PROCEDE DE GESTION D'UN DISPOSITIF DE POST-TRAITEMENT DES GAZ D'ECHAPPEMENT D'UN MOTEUR, INCLUANT UN MODE BASSE FREQUENCE ET UN MODE HAUTE FREQUENCE D'ALTERNANCE DES PHASES DE STOCKAGE ET DE PURGE La présente invention concerne, de façon générale, le domaine du post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. Plus précisément, l'invention concerne un procédé de gestion du fonctionnement d'un dispositif de post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne dans un véhicule automobile, dans lequel ledit dispositif de post-traitement subit alternativement, selon un premier mode de fonctionnement, une phase de stockage et une phase de purge, à une basse fréquence telle que la phase de stockage dure de l'ordre de quelques minutes, soit plus particulièrement de l'ordre de 5 à 10 minutes, et que la phase de purge dure de l'ordre de quelques secondes, soit plus particulièrement de l'ordre de 3 à 5 secondes. Afin de répondre à la baisse des seuils admis pour les émissions de gaz polluants des véhicules automobiles, des systèmes de post-traitement des gaz de plus en plus complexes sont disposés dans la ligne d'échappement des moteurs. Ces systèmes permettent de réduire notamment les émissions de particules et d'oxydes d'azote NOx en plus de celles de monoxyde de carbone et d'hydrocarbures imbrûlés. Contrairement à un catalyseur d'oxydation traditionnel, ces systèmes fonctionnent de manière discontinue ou alternative, c'est-à-dire qu'en fonctionnement normal ils piègent les polluants mais ne les traitent que lors de phases de régénération, autrement appelées phases de purge. Ainsi, pour être régénérés, ces systèmes nécessitent des modes de combustion spécifiques afin de garantir les niveaux de thermique et/ou de richesse nécessaires. Par exemple, le piège à oxyde d'azote, ou piège NOx, permet de traiter les oxydes d'azote produits par la combustion diesel dans les cylindres du moteur et emportés par les gaz d'échappement dans la ligne d'échappement. Le piège NOx est un système de post-traitement qui a un fonctionnement alternatif, c'est-à-dire qu'il fonctionne suivant plusieurs phases de fonctionnement. Plus précisément, deux phases de fonctionnement distinctes se succèdent par alternance : - D'une part, une phase de stockage pendant laquelle les NOx présents dans les gaz d'échappement provenant du moteur sont retenus dans le piège NOx par réaction chimique. Cette phase a lieu lorsque les gaz d'échappement sont en milieu pauvre. - D'autre part, une phase de purge pendant laquelle les NOx stockés dans le piège sont réduits, c'est-à-dire éliminés du piège. Cette phase a lieu en présence d'un milieu riche. De l'alternance de ces deux phases dépend la capacité du piège à traiter les NOx. Cependant, les stratégies de contrôle actuelles mises en place pour le fonctionnement du piège NOx rendent certaines situations de conduite du véhicule automobile inaccessibles aux traitements des NOx, notamment en conditions autoroutières. Dans ces situations, la quantité de NOx émis par le moteur est très supérieure à celle que le piège est en mesure de stocker à chaque instant, ce qui induit une forte émission de NOx en sortie de la ligne d'échappement. L'efficacité de stockage d'un piège NOx n'est pas fixe. Elle dépend de plusieurs paramètres, et notamment du débit de NOx présents dans les gaz d'échappement, de la fréquence des purges et de la température du piège. Ainsi, plus le débit de NOx et la température du piège sont élevés, plus la capacité du piège est faible. La plage de température permettant une efficacité correcte du piège NOx est comprise entre 200°C et 350°C. Pour des températures élevées, par exemple sur un profil autoroutier, il n'est pas possible de traiter les NOx de manière satisfaisante. Actuellement, la stratégie de traitement des NOx fonctionne à une fréquence qualifiée de basse : le mode pauvre, correspondant à la phase de stockage, dure de l'ordre de quelques minutes, suivi du mode riche, correspondant à la phase de purge, qui dure quant à lui de l'ordre de quelques secondes. Ces deux phases se succèdent l'une à la suite de l'autre, suivant les requêtes envoyées par un automate de gestion du piège NOx. Le problème lié à cette stratégie est qu'elle est inefficace dans certaines conditions, notamment sur des profils autoroutiers. En effet, au dessus de 350°C, l'efficacité de stockage du piège est très limitée. De plus, le débit de NOx est important sur ce type de trajet en raison du régime et de la charge moteur élevés. Cette stratégie est donc limitée dans son utilisation puisque beaucoup de points de fonctionnement du moteur sont inaccessibles, et notamment ceux correspondant à des trajets de type autoroute, pour lesquels la charge et le régime moteur sont élevés. Cela se traduit par une incapacité du piège NOx à traiter les oxydes d'azote sur ces points de fonctionnement. La règlementation actuelle (Euro V) n'est que peu sévère sur l'émission des NOx sur un profil autoroutier. C'est pourquoi la stratégie actuelle est satisfaisante pour répondre aux normes en vigueur. En revanche, les futures normes seront probablement plus contraignantes sur ces points de fonctionnement et la stratégie actuelle ne pourra