FR2935019A1 - Process of treatment of the exhaust gases of an internal combustion engine, comprises applying a system for treating exhaust gases, comprising nitrogen oxide trap charged with palladium providing catalyst for oxidation of methane - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un procédé de traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, notamment un moteur à combustion interne d'entraînement d'un véhicule automobile. L'invention porte aussi sur un support de données comprenant des moyens logiciels de mise en oeuvre du procédé de traitement. L'invention porte encore sur un système de traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne mettant en oeuvre ce procédé et sur un véhicule automobile comprenant un tel système. The present invention relates to a method for treating the exhaust gases of an internal combustion engine, in particular an internal combustion engine driving a motor vehicle. The invention also relates to a data medium comprising software means for implementing the processing method. The invention also relates to a system for treating the exhaust gases of an internal combustion engine implementing this method and to a motor vehicle comprising such a system.
Le durcissement des normes en matière de dépollution automobile pousse les constructeurs automobiles à considérer la question du traitement du méthane contenu dans les gaz d'échappement, notamment dans les gaz d'échappement des moteurs diesel. En effet, les avancées en matière de combustion ou de gestion des systèmes de post-traitement apportent des réponses en termes de consommation ou d'émission d'oxydes d'azote ou NOx et de particules, mais sont sources d'émission de méthane. Par exemple, la combustion HCCI (pour Homogeneous Charge Compression Ignition) produit beaucoup de méthane sur les points de fonctionnement moyennement chargés avec de faibles taux d'EGR. Egalement, les purges de pièges à NOx génèrent des quantités importantes de méthane. The tightening of automobile pollution control standards is pushing automobile manufacturers to consider the issue of the treatment of methane contained in the exhaust gases, especially in the exhaust gases of diesel engines. Indeed, advances in the combustion or management of post-treatment systems provide responses in terms of consumption or emission of nitrogen oxides or NOx and particles, but are sources of methane emissions. For example, HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) combustion produces a lot of methane on moderately charged operating points with low levels of EGR. Also, purges of NOx traps generate large amounts of methane.
Il apparaît donc nécessaire de traiter les gaz de combustion ou les gaz d'échappement pour réduir leur teneur en méthane (dont les molécules sont très stables et donc très difficiles à oxyder avec les systèmes de traitement actuels). Il est à noter que le méthane est comptabilisé dans les hydrocarbures imbrûlés par les réglementations européennes sur les émissions de gaz polluants. La réduction des émissions de méthane se pose d'autant plus que son impact sur l'environnement est non négligeable. Il constitue un gaz à effet de serre dont le pouvoir de MS\REN0112FR.dpt réchauffement de l'atmosphère est 21 fois plus important que celui du dioxyde de carbone. It therefore appears necessary to treat the combustion gases or exhaust gases to reduce their methane content (whose molecules are very stable and therefore very difficult to oxidize with current treatment systems). It should be noted that methane is accounted for in unburned hydrocarbons by the European regulations on the emission of gaseous pollutants. The reduction of methane emissions is all the more important because its impact on the environment is significant. It is a greenhouse gas with a global warming potential of 21 times more than carbon dioxide.
Les formulations actuelles des catalyseurs d'oxydation et même les nouvelles formulations des catalyseurs d'oxydation destinés à équiper les systèmes de traitement des gaz d'échappement n'offrent pas de taux de conversion du méthane suffisants, notamment pour les moteurs diesel. Current formulations of oxidation catalysts and even new formulations of oxidation catalysts for equipping exhaust gas treatment systems do not provide sufficient methane conversion rates, especially for diesel engines.
Pour le moment la réglementation en vigueur (Euro IV) ne spécifie pas de quantité maximale d'émission de méthane autorisée à l'échappement d'un moteur à combustion interne. A ce jour, les quantités de méthane émis ne sont pas impactant pour l'homologation des véhicules où seule la teneur globale en hydrocarbures imbrûlés est réglementée. At the moment, the regulations in force (Euro IV) do not specify the maximum quantity of methane emissions allowed for the exhaust of an internal combustion engine. To date, the quantities of methane emitted are not impacting for the approval of vehicles where only the total content of unburned hydrocarbons is regulated.
