FR2939838A3

FR2939838A3 - Systeme et procede de traitement du dioxyde de soufre contenu dans des gaz d'echappement

Info

Publication number: FR2939838A3
Application number: FR0858535A
Authority: FR
Inventors: Cathy Batisson
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2008-12-12
Publication date: 2010-06-18

Abstract

L'invention concerne un système de traitement des gaz d'échappement émis par un véhicule automobile, comprenant une ligne d'échappement incluant un piège à NO 8, un piège à H S 10 monté en aval du piège à NO , un moyen 12 d'augmentation de la température du piège à H S, et une unité de contrôle électronique 13 comprenant un premier moyen de détection d'une phase de désulfuration du piège à NO et un troisième moyen 16 de détection des conditions de fonctionnement du véhicule, du piège à NO et du piège à H S. En particulier, l'unité électronique de contrôle 13 comprend un moyen de commande 15 capable d'activer le moyen 12 d'augmentation de la température du piège à H S, si le premier moyen détecte une phase de désulfuration et en fonction des conditions de fonctionnement détectées par le troisième moyen.

Description

B08/1328FR / GBO 8088-IA/CL Société par Actions Simplifiée dite : RENAULT s.a.s. Système et procédé de traitement du dioxyde de soufre contenu dans des gaz d'échappement Invention de : BATISSON Cathy Système et procédé de traitement du dioxyde de soufre contenu dans des gaz d'échappement

La présente invention concerne un système et un procédé de traitement des gaz d'échappement rejetés par un moteur à combustion interne. En particulier, la présente invention concerne un système et un procédé de traitement du dioxyde de soufre contenu dans des gaz d'échappement. 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. Ces systèmes de post-traitement permettent de réduire notamment les émissions d'oxydes d'azote en plus du monoxyde de carbone et des hydrocarbures imbrûlés.

Une solution possible au traitement des NOx en milieu oxydant est l'utilisation de pièges à oxydes d'azote (piège à NOx). En présence d'un excès d'oxygène (conditions pauvres, c'est-à-dire richesse inférieure à 1), ce type de système piège les NOx sous forme de nitrites ou de nitrates sur des éléments chimiques de stockage, le plus souvent des oxydes de baryum. La diminution du nombre de sites de stockage disponibles inhérente à cette phase de chargement entraîne une diminution de l'efficacité de piégeage des NOx. Afin de maintenir des efficacités de stockage élevées, il est donc nécessaire de purger périodiquement le piège à NOx. Cette purge s'effectue dans des conditions riches (c'est-à-dire richesse supérieure à 1), c'est-à-dire en présence d'un excès de réducteurs. Au cours de cette purge, les espèces nitrées adsorbées sur le piège à NOx désorbent, puis sont réduites en azote par l'excès de réducteurs. Le piège à NOx subit également de manière continue un empoisonnement par le soufre contenu dans le carburant et le lubrifiant. Les différents oxydes de soufre (SOx), notamment S02 ou SO3, sont oxydés sous forme de sulfates dans le piège à NOx, et sont piégés sur les sites destinés initialement au stockage des NOx. Cet empoisonnement entraîne une diminution de la capacité de piégeage du piège à NOx. Pour assurer une efficacité de conversion des NOx compatible avec les normes futures, une désulfuration est donc périodiquement nécessaire. Cette désulfuration se produit en conditions riches, c'est-à-dire lorsque la richesse des gaz au niveau du piège à NOx est supérieure 1, et à des températures élevées. Elle présente l'inconvénient d'être coûteuse en termes de dilution et de surconsommation. Lors de la désulfuration, les espèces soufrés sont évacuées du piège à NOx, mais se retrouvent en partie sous forme d'un composé particulièrement malodorant : le sulfure d'hydrogène H2S. En fonction des quantités d'H2S et des conditions de roulage du véhicule, la situation peut être vécue comme totalement nauséabonde et inacceptable par le conducteur. Pour palier à ce problème, un piège à H2S est placé dans la ligne d'échappement, en aval du piège à NOx, avec pour but de piéger les H2S qui sont créés durant la désulfuration du piège à NOx, et de les transformer en S02. Un tel système est décrit par exemple dans le document JP 2005 120958. En particulier, lorsque la quantité de soufre piégée dans le piège à H2S dépasse un seuil et que la richesse des gaz d'échappement est inférieure à 1, le piège à H2S est chauffé de manière à provoquer la désulfuration du piège à H2S. Un but de l'invention est d'améliorer le traitement de soufre contenu dans les gaz d'échappement. En particulier, un but de l'invention est de limiter le rejet de H2S par le véhicule. Selon un aspect de l'invention, il est proposé un système de traitement des gaz d'échappement émis par un véhicule automobile, comprenant une ligne d'échappement incluant un piège à NOx, un piège à H2S monté en aval du piège à NOx, un moyen d'augmentation de la température du piège à H2S, et une unité de contrôle électronique comprenant un premier moyen de détection d'une phase de désulfuration du piège à NOx et un troisième moyen de détection des conditions de fonctionnement du véhicule, du piège à NOx et du piège à H2S. En particulier, l'unité électronique de contrôle comprend un moyen de commande capable d'activer le moyen d'augmentation de la température du piège à H2S, si le premier moyen détecte une phase de désulfuration et en fonction des conditions de fonctionnement détectées par le troisième moyen.