alors plus répondre aux objectifs de ces normes. La présente invention se propose d'améliorer l'actuelle stratégie de chargement/déchargement des dispositifs de post-traitement, en permettant leur fonctionnement dans une large étendue de points de fonctionnement moteur, et notamment dans les zones de fonctionnement moteur où le dispositif de post-traitement est trop chaud pour fonctionner de façon conventionnelle. A cette fin, le procédé de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que, selon un deuxième mode de fonctionnement, le dispositif de post-traitement subit alternativement la phase de stockage et la phase de purge, à une haute fréquence telle que la phase de stockage dure de l'ordre de 5 à 10 secondes et que la phase de purge dure de l'ordre de la fraction de seconde, ledit deuxième mode de fonctionnement remplaçant le premier mode de fonctionnement lorsque la pression moyenne effective du moteur est au moins de l'ordre de 106 pascal et/ou que la vitesse du véhicule est au moins de l'ordre de 120 kilomètres par heure. METHOD FOR MANAGING A DEVICE FOR AFTER-TREATMENT OF THE EXHAUST GASES OF AN ENGINE, INCLUDING A LOW FREQUENCY MODE AND A HIGH FREQUENCY MODE OF ALTERNATION OF THE STORAGE AND PURGE PHASES The present invention relates, in general, to the field of after-treatment of the exhaust gases of an internal combustion engine. More precisely, the invention relates to a method for managing the operation of a device for post-treatment of the exhaust gases of an internal combustion engine in a motor vehicle, in which said post-treatment device is subjected alternately, according to a first operating mode, a storage phase and a purge phase, at a low frequency such that the storage phase lasts of the order of a few minutes, or more particularly of the order of 5 to 10 minutes, and that the purge phase lasts of the order of a few seconds, or more particularly of the order of 3 to 5 seconds. In order to respond to the lowering of the thresholds allowed for the emissions of polluting gases from motor vehicles, increasingly complex gas aftertreatment systems are placed in the exhaust line of engines. These systems make it possible in particular to reduce the emissions of particles and nitrogen oxides NOx in addition to those of carbon monoxide and unburnt hydrocarbons. Unlike a traditional oxidation catalyst, these systems operate in a batch or alternating fashion, that is to say that in normal operation they trap pollutants but only treat them during regeneration phases, otherwise called purge phases. . Thus, to be regenerated, these systems require specific combustion modes in order to guarantee the necessary thermal and / or richness levels. For example, the nitrogen oxide trap, or NOx trap, makes it possible to treat the nitrogen oxides produced by diesel combustion in the engine cylinders and carried by the exhaust gases in the exhaust line. The NOx trap is a post-treatment system that has an alternative operation, that is to say that it operates according to several phases of operation. More precisely, two distinct operating phases follow one another alternately: - On the one hand, a storage phase during which the NOx present in the exhaust gases coming from the engine are retained in the NOx trap by chemical reaction. This phase takes place when the exhaust gases are in a lean environment. - On the other hand, a purging phase during which the NOx stored in the trap are reduced, that is to say eliminated from the trap. This phase takes place in the presence of a rich medium. The alternation of these two phases depends on the capacity of the trap to treat NOx. However, the current control strategies put in place for the operation of the NOx trap make certain driving situations of the motor vehicle inaccessible to the treatment of NOx, in particular in highway conditions. In these situations, the quantity of NOx emitted by the engine is much greater than that which the trap is able to store at any time, which induces a strong emission of NOx at the outlet of the exhaust line. The storage efficiency of an NOx trap is not fixed. It depends on several parameters, and in particular the flow rate of NOx present in the exhaust gases, the frequency of purges and the temperature of the trap. Thus, the higher the NOx flow rate and the temperature of the trap, the lower the capacity of the trap. The temperature range for correct efficiency of the NOx trap is between 200 ° C and 350 ° C. For high temperatures, for example on a motorway profile, it is not possible to treat NOx satisfactorily. Currently, the NOx treatment strategy operates at a frequency qualified as low: the lean mode, corresponding to the storage phase, lasts of the order of a few minutes, followed by the rich mode, corresponding to the purge phase, which lasts as for him of the order of a few seconds. These two phases follow each other one after the other, according to the requests sent by an automaton for the management of the NOx trap. The problem with this strategy is that it is ineffective under certain conditions, in particular on motorway profiles. Indeed, above 350 ° C, the storage efficiency of the trap is very limited. In addition, the flow of