Pour effectuer le traitement du méthane, les nouvelles formulations de catalyseurs à base de platine et palladium se révèlent a priori être les meilleures candidates, avec une température d'amorçage de l'ordre de 350°C. Une telle solution doit toutefois être améliorée car la température d'amorçage n'est pas suffisante pour permettre la conversion du méthane sur la première partie du cycle d'homologation (correspondant à une utilisation urbaine du véhicule). In order to perform the methane treatment, the new platinum and palladium catalyst formulations are in theory the best candidates, with a starting temperature of the order of 350 ° C. Such a solution must however be improved because the priming temperature is not sufficient to allow the conversion of methane on the first part of the homologation cycle (corresponding to an urban use of the vehicle).
On connaît déjà du document WO 2007/087725 un procédé de traitement des gaz d'échappement d'un moteur utilisant le méthane comme carburant. Le procédé permet de réduire le taux de méthane dans les gaz rejetés dans l'atmosphère. Ce procédé prévoit de faire fonctionner le moteur dans des conditions de mélange pauvre pour certains points de fonctionnement et de faire fonctionner le moteur dans des conditions de mélange riche pour certains autres points de fonctionnement. Ce document prévoit un catalyseur au palladium permettant d'oxyder le méthane dans un fonctionnement du moteur à MS\REN0112FR.dpt mélange pauvre et prévoit de réduire les NOx dans un fonctionnement du moteur à mélange riche. II s'agit d'un catalyseur 3 voies qui ne contient pas de fonction de stockage des NOx, notamment en milieu pauvre en oxygène. On connaît aussi du document US 6,165,935 un catalyseur à base de palladium permettant de traiter le méthane présent dans les gaz d'échappement d'un moteur utilisant le méthane comme carburant et fonctionnant à la stoechiométrie ou en mélange riche. 10 On connaît encore de la demande JP 2001 140632 un système de traitement de gaz d'échappement d'un moteur alimenté principalement en méthane, constitué d'un catalyseur de réduction des NOx présents dans les gaz d'échappement et d'un catalyseur d'oxydation à base 15 d'oxyde d'étain supportant du platine ou du platine et du palladium pour l'oxydation du méthane contenu également dans les gaz d'échappement. Document WO 2007/087725 discloses a process for treating the exhaust gases of an engine using methane as a fuel. The process makes it possible to reduce the level of methane in the gases released into the atmosphere. This method provides for operating the engine under lean conditions for certain operating points and operating the engine under rich mixing conditions for some other operating points. This document provides a palladium catalyst for oxidizing methane in MS \ REN0112FR.dpt poor engine operation and provides NOx reduction in rich-mix engine operation. It is a 3-way catalyst which does not contain any NOx storage function, especially in an oxygen-poor medium. Also known from US 6,165,935 a palladium catalyst for treating the methane present in the exhaust gas of an engine using methane as a fuel and operating stoichiometric or rich mixture. Also known from JP 2001 140632 is an exhaust gas treatment system of an engine fueled mainly by methane, consisting of a NOx reduction catalyst present in the exhaust gas and a catalytic converter. Tin oxide based oxidation supporting platinum or platinum and palladium for the oxidation of methane also contained in the exhaust gas.
Aucun de ces documents ne fournit de solution pour traiter les gaz d'échappement de moteurs à essence ou Diesel en réduisant leur teneur 20 en oxydes d'azote, en méthane et autre hydrocabures ayant une petite chaîne carbonnée. None of these documents provides a solution for treating gasoline or diesel engine exhaust by reducing their content of nitrogen oxides, methane and other hydrocarbons having a small carbon chain.
Le but de l'invention est de fournir un procédé de traitement de gaz d'échappement permettant d'obvier aux inconvénients identifiés 25 précédemment et permettant d'améliorer les procédés de traitement connus de l'art antérieur. En particulier, l'invention propose un procédé de traitement simple, mettant en oeuvre des moyens simples pour réduire significativement la teneur en méthane et en oxydes d'azote des gaz d'échappement des moteurs à essence ou Diesel. 30 MS\REN0112FR.dpt5 Le procédé selon l'invention permet de traiter des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. Il est caractérisé en ce qu'il s'applique à un système de traitement des gaz d'échappement comprenant un piège à NOx chargé en palladium assurant une fonction de catalyseur d'oxydation du méthane et en ce qu'il comprend une alternance d'un premier mode de fonctionnement du système de traitement dans lequel les gaz d'échappement en amont du piège à NOx présentent un excès d'oxydant et d'un deuxième mode de fonctionnement du système de traitement dans lequel les gaz d'échappement en amont du piège à NOx présentent un excès de réducteur. The object of the invention is to provide an exhaust gas treatment method for overcoming the drawbacks identified above and making it possible to improve the processing methods known from the prior art. In particular, the invention provides a simple process of treatment, implementing simple means to significantly reduce the methane content and nitrogen oxides of the exhaust gas engines gasoline or diesel. The process according to the invention makes it possible to treat the exhaust gases of an internal combustion engine. It is characterized in that it applies to an exhaust gas treatment system comprising a palladium loaded NOx trap providing a methane oxidation catalyst function and comprising an alternation of a first mode of operation of the treatment system in which the exhaust gases upstream of the NOx trap have an excess of oxidant and a second mode of operation of the treatment system in which the exhaust gases upstream of the NOx trap show excess reducer.
