FR2862709A1

FR2862709A1 - Procede pour optimiser les valeurs des gaz d'echappement d'un moteur thermique

Info

Publication number: FR2862709A1
Application number: FR0452725A
Authority: FR
Inventors: Wolfgang Klenk; Stefan Scherer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-11-25
Filing date: 2004-11-23
Publication date: 2005-05-27
Anticipated expiration: 2024-11-23
Also published as: DE10355037A1; DE10355037B4; JP2005155627A; FR2862709B1; JP4612400B2

Abstract

Procédé pour optimiser les valeurs des gaz d'échappement d'un moteur thermique (1) comportant un catalyseur de stockage d'oxydes NOx (11) installé dans la conduite des gaz d'échappement (10) et en aval de ce catalyseur, un capteur d'oxydes d'azote NOx (14), selon lequel on exploite dans une commande de moteur (20) le signal croissant du capteur d'oxydes NOx correspondant à une phase de désorption d'oxydes NOx et une phase de libération d'ammoniac NH3, pour détecter la fin de la régénération. Pour détecter la fin de la régénération, on utilise un instant (te) lié au moins à une caractéristique de forme de la courbe de la phase de désorption.

Description

Domaine de l'invention

La présente invention concerne un procédé pour optimiser les valeurs des gaz d'échappement d'un moteur thermique comportant un catalyseur de stockage d'oxydes NOx installé dans la conduite des gaz d'échappement et en aval de ce catalyseur, un capteur d'oxydes d'azote NOx, selon lequel on exploite dans une commande de moteur le signal croissant du capteur d'oxydes NOx correspondant à une phase de désorption d'oxydes NOx et une phase de libération d'ammoniac NH3, pour détecter la fin de la régénération. Etat de la technique

Le document DE 198 23 923 C2 décrit un tel procédé. Dans ce procédé connu appliqué à un moteur thermique, la conduite des gaz d'échappement est équipée d'un catalyseur accumulateur d'oxydes NOx suivi en aval d'un capteur d'oxydes NOx pour réduire les oxydes d'azote dans les gaz d'échappement en fixant la fin de la phase de régénération détectée par un signal du capteur d'oxydes NOx, pour afficher la diminution d'émission d'ammoniac NH3 à partir du catalyseur accumulateur d'oxydes NOx. On utilise alors le fait que le capteur d'oxydes NOx présente une sensibilité transversale à l'ammoniac NH3 de sorte que le signal de capteur d'oxydes NOx présente un pic élevé sans que dans ce cas les oxydes d'azote NOx représentent la composante mesurée. S'il n'y a plus d'oxydes d'azote NOx dans le catalyseur accumulateur d'oxydes NOx, il ne peut plus y avoir de formation d'ammoniac et le signal du capteur d'oxydes NOx chute de nouveau. Le flanc descendant du signal de capteur d'oxydes NOx peut ainsi servir au déclenchement de la chute de la phase de régénération. En variante on peut également utiliser le maximum du signal de capteur d'oxydes NOx comme critère pour la fin de la phase de régénération.

Le document EP 1 060 003 Bl décrit un procédé pour déterminer le début et la fin d'un intervalle de régénération d'un catalyseur accumulateur d'oxydes NOx. Selon ce document, on détecte le début de la phase de régénération par un capteur d'oxydes d'azote NOx et on constate la fin de la phase de régénération de l'accumulateur d'oxydes NOx du catalyseur par le capteur d'oxydes d'azote NOx ayant une sensibilité transversale vis-à-vis d'au moins un produit des gaz d'échappement constitué par le composant réducteur des gaz d'échappement ; on utilise l'émission de ce composant réducteur assorti du catalyseur pour déterminer la fin de la phase de régénération du catalyseur. Le document DE 100 36 453 Al décrit un procédé pour gérer un catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote NOx selon lequel on définit le niveau de remplissage en oxydes d'azote NOx du catalyseur accumulateur d'oxydes NOx à l'aide d'un modèle de stockage d'oxydes NOx et ainsi on définit le début et la fin de la phase de régénération. But de l'invention

La présente invention a pour but de développer un procédé perfectionné pour optimiser les valeurs des gaz d'échappement d'un moteur thermique. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus caractérisé en ce que pour détecter la fin de la régénération, on utilise un instant lié au moins à une caractéristique de forme de la courbe de la phase de désorption.

