FR2905144A1 - Systeme de desulfuration d'un dispositif de piegeage catalytique d'oxydes d'azote dispose dans la ligne d'echappement d'un moteur a combustion interne - Google Patents
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Abstract
Le système de désulfuration d'un dispositif de piégeage catalytique d'oxydes d'azote (1) disposé dans la ligne d'échappement (2) d'un moteur à combustion interne (3) de type Diesel, notamment de véhicule automobile (4), comprend des moyens de commande (5) aptes à déclencher une phase de désulfuration du dispositif de piégeage catalytique d'oxydes d'azote (1) en fonction d'un critère de désulfuration (C) dépendant d'une quantité estimée de carburant et d'une masse estimée d'oxydes de soufre, désorbés durant ladite phase de désulfuration. Lesdites quantité de carburant et masse d'oxydes de soufre sont estimées en fonction d'un point de fonctionnement moyen du moteur (3) et pour une efficacité de désulfuration prédéterminée.
Description
1 Système de désulfuration d'un dispositif de piégeage catalytique
d'oxydes d'azote disposé dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne La présente invention porte sur un système et un procédé de désulfuration d'un dispositif de piégeage catalytique d'oxydes d'azote disposé dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne de type Diesel, notamment de véhicule automobile. De manière connue, les oxydes d'azote NOX provoquent des infections et des allergies respiratoires ou jouent un rôle influençant la formation de pluies acides, de sorte que la plupart des pays ont imposé des normes limitant l'émission d'oxydes d'azote dans les véhicules. Aussi, la plupart des véhicules, et notamment les véhicules à moteur de type Diesel, sont pourvus de dispositifs de piégeage catalytique d'oxydes d'azote. Or, ces dispositifs catalytiques sont sensibles à l'empoisonnement au soufre, particulièrement aux oxydes de soufre SO,, et des phases de désulfuration du catalyseur sont nécessaires. Les phases de désulfuration ne peuvent se réaliser qu'à haute température dans le catalyseur.
L'augmentation de la température des gaz d'échappement nécessaire à une phase de désulfuration entraîne une augmentation de la consommation en carburant du véhicule. En outre, les moteurs de type Diesel ont généralement recours à une ou plusieurs injections tardives de carburant dans les cylindres du moteur lors de phases de désulfuration, ce qui pose un problème de passage et de dilution de carburant dans l'huile de lubrification du moteur. Cette dilution de carburant dans l'huile de lubrification du moteur accroît les problèmes de fiabilité des organes mécaniques. Il existe des systèmes gérant des phases de désulfuration de dispositifs de piégeage catalytique 2905144 2 d'oxydes d'azote, tels que décrits dans les documents EP 1 491 736 Al et WO 2004/02 7227 Al. Les systèmes et procédés décrits dans ces documents ne permettent pas d'optimiser une phase de désulfuration, de manière à 5 réduire la surconsommation du véhicule en carburant et à limiter la dilution de carburant dans l'huile de lubrification du moteur. L'invention propose un système et un procédé de désulfuration d'un dispositif de piégeage catalytique d'oxydes d'azote, disposé dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne de type 10 Diesel, notamment de véhicule automobile, qui remédie à ces inconvénients, et notamment qui propose une désulfuration à faible coût, réduisant la surconsommation de carburant, et limitant la dilution de carburant dans l'huile de lubrification du moteur. Selon un aspect de l'invention, il est proposé un système de 15 désulfuration d'un dispositif de piégeage catalytique d'oxydes d'azote disposé dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne de type Diesel, notamment de véhicule automobile. Le système comprend des moyens de commande aptes à déclencher une phase de désulfuration du dispositif de piégeage catalytique d'oxydes d'azote en 20 fonction d'un critère de désulfuration dépendant d'une quantité estimée de carburant et d'une masse estimée d'oxydes de soufre, désorbés, durant ladite