FR2937080A3 - Suppression de methane lors de la regeneration d'un piege des oxydes d'azote - Google Patents

Suppression de methane lors de la regeneration d'un piege des oxydes d'azote Download PDF

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Abstract

Procédé de gestion d'un dispositif de piège des oxydes d'azote (NOx-Trap), comprenant une phase de régénération pour purger le NOx-Trap (4) des oxydes d'azote stockés, caractérisé en ce que la phase de régénération comprend les étapes suivantes : -augmentation de la richesse de l'injection de carburant au niveau du moteur par rapport au mode de fonctionnement normal, à une valeur de richesse (11 ) inférieure à 1 ; -injection complémentaire de carburant au niveau de la voie d'échappement (3) représentant une valeur de richesse (12), de sorte que la richesse globale obtenue (I=11+12) soit supérieure à 1.

Description

REN115FR PJ8610 dépôt DA 1 L'invention concerne un procédé de gestion d'un dispositif de post-traitement des émissions polluantes des gaz d'échappement d'un véhicule automobile. Elle concerne aussi un groupe motopropulseur mettant en oeuvre ce procédé ainsi qu'un véhicule automobile en tant que tel équipé d'un tel groupe motopropulseur.
Malgré l'optimisation du fonctionnement des moteurs à combustion interne des véhicules automobiles, tous les moteurs qui fonctionnent selon un mélange pauvre comme les moteurs diesel, c'est-à-dire comprenant une plus faible proportion de carburant par rapport à l'oxygène disponible, soit une proportion inférieure aux proportions stoechiométriques, génèrent des émissions polluantes consistant en l'émission d'oxydes d'azote (NOx). Pour atténuer ces émissions d'oxydes d'azote des gaz d'échappement d'un moteur, on dispose habituellement dans la ligne d'échappement un dispositif de piège des oxydes d'azote dénommé "NOx-Trap", qui retient mécaniquement ces oxydes d'azote émis pendant le fonctionnement normal du moteur.
Classiquement, ce NOx-Trap fonctionne de manière périodique, en deux phases. Lors d'une première phase, il stocke les éléments polluants (NOx) émis par le moteur, et lors d'une deuxième phase dite de régénération, ces éléments polluants sont éliminés. Cette phase de régénération est nécessaire car au bout d'un certain temps de stockage, le NOx-Trap arrive à saturation et ne remplit plus sa fonction. La régénération permet de le purger.
Pour cela, la régénération du NOx-Trap consiste à réduire les oxydes d'azote NOx stockés à la surface du NOx-Trap en diazote N2. Elle est obtenue par un changement temporaire des conditions de fonctionnement REN115FR PJ8610 dépôt DA 2 du moteur, en exploitant le moteur en régime riche pendant un certain temps afin de générer des composants réducteurs (H2, HC, et CO) dans les gaz d'échappement pour permettre leur réaction de réduction des oxydes d'azote stockés dans le NOx-Trap. Ces conditions particulières de fonctionnement du moteur sont obtenues par une injection plus riche de carburant, en ajoutant par exemple des injections dans les cylindres au moment de la phase de détente. Ces changements de régime du moteur sont importants, car en considérant une richesse égale à 1 pour des proportions stoechiométriques, le moteur en régime normal fonctionne avec un mélange pauvre proche de 0,6 alors qu'en phase de régénération, un mélange riche est utilisé. L'inconvénient de ces solutions existantes est que l'injection supplémentaire de carburant lors des phases en régime riche durant les régénérations génère du méthane (CH4) parmi les hydrocarbures imbrûlés, qui est directement rejeté dans l'atmosphère.
Ainsi, le traitement de dépollution en oxydes d'azote des gaz d'échappement génère une autre pollution en méthane, qui n'est pas traitée.
L'invention a pour objet un nouveau procédé de dépollution des gaz d'échappement d'un véhicule automobile qui améliore les solutions existantes, c'est-à-dire qui réduit la pollution globalement rejetée dans l'atmosphère.
Plus précisément, un objet de l'invention est une solution qui permet d'empêcher le rejet dans l'atmosphère des oxydes d'azote des gaz d'échappement sans générer d'autres rejets polluants comme du méthane.
A cet effet, l'invention repose sur un procédé de gestion d'un dispositif de 30 piège des oxydes d'azote (NOx-Trap), comprenant une phase de REN115FR PJ8610 dépôt DA 3 régénération pour purger le NOx-Trap des oxydes d'azote stockés, caractérisé en ce que la phase de régénération comprend les étapes suivantes : - augmentation de la richesse de l'injection de carburant au niveau 5 du moteur par rapport au mode de fonctionnement normal, à une valeur de richesse (I1) inférieure à 1 ; - injection complémentaire de carburant au niveau de la voie d'échappement représentant une valeur de richesse (12), de sorte que la richesse globale obtenue (1=11+12) soit supérieure à 1. 10 Selon une première variante d'exécution, la richesse de l'injection de carburant au niveau du moteur est comprise entre 0,85 et 0,99 et la richesse de l'injection complémentaire entre 0,06 et 0,20.
15 Selon une seconde variante d'exécution, la richesse de l'injection complémentaire est supérieure à 0,20.
La richesse de l'injection de carburant au niveau du moteur lors d'une phase de fonctionnement normal hors de la régénération du Nox-Trap 20 peut rester inférieure à 0,9.
L'invention porte aussi sur un groupe motopropulseur pour véhicule automobile, comprenant un moteur alimenté en carburant par un injecteur, une voie d'échappement pour recevoir les gaz d'échappement, sur lequel 25 est disposé un dispositif de piège des oxydes d'azote (NOx-Trap), caractérisé en ce qu'il comprend un injecteur au niveau de la voie d'échappement en amont du Nox-Trap et une unité de commande électronique (ECU) qui met en oeuvre le procédé de gestion du NOx-Trap tel que défini précédemment. 30 REN115FR PJ8610 dépôt DA 4 L'invention porte aussi sur un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend un groupe motopropulseur tel que défini précédemment.
Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'un mode d'exécution particulier fait à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
