant pauvre et une concentration élevée en oxygène. Ainsi, le catalyseur des NOx absorbe les oxydes d'azote (NOx) contenus dans le gaz d'échappement. Cependant, si le moteur 1 reste en fonctionnement en mélange pauvre pendant un temps prolongé, la capacité d'absorption des NOx du catalyseur des NOx atteint sa limite. Il en résulte que les oxydes d'azote (NOx) contenus dans le gaz d'échappement restent dans celui-ci sans être éliminés par le catalyseur des NOx.
En particulier dans le cas du moteur 1 conçu en tant que moteur diesel, un mélange de rapports air-carburant pauvres est brûlé les plages les plus fonctionnelles, et le gaz d'échappement présente ainsi des rapports air-carburant pauvres dans les plages les plus fonctionnelles. De ce fait, la capacité d'absorption des NOx du catalyseur des NOx tend à atteindre sa limite.
Ainsi, si le moteur 1 se trouve dans un fonctionnement en mélange pauvre, il est nécessaire de réduire la concentration de l'oxygène contenu dans le gaz d'échappement s'écoulant dans le catalyseur des NOx, d'augmenter la concentration d'un agent réducteur, et de refouler et de réduire les oxydes d'azote (NOx) absorbés par le catalyseur des NOx avant que la capacité d'absorption des NOx du catalyseur des NOx n'atteigne sa limite.
En tant que procédés réduisant ainsi la concentration en oxygène, une addition de carburant ou de gaz d'échappement, la combustion à basse température mentionnée précédemment, un décalage de l'instant ou du nombre d'injections de carburant dans les cylindres 2, et autres sont envisageables. Ce mode de réalisation emploie un mécanisme de fourniture d'agent réducteur en vue d'ajouter du carburant (huile légère) servant d'agent réducteur au gaz d'échappement s'écoulant au travers de la tubulure d'échappement 19 en amont du filtre 20. Le mécanisme de fourniture d'agent réducteur ajoute du carburant au gaz d'échappement, grâce à quoi la concentration en oxygène contenu dans le gaz d'échappement s'écoulant dans le filtre 20 et la concentration en agent réducteur sont respectivement réduite et augmentée.
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Comme représenté sur la figure 1, le mécanisme de fourniture d'agent réducteur est muni d'un trou de buse qui est dirigé vers l'intérieur de la tubulure d'embranchement d'échappement 18. Le mécanisme de fourniture d'agent réducteur comporte une vanne d'injection d'agent réducteur 28, un passage de fourniture d'agent réducteur 29, et une vanne de coupure 31. La vanne d'injection d'agent réducteur 28 s'ouvre en réponse à un signal provenant d'une unité ECU 35 et injecte du carburant. Le carburant refoulé depuis la pompe de carburant 6 est introduit dans la vanne d'injection d'agent réducteur 28 par l'intermédiaire du passage de fourniture d'agent réducteur 29.
La vanne de coupure 31 est disposée dans le passage de fourniture d'agent réducteur 29 afin d'empêcher le carburant de s'écouler au travers de celui-ci.
Dans le mécanisme de fourniture d'agent réducteur ainsi conçu, le carburant à haute pression refoulé depuis la pompe de carburant 6 est fourni à la vanne d'injection d'agent réducteur 28 par l'intermédiaire du passage de fourniture d'agent réducteur 29. La vanne d'injection d'agent réducteur 28 s'ouvre alors en réponse à un signal provenant de l'unité ECU 35, et le carburant servant d'agent réducteur est injecté dans la tubulure d'embranchement d'échappement 18.
L'agent réducteur injecté dans la tubulure d'embranchement d'échappement 18 à partir de la vanne d'injection d'agent réducteur 28 réduit la concentration en oxygène du gaz d'échappement qui s'est écoulé depuis une partie amont de la tubulure d'embranchement d'échappement 18.
Le gaz d'échappement ainsi formé et présentant une faible concentration en oxygène s'écoule dans le filtre 20. Les oxydes d'azote (NOx) absorbés par le filtre 20 sont refoulés et réduits en azote (N2).
La vanne d'injection d'agent réducteur 28 se ferme en réponse à un signal provenant de l'unité ECU 35, grâce à quoi l'ajout de l'agent réducteur à la tubulure d'embranchement d'échappement 18 est arrêté.
Dans ce mode de réalisation, du carburant est ajouté en étant injecté dans le gaz d'échappement. Cependant, il est également approprié qu'une combustion à basse température en vue d'augmenter davantage la quantité de gaz RGE soit exécutée après que la quantité de génération de suie a atteint son maximum par
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l'intermédiaire d'une augmentation de la quantité de recirculation du gaz RGE. En outre, il est également approprié que du carburant soit injecté à partir des soupapes d'injection de carburant 3 au cours d'une course de détente, d'une course d'échappement, ou autre du moteur 1.
Dans le moteur 1 conçu comme décrit ci-dessus, une unité de commande électronique (ECU) 35 destinée à commander le moteur 1 est combinée au moteur 1 conçu comme décrit ci-dessus. L'unité ECU 35 commande l'état fonctionnel du moteur 1 conformément à un état de fonctionnement du moteur 1 ou à une demande du conducteur.