Les premier et deuxième modes de fonctionnement peuvent être respectivement obtenus en alimentant le moteur à combustion interne avec un mélange pauvre et un mélange riche. Le deuxième mode de fonctionnement peut être obtenu en injectant un réducteur dans une tubulure d'échappement en amont du piège à NOx ou dans un cylindre du moteur. 20 Le passage du premier mode de fonctionnement au deuxième mode de fonctionnement peut être déclenché par le franchissement à la baisse d'un premier seuil par l'efficacité de stockage des NOx ou par le franchissement à la baisse d'un deuxième seuil par l'efficacité de conversion du méthane. 25 Le passage du deuxième mode de fonctionnement au premier mode de fonctionnement peut être déclenché par le franchissement à la baisse d'un troisième seuil par la quantité de NOx stockée dans le piège à NOx et/ou par le franchissement à la hausse d'un quatrième seuil par la 30 quantité de réducteur introduit dans le piège à NOx depuis l'activation du deuxième mode de fonctionnement. MS\REN0112FR.dpt15 Selon l'invention, le support de données lisibles par un calculateur comprend des moyens logiciels pour la mise en oeuvre des étapes du procédé de traitement défini précédemment. The first and second modes of operation can be respectively obtained by supplying the internal combustion engine with a lean mixture and a rich mixture. The second mode of operation can be obtained by injecting a reducer into an exhaust pipe upstream of the NOx trap or into a cylinder of the engine. The transition from the first mode of operation to the second mode of operation can be triggered by the crossing of a first threshold by the NOx storage efficiency or the crossing of a second threshold by the lower threshold. methane conversion efficiency. The transition from the second mode of operation to the first mode of operation can be triggered by the crossing of a third threshold downwards by the amount of NOx stored in the NOx trap and / or the crossing upwards of a fourth threshold by the amount of reducer introduced into the NOx trap since the activation of the second mode of operation. According to the invention, the data carrier readable by a computer comprises software means for implementing the steps of the previously defined processing method.
Selon l'invention, le piège à NOx est destiné à être monté sur un système de traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne et est caractérisé en ce que le piège à NOx est chargé en palladium. Le piège à NOx peut comprendre au moins 2.5 g/ft3 de palladium, et de 10 préférence au moins 20 g/ft3 de palladium. Selon l'invention, le système de traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne est caractérisé en ce qu'il comprend un piège à NOx défini précédemment et des moyens matériels et/ou 15 logiciels de mise en oeuvre du procédé de traitement défini précédemment. Selon l'invention, le véhicule automobile comprend un piège à NOx défini précédemment ou un système de traitement défini précédemment. According to the invention, the NOx trap is intended to be mounted on an exhaust gas treatment system of an internal combustion engine and is characterized in that the NOx trap is loaded with palladium. The NOx trap may comprise at least 2.5 g / ft 3 of palladium, and preferably at least 20 g / ft 3 of palladium. According to the invention, the system for treating the exhaust gases of an internal combustion engine is characterized in that it comprises a NOx trap defined above and hardware and / or software means for carrying out the process. previously defined treatment. According to the invention, the motor vehicle comprises a previously defined NOx trap or a previously defined treatment system.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, un mode de réalisation d'un système de traitement des gaz d'échappement d'un moteur thermique et un mode d'exécution d'un procédé de traitement des gaz d'échappement d'un moteur thermique. The attached drawing shows, by way of example, an embodiment of a system for treating the exhaust gases of a heat engine and an embodiment of an exhaust gas treatment method. a heat engine.
