WO2008083917A1 - Procede de controle de la temperature des gaz d'echappement d'un moteur thermique - Google Patents

Procede de controle de la temperature des gaz d'echappement d'un moteur thermique Download PDF

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Pascal Barrillon
Emmanuel Poilane
Fabrice Gauvin
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Renault S.A.S
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Definitions

  • the subject of the invention is a method and a device for controlling the temperature of the exhaust gases of a heat engine, in particular during the regeneration phases of the post-treatment system.
  • the pollutants are trapped and stored during normal engine operation and are periodically treated, during regeneration phases that require a specific combustion mode to ensure the thermal levels and / or fuel richness required.
  • the fuel injection rate in the combustion chambers of the cylinders can be adjusted according to the needs so as to operate according to a more or less rich combustion mode and the result is a variation in the temperature of the gases. exhaust and the proportion of oxidants and reducers in these gases.
  • the flow rate and the temperature of the exhaust gas also depend, at each instant, on the engine speed controlled by the driver as a function of the traffic conditions.
  • a catalyst having a means of cleaning is usually available in the purification system.
  • accumulation of nitrogen oxides called "NO x -Trap" which is integrated in the exhaust line and in which are trapped nitrogen oxides emitted during normal operation of the engine.
  • Nitrogen oxide storage is described in detail, for example, in EP-A-0580389.
  • Such a catalyst is regenerated periodically by exploiting the engine in a rich regime for a certain time in order to decompose the nitrates by releasing NO x, which is then reduced to nitrogen by the reducing agents such as H 2 , HC, and CO contained in the gases. exhaust, as described in the document cited above.
  • the post-treatment system normally comprises a particulate filter, for example catalytic, whose inner wall is covered with a layer of a material impregnated with precious metals, called “Wash Coat", providing an oxidation function intended to reduce the combustion temperature of the soot particles.
  • a particulate filter for example catalytic
  • Wash Coat a material impregnated with precious metals
  • the temporal characteristics of the response of such a process to the control step limit the performance of a feedback control in terms of setpoint tracking and it may be impossible to avoid overruns. the maximum permissible temperature.
  • the process because of the sensitivity of the process to changes in operating conditions, it will be very difficult to achieve a fairly stable control over the entire operating field of the engine without determining its parameters for each of the operating conditions. is inadmissible in terms of memory space dedicated to this function.
  • the invention relates to a new control method for regulating the internal thermal of the catalyst without depending on the conditions of observation of the state of the system for the development of the appropriate control.
  • the invention makes it possible to adapt optimally to the particular conditions of trapping and elimination of the various pollutants that may be contained in the exhaust gas.
  • the invention therefore relates to a method for controlling the temperature of the gases in an exhaust circuit of a heat engine fed with a mixture whose proportion of fuel can be adjusted according to a combustion mode plus or less rich, said exhaust circuit comprising at least one post-processing member in which is trapped and stored at least one pollutant contained in the exhaust gas, this post-treatment member being subjected periodically to regeneration phases by raising the temperature of the exhaust gas to a set temperature, during a regeneration time allowing the removal of stored pollutants.
  • the time of each regeneration phase is divided into a succession of fractional periods of adjustment of the motor, alternatively in two combustion modes with different richness, respectively a warmer mode for which the input thermal power supplied by the gases is greater than a desired setpoint power to obtain the setpoint temperature and a less hot mode for which the incoming thermal power is lower than the target power, the duration of each fractional period being controlled so that the surplus of energy brought in a period in warmer mode, is compensated by the energy failure in the next period in less hot mode and vice versa, to maintain the temperature of the gas at the outlet of the post-treatment member, in the vicinity of an average temperature corresponding to the set temperature.
  • the duration of each fractional period in the warmer mode or in the warmer mode is determined so that the surplus or the energy deficiency brought by the gases during said period, relative to the nominal power, does not exceed does not exceed a given limit.