Divers capteurs tels que le capteur de pression de la rampe commune 4a, le débitmètre d'air 11, le capteur de température d'admission 12, le capteur de pression de la tubulure d'admission 17, le capteur de température d'échappement 24, un capteur de position de vilebrequin 38, un capteur de température du réfrigérant 34, et un capteur d'ouverture de l'accélérateur 36 sont reliés à l'unité ECU 35 par l'intermédiaire de fils électriques. Les signaux de sortie provenant de ces capteurs sont appliqués en entrée à l'unité ECU 35.
Par ailleurs, les soupapes d'injection de carburant 3, l'actionneur de papillon des gaz d'admission 14, l'actionneur de papillon des gaz d'échappement 22, la vanne d'injection d'agent réducteur 28, la vanne RGE 26, la vanne de coupure 31 et autres sont reliés à l'unité ECU 35 par l'intermédiaire de fils électriques. L'unité ECU 35 peut commander ces composants.
Comme représenté sur la figure 3, l'unité ECU 35 comporte une unité de traitement centrale UC 351, une mémoire morte ROM 352, une mémoire vive RAM 353, une mémoire RAM de secours 354, un port d'entrée 356 et un port de sortie 357, qui sont mutuellement reliés par un bus directionnel 350. L'unité ECU 35 comporte également un convertisseur analogique/numérique (A/N) 355 relié au port d'entrée 356.
Les signaux de sortie provenant des capteurs conçus pour fournir en sortie des signaux numériques, tels que le capteur de position de vilebrequin 33, sont appliqués en entrée au port d'entrée 356. Ces signaux de sortie sont transmis à l'unité UC 351 ou à la mémoire RAM 353 par l'intermédiaire du port d'entrée 356.
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Les signaux de sortie provenant des capteurs conçus pour fournir en sortie des signaux analogiques, tels que le capteur de pression de rampe commune 4a, le débitmètre d'air 11, le capteur de température d'admission 12, le capteur de pression de tubulure d'admission 17, le capteur de température d'échappement 24, le capteur de température du réfrigérant 34, et le capteur d'ouverture de l'accélérateur 36 sont appliqués en entrée au port d'entrée 356 par l'intermédiaire du convertisseur A/N 355.
Ces signaux de sortie sont transmis à l'unité UC 351 ou à la mémoire RAM 353 par l'intermédiaire du port d'entrée 356.
Le port de sortie 357 est relié aux soupapes d'injection de carburant 3, à l'actionneur de papillon des gaz d'admission 14, à l'actionneur de papillon des gaz d'échappement 22, à la vanne RGE 26, à la vanne d'injection d'agent réducteur 28, à la vanne de coupure 31, et autres par l'intermédiaire de fils électriques. Les signaux de commande fournis en sortie depuis l'unité UC 351 sont transmis aux soupapes d'injection de carburant 3, à l'actionneur de papillon des gaz d'admission 14, à l'actionneur de papillon des gaz d'échappement 22, à la vanne RGE 26, à la vanne d'injection d'agent réducteur 28 et à la vanne de coupure 31 par l'intermédiaire du port de sortie 357.
Des programmes d'application tels que le sous-programme de commande d'injection de carburant destiné à commander les soupapes d'injection de carburant 3, un sous-programme de commande de papillon des gaz d'admission destiné à commander le papillon des gaz d'admission 13, un sous-programme de commande de papillon des gaz d'échappement destiné à commander le papillon des gaz d'échappement 21, un sous-programme de commande RGE destiné à commander la vanne RGE 26, un sous-programme de commande de purification des NOx destiné à refouler les NOx absorbés en ajoutant un agent réducteur au filtre 20, un sous-programme de commande d'élimination de l'empoisonnement destiné à éliminer l'empoisonnement aux SOx du filtre 20, et un sous-programme de commande de combustion des matières particulaires destiné à brûler et à éliminer les matières particulaires recueillies par le filtre 20, sont mémorisés dans la mémoire ROM 352.
En plus des programmes d'application mentionnés précédemment, diverses cartes de commande sont mémorisées dans la mémoire ROM 352. Par exemple, les cartes de commande
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comprennent une carte de commande de quantité d'injection de carburant indiquant une relation entre des états fonctionnels du moteur 1 et des quantités d'injection de carburant de base (périodes d'injection de carburant de base), une carte de commande d'instants d'injection de carburant représentant une relation entre des états fonctionnels du moteur 1 et des instants d'injection de carburant de base, une carte de commande d'ouverture de papillon des gaz d'admission représentant une relation entre des états fonctionnels du moteur 1 et des ouvertures cibles du papillon des gaz d'admission 13, une carte de commande d'ouverture de papillon des gaz d'échappement représentant une relation entre des états fonctionnels du moteur 1 et des ouvertures cibles du papillon des gaz d'échappement 21, une carte de commande d'ouverture de vanne RGE représentant une relation entre des états fonctionnels du moteur 1 et des ouvertures cibles de la vanne RGE 26, une carte de commande de quantité d'ajout d'agent réducteur représentant une relation entre des états fonctionnels du moteur 1 et des quantités d'ajouts cibles de l'agent réducteur (ou des rapports air-carburant cibles du gaz d'échappement), une carte de commande de vanne d'injection d'agent réducteur représentant une relation entre des quantités d'ajouts cibles de l'agent réducteur et des périodes d'ouverture de la vanne d'injection d'agent réducteur 28, et autres.
