FR2936564A1

FR2936564A1 - Procede de commande d'un moteur

Info

Publication number: FR2936564A1
Application number: FR0856478A
Authority: FR
Inventors: Stephane Guerin
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2010-04-02
Anticipated expiration: 2028-09-26
Also published as: FR2936564B1

Abstract

Procédé de commande d'un moteur comportant un premier (2) et second (3) groupes de cylindres respectivement associés à un premier (8) et second (9) conduits d'échappement, ledit second conduit (9) plus court que le premier conduit (8), les premier (8) et second (9) conduits débouchant dans un conduit commun (10), chacun desdits conduits (8, 9, 10) étant équipé d'au moins un piège à NOx (11, 12, 13), caractérisé en ce que la désulfatation des pièges des conduits second et commun est opérée avec un premier groupe (2) piloté dans un mode produisant un faible débit de gaz d'échappement et le second groupe (3) piloté en mode désulfatation, avec un niveau de charge élevé, et en ce que la désulfatation du piège du premier conduit est opérée avec le premier groupe (2) piloté en mode désulfatation et le second groupe (3) piloté en mode normal.

Description

Procédé de commande d'un moteur [000l] L'invention concerne un procédé de commande d'un moteur dont la ligne d'échappement comporte plusieurs pièges à NOx, et s'applique s plus particulièrement à des moteurs Diesel transversaux à deux rangées de cylindres équipés de catalyseurs accumulateurs d'oxydes d'azote et, plus particulièrement, un procédé permettant d'éliminer les sulfates également accumulés dans ces catalyseurs. [0002] Les catalyseurs accumulateurs d'oxydes d'azote NOx, appelés io couramment "pièges à NOx", sont capables de stocker les NOx et de les convertir en azote à intervalle de temps régulier. Cette conversion est réalisée en faisant fonctionner le moteur selon un mode particulier, appelé riche, dans lequel le ratio air/carburant est inférieur ou égal à l'unité. 15 [0003] Une difficulté de cette technologie est, qu'en plus des NOx, ces catalyseurs stockent aussi très bien les sulfates provenant du soufre présent dans le gazole. Bien que les carburants aient progressé en qualité et contiennent désormais moins de soufre, l'efficacité des pièges à NOx est fortement détériorée au bout de 3000 km environ, en raison 20 de l'accumulation du soufre. [0004] Pour éliminer cette accumulation de soufre, une méthode consiste à chauffer les gaz d'échappement à une température supérieure à celle atteinte en fonctionnement normal (environ 700°C) et à appauvrir ces gaz en oxygène. Durant cette opération, des passages 25 en ambiance pauvre sont effectués pour éviter les émissions de H2S. [0005] Cette opération est délicate, puisqu'il faut que les gaz atteignent au moins la température de 650°C pour éliminer le soufre, mais sans jamais dépasser 720°C, car un tel niveau de tempéra ture endommage définitivement le piège. 30 [0006] Or cette température doit être maintenue dans des conditions très variables, qui occasionnent les oscillations autour de la valeur ciblée. Généralement, une régulation basée sur un capteur ou une estimation de la température est mise en oeuvre pour limiter les excursions de température. La figure 1 qui représente la température T dans un piège à NOx en fonction du temps t, illustre l'allure de ces oscillations au cours de la régénération, dans une zone Zl comprise entre 650° et 720°C. La zone Z 2 située au-delà est celle qui correspond aux risques d'endommagement du piège. [0007] Pour être efficaces, les éléments de piège à NOx, doivent avoir un volume suffisant. C'est la raison pour laquelle un véhicule peut être amené à comporter deux, et même trois pièges Typiquement sur un moteur six cylindres en V, on dispose un piège en sortie de chaque rangée de cylindres (après la turbine du turbocompresseur), et un piège en aval, dans la partie commune de la ligne d'échappement. [000s] Avec cette disposition, il est alors difficile de garantir la température évoquée précédemment pour tous les pièges. La difficulté est liée aux pertes thermiques enregistrées dans la ligne d'échappement entre ceux-ci. [0009] Ce problème se pose de façon plus cruciale dans les moteurs comportant deux conduits d'échappement qui se rejoignent en aval de la ligne, ces deux conduits étant d'une longueur différente. Tel est en particulier le cas avec des moteurs comportant deux bancs de cylindres, disposés transversalement car la ligne d'échappement du banc de cylindres placé en avant est nécessairement plus longue que celle du deuxième banc. Dans cette configuration, les pièges disposés en sortie de chaque rangée de cylindres seront sensiblement au même niveau de température mais le piège