NOx is important on this type of route due to the high engine speed and load. This strategy is therefore limited in its use since many engine operating points are inaccessible, and in particular those corresponding to motorway type journeys, for which the load and the engine speed are high. This results in an inability of the NOx trap to process nitrogen oxides at these operating points. The current regulations (Euro V) are only mild on the emission of NOx on a motorway profile. This is why the current strategy is satisfactory to meet the standards in force. On the other hand, future standards will probably be more restrictive on these operating points and the current strategy will no longer be able to meet the objectives of these standards. The present invention proposes to improve the current strategy for loading / unloading post-processing devices, by allowing their operation over a wide range of engine operating points, and in particular in engine operating areas where the post-processing device -treatment is too hot to function conventionally. To this end, the method of the invention, moreover in accordance with the generic definition given in the preamble above, is essentially characterized in that, according to a second mode of operation, the post-processing device undergoes alternately the storage phase and the purge phase, at a high frequency such that the storage phase lasts on the order of 5 to 10 seconds and the purge phase lasts on the order of a fraction of a second, said second mode operating mode replacing the first operating mode when the effective average pressure of the engine is at least of the order of 106 pascal and / or the vehicle speed is at least of the order of 120 kilometers per hour.
Plus particulièrement, le dispositif de post-traitement est un piège à oxydes d'azote. Cependant, l'invention s'applique également aux dispositifs de post-traitement qui ont, comme le piège NOx, un fonctionnement alternatif entre une phase de stockage et une phase de régénération. La phase de purge est par exemple une dénitrification, ou déNOx, du piège à oxydes d'azote. Selon une version préférée de l'invention, le deuxième mode de fonctionnement remplace le premier mode de fonctionnement du dispositif de post-traitement lorsque le véhicule est soumis à un profil de route du type autoroutier. Le profil de route auquel est soumis le véhicule peut être relevé par une unité de contrôle électronique du moteur qui dispose d'un modèle de reconnaissance des types de profil de route. De manière avantageuse, l'unité de contrôle électronique du moteur comporte un automate de gestion du fonctionnement du dispositif de post-traitement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description détaillée qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 représente l'évolution dans le temps de la quantité de NOx émis par un moteur, lorsque le piège NOx fonctionne en mode basse fréquence (graphe du haut) ou en mode haute fréquence (graphe du bas). La présente invention propose deux modes de fonctionnement d'un dispositif de post-traitement des gaz d'échappement : un mode basse fréquence et un mode haute fréquence. Ces modes sont en particulier mis en place en fonction du profil routier sur lequel évolue le véhicule. Ils sont complémentaires et ne peuvent intervenir simultanément. Dans le présent exemple, le dispositif de post-5 traitement est un piège à oxydes d'azote. Le mode basse fréquence correspond en fait à la stratégie de stockage/déstockage des NOx telle qu'elle est connue. Dans l'invention, ce mode intervient sur les 10 points de fonctionnement moteur peu chargés, soit pour une pression moyenne effective (PME) inférieure à 106 pascal, et à des vitesses modérées, soit inférieures à 120 km/h environ. A titre indicatif, selon ce mode de 15 fonctionnement, le temps de stockage, soit en mélange pauvre, est de l'ordre de la minute, tandis que le temps de déstockage, soit en mélange riche, est de l'ordre de la seconde. Le mode haute fréquence est appliqué dans les cas 20 où le traitement des NOx par le mode basse fréquence est impossible, c'est-à-dire plus particulièrement les cas fortement chargés, i.e. pour lesquels la PME est au moins de l'ordre de 106 pascal, et à vitesse élevée, i.e. au moins de l'ordre de 120 km/h. 25 L'objet de l'invention est l'utilisation conjointe d'un mode basse fréquence et d'un mode haute fréquence. Il est connu que la capacité de stockage d'un piège NOx diminue avec l'élévation de la température de celui-ci. A titre d'exemple, pour des températures de 30 l'ordre de 550°C, on estime que la capacité de stockage du piège se situe à moins de 1/10 de sa capacité de stockage maximum. Comme de plus dans les points de fonctionnement moteur correspondant à ces températures, les émissions de NOx du moteur sont élevées, il y a une grande quantité de NOx à traiter avec une capacité de stockage réduite, ce qui rend la purge basse fréquence inefficace dans ces conditions. Dans le cas de purges à haute fréquence, pour des températures élevées du piège NOx, un traitement continu des NOx a lieu. L'efficacité de stockage atteignable dans ce cas peut s'élever à la moitié de la capacité maximale de stockage