Les signaux de sortie provenant des capteurs, les résultats des calculs obtenus à partir de l'unité UC 351, et autres sont mémorisés dans la mémoire RAM 353. Par exemple, les résultats des calculs comprennent un régime du moteur qui est calculé sur la base d'un intervalle de temps auquel le capteur de position de vilebrequin 33 fournit en sortie des signaux d'impulsion. Ces données sont réécrites en les données les plus récentes à chaque fois que le capteur de position de vilebrequin 33 fournit en sortie un signal d'impulsion.
La mémoire RAM de secours 354 est une mémoire non volatile qui peut conserver des données même après que le-moteur 1 a été hors de fonctionnement.
L'unité UC 351 fonctionne conformément aux programmes d'application mémorisés dans la mémoire ROM 352 et exécute la commande des soupapes d'injection de carburant, la commande du papillon des gaz d'admission, la commande du papillon des gaz
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d'échappement, la commande RGE, la commande de purification des NOx, la commande de récupération d'un empoisonnement, la commande de combustion des matières particulaires, et autres.
Par exemple, durant la commande de purification des NOx, l'unité UC 351 exécute ce que l'on appelle une commande de pointe de mélange riche dans laquelle la concentration en oxygène contenu dans le gaz d'échappement s'écoulant dans le filtre 20 est réduite d'une manière en pointes sur un cycle relativement court (dans une courte période).
En exécutant une commande de pointe de mélange riche, l'unité UC 351 détermine sur un cycle prédéterminé si une condition pour exécuter une commande de pointe de mélange riche a été ou non remplie. Par exemple, cette condition en vue d'exécuter une commande de pointe de mélange riche est que le filtre 20 ait été activé, que la valeur du signal de sortie du capteur de température d'échappement 24 (température du gaz d'échappement) soit inférieure ou égale à une valeur limite supérieure prédéterminée, que la commande de récupération d'un empoisonnement ne soit pas exécutée, ou autres.
S'il est déterminé que la condition pour exécuter une commande de pointe de mélange riche décrit ci-dessus a été remplie, l'unité UC 351 commande la vanne d'injection d'agent réducteur 28 de façon à injecter du carburant servant d'agent réducteur à partir de la vanne d'injection d'agent réducteur 28 d'une manière en pointes. Ainsi, l'unité UC 351 rend temporairement le rapport air-carburant du gaz d'échappement s'écoulant dans le filtre 20 égal à un rapport air-carburant riche cible prédéterminé.
Plus particulièrement, l'unité UC 351 lit un régime du moteur mémorisé dans la mémoire RAM 353, un signal de sortie du capteur d'ouverture de l'accélérateur 36 (ouverture de l'accélérateur), une valeur de signal de sortie du débitmètre d'air 11 (quantité d'air d'admission), un signal de sortie du capteur de rapport air-carburant, une quantité d'injection de carburant, et autres.
En utilisant le régime du moteur, l'ouverture de l'accélérateur, la quantité d'air d'admission et la quantité d'injection de carburant en tant que paramètres, l'unité UC 351 accède à une carte de commande de quantité d'ajout d'agent réducteur mémorisée dans la mémoire ROM 352 et calcule une
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quantité d'ajout (quantité d'ajout cible) de l'agent réducteur nécessaire pour rendre le rapport air-carburant du gaz d'échappement égal à un rapport air-carburant cible préétabli.
En utilisant la quantité d'ajout cible comme paramètre, l'unité UC 351 accès ensuite à la carte de commande de vanne d'injection d'agent réducteur mémorisée dans la mémoire ROM 352 et calcule une période d'ouverture (période d'ouverture cible) de la vanne d'injection d'agent réducteur 28 nécessaire pour injecter la quantité d'ajout cible de l'agent réducteur à partir de la vanne d'injection d'agent réducteur 28.
Si la période d'ouverture cible de la vanne d'injection d'agent réducteur 28 est calculée, l'unité UC 351 ouvre la vanne d'injection d'agent réducteur 28.
Si la période d'ouverture cible s'est écoulée après l'ouverture de la vanne d'injection d'agent réducteur 28, l'unité UC 351 ferme la vanne d'injection d'agent réducteur 28.
Si la vanne d'injection d'agent réducteur 28 est ainsi ouverte pendant la période d'ouverture cible, la quantité d'ajout cible de carburant est injectée depuis la vanne d'injection d'agent réducteur 28 dans la tubulure d'embranchement d'échappement 18. L'agent réducteur injecté depuis la vanne d'injection d'agent réducteur 28 se mélange avec le gaz d'échappement qui s'est écoulé depuis une partie amont de la tubulure d'embranchement d'échappement 18, forme un mélange présentant le rapport air-carburant cible, et s'écoule dans le filtre 20.
