FR2862703A1 - Systeme de desulfatation d'un piege a nox, pour moteur de vehicule automobile - Google Patents
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Abstract
Ce système dans lequel le piège à NOx (1) est associé à des moyens formant catalyseur (2), intégrés dans une ligne d'échappement (3) d'un moteur (4) de véhicule, et dans lequel le moteur est associé à des moyens (7,8) à rampe commune d'alimentation en carburant, adaptés, par modification de paramètres de contrôle du fonctionnement du moteur, pour faire basculer le moteur entre des fonctionnements en mélange pauvre (9) et en mélange riche (10), est caractérisé en ce que les moyens d'alimentation (7,8) sont adaptés pour définir trois stratégies (11,12,13) de pilotage du fonctionnement du moteur en mélange pauvre (9), et en ce que les moyens d'alimentation (7,8) sont adaptés pour faire basculer le moteur entre ces différentes stratégies pour maintenir le piège (1 ) dans une fenêtre thermique d'efficacité maximale.
Description
Deux problèmes se posent alors pour l'obtention d'une désulfatation
efficace.
D'une part, plus la température est élevée, plus la désorption est efficace, mais aussi plus le vieillissement du piège est accéléré, ce qui se traduit par 5 une moindre efficacité catalytique.
Il est donc nécessaire de ne pas trop chauffer le piège afin de maintenir les performances de celui-ci sur la durée de vie du véhicule.
D'autre part, les sulfates se déstockent essentiellement sous forme de H2S ou de SO2, les autres composés comme le COS étant émis en quantité bien 10 moins importante.
Les sulfates seront préférentiellement désorbés sous forme de H2S (gaz mal odorant) lorsque le milieu est en déficit d'oxygène. C'est notamment le cas lorsque le moteur fonctionne en mélange riche.
Cependant, la formulation d'un piège à NOx peut contenir des élé-15 ments de stockage d'oxygène dit OSC qui libèrent de l'oxygène lorsque le milieu est pauvre en espèces oxydantes.
C'est ainsi que lorsque le moteur passe d'un fonctionnement en mode riche en mode pauvre, l'OSC libère de l'oxygène.
Malheureusement l'OSC n'est pas un réservoir infini d'oxygène et, au bout d'un certain temps, il est épuisé. C'est ainsi que lors d'une désulfatation, lorsque la température est suffisante pour pouvoir déstocker les sulfates, ceux-ci sont d'abord désorbés sous forme de SO2, puis, lorsqu'il n'y a plus assez d'oxygène dans les gaz (réservoir OSC vide par exemple), sous forme de H2S.
Le but de l'invention est donc de proposer un système qui permette de maintenir le piège à NOx dans une fenêtre thermique d'efficacité maximale, tout en minimisant le risque de vieillissement de l'imprégnation catalytique et en limitant au maximum les émissions gazeuses d'H2S lors d'une désulfatation.
A cet effet, l'invention a pour objet un système de désulfatation d'un piège à NOx associé à des moyens formant catalyseur d'oxydation, et intégrés dans une ligne d'échappement d'un moteur Diesel de véhicule automobile, dans lequel le moteur est associé à des moyens à rampe commune d'alimentation en carburant des cylindres du moteur, adaptés, par modification de paramètres de contrôle du fonctionnement du moteur, pour faire basculer le moteur entre des fonctionnements en mélange pauvre et en mélange riche, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation sont adaptés pour définir trois stratégies de pilotage du fonctionnement du moteur en mélange pauvre, la première dite stratégie normale correspondant à un fonctionnement normal du moteur, la deuxième dite stratégie de niveau 1, et la troisième dite stratégie de niveau 2, pour obtenir des niveaux thermiques différents dans la ligne d'échappement, le niveau thermique obtenu par application de la troisième stratégie de niveau 2 étant supérieur à celui obtenu par application de la deuxième stratégie de niveau 1, qui est lui-même supérieur à celui obtenu par application de la première stratégie normale, et en ce que les moyens d'alimentation sont raccordés à : - des moyens de détection d'une requête de désulfatation pour piloter les moyens d'alimentation afin d'enclencher un fonctionnement du moteur selon la deuxième stratégie de niveau 1; - des moyens de surveillance de