La figure 1 est un schéma d'un mode de réalisation d'un système de traitement des gaz d'échappement d'un moteur thermique selon l'invention. FIG. 1 is a diagram of an embodiment of a system for treating the exhaust gases of a heat engine according to the invention.
30 La figure 2 est un ordinogramme d'un mode d'exécution d'un procédé de traitement des gaz d'échappement d'un moteur thermique selon l'invention. MS\REN0112FR.dpt 20 25 La figure 3 est un diagramme du taux de conversion du méthane par un piège à NOx chargé en palladium en fonction du temps passé dans un mode de fonctionnement du moteur en mélange pauvre. Un système 1 de traitement des gaz d'échappement représenté à la figure 1 permet de réduire la teneur en méthane des gaz d'échappement d'un moteur thermique, notamment un moteur thermique d'entraînement d'un véhicule. 10 Le système comprend principalement une tubulure d'échappement 2, un piège à NOx 3 et un moyen 4 de modification de la concentration en réducteur en amont du piège à NOx. Le piège à NOx présente la particularité d'être chargé en palladium. La charge en palladium peut être 15 supérieure à environ 2.5 g/ft3 (environ 0.085 g/L) et, de préférence, supérieure à environ 20 g/ft3 (environ 0.7 g/L), avec 1 ft = 0.3048 m. Cette présence de palladium permet de convertir le méthane (mais également d'autres petites molécules d'hydrocarbure ayant par exemple une chaîne carbonnée comprenant moins de 6 atomes de carbones), 20 présent dans les gaz d'échappement. Les tests réalisés montrent qu'un piège à NOx chargé en palladium peut assurer de façon satisfaisante la fonction de traitement des NOx tout en permettant la conversion du méthane à plus de 50%. Alternativement, le piège à NOx présente la particularité d'être chargé en platine. 25 Le moyen 4 de modification de la concentration en réducteur peut contrôler l'introduction d'agents réducteurs (comme des hydrocarbures, de l'hydrogène) dans la ligne d'échappement ou des injections tardives de carburant dans la chambre de combustion du moteur. MS\REN0112FR.dpt 30 Le système comprend également un calculateur 5 permettant de commander le moyen 4 de modification de la concentration en réducteur. Le calculateur comprend des moyens de mise en oeuvre du procédé de traitement selon l'invention, c'est-à-dire de régir le fonctionnement du système de traitement conformément au procédé de traitement selon l'invention et, en particulier, conformément au mode d'exécution de ce procédé décrit ci-après. Notamment, il comprend des moyens de mise en oeuvre des différentes étapes du procédé de traitement. En particulier, il peut comprendre des moyens de mesure du temps, des moyens d'estimation du taux de conversion du méthane par le piège à NOx. Le système de traitement peut aussi comprendre des moyens de mesure de la température des gaz d'échappement et/ou du piège à NOx, des moyens de détermination du point de fonctionnement du moteur (notamment de son régime, de sa charge, de son mode de combustion riche/pauvre). Ces informations sont par exemple transmises au calculateur via des conducteurs 6, 7, 8. FIG. 2 is a flow diagram of an embodiment of a method for treating the exhaust gases of a heat engine according to the invention. FIG. 3 is a diagram of the conversion rate of methane by a palladium loaded NOx trap as a function of the time spent in a lean-burn engine operating mode. An exhaust gas treatment system 1 shown in FIG. 1 makes it possible to reduce the methane content of the exhaust gases of a heat engine, in particular a thermal engine for driving a vehicle. The system mainly comprises an exhaust manifold 2, a NOx trap 3 and a means 4 for modifying the reducing concentration upstream of the NOx trap. The NOx trap has the particularity of being loaded with palladium. The palladium load may be greater than about 2.5 g / ft 3 (about 0.085 g / L) and preferably greater than about 20 g / ft 3 (about 0.7 g / L), with 1 ft = 0.3048 m. This presence of palladium makes it possible to convert the methane (but also other small hydrocarbon molecules having, for example, a carbon chain comprising less than 6 carbon atoms) present in the exhaust gas. The tests carried out show that a palladium loaded NOx trap can satisfactorily provide the NOx treatment function while allowing the conversion of methane to more than 50%. Alternatively, the NOx trap has the particularity of being loaded with platinum. The means 4 for modifying the reducing agent concentration can control the introduction of reducing agents (such as hydrocarbons, hydrogen) into the exhaust line or late fuel injections into the combustion chamber of the engine. MS \ REN0112EN.dpt The system also comprises a computer 5 for controlling the means 4 for modifying the reducer concentration. The computer comprises means for implementing the treatment method according to the invention, that is to say to govern the operation of the treatment system according to the treatment method according to the invention and, in particular, in accordance with the method of the invention. execution of this method described below. In particular, it comprises means for implementing the various steps of the treatment method. In particular, it may comprise means for measuring the time, means for estimating the conversion rate of methane by the NOx trap. The treatment system may also comprise means for measuring the temperature of the exhaust gas and / or the NOx trap, means for determining the operating point of the engine (in particular its speed, its load, its mode rich / poor combustion). This information is for example transmitted to the computer via conductors 6, 7, 8.