placé en aval, donc plus éloigné de la sortie moteur, sera porté à un niveau de température bien plus faible, insuffisant pour extraire le soufre du catalyseur. [ooio] Le but de l'invention est donc de proposer un procédé permettant de réaliser l'élimination des sulfates dans les trois pièges de la ligne d'échappement d'une façon efficace et sûre. [oo11l A cet effet, l'invention propose un procédé de commande d'un moteur comportant un premier et second groupes de cylindres respectivement associés à un premier et second conduits d'échappement, ledit second conduit plus court que le premier conduit, les premier et second conduits débouchant dans un conduit commun, chacun desdits conduits étant équipé d'au moins un piège à NOx. Selon l'invention, la désulfatation des pièges des conduits second et commun est opérée avec un premier groupe piloté dans un mode produisant un faible débit de gaz d'échappement et le second groupe piloté en mode désulfatation, avec un niveau de charge élevé, et en ce que la désulfatation du piège du premier conduit est opérée avec le premier groupe piloté en mode désulfatation et le second groupe piloté en mode normal. [0012] Ainsi, selon l'invention, on dissocie l'étape de désulfatation du ou to des pièges placés dans le conduit long de l'étape de désulfatation des pièges placés dans le conduit court et dans le conduit commun. [0013] Lors de l'étape de désulfatation des conduits court et commun, on vise à réduire au maximum le débit des gaz d'échappement dans le conduit le plus long. Pour le groupe de cylindres associé à ce conduit 15 long, on va alors opérer dans un mode dit normal , c'est-à-dire selon une cartographie non spécifique aux phases de désulfatation ou encore aux phases de régénération du piège à NOx ou même à d'autres phases de régénération, dédiées par exemple à un filtre à particules. [0014] Si le moteur est équipé de moyens pour désactiver les cylindres, 20 la réduction du débit des gaz d'échappement dans le conduit long peut être tout simplement obtenue en désactivant au moins un des cylindres associés à ce conduit long. [0015] Dans une variante, utile notamment lorsque la désactivation de tous les cylindres d'un groupe n'est pas possible ou souhaitée, cette 25 réduction du débit des gaz d'échappement est obtenue en pilotant au minimum un turbocompresseur associé au groupe dont le conduit est le plus long. [0016] De plus, un papillon de vannage également associé au premier groupe sera avantageusement réglé au maximum. 30 [0017] Avantageusement, la réduction du débit des gaz d'échappement n'est pas accompagnée d'une réduction de leur température, et au contraire, le débit d'injection de carburant dans les cylindres du premier groupe est réglé pour maintenir un niveau de température des gaz d'échappement du premier conduit élevé. [0018] Pendant ces phases de réduction du débit des gaz d'échappement dans un groupe de cylindres, qui induisent un faible niveau de charge, on va chercher à compenser le faible niveau de charge en imposant une charge accrue à l'autre groupe de cylindres, ce qui a pour effet de permettre l'obtention d'une température suffisante pour éliminer le soufre à la fois dans les pièges à NOx du conduit court et du conduit commun. [0019] Dans une variante, on opère successivement la désulfatation des pièges des conduits second et commun et la désulfatation du piège du 10 premier conduit ou inversement. [0020] Dans une variante, on opère la désulfatation du piège du premier conduit et la désulfatation des pièges des conduits second et commun indépendamment l'une de l'autre. [0021] Dans une variante, le procédé selon l'invention est appliqué à un 15 moteur, de préférence un moteur Diesel, dont les groupes de cylindres correspondent à deux bancs disposés transversalement par rapport à l'axe de la ligne d'échappement. Avantageusement, ce moteur est du type en V. [0022] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront 20 clairement à la lecture de la description ci-après, donnée à titre indicatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : • La figure 1 est une courbe de la température mesurée dans un piège à NOx en fonction du temps. • La figure 2 est une vue schématique d'un moteur Diesel six cylindres 25 et d'une partie de sa ligne d'échappement. ^ La figure 3 représente les courbes de la température mesurée dans chacun des pièges à NOx en fonction du temps, selon l'art antérieur. • Les figures 4 et 5 représentent les courbes de températures dans chacun des pièges à NOx durant les phases du processus selon 30 l'invention. [0023] Sur la figure 2 on a représenté un moteur Diesel six cylindres en V disposé transversalement par rapport à l'axe XX' du véhicule.

