FR2925357A1 - Procede et systeme de regeneration d'un piege a nox - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un procédé de régénération d'un piège à NOx intégré dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne (26) d'un véhicule automobile fonctionnant à richesse inférieure à 1, caractérisé en ce qu'on augmente la richesse et en ce qu'à l'issue d'une détection du passage d'une richesse inférieure à 1 à une richesse supérieure à 1, on règle la richesse à une richesse désirée proche de 1 tout en étant strictement supérieure à 1 pour régénérer le piège à NOx

Description

PROCEDE ET SYSTEME DE REGENERATION D'UN PIEGE A NOX
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L'invention concerne les moteurs de véhicule automobile et notamment le traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne notamment d'un moteur diesel ou d'un moteur à essence à mélange pauvre ou à encore à richesse inférieure à 1, du type comportant un piège à NOx. Elle concerne en particulier un procédé un système de régénération d'un piège à NOx.
ETAT DE LA TECHNIQUE Pour répondre à la baisse des seuils admis pour les émissions de gaz polluants des véhicules automobiles, on connaît des systèmes de traitement des gaz d'échappement permettant de diminuer les émissions de substances polluantes tels que les oxydes d'azote et les particules. Les moteurs diesels et certains moteurs à essence fonctionnent avec des mélanges carburés pauvres, c'est-à-dire avec un excès d'oxygène ou encore ayant une richesse inférieure à 1. La combustion des mélanges pauvres produit des oxydes d'azote ou 20 NOx qu'il est nécessaire de traiter par conversion catalytique. Pour réduire les NOx alors que les gaz d'échappement sont riches en oxygène, une méthode consiste sur une phase catalytique à base de sels de Baryum/Cérium, à stocker les NOx contenus dans les gaz d'échappement dans un piège encore appelé en anglais NOx Trap et à 25 traiter, périodiquement û sur une phase de régénération û les NOx ainsi piégés en injectant massivement des substances réductrices tel que du carburant. Toutefois, le lubrifiant et le carburant du moteur contiennent du Soufre qui se retrouve dans les gaz d'échappement et qui a la particularité 30 de former au contact de la phase catalytique des sulfates très stables qui se fixent sur les sites de stockage des NOx (qui sont en réalité adsorbés sous forme de nitrates) réduisant la capacité de stockage du piège à NOx. Ces sulfates sont chimiquement plus stables que les nitrates et une simple purge ne suffit pas à le débarrasser du Soufre qui l'empoisonne. Pour extraire ce soufre (en d'autres termes désulfatation) il est connu de soumettre le pain (appellation commune du substrat catalytique du piège à NOx) à des températures bien plus importantes qu'en purge NOx et ce en milieu riche. Ainsi pour la réalisation de la purge il est important de garantir un milieu en excès de réducteur (richesse supérieure à 1, R>1) mais sans dépasser une richesse limite au-delà de laquelle le Soufre est évacué sous forme de H2S, espèce malodorante et toxique.
Par conséquent, une maîtrise étroite du niveau de richesse dans les gaz d'échappement est nécessaire. Pour réguler la richesse on utilise classiquement une sonde proportionnelle située en amont du piège à NOx qui permet de contrôler l'injection du carburant dans le moteur afin de garantir un certain niveau de richesse. Toutefois, de telles sondes présentent des dispersions et ne permettent pas en effet de garantir une richesse proche de 1 tout en étant strictement supérieure à 1. En outre elles imposent de prendre une marge de sécurité dégradant de ce fait d'autres prestations, telles que la consommation de carburant, les émissions de H2S et la dilution de gazole dans l'huile.
PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention permet de garantir et de contrôler un excès de réducteurs 25 dans les gaz propice à la désulfatation. Selon un premier aspect, l'invention concerne un procédé de régénération d'un piège à NOx intégré dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile fonctionnant à richesse inférieure à 1, caractérisé en ce qu'il comprend une étape au cours 30 de laquelle on augmente la richesse et en ce qu'à l'issue d'une détection du passage d'une richesse inférieure à 1 à une richesse supérieure à 1 au moyen d'une sonde lambda, le procédé comprend une étape au cours de laquelle on règle la richesse à une richesse désirée proche de 1 tout en étant strictement supérieure à 1. Du fait que l'on détecte le passage d'une richesse inférieure à 1 à une richesse supérieure à 1 et que l'on règle ensuite la quantité à injecter pour atteindre une richesse désirée, la régénération du piège à NOx est améliorée comparativement aux procédés dé régénération habituels notamment de ceux mettant en oeuvre une sonde proportionnelle pour contrôler la régulation de la richesse. En effet, la richesse est optimale et est propice à une bonne régénération du piège à NOx.
Le procédé de l'invention pourra en outre présenter facultativement au moins l'une des caractéristiques suivantes : ^ la détection du passage d'une richesse inférieure à 1 à une richesse supérieure à 1 s'effectue au moyen d'une sonde lambda binaire disposée en amont du piège à NOx ; ^ pour augmenter la richesse on augmente la quantité de carburant à injecter dans le moteur d'une quantité prédéterminée dépendant des paramètres du véhicule ; ^ pour régler la richesse à la richesse désirée, on détermine une quantité de carburant à injecter au moyen d'une cartographie stockée dans un calculateur et en ce qu'on injecte la quantité de carburant ainsi déterminée ; ^ la quantité de carburant à injecter est AQcarb = 14,6 (R-1), où Qair est la quantité d'air et R la richesse désirée. Selon un second aspect, l'invention concerne un système de régénération d'un piège à NOx intégré dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile fonctionnant à richesse inférieure à 1, caractérisé en ce qu'il comprend : des moyens pour augmenter la richesse ; une sonde lambda disposée en amont du piège à NOx pour détecter un passage d'une richesse inférieure à 1, à une richesse supérieure à 1 ; et en ce qu'il comprend des moyens pour régler la richesse à une richesse désirée proche de 1 tout en étant strictement supérieure à 1.
PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit laquelle est purement illustrative et non limitative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne ; - la figure 2 illustre un organigramme du procédé de l'invention - la figure 3 illustre les concentrations d'espèces soufrées en fonction de la richesse ; - la figure 4 illustre le signal reçu par une sonde binaire lambda en fonction du temps ; - la figure 5 illustre la discrétisation du champ d'apprentissage exprimé en régime (N) et Pression Moyenne Effective (PME).
DESCRIPTION D'UN MODE DE REALISATION La figure 1 illustre schématiquement l'architecture d'une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne. Le moteur à combustion interne 26 est commandé par une pluralité d'injecteurs 25 pour l'injection du carburant. A l'issue de la combustion les gaz d'échappement G sont évacués vers le piège à NOx 21 intégré dans la ligne d'échappement du moteur à combustion interne 26. En amont du piège à NOx on dispose une sonde binaire 22 pour détecter le passage d'une richesse inférieure à 1 à une richesse supérieure 1.
On note que l'on peut également utiliser une sonde proportionnelle mais qui présentera toutefois des dispersions et ne détectera pas forcément un passage franc d'une richesse inférieure à 1 à une richesse supérieure à 1. La sonde 22 est reliée à un calculateur 23 pour la commande du moteur 26, en particulier pour la commande de la quantité de carburant à injecter. Un tel calculateur 23 reçoit en entrée des paramètres 24 issus des réglages du moteur.
Le moteur à combustion interne 26 fonctionne à richesse inférieure à 1. On dispose d'un compteur de masse de souffre qui s'incrémente en fonction de l'historique du roulage véhicule, les purges soufre sont déclenchées quand ce compteur dépasse une masse calibrée.) : la régénération du piège à NOx s'opère alors. Pour régénérer le piège à NOx on désire avoir une richesse proche de 1 tout en étant strictement supérieure à 1. La figure 2 illustre un procédé de régénération d'un piège à NOx. Pour ce faire, lorsque le piège à NOx est à régénérer on augmente S1 la richesse c'est-à-dire que l'on augmente la quantité de carburant à injecter et à l'issue de la détection S2 du passage d'une richesse inférieure à 1 à une richesse supérieure 1 on règle la richesse à une richesse désirée S2, proche 1 tout en étant strictement supérieure à 1. Une telle richesse permet une régénération du piège à NOx sans les inconvénients précités. La disposition en amont du piège à NOx d'une sonde binaire permet d'assurer une régénération optimale du piège. Un écart de régulation de la richesse entraîne une augmentation du niveau de H2S, lorsque R 1 et conduit à une efficacité nulle de désulfatation dans le cas R<1.
La figure 3 illustre la concentration de S (courbe 11), COS (courbe 12), H2S (courbe 13) et SO2 (courbe 14). Cette figure montre que plus on s'écarte de la richesse 1 par valeurs supérieures, plus la sélectivité des émissions s'oriente au profit du H2S d'où l'intérêt de maitriser le niveau de richesse.
Sur cette courbe on constate que lorsque la richesse augmente les émissions soufrées augmentent or pour la désulfatation il convient d'avoir une richesse supérieure à 1. La figure 4 illustre le signal reçu par la sonde binaire lambda. On constate sur cette figure que la sonde bascule pour R=1.
La détection du basculement est par conséquent excellente.
Pour régénérer le piège à NOx, on souhaite par exemple réguler la richesse en amont à une valeur d'environ R=1,03 ce qui garantit un excès de réducteur dans les gaz propice à la désulfatation.
Comme nous l'avons déjà mentionné, pour garantir une bonne purge du soufre (c'est-à-dire une régénération du piège à NOx), il est nécessaire d'avoir une richesse R strictement supérieure à 1 mais dans une certaine limite pour limiter les émissions de H2S (il ne faut pas aller au-delà de R>1,03). On cherche donc une richesse telle que R=1+e où e peut prendre la valeur que l'on souhaite dans la limite du cahier des charges de la désulfatation.
Pour se positionner à R=1+e sur un point de fonctionnement régime/couple donné, on augmente progressivement la post-injection avec les réglages EGR et volet d'air fixes, identifiés au banc moteur.
Les réglages richesse 1 sont spécifiques et dépendent du point de fonctionnement (régime/couple) :
- on braque le volet pour diminuer la quantité d'air et argumenter la richesse ;
- on adopte un réglage EGR spécifique pour maitriser les thermiques échappements ;
- l'injection permet d'atteindre la richesse voulue.
Dès que la sonde bascule, on connaît exactement la quantité supplémentaire de carburant à injecter AQcarb pour amener la richesse de Ro=1 (richesse de basculement) à la richesse voulue R>Ro.
La quantité à injecter S3 s'obtient notamment de la manière suivante Qazr AQcarb -14 6 R -1). Cette dernière est déterminée au moyen du calculateur 23 assurant la commande de l'injection.
On apprend alors cette valeur dans une cartographie N/PME (voir figure 5) dans la zone concernée que l'on appliquera à chaque fois que l'on reviendra sur ce point de fonctionnement.(on dispose d'un compteur de masse de souffre puis s'incrémente en fonction de l'historique du roulage véhicule les purges soufre sont déclenchées quand ce compteur dépasse une masse calibrée).
Puis, on injecte S4 cette quantité pour obtenir la richesse désirée. Il est à noter qu'il est possible de mettre à jour la cartographie stockée au cours du fonctionnement. En effet selon les points de fonctionnement si la quantité totale injectée est différente de celle apprise on la remplacera par la nouvelle valeur. Ceci permet par conséquent une mise à jour tenant compte des dispersions éventuelles de la sonde.