phase de désulfuration. Lesdites quantités de carburant et masse d'oxydes de soufre sont estimées en fonction d'un point de fonctionnement moyen du moteur et pour une efficacité de 25 désulfuration prédéterminée. Le point de fonctionnement du moteur est notamment défini par la vitesse de rotation du moteur et le couple fourni par le moteur, et l'efficacité de désulfuration correspond au pourcentage de la quantité de soufre contenue dans le catalyseur au début d'une phase de 2905144 3 désulfuration ayant quitté le catalyseur durant la phase de désulfuration. Il est ainsi possible d'optimiser la quantité d'oxydes de soufre désorbés durant une phase de désulfuration, et ainsi d'optimiser la 5 surconsommation en carburant du moteur et de limiter la dilution de carburant dans l'huile de lubrification du moteur lors d'une phase de désulfuration du dispositif de piégeage catalytique d'oxydes d'azote. Selon un mode de réalisation, la quantité estimée de carburant correspond à une quantité de carburant diluée dans l'huile de 10 lubrification du moteur. Selon un mode de réalisation, ladite quantité de carburant diluée dans l'huile de lubrification du moteur est, en outre, estimée en fonction du point de fonctionnement instantané du moteur. Selon un mode de réalisation, ladite quantité estimée de 15 carburant correspond à une quantité supplémentaire de carburant consommée pour la désulfuration. Selon un mode de réalisation, le critère de désulfuration est le rapport de ladite quantité estimée de carburant et de ladite masse estimée d'oxydes de soufre désorbés.
20 Selon un mode de réalisation, lesdits moyens de commande sont adaptés pour déclencher une phase de désulfuration lorsque ledit critère de désulfuration est inférieur à une première valeur de seuil. Selon un mode de réalisation, lesdits moyens de commande sont, en outre, adaptés pour mettre fin à une phase de désulfuration 25 lorsque ledit critère de désulfuration est supérieur à une deuxième valeur de seuil. Selon un autre aspect de l'invention, il est également proposé un procédé de désulfuration d'un dispositif de piégeage catalytique d'oxydes d'azote disposé dans la ligne d'échappement d'un moteur à 2905144 4 combustion interne de type Diesel, notamment de véhicule automobile. On gère le déclenchement et/ou l'arrêt d'une phase de désulfuration du dispositif de piégeage catalytique d'oxydes d'azote en fonction d'un critère de désulfuration dépendant d'une quantité estimée de carburant 5 et d'une masse estimée d'oxydes de soufre désorbés durant ladite phase de désulfuration, lesdites quantités de carburant et masse d'oxydes de soufre étant estimées en fonction d'un point de fonctionnement moyen du moteur et pour une efficacité de désulfuration prédéterminée.
10 Dans un mode de mise en oeuvre, ladite quantité estimée de carburant correspond à une quantité ,de carburant diluée dans l'huile de lubrification du moteur. Selon un mode de mise en oeuvre, ladite quantité estimée de carburant correspond à une quantité supplémentaire de carburant 15 consommée pour la désulfuration. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, de quelques exemples nullement limitatifs, et faisant référence aux dessins annexés, sur lesquels : 20 -la figure 1 est une vue schématique d'un mode de réalisation d'un système selon un aspect de l'invention ; et -la figure 2 est un schéma synoptique illustrant un procédé selon un aspect de l'invention. Sur la figure 1, est représentée l'architecture générale d'un 25 système de désulfuration d'un dispositif de piégeage catalytique d'oxydes d'azote 1 comprenant une phase catalytique, et disposé dans la ligne d'échappement 2 d'un moteur à combustion interne 3, de type Diesel. Le dispositif catalytique 1 est alimenté en gaz d'échappement comprenant une richesse faible en carburant, propre au fonctionnement 2905144 5 du moteur 3 alimenté en mélange pauvre en carburant. Le système comprend une unité de commande électronique 5 connectée avec le moteur 3, ainsi qu'avec de nombreux éléments du véhicule 4, non représentés. En particulier, l'unité de commande électronique 5 est 5 