  • the proportions of fuel in the warmer mode and in the warmer mode and the respective durations of the fractional periods are determined so that the amplitude of variation of the temperature of the gases, in the post-processing unit, relative to the setpoint temperature and / or the difference between the power entering the post-processing unit and the target power, do not exceed the same limit, in excess in warmer mode and by default in cooler mode .
  • the durations of the fractional periods, respectively in the warmer mode and in the warmer mode are determined so that the energy supplied in each period, corresponding to the difference between the thermal power W 6 entering the post-processing unit and the nominal power W c , does not exceed, by excess or by default, the same limit E max given by the equation:
  • T s is the set temperature expected during the regeneration phase
  • M is the mass of the post-treatment organ
  • C m is the heat capacity of the post-treatment unit
  • ⁇ is the proportion, with respect to its total length, of the post-treatment unit between the exhaust gas inlet zone and the zone where the temperature reaches its maximum level T max .
  • the surplus or the lack of energy supplied by the gases during a period is calculated, at each moment, by integration as a function of time of the difference between the reference power and the power entering into the room. post-treatment organ.
  • the desired power W c necessary to obtain the set temperature Ts at the output of the
  • Post-treatment is equal to the sum of the theoretical power W s at the output of the post-processing unit and losses W p , said theoretical power W s being given by the formula:
  • Ts T s * Q ech * C p in which Ts is the set temperature necessary for the regeneration, 15 C ec h the flow of the exhaust gas which can vary according to the engine speed and C p the heat capacity of the gases exhaust depending on their composition that may vary depending on the mode of combustion.
  • the thermal power W 6 entering the posttreatment member at each instant can be given by the formula * O ⁇ ec uH, C * ⁇ p + + WWeXO wherein Te is the temperature of the gases measured at each moment upstream of the post-processing unit, Q ech the flow of exhaust gas C p capacity heat and W exo the thermal power provided by the oxidizing and reducing masses that react in the post-treatment organ.
  • Figure 1 is a general diagram of the intake and exhaust circuits of a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • FIG. 2 is a diagram of an exhaust system equipped with an exhaust gas aftertreatment system.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of variation, during a regeneration phase, of the flow rate of the exhaust gases according to the engine speed and the corresponding variation of the necessary reference power and of the
  • Figure 4 is a general diagram illustrating the method according to the invention.
  • Figure 5 is a diagram of a temperature control system for implementing the method.
  • FIG. 1 diagrammatically shows a combustion chamber 10 of a motor supplied with fuel by an injector January 1 and connected to circuits 1 for air admission and 2 for exhausting the combustion gases.
  • the air intake circuit 1 comprises a compressor 14 driven by a turbine 13 placed on the exhaust circuit 2 which can, in addition, supply a circuit 12 for recycling a portion of the gases in the engine.
  • the various circuits may include various ancillary organs such as exchangers for heating air or cooling of recycled gases, solenoid valves for flow control, sensors, etc.
  • an output circuit 20 which, to reduce pollution, comprises at least one post-processing member 21.
  • This post-treatment unit usually of the NO x -Trap type, makes it possible to retain and store the nitrogen oxides contained in the exhaust gas and is usually associated with a particulate filter 22 which retains, in the form of soot, the particles contained in the gases.
  • the exhaust circuit 2 of an internal combustion engine 10 usually comprises, downstream of the turbine 13, a first post-treatment member 21 of the oxidation catalyst type and a second member 22 such as a particulate filter, the gases thus cleaned up being discharged into the atmosphere by a discharge circuit 23.
  • a discharge circuit 23 Often, an additional injector is placed in the exhaust circuit 2.
  • the pollutants accumulated during normal operation in the post-treatment unit 21 are eliminated in regeneration phases, generally by raising the temperature of the gases with engine control, respectively in a rich mixture for the desorption of the sulfur in the posttreatment member 21 and lean mixture for the combustion of soot in the particulate filter 22.
  • the injector 1 1 or the additional injector placed in the exhaust is controlled, usually by a unit control receiving the information transmitted by various sensors and associated with a model that periodically controls the transition to the regeneration phase and the maintenance of the desired setpoint temperature.