Il est ainsi prévu selon l'invention que l'on détecte la fin de la régénération à l'aide d'un instant ayant au moins une caractéristique de forme pour le profil de la phase de désorption.

Selon l'invention on a constaté que l'on améliorait les valeurs de gaz d'échappement si on déterminait la fin de la phase de régénération du catalyseur accumulateur d'oxydes NOx par l'exploitation de la phase de désorption lorsque l'ammoniac n'est pas encore libéré, ce qui risquerait de se répercuter sur le signal du capteur. Cette procédure permet d'éviter efficacement toute augmentation nocive de composants CO ou HC dans les gaz d'échappement. L'invention utilise en outre le fait que la sensibilité transversale vis-à-vis de l'ammoniac ne se produit principalement que si dans la conduite des gaz d'échappement en aval du catalyseur accumulateur d'oxydes NOx on rencontre déjà un agent réducteur (CO, HC, H2). Cela permet d'utiliser le pic de désorption pour déterminer la fin de la phase de régénération en évitant ainsi efficacement le passage de l'agent réducteur à travers le catalyseur. Il est en outre avantageux de déterminer la fin de la phase de régénération en fixant l'instεmt de la détection de la fin de la régénération avant le début de la phase de libération d'ammoniac NH3.

Différentes procédures avantageuses pour déterminer la fin de la phase de régénération consistent à utiliser comme caractéristique de forme, le maximum d'une variation caractéristique de pente, d'un point d'inversion et/ ou d'un effondrement de la courbe de désorption.

On peut également exploiter dans la commande d'un moteur par une programmation appropriée de façon que suivant la forme de la courbe de désorption, on sélectionne ou on combine de manière appropriée les caractéristiques suivant leur importance.

On optimise en outre les valeurs des gaz d'échappement par des moyens avantageux en ce que l'instant est fixé en déterminant un intervalle de temps prédéfini ou dépendant de paramètres de fonctionnement du moteur thermique à partir de l'instant d'au moins une caractéristique de forme. Dessins

La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels :

- la figure 1 est une vue schématique d'un moteur thermique équipé d'un catalyseur accumulateur d'oxydes NOx et d'un capteur d'oxydes NOx en aval, - la figure 2 est une représentation schématique d'un signal de capteur d'oxyde NOx en particulier pour la phase de régénération représentée en fonction du temps,

- la figure 3 montre différents signaux de capteur de gaz d'échappement et de valeurs de gaz d'échappement en fonction du temps pour une première échelle de temps,

- la figure 4 montre différents signaux de capteur et de valeurs de gaz d'échappement pour une autre échelle de temps en particulier au cours d'une phase de régénération. Description de modes de réalisation de l'invention

La figure 1 montre schématiquement un moteur thermique ou moteur à combustion interne 1 comportant un catalyseur accumulateur d'oxydes NOx 11 installé dans la conduite de gaz d'échappement 10 ainsi que plusieurs capteurs, à savoir une sonde lambda 12 en amont du catalyseur 11 et une sonde lambda 13 en aval du catalyseur 11 , ainsi qu'un capteur d'oxydes NOx 14 et une commande de moteur 20 permettant de gérer le fonctionnement du moteur et recevant entre autres les signaux des sondes lambda 12, 13 et ceux du capteur d'oxydes NOx 14. Les sondes lambda 12, 13 permettent de saisir les valeurs des gaz d'échappement dans la conduite de gaz d'échappement 12 en amont et en aval du catalyseur 11 en procédant d'une manière connue et en exploitant ces signaux dans la commande de moteur 20 pour commander le moteur et le catalyseur 1 1. Le capteur d'oxydes NOx 14 permet de saisir les teneurs en oxydes NOx des gaz d'échappement en aval du catalyseur 1 1 et aussi de diagnostiquer le fonctionnement du catalyseur 11, avec affichage dans le véhicule. Le catalyseur accumulateur d'oxydes NOx 1 1 permet de séparer par filtrage les composants nocifs d'oxydes NOx dans les gaz d'échappement et de les stocker si le moteur thermique fonctionne avec un excédent d'air c'est-à-dire pour des valeurs lambda supérieures à l'unité (par exemple comprises entre 1,5 et 3) c'est-à-dire lorsque la teneur en oxydes d'azote NOx n'est plus décomposée par les agents réducteurs en excédent dans les gaz d'échappement (notamment CO, HC, H2). De tels catalyseurs accumulateurs d'oxydes NOx s'utilisent à la fois pour les moteurs Diesel et en partie aussi pour les moteurs à essence. Leur rôle et leur fonctionnement sont admis comme connus et pour de plus amples détails on se reportera à la documentation.