Il en résulte que le gaz d'échappement s'écoulant dans le filtre 20 change de concentration en oxygène sur un cycle relativement court. Ainsi, le filtre 20 répète l'absorption des oxydes d'azote (NOx) et le refoulement/réduction des oxydes d'azote (NOx) alternativement sur un cycle court.
En exécutant la commande d'élimination d'un empoisonnement, l'unité UC 351 exécute alors des traitements de récupération d'un empoisonnement de façon à se rétablir de l'empoisonnement du filtre 20 par les oxydes.
Il doit être noté ici que le moteur 1 peut utiliser un carburant contenant du soufre (S). Si un tel carburant brûle dans le moteur 1, des oxydes de soufre (SOx) tels que le dioxyde de soufre (S02) et du trioxyde de soufre (S03) sont produits.
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Les oxydes de soufre (SOx) s'écoulent dans le filtre 20 en même temps que le gaz d'échappement et sont absorbés par le filtre 20 selon le même mécanisme que dans le cas des oxydes d'azote (NOx).
Plus particulièrement, si le gaz d'échappement s'écoulant dans le filtre 20 présente une concentration élevée en oxygène, les oxydes de soufre (SOx) contenus dans le gaz d'échappement, tels que le dioxyde de soufre (S02) et le trioxyde de soufre (SO3), sont oxydés à la surface du platine (Pt) et sont absorbés
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par le filtre 20 sous la forme d'ion sulfate (SO/-). En outre, l'ion sulfate (SO/-) absorbé par le filtre 20 se lie à l'oxyde de baryum (BaO) et forme du sulfate de baryum (BaSO).
Il doit être noté ici que le sulfate de baryum (BaS04) est plus stable et moins susceptible d'être décomposé que le nitrate de baryum (Ba (N03) 2). Même si la concentration en oxygène du gaz d'échappement s'écoulant dans le filtre 20 a diminué, le sulfate de baryum (BaS04) reste dans le filtre 20 au lieu d'être décomposé.
Si la quantité de sulfate de baryum (BaS04) dans le filtre 20 augmente, la quantité d'oxyde de baryum (BaO) qui peut contribuer à l'absorption des oxydes d'azote (NOx) diminue en conséquence. Ceci conduit à ce que l'on appelle un empoisonnement au soufre, qui provoque une dégradation des performances d'absorption des NOx du filtre 20.
Conformément à un procédé d'exemple d'élimination d'un empoisonnement au soufre du filtre 20, la température de l'atmosphère du filtre 20 est réchauffée jusqu'à une plage de températures élevées d'environ 600 à 650 C, et la concentration en oxygène du gaz d'échappement s'écoulant dans le filtre 20 est réduite, grâce à quoi le sulfate de baryum (BaS04) absorbé par le filtre 20 est thermiquement décomposé en SOs'et SO'. Ensuite, S03- et S04- sont amenés à réagir avec les hydrocarbures (HC) et le monoxyde de carbone (CO) contenus dans le gaz d'échappement, et à être réduits en S02- gazeux.
Ainsi, les traitements de récupération d'un empoisonnement conformes à ce mode de réalisation sont conçus de telle sorte que l'unité UC 351 exécute tout d'abord une commande de réchauffage du catalyseur en vue de réchauffer la température du lit du filtre 20 puis de réduire ensuite la concentration en oxygène du gaz d'échappement s'écoulant dans le filtre 20.
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Lors de l'exécution de la commande de réchauffage du catalyseur, l'unité UC 351 peut être conçue, par exemple, pour injecter du carburant depuis chacune des soupapes d'injection de carburant 3 de façon secondaire, durant une course de détente d'un cylindre correspondant parmi les cylindres 2, pour ajouter le carburant au gaz d'échappement à partir de la vanne d'injection d'agent réducteur 28, afin d'oxyder ainsi les composants imbrûlés du carburant dans le filtre 20, et pour réchauffer le lit du filtre 20 au moyen de la chaleur engendrée grâce à l'oxydation.
Cependant, si le filtre 20 est réchauffé de façon excessive, une dégradation thermique du filtre 20 peut être provoquée. Il est donc préférable d'exécuter une commande à contre-réaction de la quantité d'ajout de carburant et de la quantité d'injection secondaire de carburant sur la base d'une valeur de signal de sortie du capteur de température d'échappement 24.
Si la température du lit du filtre 20 s'élève à une plage de températures élevées d'environ 600 à 650 C par l'intermédiaire des traitements de réchauffage du catalyseur mentionnés précédemment, l'unité UC 351 amène la vanne d'injection d'agent réducteur 28 à injecter du carburant de façon à réduire la concentration en oxygène du gaz d'échappement s'écoulant dans le filtre 20.