l'état d'amorçage des moyens formant catalyseur pour enclencher la troisième stratégie de niveau 2; - des moyens d'acquisition du niveau thermique dans la ligne d'échappement pour enclencher le fonctionnement en mélange riche du moteur lorsque ce niveau thermique dépasse une température d'objectif prédéterminée pendant une première période de temps prédéterminée ou pour couper la désulfatation si cette température n'a pas été atteinte avant l'expiration d'une seconde période de temps maximale prédéterminée; - des moyens de surveillance du fonctionnement en mélange riche du moteur pour: * piloter un fonctionnement du moteur en mélange pauvre selon la troisième stratégie de niveau 2 au bout d'une troisième période de temps pré-25 déterminée; * piloter un fonctionnement du moteur en mélange pauvre selon la troisième stratégie de niveau 2, si le niveau thermique dans la ligne d'échappement descend en-dessous d'un seuil de température basse prédéterminé pendant une quatrième période de temps; * piloter un fonctionnement du moteur en mélange pauvre selon la deuxième stratégie de niveau 1 si le niveau thermique dans la ligne d'échappement dépasse un seuil de température haute prédéterminé pendant une cinquième période de temps; * maintenir ce fonctionnement du moteur selon cette deuxième stratégie de niveau 1 pendant une sixième période de temps de forçage prédéterminé ou jusqu'au moment où le niveau thermique dans la ligne d'échappement est redescendu en-dessous du seuil de température haute moins un écart d'hystérésis pendant une septième période de temps; * piloter un fonctionnement du moteur en mélange pauvre selon la première stratégie normale dans le cas où le niveau thermique dans la ligne d'échappement n'est pas redescendu en-dessous du seuil de température haute moins l'écart d'hystérésis au bout d'une huitième période de temps maximale de refroidissement, jusqu'à ce que le niveau thermique dans la ligne d'échappement soit redescendu sous ce seuil de température haute moins l'écart d'hystérésis pendant la septième période de temps; * maintenir le fonctionnement du moteur en mode pauvre selon l'une des stratégies de niveau 2, de niveau 1 ou normale, telles que définies 15 précédemment, pendant une neuvième période de temps; et * à l'expiration de cette neuvième période de temps, si le niveau thermique dans la ligne d'échappement est compris entre la température d'objectif prédéterminée et le seuil de température haute, reboucler ce pilotage du moteur à partir d'un fonctionnement en mélange riche, jusqu'à détection d'une requête d'arrêt de désulfatation par des moyens de détection correspondants.
Suivant d'autres caractéristiques: - les températures de seuil sont calibrables; - les périodes de temps sont calibrables; - il comporte des moyens d'émission de la requête de désulfatation et 25 d'arrêt de celle-ci; - les moyens de surveillance de l'état d'amorçage des moyens formant catalyseur et d'acquisition de niveau thermique dans la ligne d'échappement, comprennent des capteurs de température; - les moyens d'alimentation sont adaptés pour prendre en compte le 30 vieillissement du piège.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la Fig.1 représente un schéma synoptique illustrant la structure générale d'un système selon l'invention; et - la Fig.2 représente un organigramme illustrant le fonctionnement de celui-ci.
On a en effet illustré sur la figure 1, un système de désulfatation d'un piège à NOx désigné par la référence générale 1 sur cette figure, associé à des moyens formant catalyseur d'oxydation, désignés par la référence générale 2, et intégrés dans une ligne d'échappement 3 d'un moteur Diesel de véhicule auto-mobile.
Ce moteur est désigné par la référence générale 4 et est par exemple associé à un turbocompresseur dont la portion de turbine 5 est disposée dans la ligne d'échappement et dont la portion de compresseur 6 est disposée en amont du moteur.
Le moteur est associé à des moyens 7 à rampe commune d'alimentation en carburant des cylindres du moteur, adaptés, par modification des paramètres de contrôle du fonctionnement du moteur, pour faire basculer le moteur entre des fonctionnements à mélange pauvre et à mélange riche.