du piège. L'ordre de grandeur de la période des purges dans ce cas est de 5 à 10 secondes en stockage tandis que le temps de déstockage est de l'ordre de la fraction de seconde. More particularly, the post-treatment device is a nitrogen oxide trap. However, the invention also applies to post-treatment devices which have, like the NOx trap, an alternative operation between a storage phase and a regeneration phase. The purge phase is for example a denitrification, or deNOx, of the nitrogen oxide trap. According to a preferred version of the invention, the second operating mode replaces the first operating mode of the post-processing device when the vehicle is subjected to a road profile of the motorway type. The road profile to which the vehicle is subjected can be recorded by an electronic engine control unit which has a model for recognizing the types of road profile. Advantageously, the electronic engine control unit comprises a controller for managing the operation of the post-processing device. Other characteristics and advantages of the invention will emerge clearly from the detailed description which is given below, by way of indication and in no way limiting, with reference to the appended drawings in which FIG. 1 represents the evolution over time of the invention. quantity of NOx emitted by an engine, when the NOx trap operates in low frequency mode (top graph) or high frequency mode (bottom graph). The present invention proposes two operating modes of an exhaust gas aftertreatment device: a low frequency mode and a high frequency mode. These modes are in particular set up as a function of the road profile on which the vehicle is traveling. They are complementary and cannot intervene simultaneously. In the present example, the post-treatment device is a nitrogen oxide trap. The low frequency mode in fact corresponds to the NOx storage / retrieval strategy as it is known. In the invention, this mode intervenes on the 10 lightly loaded engine operating points, either for an average effective pressure (PME) of less than 106 pascal, and at moderate speeds, or less than approximately 120 km / h. As an indication, according to this mode of operation, the storage time, either in a lean mixture, is of the order of a minute, while the removal time, or in a rich mixture, is of the order of a second. . The high frequency mode is applied in the cases where the treatment of the NOx by the low frequency mode is impossible, that is to say more particularly the heavily loaded cases, ie for which the MSY is at least of the order of 106 pascal, and at high speed, ie at least of the order of 120 km / h. The object of the invention is the joint use of a low frequency mode and a high frequency mode. It is known that the storage capacity of an NOx trap decreases with the increase in temperature thereof. By way of example, for temperatures of the order of 550 ° C, the storage capacity of the trap is estimated to be less than 1/10 of its maximum storage capacity. As moreover in the engine operating points corresponding to these temperatures, the NOx emissions of the engine are high, there is a large quantity of NOx to be treated with a reduced storage capacity, which makes the low frequency purge inefficient in these conditions. In the case of high frequency purges, for high temperatures of the NOx trap, continuous treatment of the NOx takes place. The storage efficiency achievable in this case can be up to half of the maximum storage capacity of the trap. The order of magnitude of the purge period in this case is 5 to 10 seconds in storage while the removal time is of the order of a fraction of a second.
Le mode haute fréquence rend alors possible le traitement des NOx dans les applications fortement chargées. Selon le présent exemple, l'invention consiste donc à utiliser conjointement deux modes de déNOx en fonction des points de fonctionnement du moteur. Ainsi, selon les profils routiers rencontrés, la déNOx va être de type basse fréquence ou haute fréquence. Dans les cas faiblement chargés, c'est une déNOx de type basse fréquence qui va être mise en place tandis que dans les applications chargées, la déNOx sera de type haute fréquence. La figure 1 montre une comparaison de l'accumulation des NOx dans le piège, entre un mode de fonctionnement basse fréquence (graphe du haut) et un mode de fonctionnement haute fréquence (graphe du bas), pour un débit de NOx en provenance du moteur supposé identique dans les deux cas. The high frequency mode then makes it possible to treat NOx in heavily loaded applications. According to the present example, the invention therefore consists in jointly using two deNOx modes as a function of the operating points of the engine. Thus, depending on the road profiles encountered, the deNOx will be of the low frequency or high frequency type. In lightly loaded cases, a low frequency type deNOx will be used while in loaded applications, the deNOx will be high frequency type. Figure 1 shows a comparison of the accumulation of NOx in the trap, between a low frequency operating mode (top graph) and a high frequency operating mode (bottom graph), for a flow of NOx from the engine assumed to be identical in both cases.