La température du piège à H2S est ici augmentée pendant une désulfuration du piège à NOx. Cela permet en effet d'augmenter l'efficacité de stockage du soufre dans le piège à H2S et donc de limiter la quantité de H2S libérée par le véhicule. Par ailleurs, l'augmentation de l'efficacité du piège à H2S permet également d'utiliser des éléments chimiques de stockage moins performants, et donc moins chers, pour un résultat analogue. Selon un mode de réalisation, l'unité de contrôle comprend également un deuxième moyen de détection de la phase d'augmentation de la température du piège à NOx précédent la désulfuration, et le moyen de commande est capable d'activer le moyen d'augmentation de la température du piège à H2S, si le deuxième moyen détecte une phase d'augmentation de la température du piège à NOx et en fonction des conditions de fonctionnement détectées par le troisième moyen. En particulier, lorsque le piège à NOx est chauffé pour le mettre dans les conditions d'une désulfuration, on déclenche le moyen d'augmentation de la température du piège à H2S afin que celui-ci soit également dans les meilleures conditions pour piéger le sulfure d'hydrogène libéré par le piège à NOx lors de la désulfuration.

Préférentiellement, l'unité de contrôle électronique comprend également un quatrième moyen de détection de la température des gaz d'échappement traversant le piège à H2S, et le moyen de commande est capable de désactiver le moyen d'augmentation de la température si le quatrième moyen détecte que la température des gaz d'échappement est supérieure ou égale à un seuil. Lorsque la température des gaz d'échappement entrant dans le piège à H2S est supérieure, par exemple, à la température souhaitée pour le piège à H2S, les gaz d'échappement peuvent alors permettre de maintenir la température du piège à H2S supérieure à la température souhaitée, et il n'est plus nécessaire de maintenir activé le moyen d'augmentation de la température du piège à H2S. Préférentiellement, l'unité de contrôle électronique comprend également un cinquième moyen de détection capable de déterminer l'état de chargement du piège à H2S, et le moyen de commande est capable d'activer le moyen d'augmentation de la température du piège à H2S, si le premier moyen détecte la fin d'une phase de désulfuration et que le cinquième moyen détermine un état de chargement du piège à H2S supérieur à un seuil. Ainsi, après la désulfuration du piège à NON, on continue d'activer le moyen d'augmentation de la température du piège à H2S, pendant une phase pauvre, afin de purger le piège à H2S. On profite en particulier de la température élevée du piège à H2S lors de la désulfuration du piège à NON, pour effectuer une purge de celui-ci. On limite ainsi la consommation d'énergie nécessaire à une augmentation supplémentaire de la température du piège à H2S. Le moyen d'augmentation de la température du piège à H2S peut comprendre un monolithe métallique monté en contact avec le piège à H2S, une grille métallique montée en amont du piège à H2S ou un injecteur de carburant monté en amont du piège à H2S.

Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé de traitement des gaz d'échappement émis par un véhicule automobile, le véhicule comprenant une ligne d'échappement incluant un piège à NON et un piège à H2S monté en aval du piège à NON. En particulier, on détecte une phase de désulfuration du piège à NON, on détecte les conditions de fonctionnement du véhicule, du piège à NON et du piège à H2S, et on commande un chauffage supplémentaire du piège à H2S lorsqu'une phase de désulfuration est détectée et en fonction des conditions de fonctionnement détectées par le troisième moyen. Selon un mode de mise en oeuvre, on détecte une augmentation de la température du piège à NON précédent la désulfuration, et on commande un chauffage supplémentaire du piège à H2S lorsque une augmentation de la température du piège à NON précédent la désulfuration est détectée et en fonction des conditions de fonctionnement détectées par le troisième moyen.

Selon un autre mode de mise en oeuvre, on détecte la température des gaz d'échappement traversant le piège à H2S, et on commande le chauffage supplémentaire du piège à H2S lorsque la température des gaz d'échappement est supérieure ou égale à un seuil.