La figure 1 représente schématiquement un groupe motopropulseur non 10 polluant selon un mode d'exécution de l'invention ; Les figures 2a et 2b représentent l'évolution de la richesse du carburant injecté au cours du temps au sein du groupe motopropulseur selon le mode d'exécution de l'invention.
15 La figure 1 illustre schématiquement un groupe motopropulseur selon l'invention. Ce dispositif comprend un moteur diesel 1, alimenté en air arrivant par une conduite d'admission 2 et en carburant par un système d'injection 6 au niveau du moteur, comprenant classiquement quatre injecteurs. En sortie du moteur, les gaz d'échappement sont conduits par 20 une conduite d'échappement 3 et traversent successivement un NOx-Trap 4 puis un filtre à particules 5. Un cinquième injecteur additionnel 7 est disposé sur la voie d'échappement, en amont du Nox-Trap.
Le dispositif comprend de plus une unité de commande électronique 25 (ECU) 10, composée d'éléments matériel (hardware) et/ou logiciel (software), qui se présente généralement sous la forme d'un ordinateur de bord. Cette unité ECU reçoit des données de différents capteurs, non représentés, comme par exemple des capteurs de température pour mesurer la température des gaz d'échappement, des sondes à oxygène 30 qui mesure la quantité d'oxygène dans les gaz d'échappement, voire REN115FR PJ8610 dépôt DA 5 d'admission, un ou plusieurs capteur(s) de température disposé(s) en entrée du filtre à particules de sorte de mesurer la température des gaz d'échappement au niveau de ce filtre, un capteur de pression différentielle monté aux bornes du filtre à particules. A partir de ces données et/ou de modèles mémorisés, l'unité ECU met en oeuvre un procédé de gestion du groupe motopropulseur et notamment de gestion de la régénération des dispositifs de post-traitement 4, 5. Pour cela, elle pilote par exemple les différentes vannes et injecteurs du dispositif. Le procédé de gestion du NOx-Trap est explicité par la suite.
Le concept de l'invention consiste à ne pas dépasser une richesse égale à 1 au niveau du moteur 1 lors des phases de régénération du NOx-Trap et à compenser le défaut de réducteur résultant de ce choix par une injection supplémentaire de carburant directement dans la ligne d'échappement par l'intermédiaire d'un injecteur additionnel 7, afin de pouvoir atteindre les conditions suffisantes pour la purge du Nox-Trap.
Les figures 2a et 2b illustrent un exemple d'implémentation du concept de l'invention. Durant une première période t1, le moteur fonctionne en régime normal, sur la base d'un mélange pauvre dont la richesse est sensiblement égale à 0,6, en considérant une échelle définie par une richesse égale à 1 pour des conditions stoechiométriques entre le carburant et l'air injecté, permettant une combustion totale du carburant sur la base de la consommation de tout l'oxygène disponible. En remarque, le moteur peut fonctionner avec d'autres valeurs de richesse en fonctionnement normal, généralement toujours inférieure à 0,9. Durant une seconde période t2 décidée par l'unité ECU selon des conditions habituelles, une phase de régénération du NOx-Trap est réalisée. Durant cette phase, la richesse du carburant injecté au niveau du moteur est augmentée mais reste inférieure à 1, comme cela est illustré par la figure REN115FR PJ8610 dépôt DA 6 2a où la courbe 11 illustre cette richesse qui est augmentée de 0,6 à 0,92. En même temps, l'injecteur additionnel 7 injecte du carburant dans la voie d'échappement, dont la quantité correspond à une richesse complémentaire de 0,13, comme l'illustre la courbe 12 qui représente la richesse apportée par cet injecteur additionnel 7. Ensuite, après la purge des oxydes d'azote du NOx-Trap par cette phase de régénération, le moteur retrouve ses conditions de fonctionnement normal lors d'une nouvelle période t3.
Ainsi, durant la phase de régénération, la richesse globale injectée en ajoutant les deux apports précédemment explicités s'élève à 1,05 (0,92 + 1,13), ce qui est suffisant pour obtenir une purge efficace des oxydes d'azote du Nox-Trap. Dans le même temps, comme l'injection au niveau du moteur ne dépasse pas une richesse égale à 1, la génération de méthane parmi les hydrocarbures imbrûlés est fortement réduite par rapport aux solutions de l'état de la technique.
Naturellement, les valeurs numériques choisies pour les richesses précédentes le sont à titre d'exemple. L'homme du métier peut mettre en oeuvre le concept de l'invention sur la base d'autres valeurs de richesses, en essayant de trouver le meilleur compromis entre la richesse du moteur et celle de l'injecteur additionnel, afin de limiter les émissions de méthane sans trop augmenter la durée de la régénération du Nox-Trap. Ainsi, la richesse de l'injection de carburant au niveau du moteur peut être comprise entre 0,85 et 0,99 et la richesse de l'injection complémentaire entre 0,06 et 0,20 lors d'une phase de régénération selon un mode avantageux, voire supérieure à 0,20 dans certains cas.
REN115FR PJ8610 dépôt DA 7 Ainsi, l'unité ECU va mettre en oeuvre le procédé de gestion du NOx-Trap comprenant une phase de régénération comprenant les étapes essentielles suivantes : - augmentation de la richesse de l'injection de carburant au niveau du moteur à une valeur de richesse 11 inférieure à 1 ; - injection complémentaire de carburant au niveau de la voie d'échappement à une valeur de richesse 12, de sorte que la richesse globale obtenue 1=11+12 soit supérieure à 1.
L'invention a été illustrée dans le cadre d'un moteur diesel de véhicule automobile. Elle peut toutefois être plus généralement implémentée pour tout groupe motopropulseur comprenant un moteur interne fonctionnant avec un régime pauvre.
Finalement, la solution atteint bien les objets recherchés et présente les avantages suivants : - elle permet la suppression des oxydes d'azote des gaz d'échappement sans rejeter de composants polluants supplémentaires comme du méthane ; -de plus, la diminution de la richesse au niveau du moteur a pour conséquence la diminution de l'augmentation de température du groupe motopropulseur, ce qui évite des risques de dégradation de certains éléments, comme la turbine par exemple. Cet avantage permet d'élargir les possibilités de réalisation des phases de régénération ; -enfin, elle entraîne aussi une diminution de la dilution de carburant dans l'huile moteur.