Le principe du procédé de traitement selon l'invention repose sur des excursions périodiques en mode riche (excès de réducteur dans les gaz d'échappement en amont du piège à NOx) permettant d'augmenter la quantité de méthane traité par le catalyseur pour une même température. The principle of the treatment method according to the invention is based on periodic excursions in rich mode (excess of reducing agent in the exhaust gas upstream of the NOx trap) making it possible to increase the amount of methane treated by the catalyst for the same temperature.
Un mode d'exécution du procédé de traitement selon l'invention est décrit ci-après en référence à la figure 2. Dans une première étape 110, on initialise le système de traitement. Notamment, on initialise la quantité de NOx déjà stockée dans le piège à NOx. An embodiment of the treatment method according to the invention is described below with reference to FIG. 2. In a first step 110, the processing system is initialized. In particular, the amount of NOx already stored in the NOx trap is initialized.
30 On passe ensuite à une étape 120 dans laquelle on détermine si le traitement des NOx est prioritaire ou si le traitement du méthane est MS\REN0112FR.dpt25 prioritaire. Il est possible de déterminer si le traitement des NOx ou du méthane est prioritaire en déterminant le point de fonctionnement du moteur thermique. Dans une première zone de fonctionnement du moteur, le traitement des NOx peut être défini comme prioritaire et dans une deuxième zone de fonctionnement le traitement du méthane peut être défini comme prioritaire. Si le traitement des NOx est déterminé comme étant prioritaire, on passe à une étape 130. Si le traitement du méthane est déterminé comme étant prioritaire, on passe à une étape 150. Next, step 120 is made in which it is determined whether NOx treatment is a priority or whether methane treatment is a priority. It can be determined whether treatment of NOx or methane is a priority in determining the operating point of the engine. In a first operating zone of the engine, treatment of NOx can be defined as a priority and in a second operating zone the treatment of methane can be defined as a priority. If NOx treatment is determined to be a priority, step 130 is taken. If methane treatment is determined to be a priority, step 150 is taken.
Dans l'étape 130, on estime l'efficacité du stockage des NOx dans le piège à NOx. Puis, dans une étape de test 140, on teste si cette efficacité est inférieure à une première valeur seuil. Si tel n'est pas le cas, on boucle sur l'étape 130. Au contraire, si tel est le cas, on passe à une étape 170 dans laquelle on augmente la concentration des réducteurs dans la tubulure d'échappement en amont du piège à NOx. Ceci est permis par l'action du moyen 4 de modification de la concentration en réducteur. Cette concentration élevée en réducteur est alors maintenue jusqu'au niveau de stockage des NOx souhaité. In step 130, the storage efficiency of NOx in the NOx trap is estimated. Then, in a test step 140, it is tested whether this efficiency is lower than a first threshold value. If this is not the case, it is looped on step 130. On the contrary, if this is the case, we go to a step 170 in which we increase the concentration of the reductants in the exhaust pipe upstream of the trap to NOx. This is enabled by the action of the means 4 for modifying the reducer concentration. This high reductant concentration is then maintained to the desired NOx storage level.