Préférentiellement, pendant qu'on commande le chauffage supplémentaire du piège à H2S, on fait varier la richesse des gaz d'échappement entre une valeur supérieure à 1 et une valeur inférieure à 1. La variation de richesse des gaz d'échappement permet d'alterner les phases de stockage du piège à H2S, et les phases de traitement du H2S, tout en bénéficiant d'une température élevée du piège à H2S. Préférentiellement, on commande un chauffage supplémentaire du piège à H2S de manière à ce que la température du piège à H2S soit supérieure ou égale à 400°C. D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif, et de la figure annexée sur laquelle est illustré, en coupe, un exemple de dispositif de post-traitement de gaz d'échappement. Sur la figure annexée, on a représenté, de manière très schématique, la structure générale d'un moteur à combustion interne 1 et d'un système de post-traitement des gaz d'échappement 2. Le moteur à combustion interne 1 comprend, par exemple, au moins un cylindre 3, un collecteur d'admission 4, un collecteur d'échappement 5, un circuit de re-circulation des gaz d'échappement 6 muni d'une vanne de re-circulation des gaz d'échappement 7, et un système de turbo compression. Le système de post-traitement des gaz d'échappement 2 comprend, par exemple, un piège à NOx 8, un filtre à particules 9 monté en aval du piège à NOx 8, et un piège à H2S 10 monté en aval du filtre à particules 9. Autrement dit, les deux pièges 8 et 10 sont montés en série sur la ligne d'échappement, avec un filtre à particules 9 monté entre les deux. Le piège à NOx 8 permet de stocker les NOx en mélange pauvre, puis les réduit en mélange riche, essentiellement sous forme d'eau H2O et d'azote N2. Le piège à NOx 8 peut comprendre un moyen d'augmentation de la température 11, par exemple un injecteur de carburant liquide. Le piège à H2S 10 est par exemple un monolithe muni d'une composition qui piège le sulfure d'hydrogène et qui, en présence d'oxygène, le convertit en espèces comme le dioxyde de soufre S02 qui sont moins odorantes que le H2S. Le piège à H2S est placé en aval du piège à NOx afin de piéger les H2S émis lors de la désulfuration du piège à NOx. En particulier, le piège à H2S présente une efficacité de conversion du H2S qui évolue de manière croissante avec la température, entre 300°C et 600°C. Le piège à H2S 10 peut ainsi comprendre un moyen d'augmentation de la température 12 capable d'augmenter la température du piège 10. Le moyen d'augmentation de la température 12 peut être un monolithe métallique relié à une source électrique et placé dans le piège à H2S 10. Le moyen 12 chauffe alors directement le piège à H2S et la commande en courant peut être déterminée directement à partir de la consigne en température. Le moyen d'augmentation de la température 12 peut être également une grille métallique reliée à une source électrique et montée à l'entrée du piège à H2S 10. Dans ce cas, la grille métallique chauffe les gaz la traversant et entrant dans le piège à H2S, de manière à chauffer le piège à H2S. La commande en courant est déterminée directement à partir de la consigne en température. Le moyen d'augmentation de la température 12 peut aussi être un système d'injection d'hydrocarbure, que l'on place en amont du piège à H2S. En particulier, par combustion des hydrocarbures avec l'oxygène des gaz d'échappement, il est possible de chauffer lesdits gaz et le piège à H2S. Une unité de contrôle électronique 13 assure le traitement des différents signaux et la commande de la combustion, notamment en envoyant des valeurs de consigne à l'injecteur de carburant du cylindre 3 et en commandant un dispositif, par exemple à clapet, contrôlant la quantité d'air alimentant le cylindre 3.