En particulier la documentation connue décrit le fonctionnement selon lequel pour un mélange air/ carburant supérieur à l'unité, avec un catalyseur 11 enrichi en oxydes d'azote NOx, on commute le moteur thermique avec un mélange carburant/ air riche, c'est-àdire avec des coefficients lambda inférieurs à l'unité. Pour passer en phase de régénération, et vider ainsi l'accumulateur d'oxydes d'azote NOx. Si l'on poursuit la phase de régénération trop longtemps c'est-àdire avec un mode riche, on arrive à une augmentation rapide des agents réducteurs en particulier des composants nocifs CO, HC et c'est pourquoi il est important comme cela a été exposé dans la documentation évoquée ci-dessus de fixer aussi rapidement que possible la fin de la phase de régénération, c'est-à-dire d'éviter un développement nocif des agents réducteurs. Pour cela le document DE 198 23 923 C2 prévoit de détecter la fin de la phase de régénération à l'aide du signal du capteur d'oxydes NOx indiquant une diminution de l'émission d'ammoniac (NH₃) du catalyseur accumulateur d'oxydes NOx. La figure 2 montre différents segments du signal de capteur d'oxydes NOx (signal portant la référence NOx) en fonction du temps et cela en particulier pendant une phase de régénération 32. Avant le début de la phase de régénération 32, à l'instant tl, l'accumulateur d'oxydes d'azote NOx du catalyseur accumulateur l i a été chargé en oxydes NOx dans la phase d'accumulation 31 par le fonctionnement des valeurs de coefficient lambda supérieures à l'unité. Le signal du capteur d'oxydes NOx montre l'effondrement caractéristique (faible) au début de la régénération à l'instant tl ; cet effondrement est suivi par la phase de désorption 33 avec un maximum de désorption à l'instant t2. La phase de désorption 33 se poursuit par une autre phase

34 qui libère l'ammoniac (phase de libération de NH3) qui résulte de la sensibilité transversale du capteur d'oxydes NOx vis-à-vis d'agents réducteurs contenus dans les gaz d'écheippement en particulier également pour l'ammoniac NH3. Selon l'invention, on a constaté que la sensibilité transversale vis-à-vis de l'ammoniac ne se révèle que si en aval du catalyseur accumulateur d'oxydes NOx 1 1 on a déjà des agents réducteurs (CO, HC, H2, NH3) c'est-à-dire si l'on est dans des conditions réductrices ou encore lambda inférieur à 1. En revanche, les mesures ont montré que dans la phase de désorption des oxydes d'azote NOx, 33, on ne rencontre pas d'ammoniac NH3. Comme le montre en outre la figure 2, après la fin de la phase de libération de l'ammoniac NH3, 34, à l'instant t3 l'accumulateur d'oxydes NOx recommence à stocker des oxydes d'azote NOx. La phase de stockage se poursuit par exemple quelques 10 secondes alors que la phase de régénération ne dure par exemple que 10 secondes. Il est à remarquer que la phase d'ammoniac NH3 ne représente pas au sens propre du terme une libération mais une conversion (stationnaire) des oxydes NOx à partir des gaz d'échappement (riches) avec un agent réducteur (H2, HC) sur le catalyseur accumulateur d'oxydes NOx. La diminution du signal repose sur l'arrêt de la régénération.