Dans l'étape 150, on détermine la durée pendant laquelle le système de traitement a fonctionné en mélange pauvre (excès d'oxydants) en amont du piège à NOx. A partir de cette durée et d'éventuels autres paramètres, comme par exemple la température du piège à NOx et le débit des gaz d'échappement, et en utilisant un modèle, on détermine l'efficacité de la réaction d'oxydation du méthane dans le piège à NOx. Puis dans une étape de test 160, on teste si cette efficacité est inférieure à une deuxième valeur seuil. Si tel n'est pas le cas, on boucle sur l'étape 150. Au contraire, si tel est le cas, on passe à l'étape 170 décrite précédemment. MS\REN0112FR.dpt Dans l'étape 170, on détermine en outre la quantité de NOx stockée dans le piège à NOx et la quantité de réducteur acheminée au piège à NOx. In step 150, the time during which the treatment system has operated in a lean mixture (excess of oxidants) upstream of the NOx trap is determined. From this time and other possible parameters, such as the NOx trap temperature and the exhaust gas flow rate, and using a model, the efficiency of the methane oxidation reaction is determined. the NOx trap. Then in a test step 160, it is tested whether this efficiency is lower than a second threshold value. If this is not the case, we go to step 150. On the contrary, if this is the case, we go to the step 170 described above. MS \ REN0112EN.dpt In step 170, the amount of NOx stored in the NOx trap and the amount of reductant delivered to the NOx trap are further determined.
Dans une étape de test 180, on teste si la quantité de NOx stockée dans le piège à NOx est inférieure à un troisième seuil. Si tel n'est pas le cas, on boucle sur l'étape 170. Si tel est le cas, on passe à une étape 190. In a test step 180, it is tested whether the amount of NOx stored in the NOx trap is less than a third threshold. If this is not the case, we go to step 170. If this is the case, we go to a step 190.
Dans l'étape de test 190, on teste si la quantité de réducteur envoyée dans le piège à NOx depuis le début de l'étape 170 est supérieure à un quatrième seuil. Si tel n'est pas le cas, on boucle sur l'étape 170. Si tel est le cas, on passe à une étape 200. In the test step 190, it is tested whether the amount of gearbox sent into the NOx trap since the beginning of step 170 is greater than a fourth threshold. If this is not the case, we go to step 170. If this is the case, we go to a step 200.
Dans l'étape 200, on diminue la concentration des réducteurs dans la tubulure d'échappement en amont du piège à NOx (retour au mode de combustion nominal). Ceci est permis par l'action du moyen 4 de modification de la concentration en réducteur. Cette concentration réduite en réducteur est alors maintenue et on boucle sur l'étape 110. In step 200, the concentration of the reducing agents in the exhaust pipe upstream of the NOx trap is reduced (return to the nominal combustion mode). This is enabled by the action of the means 4 for modifying the reducer concentration. This reduced reducer concentration is then maintained and looped on step 110.
Dans une première variante d'exécution du procédé de traitement, une seule des deux étapes de test 180 ou 190 peut être mise en oeuvre pour décider de la fin de phase d'admission de réducteur en concentration élevée dans le piège à NOx. L'étape de test 180 est utilisée lorsque l'étape 170 a été déclenchée suite à l'étape de test 140 et l'étape de test 190 est utilisée lorsque l'étape 170 a été déclenchée suite à l'étape de test 160. In a first variant embodiment of the treatment method, only one of the two test steps 180 or 190 may be implemented to decide on the end of the intake phase of the reducer in high concentration in the NOx trap. The test step 180 is used when the step 170 has been triggered following the test step 140 and the test step 190 is used when the step 170 has been triggered following the test step 160.
Dans une deuxième variante d'exécution du procédé de traitement, les étapes 130, 140 et 150, 160 peuvent être mises en oeuvre simultanément dans au moins une zone de fonctionnement du moteur. L'étape 170 est alors mise en oeuvre dès que l'une des conditions des étapes 140 et 160 est réalisée. MS\REN0112FR.dpt Les première et deuxième variantes peuvent être combinées. In a second variant of the processing method, the steps 130, 140 and 150, 160 can be implemented simultaneously in at least one operating zone of the engine. Step 170 is then implemented as soon as one of the conditions of steps 140 and 160 is achieved. MS \ REN0112EN.dpt The first and second variants can be combined.
Dans les différentes variantes décrites, la fréquence des excursions de fonctionnement du système de traitement dans un mode de fonctionnement avec une concentration élevée de réducteur varie en fonction des points de fonctionnement du moteur et du traitement des émissions (NOx ou CH4) qui est défini comme prioritaire. In the various variants described, the frequency of the operating excursions of the treatment system in an operating mode with a high concentration of reducer varies according to the operating points of the engine and the emission treatment (NOx or CH4) which is defined as priority.