Les droites 1 représentent la quantité de NOx émis par le moteur en fonction du temps. Dans le cas à basse fréquence, une grande quantité de NOx est stockée pendant une phase 2 de stockage, puis 5 éliminée pendant une phase 3 de purge. Dans le cas à haute fréquence, de très faibles quantités seulement de NOx sont stockées pendant une phase 4 de stockage, puis éliminées pendant une phase 5 de purge l'instant suivant. Toutefois, le traitement 10 répété de ces faibles quantités à haute fréquence permet le traitement d'un débit de NOx élevé. Ainsi, dans un intervalle 6 de temps, le mode haute fréquence permet le traitement d'une quantité équivalente de NOx par rapport au mode basse fréquence. 15 L'information concernant le profil de route rencontré est envoyée par l'unité de contrôle électronique du moteur, ou ECU pour Engine Control Unit . L'ECU dispose d'un modèle de reconnaissance de 20 profil de route permettant d'évaluer le type de conditions routières rencontré par le véhicule. Il comporte de plus un automate NOx qui gère le fonctionnement du piège NOx et ses paramètres associés (passage en mode riche/pauvre, déclenchement, arrêt, 25 etc .) . En fonction de l'information donnée par le modèle de reconnaissance de profil de route, l'automate NOx, qui comporte la stratégie objet de l'invention, détermine quel traitement des NOx est à appliquer à l'instant 30 considéré. Il y a deux possibilités d'application : mode basse fréquence et mode haute fréquence. Lines 1 represent the quantity of NOx emitted by the engine as a function of time. In the low frequency case, a large amount of NOx is stored during a storage phase 2, then removed during a purge phase 3. In the case of high frequency, only very small quantities of NOx are stored during a storage phase 4, then removed during a purge phase 5 the following instant. However, the repeated treatment of these small amounts at high frequency allows the treatment of a high NOx flow rate. Thus, in a time interval 6, the high frequency mode allows the treatment of an equivalent quantity of NOx with respect to the low frequency mode. The information concerning the encountered road profile is sent by the electronic engine control unit, or ECU for Engine Control Unit. The ECU has a road profile recognition model for evaluating the type of road conditions encountered by the vehicle. It also includes an NOx automaton which manages the operation of the NOx trap and its associated parameters (switch to rich / lean mode, tripping, stop, etc.). As a function of the information given by the road profile recognition model, the NOx automaton, which includes the strategy which is the subject of the invention, determines which NOx processing is to be applied at the instant considered. There are two application possibilities: low frequency mode and high frequency mode.
Lorsque le mode basse fréquence est requis, le stockage des NOx a lieu pendant plusieurs minutes et la réduction des NOx s'effectue par une phase riche de quelques secondes. Tant que le profil routier détecté est adapté à ce mode, il se poursuit en continu. Une fois que le profil routier n'est plus adapté à la purge basse fréquence, l'automate NOx commande le passage en mode haute fréquence par l'intermédiaire de l'ECU. Le traitement des NOx s'effectue par alternance de modes pauvres pendant quelques secondes seulement (stockage) et de modes riches de quelques fractions de seconde (réduction). Le procédé de l'invention, même s'il est décrit particulièrement pour les purges déNOx d'un piège NOx, est applicable au fonctionnement d'autres systèmes de dépollution ainsi que pour d'autres problèmes comme par exemple l'empoisonnement au soufre des pièges NOx. L'avantage principal de la présente invention est de pouvoir traiter les polluants émis par le moteur pour des points de fonctionnement jusqu'alors inaccessibles. La présente invention permet notamment le traitement des NOx sur des profils routiers de type autoroute. Cela permet de diminuer les émissions globales de NOx du moteur. When the low frequency mode is required, the storage of NOx takes place for several minutes and the reduction of NOx takes place by a rich phase of a few seconds. As long as the detected road profile is suitable for this mode, it continues continuously. Once the road profile is no longer suitable for low frequency purging, the NOx controller controls the switch to high frequency mode via the ECU. The NOx treatment is carried out by alternating lean modes for only a few seconds (storage) and rich modes for a few fractions of a second (reduction). The method of the invention, even if it is described in particular for the deNOx purges of an NOx trap, is applicable to the operation of other pollution control systems as well as for other problems such as, for example, sulfur poisoning of gases. NOx traps. The main advantage of the present invention is to be able to treat the pollutants emitted by the engine for operating points hitherto inaccessible. The present invention allows in particular the treatment of NOx on highway type road profiles. This reduces the overall NOx emissions of the engine.
De plus, la surconsommation de carburant due à la stratégie selon l'invention est très limitée. In addition, the excess fuel consumption due to the strategy according to the invention is very limited.