Claims (6)

  1. Revendications1. Procédé de gestion d'un dispositif de piège des oxydes d'azote (NOx-Trap), comprenant une phase de régénération pour purger le NOx-Trap (4) des oxydes d'azote stockés, caractérisé en ce que la phase de régénération comprend les étapes suivantes : -augmentation de la richesse de l'injection de carburant au niveau du moteur par rapport au mode de fonctionnement normal, à une valeur de richesse (I1) inférieure à 1 ; -injection complémentaire de carburant au niveau de la voie d'échappement (3) représentant une valeur de richesse (12), de sorte que la richesse globale obtenue (1=11+12) soit supérieure à 1.
  2. 2. Procédé de gestion d'un dispositif de piège des oxydes d'azote selon la revendication 1, caractérisé en ce que la richesse de l'injection de carburant au niveau du moteur est comprise entre 0,85 et 0,99 et la richesse de l'injection complémentaire entre 0,06 et 0,20.
  3. 3. Procédé de gestion d'un dispositif de piège des oxydes d'azote selon la revendication 1, caractérisé en ce que la richesse de l'injection de carburant au niveau du moteur est comprise entre 0,85 et 0,99 et la richesse de l'injection complémentaire est supérieure à 0,20.
  4. 4. Procédé de gestion d'un dispositif de piège des oxydes d'azote selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la richesse de l'injection de carburant au niveau du moteur lors d'une phase de fonctionnement normal hors de la régénération du Nox-Trap est inférieure à 0,9.REN115FR PJ8610 dépôt DA 9
  5. 5. Groupe motopropulseur pour véhicule automobile, comprenant un moteur (1) alimenté en carburant par un injecteur (6), une voie d'échappement (3) pour recevoir les gaz d'échappement, sur lequel est disposé un dispositif de piège des oxydes d'azote (NOx-Trap), caractérisé en ce qu'il comprend un injecteur (7) au niveau de la voie d'échappement (3) en amont du Nox-Trap (4) et une unité de commande électronique (ECU 10) qui met en oeuvre le procédé de gestion du NOx-Trap selon l'une des revendications précédentes.
  6. 6. Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend un Groupe motopropulseur selon la revendication précédente.
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