Chaque groupe ou banc de cylindres 2 et 3 comporte un collecteur d'échappement, respectivement 4 et 5, en sortie duquel est placé un turbocompresseur, respectivement 6 et 7. [0024] La ligne d'échappement comprend donc deux conduits distincts 8 et 9 en sortie de chacun des collecteurs 4 et 5 et un conduit commun 10 en aval des deux autres, par rapport au sens de circulation des gaz représenté par la flèche F. [0025] Un piège à NOx 11 est disposé dans le conduit d'échappement 8, en aval du turbocompresseur 6 et un deuxième piège à NOx 12 est symétriquement disposé dans le conduit d'échappement 9, en aval du turbocompresseur 7. Un troisième piège à NOx 13 est enfin placé dans le conduit d'échappement commun 10, en aval de la jonction entre les deux branches 8 et 9. [0026] Bien entendu, la ligne d'échappement comprend d'autres dispositifs de dépollutions ainsi que des systèmes de gestion du fonctionnement du moteur qui n'ont pas été représentés ici. En particulier, ces systèmes permettent un pilotage séparé des deux bancs de cylindres, ils comprennent, comme cela est bien connu, outre le turbocompresseur représenté, un papillon de vannage et une vanne de recirculation des gaz d'échappement (EGR) pour chaque banc de cylindres. [0027] Les piège à NOx 11 et 12 qui sont disposés sensiblement à la même distance de la sortie du collecteur d'échappement, seront portés sensiblement au même niveau de température compris dans la zone Z1 où la régénération du piège à NOx est possible, comme cela est représenté sur la courbe CI de la figure 3. [0028] Au contraire, la température dans le piège 13 qui est placé beaucoup plus en aval ne pourra atteindre qu'un niveau plus faible, insuffisant pour extraire le soufre du catalyseur, comme on le voit sur la courbe C2 de la figure 3. [0029] En raison de l'architecture du moteur et de sa position dans le compartiment moteur, notamment lorsqu'il est en position transversale, on voit bien, sur la figure 2, que les conduits d'échappement associés aux deux bancs de cylindres sont de longueur inégale. Le conduit 8 est beaucoup plus long que le conduit 9 de sorte que les pertes thermiques dans ce conduit seront nécessairement plus importantes et affecteront davantage le niveau de température dans le piège aval 13. [0030] La température Tc des gaz traversant ce piège est en fait une 5 moyenne que l'on peut évaluer avec l'équation suivante : Tc = (Ta-DTa)*Qa/(Qa+Qb) + Tb*Qa/(Qa+Qb) où Qa représente le débit massique de gaz dans le conduit 8, Qb le débit massique de gaz dans le conduit 9, Ta et Tb les températures dans les pièges 11 et 12 et DTa la perte thermique dans le conduit 8. 10 [0031] Si, comme dans l'exemple illustré, les débit Qa et Qb sont égaux, cette équation se réduit de la façon suivante : Tc = '/2 (Ta-DTa) + '/2 Tb [0032] On voit que, pour augmenter la température Tc, on a intérêt à réduire le facteur '/2 en réduisant Qa. 15 [0033] Pour ce faire, on pilote différemment les deux bancs de cylindres et on conduit l'élimination du soufre en deux phases distinctes. [0034] Dans la première phase, le banc de cylindres 2, le plus éloigné du piège 13, est piloté en mode normal et de manière à débiter le moins de gaz possible. C'est en effet ce banc de cylindres qui refroidit le plus 20 le piège 13 en raison de la plus grande longueur de son conduit d'échappement 8. On peut accepter que ce pilotage provoque un affaiblissement de la température dans le conduit d'échappement 8, la priorité étant de réduire le débit de gaz (Qa) dans ce conduit. [0035] Comme on l'a dit plus haut, la conception du moteur permet un 25 pilotage séparé des deux bancs de cylindres. Les réglages du turbocompresseur 6, du papillon de vannage, et de la vanne EGR (non représentés) associés au banc 2 sont alors choisis de manière à limiter au maximum le débit de gaz. Le vannage est réglé au maximum permis par le moteur et le turbocompresseur est piloté au minimum. On 30 conservera toutefois une injection de carburant suffisante pour maintenir le faible débit de gaz sortant à un niveau de température le plus élevé possible. [0036] Le banc de cylindres 3 est, de son côté, activé pour un mode d'élimination du soufre normal, mais avec un niveau de charge plus élevé de manière à compenser le faible fonctionnement du banc de cylindres 2. [0037] En variante et si le moteur est équipé d'un système de désactivation de cylindres, on désactive complètement les cylindres du banc 2. [0038] La figure 4 représente la courbe de température dans les trois pièges