capable de commander ou gérer le fonctionnement du moteur 3 lors de phases de désulfuration du dispositif de piégeage catalytique 1. Une phase de désulfuration du dispositif de piégeage catalytique 1 correspond à une phase durant laquelle on élimine des oxydes de soufre SO, qui bloquent les sites d'adsorption de la phase 10 catalytique présente dans le dispositif de piégeage catalytique 1. Une phase de désorption doit se faire dans un intervalle de hautes températures, délimité par une température limite inférieure et une température limite supérieure. La température limite inférieure est la température qu'il faut atteindre dans le dispositif de piégeage 15 catalytique 1 pour que la désulfuration de la phase catalytique du dispositif de piégeage 1 puisse avoir lieu. Cette température limite inférieure, dans le dispositif de piégeage catalytique 1, est obtenue au moyen d'une phase de chauffage effectuée par une élévation de la température des gaz d'échappement du moteur 3 alimenté par un 20 mélange riche en carburant. Lorsque la température dans le dispositif de piégeage catalytique 1 a atteint la température limite inférieure de l'intervalle de hautes températures, nécessaire à une désorption des oxydes de soufre SO, de la phase catalytique, le module de commande 5 gère le 25 fonctionnement du moteur 3 de sorte que celui-ci alterne successivement une phase d'alimentation du moteur 3 avec un mélange riche en carburant, durant laquelle le soufre est désorbé et la température à l'intérieur du dispositif de piégeage catalytique 1 augmente, et une phase d'alimentation du moteur 3 avec un mélange 2905144 6 pauvre en carburant, durant laquelle la température à l'intérieur du dispositif de piégeage catalytique 1 diminue. Durant ces alternances de phases, avec, successivement, une augmentation de la température, suivie d'une baisse de la température 5 à l'intérieur du dispositif de piégeage catalytique 1, le module de commande 5 gère la phase de désulfuration de sorte que cette température à l'intérieur du dispositif de piégeage catalytique 1 oscille dans l'intervalle de hautes températures. La température limite supérieure de l'intervalle de hautes températures correspond à la 10 température limite au-dessus de laquelle la phase catalytique pourrait se détériorer. Par exemple, la température limite inférieure de l'intervalle de hautes températures peut être de l'ordre de 650 C, et la température limite supérieure de l'intervalle de haute température peut être de l'ordre de 750 C, pour des phases catalytique classiques.
15 L'unité de commande électronique 5 est connectée à un capteur de température 6, disposé en amont du dispositif de piégeage catalytique 1, dans la ligne d'échappement 2, par une connexion 7. En outre, l'unité de commande électronique 5 est connectée à une première sonde à oxygène 8 et à une seconde sonde à oxygène 9 20 disposée dans la ligne d'échappement 2, respectivement en amont et en aval du dispositif de piégeage catalytique 1, par des connexions 10 et 11. La sonde amont 8 permet de contrôler et réguler la richesse du mélange alimentant le moteur 3. L'unité de commande électronique 5 est également connectée au moteur 3 par une connexion 12.
25 L'unité de commande électronique 5, capable de déclencher une phase de désulfuration du dispositif de piégeage catalytique d'oxydes d'azote 1 en fonction d'un critère de désulfuration C déterminé par un module de calcul 13 utilisant une quantité de carburant estimée par un premier module d'estimation 14, et une masse d'oxydes de soufre 2905144 7 désorbés durant la phase de désulfuration, estimée par un deuxième module d'estimation 15. Le deuxième module d'estimation 15 estime une masse d'oxydes de soufre désorbés durant une phase de désulfuration qui serait déclenchée en fonction d'un point de 5 fonctionnement moyen du moteur 3 obtenu par filtrage sur un intervalle de temps du point de fonctionnement instantané du moteur 3, et pour une efficacité de désulfuration prédéterminée. A ces fins, le deuxième module d'estimation 15 utilise un modèle prédéterminé de désorption des oxydes de soufre.