Dans le cas où le traitement des NOx est prioritaire, la stratégie des excursions de fonctionnement du système de traitement dans un mode de fonctionnement avec une concentration élevée de réducteur est adaptée à la capacité de stockage des NOx du piège à NOx utilisé (par exemple, on peut utiliser la stratégie décrite dans le brevet EP 1 212 527). In the case where the treatment of NOx is a priority, the strategy of the operating excursions of the treatment system in a mode of operation with a high concentration of reducing agent is adapted to the NOx storage capacity of the NOx trap used (for example, the strategy described in EP 1 212 527) can be used.
Au contraire, dans le cas où le traitement du méthane est prioritaire, la stratégie des excursions de fonctionnement du système de traitement dans un mode de fonctionnement avec une concentration élevée de réducteur est adaptée pour permettre une bonne efficacité de conversion du méthane. Dans ce cas, la stratégie est basée sur le calcul de l'efficacité de conversion du méthane. Cette efficacité de conversion est, entre autre, dépendante de la température, du débit de gaz, du temps passé en mode pauvre et bien sûr des propriétés du piège à NOx, notamment sa teneur en palladium. Les courbes de la figure 3 représentent les évolutions de l'efficacité de conversion du méthane d'un piège à NOx chargé en palladium, en fonction de la durée de fonctionnement dans un mode pauvre , pour trois températures différentes. On the contrary, in the case where the treatment of methane is a priority, the strategy of the operating excursions of the treatment system in an operating mode with a high concentration of reducing agent is adapted to allow a good conversion efficiency of the methane. In this case, the strategy is based on the calculation of methane conversion efficiency. This conversion efficiency is, among other things, dependent on the temperature, the gas flow rate, the time spent in lean mode and of course the properties of the NOx trap, in particular its palladium content. The curves in FIG. 3 represent the evolutions of the methane conversion efficiency of a palladium loaded NOx trap, as a function of the operating time in a lean mode, for three different temperatures.
MS\REN0112FR.dpt Le procédé de traitement décrit permet une oxydation continue du méthane dès les basses températures (supérieures à 250°C). La solution repose sur une mise en action rapide de la réaction catalytique d'oxydation du méthane et/ou de promotion des capacités intrinsèques du piège à NOx par modification de l'état de surface du piège à NOx et plus particulièrement du palladium contenu dans le piège à NOx. MS \ REN0112EN.dpt The described treatment method allows continuous oxidation of methane at low temperatures (above 250 ° C). The solution is based on rapid activation of the catalytic reaction of oxidation of methane and / or promotion of the intrinsic capacities of the NOx trap by modifying the surface state of the NOx trap and more particularly the palladium contained in the NOx trap.
Les réducteurs introduits en concentration élevée permettent de modifier l'état de surface du piège à NOx et notamment du palladium qui devra être partiellement réduit. Les excursions périodiques en mode riche permettent d'abaisser la température d'activation de la fonction catalyseur d'oxydation du méthane du piège à NOx via une modification de l'état de surface du palladium qui le rend plus actif vis-à-vis du méthane. The reducing agents introduced in high concentration make it possible to modify the surface state of the NOx trap and in particular palladium which will have to be partially reduced. Periodical excursions in rich mode make it possible to lower the activation temperature of the methane oxidation catalyst function of the NOx trap by modifying the surface state of the palladium which makes it more active with respect to methane.