Les considérations développées ci-dessus ont permis selon l'invention d'utiliser pour déterminer la fin de la phase de régénération 32, la phase de désorption 33 dans la commande de moteur 20. Pour cela, on exploite l'évolution du signal de désorption 33 selon une ou plusieurs caractéristiques ; on peut également envisager d'exploiter une combinaison de ces caractéristiques pour obtenir des informations plus précises permettant de déterminer la fin de la phase de régénération 32. L'instant te qui correspond à la fin de la phase de régénération peut être fixé à une distance prédéterminée ou prévisible de la caractéristique, cette distance dépendant également d'autres paramètres de fonctionnement connus de la commande 20 du moteur, cette distance peut également correspondre à une valeur 0. Comme caractéristiques on peut utiliser par exemple le maximum du signal de désorption 33 ou encore certaines pentes des flancs montant ou descendant ou encore un effondrement ou un point d'inversion. En déterminant la fin de la régénération à l'instant te on évite efficacement tout développement nocif de l'agent réducteur.

La figure 3 montre différentes régénérations successives du catalyseur accumulateur d'oxydes NOx 11 avec des durées décroissances de la régénération. On a représenté le signal d'une sonde lambda

13 mesurant en continu, du capteur d'oxydes NOx 14 ainsi que les signaux d'une technique de mesure de gaz d'échappement sur banc d'essai pour les composants HC, CO et NOx des gaz d'échappement en fonction du temps. La figure 4 montre un agrandissement de la phase de régénération 32 par rapport à ce que montre la figure 3 ; la durée de la régénération ou la fin de la régénération sont choisies pour avoir uniquement un faible développement de CO. Le signal de capteur d'oxydes azote NOx 30 indique un faible effondrement au début de la régénération. La largeur du pic de désorption 33 qui s'ensuit correspond à la durée de régénération nécessaire. Le développement des gaz riches ou agents réducteurs après la fin de la régénération permet de nouveau au signal de capteurs d'oxydes NOx 30 d'augmenter. En détectant le flanc descendant du pic de désorption 33 dans la phase de régénération 32 on peut ainsi déterminer exactement la fin de la régénération. La fin de la régénération résultant de la mesure des oxydes NOx est en corrélation avec la fin de la régénération résultant du signal lambda. Le signal de capteur d'oxydes NOx 30 permet de reconnaître plus tôt ou plus rapidement la fin de la régénération qu'avec la sonde lambda car le signal de capteur NOx c'est-à-dire en particulier la phase de désorption 33 utilisée à cet effet présente des gradients beaucoup plus accentués. Cela permet de respecter de façon fiable d'éventuelles limites d'émission fixées par la réglementation.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S 1°) Procédé pour optimiser les valeurs des gaz d'échappement d'un moteur thermique (1) comportant un catalyseur de stockage d'oxydes NOx (1 1) installé dans la conduite des gaz d'échappement (10) et en aval de ce catalyseur, un capteur d'oxydes d'azote NOx (14), selon lequel on exploite dans une commande de moteur (20) le signal croissant du capteur d'oxydes NOx (30) correspondant à une phase de désorption d'oxydes NOx (33) et une phase de libération d'ammoniac NH3 (34), pour détecter la fin de la régénération, caractérisé en ce que pour détecter la fin de la régénération, on utilise un instant (te) lié au moins à une caractéristique de forme de la courbe de la phase de désorption (33).
2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'instant (te) pour reconnaître la fin de la régénération se situe avant le début de la phase de libération d'ammoniac NH3 (34).
3°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la caractéristique de forme utilisée est le maximum d'une augmentation de pente caractéristique, le point d'inversion et/ ou l'effondrement de la courbe de désorption.
4°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'instant (te) est fixé en déterminant un intervalle de temps prédéfini ou fixé selon les paramètres de fonctionnement du moteur thermique (1) par rapport à l'arrivée d'au moins une caractéristique de forme.