L'unité de contrôle électronique 13 comprend également un premier moyen de détection capable de détecter une phase de désulfuration du piège à NOx, et un deuxième moyen de détection capable de détecter une phase de chauffe précédent la désulfuration du piège à NOx. Le premier moyen de détection peut ainsi être un capteur monté en aval du piège à NOx et capable de détecter le sulfure d'hydrogène, et le deuxième moyen de détection peut être un capteur de température positionné dans le piège à NOx 8. Dans la suite de la description, on considérera que le premier moyen de détection et le deuxième moyen de détection sont réunis dans un moyen 14 de commande de la désulfuration du piège à NOx 8. Le moyen 14 envoie des signaux au moteur pour contrôler la richesse des gaz d'échappement, et des signaux au moyen d'augmentation de la température 11 pour contrôler la température du piège 8. En modifiant les deux paramètres, le moyen 14 peut notamment faire fonctionner le piège à NOx 8 dans le mode standard, ou le mode de purge, et connaître ainsi le début d'une phase de purge. L'unité de contrôle électronique 13 comprend également un moyen de commande 15 capable de commander la désulfuration du piège à H2S 10. Le moyen de commande 15 peut ainsi envoyer des signaux ou contrôler le courant alimentant le moyen d'augmentation de la température 12, pour contrôler la température du piège à H2S 10. En modifiant la température du piège à H2S 10 et en connaissant la commande du moteur, le moyen de commande 15 peut faire fonctionner le piège à H2S 10 dans le mode standard, dans un mode de stockage plus efficace ou dans le mode de purge. L'unité de contrôle électronique 13 comprend également un troisième moyen de détection 16 capable de détecter les conditions de fonctionnement du véhicule, du piège à NOx et du piège à H2S. Par exemple, le troisième moyen 16 peut détecter la richesse des gaz d'échappement, la température du piège à NOx et/ou la température du piège à H2S. Ces paramètres sont utilisés notamment pour déterminer les conditions de fonctionnement qui sont favorables à la mise en oeuvre d'une phase d'augmentation de la température du piège à H2S.

En dessous d'une certaine température comprise par exemple entre 350°C et 400°C, le piège à H2S présente une efficacité de stockage plus faible. Or, lors d'une désulfuration du piège à NOx 8, la température des gaz sortant de ce dernier ne suffit pas toujours à augmenter la température du piège à H2S 10, notamment lorsque le piège à H2S 10 n'est pas situé à une distance suffisamment proche du piège à NOx 8. De plus, même lorsque la température des gaz sortant du piège à NOx 8 permet une augmentation de température suffisante du piège à H2S, celle-ci n'est pas effective au début de la désulfuration du piège à NOx 8, c'est-à-dire au moment où la quantité de soufre libérée par le piège à NOx 8 est la plus importante. Le moyen de commande 15 permet de contrôler la température du piège à H2S 10. En particulier, le moyen de commande 15 permet de fournir au piège à H2S 10 la température adaptée aux phases de stockage ou aux phases de purge, de façon à augmenter l'efficacité du piège à H2S 10 et à permettre un meilleur respect des normes antipollution. Ainsi, le moyen de commande 15 peut recevoir, d'une part, un signal indiquant qu'une phase d'augmentation de la température du piège à NOx précédent une désulfuration débute, et d'autre part un signal indiquant les conditions de fonctionnement du véhicule, du piège à H2S et du piège à NOx. Si les conditions de fonctionnement du système le permettent et si une phase d'augmentation de la température du piège à NOx débute, le moyen de commande 15 peut alors activer le moyen d'augmentation de la température 12 de manière à ce que le piège à H2S soit suffisamment chaud lorsque le sulfure d'hydrogène sera libéré par le piège à NOx. Cependant, le moyen de commande 15 peut aussi attendre un signal indiquant que la phase de désulfuration du piège à NOx débute pour activer le moyen d'augmentation de la température du piège à NOx. L'unité de contrôle électronique 13 comprend également un quatrième moyen 17 capable de détecter la température des gaz d'échappement traversant le piège à H2S. En particulier, lorsque la température des gaz d'échappement est supérieure ou égale à un seuil, les gaz d'échappement peuvent alors permettre de maintenir la température du piège à H2S au-dessus de ladite température prédéterminée, et le moyen de commande 15 peut alors arrêter le moyen d'augmentation de la température 12.

Enfin, l'unité de contrôle électronique 13 peut comprendre un cinquième moyen 18 capable de déterminer l'état de chargement du piège à H2S 10. En particulier, lorsqu'à la fin d'une désulfuration du piège à NOx, l'état de chargement du piège à H2S est supérieur ou égal à un seuil et que le moteur fonctionne en mélange pauvre, le moyen de commande 15 peut alors activer ou laisser actif le moyen d'augmentation de la température 12 pendant une durée déterminée afin de permettre le traitement du soufre contenu dans le piège à H2S. Le procédé et le système décrits précédemment permettent donc de chauffer le piège à H2S de manière adaptée, en fonction des paramètres de fonctionnement du système. Ainsi, pendant une désulfuration du piège à NOx 8 en mélange riche, le piège à H2S 10 est porté à une température supérieure à une première température Tl afin de piéger le sulfure d'hydrogène libéré par le piège à NOx 8 ; pendant une désulfuration du piège à NOx 8 avec une alternance de phases riches et pauvres, le piège à H2S 10 est porté à une température supérieure à une deuxième température T2 afin de pouvoir à la fois piéger et traiter le sulfure d'hydrogène libéré par le piège à NOx 8 ; enfin, lors d'une phase pauvre, si le soufre stocké dans le piège à H2S est supérieur à un seuil, le piège à H2S 10 est chauffé à une troisième température T3 afin de permettre la réaction entre le sulfure d'hydrogène et l'oxygène. En particulier, Tl peut être comprise entre 350°C et 400°C ; T2 peut être supérieure ou égale à Tl et être comprise entre 375°C et 425°C ; et T3 peut être égale à T2. Le procédé et le système permettent ainsi d'améliorer le traitement des gaz d'échappement émis par un véhicule automobile. En particulier, ils permettent de limiter les émissions de sulfure d'hydrogène.