10 Le point de fonctionnement instantané du moteur est déterminé par des capteurs ou estimateurs non représentés sur la figure 1, fournissant à l'unité de commande électronique 5, notamment la vitesse de rotation du moteur 3 et le couple fourni par le moteur 3. Le premier module d'estimation 14 estime, dans un premier 15 mode de réalisation, une quantité de carburant dilué dans l'huile de lubrification du moteur 3, à partir d'un modèle prédéterminé. En variante, dans un deuxième mode de réalisation, le premier module d'estimation 14 estime une quantité supplémentaire de carburant consommé pour la phase de désulfuration à partir d'un modèle 20 prédéterminé. Les estimations des durées successives des fonctionnements du moteur 3 en mélange riche en carburant et en mélange pauvre en carburant, lors d'une phase de désulfuration, sont effectuées au moyen d'une modélisation thermique de la phase catalytique, par exemple une 25 modélisation telle que divulguée dans le document FR 2 853 691. Le module de calcul 13 évalue alors la valeur du critère de désulfuration C égal, dans le premier mode de réalisation, au rapport de la quantité estimée de carburant dilué dans l'huile de lubrification du moteur 3 et de la masse estimée d'oxydes de soufre désorbés, 2905144 8 durant la phase de désulfuration. En variante, dans le deuxième mode de réalisation, le critère de désulfuration C est égal au rapport de la quantité estimée de carburant supplémentaire consommé pour la désulfuration et de la masse estimée d'oxydes de soufre désorbés, 5 durant ladite phase de désulfuration. L'estimation des composantes de ce critère de désulfuration C est effectuée en fonction d'un point de fonctionnement moyen du moteur 3, obtenu, par exemple, par filtrage sur une durée prédéterminée, et pour une efficacité de désulfuration prédéterminée.
10 L'unité de commande électronique comprend un premier module de test 16 et un deuxième module de test 17, pour comparer la valeur du critère de désulfuration C par rapport, respectivement à une première valeur de seuil S I et une deuxième valeur de seuil S2. Ces valeurs de seuils S 1 et S2 dépendent du moteur 3 et du critère de 15 désulfuration C choisi. Lorsque le critère de désulfuration C est inférieur à la première valeur de seuil Si, l'unité de commande électronique 5 est adaptée pour déclencher une phase de désulfuration du dispositif de piégeage catalytique 1. Durant cette phase de désulfuration, le critère de 20 désulfuration C est évalué de manière continue, et lorsqu'il dépasse la deuxième valeur de seuil S2, l'unité de commande électronique 5 met fin à la phase de désulfuration. Tel qu'illustré sur la figure 2, le procédé, selon un aspect de l'invention, débute par le calcul du critère de désulfuration C, durant 25 lequel les modules d'estimation 14 et 15 estiment respectivement la quantité de carburant et la masse d'oxydes de soufre désorbés durant une phase de désulfuration en fonction d'un point de fonctionnement moyen du moteur et pour une efficacité de désulfuration 2905144 9 prédéterminée, à partir desquels le module de calcul 13 calcule la valeur du critère de désulfuration C (étape 20). Puis, le premier module de comparaison 16 teste si la valeur du critère de désulfuration C est inférieure à la première valeur de seuil 5 Si (étape 21). Si ce n'est pas le cas, on recommence l'étape 20 de calcul du critère de désulfuration C. Cependant, si la valeur du critère de désulfuration C est inférieure à la première valeur de seuil Si, alors l'unité de commande électronique 5 commande le début d'une phase de désulfuration du dispositif de piégeage catalytique 1 (étape 22).