Ceci se fait alors de façon classique sous le contrôle d'un superviseur, désigné par la référence générale 8, à partir de stratégies de contrôle du fonc- tionnement en mélange pauvre et en mélange riche, désignées par les références générales 9 et 10 respectivement.
En fait, ces moyens d'alimentation et ce superviseur sont adaptés pour définir trois stratégies de pilotage du fonctionnement du moteur à mélange pauvre, la première 11 dite stratégie normale correspondant au fonctionnement nor- mal du moteur, la deuxième, dite stratégie de niveau 1, 12, et la troisième, dite stratégie de niveau 2, 13.
Ceci permet alors par contrôle du fonctionnement du moteur, d'obtenir des niveaux thermiques différents dans la ligne d'échappement, le niveau thermique obtenu par application de la troisième stratégie de niveau 2, 13, étant supé- rieur à celui obtenu par application de la deuxième stratégie de niveau 1, 12, qui est lui-même supérieur à celui obtenu par application de la première stratégie normale 11.
Le superviseur 8 est également relié à des moyens d'émission d'une requête de désulfatation du piège à NOx ou d'arrêt de celle-ci, désignés par la référence générale 15 et à différents capteurs de température, par exemple 16, 17 et 18, répartis dans la ligne d'échappement pour acquérir des niveaux thermiques dans celle-ci, comme cela sera décrit plus en détail par la suite.
Le capteur de température 16 est adapté pour acquérir le niveau thermique dans la ligne d'échappement, tandis que les capteurs 17 et 18 placés de part et d'autre des moyens formant catalyseur, permettent de déterminer par exemple l'état d'amorçage de ceux-ci, de façon classique.
Le fonctionnement de ce système est illustré sur la figure 2 et débute par la réception par le superviseur 8 des moyens d'alimentation, d'une requête de 10 désulfatation en 20.
A la détection de cette requête de désulfatation, les moyens d'alimentation 7,8 sont adaptés pour enclencher un fonctionnement du moteur selon la deuxième stratégie de niveau 1, en 21.
Le superviseur surveille alors l'état d'amorçage des moyens formant 15 catalyseur en 22, pour enclencher dès que les moyens formant catalyseur sont activés, la troisième stratégie de niveau 2 en 23.
Puis, le superviseur surveille en 24, le niveau thermique dans la ligne d'échappement 3 du moteur pour enclencher le fonctionnement en mode riche du moteur, en 25, lorsque ce niveau thermique dépasse une température d'objectif prédéterminée pendant une première période de temps prédéterminée.
Par contre, ce superviseur 8 est également adapté pour couper la désulfatation en 24a, si cette température d'objectif n'a pas été atteinte avant l'expiration d'une seconde période de temps maximale prédéterminée.
Si le test en 24 est positif, le superviseur 8 est adapté pour surveiller le fonctionnement en mélange riche du moteur et détecter les conditions de pas-sage de trois tests en 26, 27 et 28 respectivement.
En effet, à partir du fonctionnement en mélange riche du moteur, les moyens de surveillance du fonctionnement du moteur sont adaptés pour piloter un fonctionnement de ce moteur en mélange pauvre selon la stratégie de niveau 2 en 29, au bout d'une troisième période de temps prédéterminée à partir du test en 26, un fonctionnement du moteur en mélange pauvre selon la troisième stra- tégie de niveau 2 en 29, si le niveau thermique dans la ligne d'échappement des- cend en-dessous d'un seuil de température basse prédéterminé pendant une quatrième période de temps à partir du test en 28, ou un fonctionnement du mo- teur en mélange pauvre selon la deuxième stratégie de niveau 1 en 31, si le ni-veau thermique dans la ligne d'échappement dépasse un seuil de température haute prédéterminé pendant une cinquième période de temps, à partir du test en 27.
Le superviseur 8 maintient alors ce fonctionnement du moteur selon cette deuxième stratégie de niveau 1,en 31, pendant une sixième période de temps de forçage prédéterminée, en 32, ou jusqu'au moment où le niveau thermique dans la ligne d'échappement est redescendu, en 33, en-dessous du seuil de température haute moins un écart d'hystérésis, pendant une septième période de temps.