Claims (7)

REVENDICATIONS
1. Procédé (50) de régénération d'un piège à NOx intégré dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne (26) d'un véhicule automobile fonctionnant à richesse inférieure à 1, caractérisé en ce qu'il comprend une étape au cours de laquelle on augmente (Si) la richesse et en ce qu'à l'issue d'une détection (S2) du passage d'une richesse inférieure à 1 à une richesse supérieure à 1 au moyen d'une sonde lambda, le procédé comprend un étape au cours de laquelle on règle (S3, S4) la richesse à une richesse désirée proche de 1 tout en étant strictement supérieure à 1.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détection du passage d'une richesse inférieure à 1 à une richesse supérieure à 1 s'effectue au moyen d'une sonde lambda binaire (22) disposée en amont du piège à NOx (21).
3. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que pour augmenter la richesse on augmente (Si) la quantité de carburant à injecter dans le moteur d'une quantité prédéterminée dépendant des paramètres du véhicule (24).
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour régler la richesse à la richesse désirée, on détermine (S3) une quantité de carburant à injecter au moyen d'une cartographie stockée dans un calculateur (23) et en ce qu'on injecte (S4) la quantité de carburant ainsi déterminée.
5. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la quantité de carburant à injecter est AQcarb = 14,6 (R-1), où Qair est la quantité d'air et R la richesse désirée.
6. Système de régénération d'un piège à NOx (21) intégré dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne (26) d'un véhicule automobile fonctionnant à richesse inférieure à 1, caractérisé qu'il comprend : ^ des moyens (25) pour augmenter la richesse ; ^ une sonde lambda (22) disposée en amont du piège à NOx (21) pour détecter un passage d'une richesse inférieure à 1, à une richesse supérieure à 1 ; et en ce qu'il comprend ^ des moyens (23) pour régler la richesse à une richesse désirée proche de 1 tout en étant strictement supérieure à 1.
7. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que la sonde lambda est une sonde lambda binaire (22).
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Citations (6)

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