Claims

REVENDICATIONS1. Système de traitement des gaz d'échappement émis par un véhicule automobile, comprenant une ligne d'échappement incluant un piège à NOx (8), un piège à H2S (10) monté en aval du piège à NOx, un moyen (12) d'augmentation de la température du piège à H2S, et une unité de contrôle électronique (13) comprenant un premier moyen de détection d'une phase de désulfuration du piège à NOx et un troisième moyen (16) de détection des conditions de fonctionnement du véhicule, du piège à NOx et du piège à H2S, caractérisé en ce que l'unité électronique de contrôle (13) comprend un moyen de commande (15) capable d'activer le moyen (12) d'augmentation de la température du piège à H2S, si le premier moyen détecte une phase de désulfuration et en fonction des conditions de fonctionnement détectées par le troisième moyen.
2. Système selon la revendication 1 dans lequel l'unité de contrôle comprend également un deuxième moyen de détection de la phase d'augmentation de la température du piège à NOx précédent la désulfuration, et dans lequel le moyen de commande (15) est capable d'activer le moyen (12) d'augmentation de la température du piège à H2S, si le deuxième moyen détecte une phase d'augmentation de la température du piège à NOx et en fonction des conditions de fonctionnement détectées par le troisième moyen.
3. Système selon la revendication 1 ou 2 dans lequel l'unité de contrôle électronique comprend également un quatrième moyen (17) de détection de la température des gaz d'échappement traversant le piège à H2S, et dans lequel le moyen de commande (15) est capable de désactiver le moyen (12) d'augmentation de la température si le quatrième moyen détecte que la température des gaz d'échappement est supérieure ou égale à un seuil.
4. Système selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel l'unité de contrôle électronique comprend également un cinquième moyen (18) de détection capable de déterminer l'état de chargement du piège à H2S, et dans lequel le moyen de commande (15) est capable d'activer le moyen (12) d'augmentation de la température du piège à H2S, si le premier moyen détecte la fin d'une phase de désulfuration et que le cinquième moyen (18) détermine un état de chargement du piège à H2S supérieur à un seuil.
5. Système selon l'une des revendications précédentes dans lequel le moyen (12) d'augmentation de la température du piège à H2S comprend un monolithe métallique monté en contact avec le piège à H2S, une grille métallique montée en amont du piège à H2S ou un injecteur de carburant monté en amont du piège à H2S.
6. Procédé de traitement des gaz d'échappement émis par un véhicule automobile, le véhicule comprenant une ligne d'échappement incluant un piège à NON (8) et un piège à H2S (10) monté en aval du piège à NON, caractérisé en ce qu'on détecte une phase de désulfuration du piège à NON, on détecte les conditions de fonctionnement du véhicule, du piège à NON et du piège à H2S, et on commande un chauffage supplémentaire du piège à H2S lorsqu'une phase de désulfuration est détectée et en fonction des conditions de fonctionnement détectées par le troisième moyen.
7. Procédé selon la revendication 6 dans lequel on détecte une augmentation de la température du piège à NON précédent la désulfuration, et on commande un chauffage supplémentaire du piège à H2S lorsque une augmentation de la température du piège à NON précédent la désulfuration est détectée et en fonction des conditions de fonctionnement détectées par le troisième moyen.
8. Procédé selon la revendication 6 ou 7 dans lequel on détecte la température des gaz d'échappement traversant le piège à H2S, et on commande le chauffage supplémentaire dupiège à H2S lorsque la température des gaz d'échappement est supérieure ou égale à un seuil.
9. Procédé selon l'une des revendications 6 à 8 dans lequel, pendant qu'on commande le chauffage supplémentaire du piège à H2S, on fait varier la richesse des gaz d'échappement entre une valeur supérieure à 1 et une valeur inférieure à 1.
10. Procédé selon l'une des revendications 6 à 9 dans lequel on commande un chauffage supplémentaire du piège à H2S de manière à ce que la température du piège à H2S soit supérieure ou égale à 400°C.