Si ce n'est pas le cas, le superviseur est adapté pour piloter un fonctionnement du moteur en mélange pauvre, en 34, selon la première stratégie normale dans le cas où le niveau thermique dans la ligne d'échappement n'est pas redescendu en-dessous du seuil de température haute moins un écart d'hystérésis au bout d'une huitième période de temps maximale de refroidisse-ment, jusqu'à ce que le niveau thermique dans la ligne d'échappement soit redescendu sous ce seuil de température haute moins l'écart d'hystérésis pendant la septième période de temps, comme cela est illustré en 35.
Le superviseur maintient alors le fonctionnement du moteur en mode pauvre selon l'une des stratégies de niveau 2 en 29, de niveau 1 en 31 ou normal en 34, tels que définis précédemment, pendant une neuvième période de temps en 36 et à l'expiration de cette neuvième période de temps, si le niveau thermique dans la ligne d'échappement est compris entre la température d'objectif prédéterminée et le seuil de température haute, reboucle ce pilotage du moteur à partir d'un fonctionnement à mélange riche en 25, jusqu'à la détection d'une requête d'arrêt de désulfatation en 37, par le superviseur 8.
Dans ce cas, on déclenche le compteur de temps dès que l'on repasse en mode pauvre et c'est le temps cumulé passé en niveau 2 plus éventuellement en niveau 1 plus éventuellement en pauvre normal qui compte dans cette compa- raison.
Bien entendu, les différentes températures de seuil et les périodes de temps mentionnées précédemment peuvent être calibrables.
Ainsi par exemple, les températures de seuil haute et basse, sont des sécurités qui, pour le seuil de température haute, permettent de ne pas trop vieil- lir le piège thermiquement, ce vieillissement se traduisant par une baisse de l'efficacité des conversions des NOx, du CO et des HC, tandis que la température de seuil basse représente la température minimale en- dessous de laquelle le processus de désulfatation est trop lent.
Le phénomène de vieillissement du piège se traduisant par une baisse de l'activité catalytique de celui-ci, peut également être pris en compte en adaptant la richesse cible en mode riche de fonctionnement du moteur.
Par exemple, pour un piège neuf, on peut utiliser une richesse de 1,11 (X=0,9) et on diminue progressivement la richesse au fur et à mesure que le piège vieillit.
Typiquement, cette richesse sera de 1,04 (X=0,96), pour un piège ayant parcouru 100.000 kilomètres.
Par ailleurs, la durée de la désulfatation sera progressivement allongée.
Plusieurs solutions sont envisageables pour prendre en compte ce vieillissement, en fonction notamment du kilométrage, de la quantité de soufre calculée vue par le piège, de l'efficacité de conversion des NOx mesurée par des capteurs NOx placés en amont et en aval du piège, des niveaux thermiques vus par le piège et mesurés soit dans le piège, soit en aval du piège, etc..
Un tel contrôle du fonctionnement du moteur permet alors de maintenir le piège dans une fenêtre d'efficacité thermique maximale tout en limitant au maximum les émissions nuisibles et en adaptant les stratégies en fonction du vieillissement du piège.
Bien entendu, d'autres modes de réalisation peuvent être envisagés.
Ainsi par exemple, les moyens formant catalyseur d'oxydation et le piège à NOx peuvent être intégrés dans un seul et même élément notamment sur un même substrat.
Par ailleurs, un filtre à particules intégrant la fonction d'oxydation peut être envisagé.
De même, un piège à NOx intégrant une telle fonction d'oxydation peut également être envisagé, que celui-ci soit additivé ou non.
Cette fonction d'oxydation et/ou de piège à NOx peut être remplie par exemple par un additif mélangé au carburant.