Si une quantité excessive de carburant est injectée à partir de la vanne d'injection d'agent réducteur 28, le carburant peut brûler dans le filtre 20 brutalement et le surchauffer. Sinon, le filtre 20 peut être refroidi inutilement par la quantité excessive de carburant injectée à partir de la vanne d'injection d'agent réducteur 28. De ce fait, il est préférable que l'unité UC 351 exécute une commande à contre-réaction de la quantité de carburant injectée à partir de la vanne d'injection d'agent réducteur 28 sur la base d'un signal de sortie du capteur de rapport air-carburant (non représenté).
Si les traitements de récupération d'un empoisonnement sont ainsi exécutés, la concentration en oxygène du gaz d'échappement s'écoulant dans le filtre 20 diminue tant que la température du lit du filtre 20 reste élevée. Ensuite, le sulfate de baryum (BaS04) absorbé par le filtre 20 est thermiquement décomposé en
Figure img00240001

S03 - et S04 -. Les SO'et SO'réagissent avec les hydrocarbures (HC) et le monoxyde de carbone (CO) contenus dans le gaz
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d'échappement et sont réduits, grâce à quoi le filtre 20 est rétabli de l'empoisonnement au soufre.
Par ailleurs, comme décrit ci-dessus, le filtre 20 contient de l'oxyde de cérium (Ce203), qui est capable de stocker Oz. L'oxyde de cérium (Ce203) refoule l'oxygène actif en vue d'oxyder et de purifier les matières particulaires, c'est-à-dire les particules contenues dans le gaz d'échappement du moteur 1. Cependant, si la concentration en oxygène du gaz d'échappement diminue, l'oxyde de cérium (Ce203) mentionné précédemment et autre commencent à refouler l'oxygène occlus (Os). De ce fait, tant que l'oxygène occlus (02) est refoulé, le rapport aircarburant a peu de chance de devenir riche même si du carburant est ajouté au système d'échappement de façon à décaler le rapport air-carburant vers le côté riche.
Comme représenté sur la figure 4, même si la commande (l'ajout de carburant ou autre) est exécutée pour décaler le rapport air-carburant du gaz d'échappement du côté pauvre vers le côté riche d'un seul coup, le rapport air-carburant reste près du rapport air-carburant stoechiométrique pendant des douzaines de secondes et ne se décale pas immédiatement vers le côté riche. De ce fait, dans certains cas, le catalyseur des NOx peut ne pas être suffisamment rétabli d'un empoisonnement au soufre. En outre, comme représenté sur la figure 4, la température du lit du filtre 20 commence à chuter à partir de 600 C lorsque le rapport air-carburant commence à se décaler vers le côté riche. Ainsi, il peut devenir plus difficile de suffisamment rétablir le catalyseur des NOx d'un empoisonnement au soufre.
Ce mode de réalisation est conçu pour exécuter la commande suivante préalablement à la commande de récupération d'un empoisonnement au soufre et pour assurer que le rapport air-carburant du gaz d'échappement se décale rapidement vers le côté riche.
Dans la commande de récupération d'un empoisonnement au soufre donnée en exemple sur la figure 5, une pointe de mélange riche est exécutée pendant que la commande de réchauffage du catalyseur destinée à élever la température du lit du filtre 20 est exécutée. La pointe de mélange riche est exécutée plusieurs fois. Du fait que le rapport air-carburant diminue durant la commande de réchauffage du catalyseur en raison de la pointe de
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mélange riche, l'oxygène (02) qui a été occlus par le catalyseur des NOx, alors que le gaz d'échappement contient une quantité excessive d'air et présente donc un rapport air-carburant pauvre, est refoulé. Ainsi, il n'y a pratiquement pas d'oxygène (02) qui est refoulé durant la commande de récupération d'un empoisonnement au soufre. Bien que la pointe de mélange riche soit exécutée ici à des intervalles de quelques secondes, par exemple 2,5 secondes, le mode d'exécution de la pointe de mélange riche ne doit pas être limité de façon particulière.
Dans l'exemple représenté sur la figure 5, la température du lit du catalyseur des NOx est également maintenue au-dessus de 600 OC en exécutant la pointe de mélange riche. La sortie provenant du capteur air/carburant est également décalée rapidement vers le côté riche en ajoutant du carburant au système d'échappement. C'est-à-dire que le stockage de Os est presque éliminé.
La figure 6 représente le fait que le temps de stockage de Os est réduit en exécutant la pointe de mélange riche même dans le cas où le catalyseur porté sur le filtre contient une quantité prédéterminée d'oxyde de cérium (Ce203) et où le filtre est sous l'atmosphère présentant un rapport air-carburant pauvre.
Deux filtres d'exemple présentés ici diffèrent par la quantité d'oxyde de cérium (Ce203) contenu par litre du catalyseur. Alors que l'un d'entre eux (appelé ci-après filtre à 20 g/l de Ce) contient 20 g d'oxyde de cérium (Ce203) par litre du catalyseur, l'autre (appelé ci-après filtre à 6 g/l de Ce) contient 6 g d'oxyde de cérium (Ce203) par litre du catalyseur.