durant cette première phase. On constate que la température to dans le piège 13 (courbe C4) se situe bien dans la zone Zi permettant l'élimination du soufre ainsi que la température du piège 12 (courbe C5). [0039] En revanche, la température dans le piège 11 (courbe C3) se situe nettement en dessous de cette zone, en raison du faible débit de gaz dans le conduit d'échappement 8 dans lequel il est placé ; de sorte 15 que dans ce piège la soufre n'est pas encore éliminé. [0040] La deuxième phase du processus est donc dédiée à la seule régénération du piège 11. Le banc de cylindres 2 est alors piloté en mode d'élimination du soufre, tandis que le banc 3 est piloté en mode normal. Les courbes de température dans cette phase sont 20 représentées figure 5. La courbe C6 représentant la température dans le piège 11 se trouve alors bien dans la zone Z1 de régénération alors que les courbes 07 et C8 représentant respectivement les températures dans les pièges 12 et 13 se trouvent en dehors de cette zone. [0041] Les deux phases du processus peuvent être réalisées 25 successivement, ou de façon complètement indépendante l'une de l'autre. [0042] Il est également possible d'inverser l'ordre des deux phases, la phase de régénération du piège 11 étant engagée en premier pour faire bénéficier le piège 13 de la montée en température obtenue dans cette 30 phase lors de sa propre régénération. [0043] La stratégie que l'on vient de décrire permet donc d'éliminer efficacement le soufre emmagasiné dans les trois pièges à NOx contenus dans la ligne d'échappement d'un moteur Diesel transversal à deux bancs de cylindres sans augmenter de façon trop importante la température des gaz d'échappement et donc l'énergie supplémentaire fournie par le moteur.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de commande d'un moteur comportant un premier (2) et second (3) groupes de cylindres respectivement associés à un premier (8) et second (9) conduits d'échappement, ledit second conduit (9) plus court que le premier conduit (8), les premier (8) et second (9) conduits débouchant dans un conduit commun (10), chacun desdits conduits (8, 9, 10) étant équipé d'au moins un piège à NOx (11, 12, 13), caractérisé en ce que la désulfatation des pièges des conduits second et commun est opérée avec un premier groupe (2) piloté dans un mode produisant un faible débit de gaz d'échappement et le second groupe (3) piloté en mode désulfatation, avec un niveau de charge élevé, et en ce que la désulfatation du piège du premier conduit est opérée avec le premier groupe (2) piloté en mode désulfatation et le second groupe (3) piloté en mode normal.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lors de la lors de la désulfatation des pièges des conduits second et commun, on désactive au moins un cylindre du premier groupe (2).
3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que lors de la désulfatation des pièges des conduits second et commun, un turbocompresseur (6) associé au premier groupe (2) est, piloté au minimum.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lors de la désulfatation des pièges des conduits second et commun, un papillon de vannage associé au premier groupe (2) est réglé au maximum.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lors de la désulfatation des pièges des conduits second et commun, le débit de l'injection de carburant dans les cylindres du premier groupe (2) est réglé pour maintenir un niveau de température des gaz d'échappement du premier conduit élevé.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce l'on opère successivement la désulfatation des piègesdes conduits second et commun et la désulfatation du piège du premier conduit.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce l'on opère successivement la désulfatation du piège du premier conduit et la désulfatation des pièges des conduits second et commun.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications là 3, caractérisé en ce que l'on opère la désulfatation du piège du premier conduit et la désulfatation des pièges des conduits second et commun to indépendamment l'une de l'autre.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, appliqué à un moteur dont les groupes de cylindres correspondent à deux bancs disposés transversalement par rapport à l'axe de la ligne d'échappement. ~s
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, appliqué à un moteur en V.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, appliqué à un moteur de type Diesel. 20