Claims (6)
1. Système de désulfatation d'un piège à NOx (1) associé à des moyens formant catalyseur d'oxydation (2), et intégrés dans une ligne d'échappement (3) d'un moteur Diesel (4) de véhicule automobile, dans lequel le moteur est associé à des moyens à rampe commune d'alimentation en carburant des cylindres du moteur, adaptés, par modification de paramètres de contrôle du fonctionnement du moteur, pour faire basculer le moteur entre des fonctionnements en mélange pauvre (9) et en mélange riche (10), caractérisé en ce que les moyens d'alimentation (7,8) sont adaptés pour définir trois stratégies de pilotage du fonctionnement du moteur en mélange pauvre (11,12,13), la première (11) dite stratégie normale correspondant à un fonctionnement normal du moteur, la deuxième (12) dite stratégie de niveau 1, et la troisième (13) dite stratégie de ni-veau 2, pour obtenir des niveaux thermiques différents dans la ligne d'échappement, le niveau thermique obtenu par application de la troisième stra- tégie de niveau 2 étant supérieur à celui obtenu par application de la deuxième stratégie de niveau 1, qui est lui-même supérieur à celui obtenu par application de la première stratégie normale, et en ce que les moyens d'alimentation (7) sont raccordés à : - des moyens (8) de détection d'une requête de désulfatation pour pilo-20 ter les moyens d'alimentation (7) afin d'enclencher un fonctionnement du moteur selon la deuxième stratégie de niveau 1 (en 21) ; - des moyens (8,17,18) de surveillance de l'état d'amorçage des moyens formant catalyseur (2) pour enclencher la troisième stratégie de niveau 2 (en 23) ; - des moyens (8,16) d'acquisition du niveau thermique dans la ligne d'échappement (3) pour enclencher le fonctionnement en mélange riche (en 25) du moteur lorsque ce niveau thermique dépasse une température d'objectif pré-déterminée pendant une première période de temps prédéterminée ou pour cou-per (en 24a) la désulfatation si cette température n'a pas été atteinte avant l'expiration d'une seconde période de temps maximale prédéterminée; - des moyens (8) de surveillance du fonctionnement en mélange riche du moteur pour: * piloter (en 29) un fonctionnement du moteur en mélange pauvre selon la troisième stratégie de niveau 2 au bout d'une troisième période de temps prédéterminée; * piloter (en 29) un fonctionnement du moteur en mélange pauvre selon la troisième stratégie de niveau 2, si le niveau thermique dans la ligne d'échappement descend en-dessous d'un seuil de température basse prédéterminé pendant une quatrième période de temps; * piloter (en 31) un fonctionnement du moteur en mélange pauvre selon la deuxième stratégie de niveau 1 si le niveau thermique dans la ligne d'échappement dépasse un seuil de température haute prédéterminé pendant une cinquième période de temps; * maintenir ce fonctionnement du moteur selon cette deuxième stratégie de niveau 1 pendant une sixième période de temps de forçage prédéterminé (en 32) ou jusqu'au moment où le niveau thermique dans la ligne d'échappement est redescendu en-dessous du seuil de température haute moins un écart d'hystérésis pendant une septième période de temps (en 33) ; * piloter (en 34) un fonctionnement du moteur en mélange pauvre selon la première stratégie normale dans le cas où le niveau thermique dans la ligne d'échappement n'est pas redescendu en-dessous du seuil de température haute moins l'écart d'hystérésis au bout d'une huitième période de temps maxi-male de refroidissement, jusqu'à ce que le niveau thermique dans la ligne d'échappement soit redescendu sous ce seuil de température haute moins l'écart d'hystérésis pendant la septième période de temps; * maintenir (en 36) le fonctionnement du moteur en mode pauvre selon l'une des stratégies de niveau 2, de niveau 1 ou normale, telles que défi- nies précédemment, pendant une neuvième période de temps; et * à l'expiration de cette neuvième période de temps, si le niveau thermique dans la ligne d'échappement est compris entre la température d'objectif prédéterminée et le seuil de température haute, reboucler ce pilotage du moteur à partir d'un fonctionnement en mélange riche (en 25), jusqu'à détection (en 37) d'une requête d'arrêt de désulfatation par des moyens de détection correspondants (8).
2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les températures de seuil sont calibrables.
3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les périodes de temps sont calibrables.
4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (15) d'émission de la requête de désulfatation et d'arrêt de celle-ci.
5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de surveillance de l'état d'amorçage des moyens formant catalyseur et d'acquisition de niveau thermique dans la ligne d'échappement, comprennent des capteurs de température (16,17,18).
6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation sont adaptés pour prendre en compte le vieillissement du piège.
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