L'axe des abscisses de la figure 6 indique la durée pendant laquelle le gaz d'échappement présente des rapports air-carburant pauvres. L'axe des ordonnées de la figure 6 indique le temps de stockage de Os, c'est-à-dire le temps pendant lequel de l'oxygène (02) est refoulé en continu depuis le filtre en réponse à une chute de la concentration en oxygène du gaz d'échappement.
Figure img00260001
Sur la figure 6, des carrés (0) indiquent des changements d'une série dans le temps du temps de stockage de Os du filtre à 20 g/l de Ce, et des triangles (A) indiquent les changements d'une série dans le temps du temps de stockage de Os du filtre à 6 g/1 de Ce. Un très mince indique les changements moyens du
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temps de stockage de Os du filtre à 20 g/l de Ce, et un trait épais indique les changements moyens du temps de stockage de Os du filtre à 6 g/l de Ce.
Dans l'exemple représenté sur la figure 6, la pointe de mélange riche est exécutée à des intervalles de 2,5 secondes. Dans le cas du filtre à 20 g/l de Ce, le temps de stockage de Os est réduit à 10 secondes ou moins même si la quantité d'air reste excessive pendant 60 secondes, c'est-à-dire, même si le rapport air-carburant reste pauvre pendant 60 secondes. Dans le cas du filtre à 6 g/l de Ce, le temps de stockage de Os est réduit à environ 5 secondes.
Bien que le cas où la pointe de mélange riche est exécutée à des intervalles prédéterminés (2,5 secondes) soit représenté ici, il est également approprié que la pointe de mélange riche soit exécutée à des intervalles d'une période plus longue et que la quantité de carburant qui est ajoutée à chaque pointe de mélange riche soit augmentée.
La pointe de mélange riche peut être exécutée plusieurs fois durant la commande de réchauffage comme décrit ci-dessus ou être exécutée de façon intensive, la quantité d'ajout de carburant étant augmentée lors d'une décélération du véhicule au dernier stade de la commande de réchauffage ou immédiatement après la commande de réchauffage.
Si la pointe de mélange riche est ainsi exécutée durant la commande de réchauffage ou immédiatement après la commande de réchauffage, le rapport air-carburant du gaz d'échappement s'écoulant dans le catalyseur des NOx se décale rapidement vers le côté riche en raison de la commande de récupération d'un empoisonnement au soufre. C'est-à-dire que l'unité UC 351 amène la vanne d'injection d'agent réducteur 28 à injecter du carburant de façon à réduire la concentration en oxygène du gaz d'échappement s'écoulant dans le filtre 20, et la récupération à partir de l'empoisonnement au soufre est démarrée immédiatement sans délai après l'injection de carburant.
La figure 7 représente un cas d'exemple où une pointe de mélange riche est exécutée durant la commande de réchauffage. Comme indiqué par A, le rapport air-carburant représenté comme une sortie provenant du capteur air/carburant (le rapport air-carburant du gaz d'échappement s'écoulant dans le filtre 20) se décale temporairement vers le côté riche à des intervalles
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d'une certaine période. En exécutant ainsi une pointe de mélange riche une pluralité de fois, le rapport air-carburant est réduit durant la commande de réchauffage. Dans cet état, du fait que l'oxygène (02) est progressivement refoulé depuis le catalyseur des NOx, le rapport air-carburant est empêché de demeurer durant la commande de récupération d'un empoisonnement au soufre en raison de l'effet du stockage de 02. Comme indiqué par B, le rapport air-carburant devient riche immédiatement lorsque la commande de récupération d'un empoisonnement au soufre est démarrée en réponse à une diminution de la vitesse du véhicule.
Lorsque le rapport air-carburant devient riche, le catalyseur des NOx commence à refouler immédiatement le soufre comme indiqué par C.
La figure 8 représente un cas conforme à la technique apparentée en tant qu'exemple comparatif. Si un décalage d'une commande de réchauffage normale à une commande de récupération d'un empoisonnement au soufre est ainsi réalisée sans exécuter de pointe de mélange riche, le rapport air-carburant reste près du rapport air-carburant stoechiométrique pendant quelques douzaines de secondes et se décale ensuite vers le côté riche.
De ce fait, l'instant de refoulement du soufre est retardé.
Ainsi, conformément au procédé fondé sur la technique apparentée comme mentionné ci-dessus, il est fortement probable que la récupération d'un empoisonnement au soufre soit impossible pendant que l'on attend qu'un feu tricolore passe au vert dans la rue, par exemple, pendant une période de 30 secondes à une minute.
Cependant, conformément à la commande de ce mode de réalisation, une commande de récupération d'un empoisonnement au soufre est exécutée même pendant une courte période telle qu'une minute, grâce à quoi il devient possible de refouler le soufre.
En particulier, une commande de récupération d'un empoisonnement au soufre peut être exécutée étape par étape si l'on attend plusieurs fois que les feux tricolores passent au vert. De ce fait, le nombre d'opportunités pour empêcher les oxydes de soufre d'être accumulés dans le catalyseur des NOx est considérablement augmenté. Ainsi, le catalyseur des NOx peut être empêché d'être dégradé par un empoisonnement au soufre.