Il a été observé que pour atteindre une efficacité optimale de la fonction catalyseur du piège à NOx, les excursions périodiques en mode de fonctionnement avec une concentration de réducteur élevée en amont du piège à NOx sont nécessaires. Elles permettent au piège à NOx de recouvrer ses capacités maximales à traiter le méthane. On note également que le traitement du méthane ne peut s'effectuer que dans un mode pauvre pour disposer de la quantité d'oxydant (oxygène) suffisante à la réaction. Le passage en mode riche (avec excès de réducteur) permet le passage du palladium contenu dans le catalyseur de l'état métallique à l'état réduit. Cette propriété du palladium à mieux convertir le méthane en mode pauvre après que le système de traitement a fonctionné périodiquement en mode riche apporte de nombreux bénéfices : -pour les motorisations du type à allumage commandé comme les 30 moteurs à essence, les moteurs au gaz naturel ou les moteurs au GPL, une adaptation du contrôle de la richesse MS\REN0112FR.dpt (augmentation/diminution de la fréquence d'évolution autour de la richesse 1) permet d'améliorer la quantité de méthane convertie par les pièges à NOx. -pour les motorisations du type à allumage par compression fonctionnant en mélange pauvre comme par exemple les moteurs diesel conventionnels ou fonctionnant en mélange homogène, les moteurs essence dits lean burn , HCCI ou PCCI, l'amélioration des performances du piège à NOx à traiter le méthane à basse température nécessite la mise en place de stratégies de contrôle de la calibration moteur pour permettre un fonctionnement en mode riche de façon périodique. It has been observed that in order to achieve optimum efficiency of the NOx trap catalyst function, periodic mode trips with a high reductant concentration upstream of the NOx trap are required. They allow the NOx trap to recover its maximum capacity to process methane. It is also noted that the treatment of methane can be carried out only in a lean fashion to have the amount of oxidant (oxygen) sufficient to the reaction. The passage in rich mode (with excess of reducing agent) allows the passage of the palladium contained in the catalyst from the metallic state to the reduced state. This property of palladium to better convert the methane in lean mode after the treatment system has worked periodically in rich mode brings many benefits: -for the engines of the spark-ignition type such as 30 gasoline engines, natural gas engines or LPG engines, an adaptation of the control of the wealth MS \ REN0112FR.dpt (increase / decrease of the frequency of evolution around the wealth 1) makes it possible to improve the quantity of methane converted by the NOx traps. for engines of the compression-ignition type operating in a lean mixture such as, for example, conventional diesel engines or operating in a homogeneous mixture, the so-called lean burn, HCCI or PCCI gasoline engines, the improvement of the performance of the NOx trap to treat the Low temperature methane requires the implementation of control strategies of the engine calibration to allow operation in rich mode periodically.
L'invention présente un fort intérêt pour les motorisations équipées d'un piège à NOx. En effet, le piège à NOx requiert intrinsèquement une alternance de modes riche et pauvre , les NOx étant stockés dans le piège à NOx pendant le mode pauvre et réduits pendant le mode riche . The invention is of great interest for engines equipped with a NOx trap. Indeed, the NOx trap intrinsically requires an alternation of rich and poor modes, the NOx being stored in the NOx trap during the lean mode and reduced during the rich mode.
Dans le cas des applications de moteur de type lean burn (à charge stratifiée), la réactivation du palladium peut avoir lieu lors des purges du piège à NOx réalisées à richesse supérieure à 1 de façon périodique. Le piège à NOx est dans cette configuration, placé en amont d'un catalyseur d'oxydation. Dans cette configuration, on dissocie alors la fonction de traitement des NOx de celle de traitement du méthane. In the case of lean burn engine applications (stratified charge), the reactivation of the palladium can take place during purges of the NOx trap made with a richness greater than 1 on a periodic basis. The NOx trap is in this configuration, placed upstream of an oxidation catalyst. In this configuration, the NOx treatment function is then dissociated from that of the methane treatment.
Dans la description, on utilise plusieurs termes pour désigner un même mode de fonctionnement du dispositif de traitement. En effet, le mode riche correspond à un mode de fonctionnement dans lequel la concentration en réducteur dans les gaz d'échappement en amont du piège à NOx est élevée, c'est-à-dire qu'il y a un excès de réducteur. Un tel mode est appelé mode riche car il peut être obtenu par un MS\REN0112FR.dpt fonctionnement du moteur alimenté avec un mélange riche, c'est-à-dire avec un excès de carburant. In the description, several terms are used to designate the same mode of operation of the processing device. Indeed, the rich mode corresponds to a mode of operation in which the reductant concentration in the exhaust gas upstream of the NOx trap is high, that is to say that there is an excess of reducing agent. Such a mode is called rich mode because it can be obtained by a MS running engine with a rich mixture, that is to say with an excess of fuel.
De même, le mode pauvre correspond à un mode de fonctionnement dans lequel la concentration en réducteur dans les gaz d'échappement en amont du piège à NOx est faible, c'est-à-dire qu'il y a un excès d'oxydant. Un tel mode est appelé mode pauvre car il peut être obtenu par un fonctionnement du moteur alimenté avec un mélange pauvre, c'est-à-dire avec un excès d'oxygène. Similarly, the lean mode corresponds to a mode of operation in which the concentration of reducing agent in the exhaust gases upstream of the NOx trap is low, ie there is an excess of oxidant . Such a mode is called lean mode because it can be obtained by operation of the engine fed with a lean mixture, that is to say with an excess of oxygen.
MS\REN0112FR.dpt MS \ REN0112FR.dpt
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