10 Durant la phase de désulfuration, on calcule la valeur du critère de désulfuration C (étape 23). Ensuite, le deuxième module de comparaison 17 teste si la valeur du critère de désulfuration C est supérieure à une deuxième valeur de seuil S2 (étape 24). Si la valeur du critère de désulfuration C n'est pas supérieure à la deuxième valeur 15 de seuil S2, alors la phase de désulfuration continue, et on retourne à l'étape 23 de calcul du critère de désulfuration C. Lorsque le deuxième module de comparaison 17 détecte que la valeur du critère de désulfuration C est supérieure à la deuxième valeur de seuil S2, alors l'unité de commande électronique 5 met fin à la phase de désulfuration 20 (étape 25). Aussi, il est possible, à faible coût, d'optimiser les phases de désulfuration d'un dispositif de piégeage catalytique d'oxydes d'azote disposé dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne de type Diesel, en limitant la surconsommation de carburant du moteur 25 durant une phase de désulfuration, et en limitant les problèmes liés à la dilution de carburant dans l'huile de lubrification du moteur.
Claims (10)
1. Système de désulfuration d'un dispositif de piégeage catalytique d'oxydes d'azote (1) disposé dans la ligne d'échappement (2) d'un moteur à combustion interne (3) de type Diesel, notamment de véhicule automobile (4), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande (5) aptes à déclencher une phase de désulfuration du dispositif de piégeage catalytique d'oxydes d'azote (1) en fonction d'un critère de désulfuration (C) dépendant d'une quantité estimée de carburant et d'une masse estimée d'oxydes de soufre désorbés, durant ladite phase de désulfuration, lesdites quantité de carburant et masse d'oxydes de soufre étant estimées en fonction d'un point de fonctionnement moyen du moteur (3) et pour une efficacité de désulfuration prédéterminée.
2. Système selon la revendication 1, dans lequel ladite quantité estimée de carburant correspond à une quantité de carburant diluée dans l'huile de lubrification du moteur (3).
3. Système selon la revendication 2, dans lequel ladite quantité de carburant diluée dans l'huile de lubrification du moteur (3) est, en outre, estimée en fonction du point de fonctionnement instantané du moteur (3).
4. Système selon la revendication 1, dans lequel ladite quantité estimée de carburant correspond à une quantité supplémentaire de carburant consommée pour la désulfuration.
5. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le critère de désulfuration (C) est le rapport de ladite quantité estimée de carburant et de ladite masse estimée d'oxydes de soufre désorbés.
6. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdits moyens de commande (5) sont adaptés pour 2905144 11 déclencher une phase de désulfuration lorsque ledit critère de désulfuration (C) est inférieur à une première valeur de seuil (S1).
7. Système selon l'une des revendications précédentes dans lequel lesdits moyens de commande (5) sont, en outre, adaptés 5 pour mettre fin à une phase de désulfuration lorsque ledit critère de désulfuration (C) est supérieur à une deuxième valeur de seuil (S2).
8. Procédé de désulfuration d'un dispositif de piégeage catalytique d'oxydes d'azote (1) disposé dans la ligne d'échappement (2) d'un moteur à combustion interne (3) de type Diesel, notamment de 10 véhicule automobile (4), caractérisé par le fait que l'on gère le déclenchement et/ou l'arrêt d'une phase de désulfuration du dispositif de piégeage catalytique d'oxydes d'azote (1) en fonction d'un critère de désulfuration (C) dépendant d'une quantité estimée de carburant et: d'une masse estimée d'oxydes de soufre désorbés durant ladite phase 15 de désulfuration, lesdites quantité de carburant et masse d'oxydes de soufre étant estimées en fonction d'un point de fonctionnement moyen du moteur (3) et pour une efficacité de désulfuration prédéterminée.
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel ladite quantité estimée de carburant correspond à une quantité de carburant 20 diluée dans l'huile de lubrification du moteur (3).
10. Procédé selon la revendication 8, dans lequel ladite quantité estimée de carburant correspond à une quantité supplémentaire de carburant consommée pour la désulfuration.
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