<Desc/Clms Page number 29>
Le déroulement de la commande de récupération d'un empoisonnement au soufre et de la commande de réchauffage conformes à ce mode de réalisation sera maintenant décrit.
La figure 9 est un organigramme représentant le déroulement de la commande de réchauffage conforme à ce mode de réalisation.
Il est déterminé à l'étape S101 si une commande de récupération d'un empoisonnement au soufre doit ou non être exécutée. Cette détermination peut être faite sur la base d'une quantité d'ajout de carburant, d'un signal de sortie provenant d'un capteur des NOx (non représenté), d'une distance de parcours du véhicule ou autre. Du fait que les composants du soufre contenus dans le carburant empoisonnent le catalyseur des NOx de type occlusion/réduction porté sur le filtre 20, il est également approprié que la quantité d'ajout de carburant soit mémorisée dans la mémoire RAM 353 et que la commande de récupération d'un empoisonnement au soufre soit démarrée à condition que la quantité d'ajout de carburant atteigne une quantité prédéterminée. Si l'empoisonnement au soufre s'étend, la quantité des NOx absorbés par le catalyseur des NOx de type occlusion/réduction diminue, et la quantité des NOx s'écoulant en aval du filtre 20 augmente. Ainsi, il est également approprié qu'un capteur des NOx (non représenté) soit disposé en aval du filtre 20, qu'un signal de sortie du capteur des NOx soit surveillé, et que la commande de récupération d'un empoisonnement au soufre soit démarrée à condition que la quantité des NOx s'écoulant devienne supérieure ou égale à une quantité prédéterminée. En outre, il est également approprié que la récupération à partir d'un empoisonnement au soufre soit considérée comme nécessaire si la distance de parcours du véhicule est devenue supérieure ou égale à une valeur prédéterminée et que la commande de récupération d'un empoisonnement au soufre soit démarrée à condition que la distance de parcours du véhicule soit supérieure ou égale à la valeur prédéterminée.
Si le résultat à l'étape S101 est positif, le traitement à l'étape S102 est exécuté. Par contre, si le résultat à l'étape S101 est négatif, le présent sous-programme est terminé...
Il est déterminé à l'étape S102 si la commande de réchauffage du filtre 20 doit ou non être démarrée. La commande
<Desc/Clms Page number 30>
de réchauffage est démarrée si le moteur à combustion interne se trouve dans une plage de faible charge.
Si le résultat à l'étape S102 est positif, le traitement à l'étape S103 est exécuté. Si le résultat à l'étape S102 est négatif sur la base de ce que le moteur à combustion interne ne se trouve pas dans la plage de faible charge, le traitement à l'étape S103 est exécuté lorsque le moteur à combustion interne est ensuite déplacé vers la plage de faible charge.
A l'étape S103, à la fois l'ajout de carburant au système d'échappement et la pointe de mélange riche sont exécutés afin de réchauffer le filtre 20.
Il est alors déterminé à l'étape S104 si la température du lit du filtre 20 est ou non supérieure ou égale à 600 C. Si la température du lit du filtre 20 est supérieure ou égale à
Figure img00300001

600 C, le traitement à l'étape S105 est exécuté. Si la température du lit du filtre 20 est inférieure à 600 C, la commande de réchauffage est en outre exécutée à l'étape S103. Le traitement à l'étape S105 est exécuté si la température du lit du filtre 20 est devenue supérieure ou égale à 600 C.
Il est déterminé à l'étape S105 si le moteur à combustion interne se trouve ou non dans la plage de faible charge. Si le moteur à combustion interne se trouve dans la plage de faible charge, la commande de récupération d'un empoisonnement au soufre est exécutée à l'étape S106. Si le moteur à combustion interne ne se trouve pas dans la plage de faible charge, la commande de récupération d'un empoisonnement au soufre n'est pas exécutée. Ce n'est qu'après que le moteur à combustion interne s'est décalé vers le fonctionnement à faible charge que la commande de récupération d'un empoisonnement au soufre est exécutée à l'étape S106.
Comme cela a été décrit, le dispositif de purification de gaz d'échappement de ce mode de réalisation élimine presque la période pendant laquelle le rapport air-carburant ne réussit pas à devenir riche, au moyen de l'oxygène (02) refoulé depuis un absorbant des NOx, bien que du carburant soit ajouté au système d'échappement afin d'exécuter la commande de récupération d'un empoisonnement au soufre. Par conséquent, l'absorbant des NOx peut être récupéré d'un empoisonnement au soufre dans un temps court.
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Du fait que l'absorbant des NOx peut être récupéré d'un empoisonnement au soufre en un temps court, le nombre d'opportunités pour lesquelles la commande de récupération d'un empoisonnement au soufre peut être exécutée est considérablement augmenté. Ainsi, le degré d'empoisonnement au soufre est réduit, grâce à quoi l'absorbant des NOx peut être empêché d'être dégradé par un empoisonnement au soufre.
Le dispositif de purification de gaz d'échappement pour un moteur à combustion interne conforme à l'invention peut refouler l'oxygène (02) absorbé par l'absorbant des NOx à l'avance avant que la commande de récupération d'un empoisonnement au soufre du catalyseur des NOx ne soit démarrée. De ce fait, la commande de récupération d'un empoisonnement au soufre est empêchée d'être retardée par le stockage de O2, et le temps nécessaire pour la récupération d'un empoisonnement au soufre est raccourci. Par conséquent, le nombre d'opportunités pour lesquelles la commande de récupération d'un empoisonnement au soufre peut être exécutée est augmenté. Il en résulte que l'effet consistant à rendre possible d'éviter de façon efficace un état dans lequel les NOx contenus dans le gaz d'échappement ne sont pas absorbés par le catalyseur des NOx, et que l'effet consistant à rendre possible d'empêcher le catalyseur des NOx d'être dégradé par un empoisonnement au soufre sont obtenus.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS , - 1. Dispositif de purification de gaz d'échappement destiné à un moteur à combustion interne (1), comprenant : un absorbant des NOx qui absorbe les NOx contenus dans le gaz d'échappement lorsque le gaz d'échappement s'écoulant dans l'absorbant des NOx présente un rapport air-carburant pauvre, et qui refoule les NOx absorbés lorsque le gaz d'échappement s'écoulant dans l'absorbant des NOx devient stoechiométrique ou riche, et un moyen de commande de récupération d'un empoisonnement au soufre, destiné à exécuter une commande de réchauffage (S103) et une commande de récupération d'un empoisonnement au soufre (S106) de l'absorbant des NOx, caractérisé en ce que le moyen de commande de récupération d'un empoisonnement au soufre réduit le rapport air-carburant du gaz d'échappement et refoule ainsi l'oxygène (02) occlus par l'absorbant des NOx en exécutant la commande de réchauffage (S103) avant de démarrer la commande de récupération d'un empoisonnement au soufre (S106) de l'absorbant des NOx.
  2. 2. Dispositif de purification de gaz d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la commande de réchauffage (S103) est exécutée en ajoutant du carburant pour le moteur à combustion interne (1) à un système d'échappement.
  3. 3. Dispositif de purification de gaz d'échappement selon la revendication 2, caractérisé en ce que la commande de réchauffage (S103) est exécutée par l'intermédiaire d'une commande de pointe de mélange riche, dans laquelle la concentration en oxygène du gaz d'échappement est réduite de façon répétée d'une manière en pointes.
  4. 4. Dispositif de purification de gaz d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif de purification de gaz d'échappement pour le moteur à combustion interne (1) est muni d'un filtre (20)
    <Desc/Clms Page number 33>
    capable de capturer temporairement des matières particulaires (PM) contenues dans le gaz d'échappement, et en ce-que l'absorbant des NOx est porté sur le filtre (20).
  5. 5. Dispositif de purification de gaz d'échappement selon la revendication 4, caractérisé en ce que un absorbant de 02 capable d'absorber l'oxygène (02) est porté sur le filtre (20).
  6. 6. Dispositif de purification de gaz d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la commande de récupération d'un empoisonnement au soufre (S106) est exécutée en ajoutant du carburant pour le moteur à combustion interne (1) au système d'échappement lorsque le moteur à combustion interne (1) se trouve en fonctionnement à faible charge.
  7. 7. Procédé de purification de gaz d'échappement pour un dispositif de purification de gaz d'échappement destiné à un moteur à combustion interne (1) équipé d'un absorbant des NOx qui absorbe les NOx contenus dans le gaz d'échappement lorsque le gaz d'échappement s'écoulant dans l'absorbant des NOx présente un rapport air-carburant pauvre, et qui refoule les NOx absorbés lorsque le gaz d'échappement s'écoulant dans l'absorbant des NOx devient stoechiométrique ou riche, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : l'exécution d'une commande de réchauffage (S103) dans laquelle la température de l'absorbant des NOx est élevée en réduisant le rapport air-carburant du gaz d'échappement et en refoulant ainsi l'oxygène (02) occlus par l'absorbant des NOx, et , l'exécution d'une commande de récupération d'un empoisonnement au soufre (S106) après la commande de réchauffage (S103).
  8. 8. Procédé de purification de gaz d'échappement selon la revendication 7, caractérisé en ce que la commande de réchauffage (S103) est exécutée en ajoutant du carburant pour le moteur à combustion interne (1) à un système d'échappement.
    <Desc/Clms Page number 34>
  9. 9. Procédé de purification de gaz d'échappement selon la revendication 8, caractérisé en ce que la commande de réchauffage (S103) est exécutée par l'intermédiaire d'une commande de pointes de mélange riche dans laquelle la concentration en oxygène du gaz d'échappement est réduite de façon répétée d'une manière en pointes.
  10. 10. Procédé de purification de gaz d'échappement selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que la commande de récupération d'un empoisonnement au soufre (S106) est exécutée en ajoutant du carburant pour le moteur à combustion interne (1) au système d'échappement lorsque le moteur à combustion interne (1) se trouve en fonctionnement à faible charge.
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