  • the temperature T 6 and the flow rate Q eCh of the exhaust gases measured, for example, by sensors 31 placed upstream or downstream of the turbine 13, vary at each instant as a function of the engine speed controlled by the driver. .
  • curve 3 shows the possible evolution, over time, of the exhaust gas flow rate, which varies according to the engine demand, that is to say from the position of the acceleration pedal and gearbox ratios during the relevant period.
  • the composition of the exhaust gas is also known and it is therefore possible to deduce therefrom their heat capacity C p at the moment considered.
  • the exhaust gases leaving via the pipe 20 have the same flow rate Q eCh and their temperature T s , which can be measured by a sensor 15, corresponds to the internal temperature of the catalyst 21.
  • the problem of the invention is therefore to maintain this temperature T s , throughout the duration of a regeneration phase, in the vicinity of a set temperature for which the operation of the catalyst is optimal but which must not be exceeded to avoid deterioration of the catalyst.
  • C p is the heat capacity of the gases which depends on their composition, that is to say the combustion mode, more or less rich, imposed on the engine at this time.
  • the principle of thermal management is to provide in the catalyst 21 an average input thermal power substantially equal to the outgoing thermal power, that is to say, the power discharged to the desired set temperature.
  • This incoming thermal power consists, on the one hand, of the thermal power supplied directly by the heat of the gases because of their temperature Te and their flow Q eCh and, on the other hand, of the potential power provided indirectly by the exothermic reaction capacity of the masses oxygen or reductants present in the exhaust gas and which react partially or completely in the catalyst.
  • This exothermic reaction provides, in fact, additional energy W exo which, in the catalyst, adds to the direct heating power of the gases to raise their temperature.
  • the incoming power W 6 expressed in J / s, can therefore be written:
  • This input thermal power can therefore be calculated from a measurement, an estimation or the modeling of the temperature T 6 and the flow rate Q eCh of the gases in the pipe 20, at the inlet of the catalyst 21, as well as of their composition, in particular oxygen or reducing emissions, which make it possible to determine their heat capacity C p and the potential power of exothermic reaction W exo .
  • curve 3 gives an example of a possible evolution, over a period of time, of the flow of the exhaust gas Q eCh for obtaining an outlet temperature T s , this flow varying in a certain way according to the regime requested to the engine.
  • the thermal power that must be provided by the gases at this temperature to obtain a substantially constant output temperature T s evolves in the same way as the gas flow rate as a function of the engine speed, but it also depends on the richness of the mixture according to the mode of combustion chosen, as well as losses.
  • Curve 30 indicates the evolution of the nominal power W c theoretically necessary in view of the losses, in order to obtain the target temperature at the outlet of the catalyst. It is, however, difficult to adjust the operation of the engine during the regeneration time to provide, at any time, the power necessary to obtain and maintain the set temperature.
  • the idea of the invention is to control an alternation of rich and poor phases by combining them, so as to provide either an excess of energy through a richer mode of combustion (R) and, consequently, hotter than necessary, a defect of energy by a mode of poorer combustion (P) and, consequently, less hot than necessary, this excess and this defect of energy being able to be compensated so as to maintain the temperature, in the catalyst, to an average value corresponding to the set temperature.
  • R richer mode of combustion
  • P mode of poorer combustion
  • the two curves 31, 32 are substantially parallel and shifted from side to side. other of the curve 30 corresponding to the power theoretically required W c to obtain and maintain the set temperature.
  • the mode change makes it possible to obtain, in hot mode (R), a surplus of energy S with respect to the power theoretically necessary, or, in cold mode (P), a defect of D. energy
  • Figure 4 is a general diagram illustrating the successive steps of such a method.
  • the curve 3 indicates, on the ordinate, the evolution of the exhaust gas flow rate, which can vary according to the orders given by the driver of the vehicle during a regeneration time indicated on the abscissa and whose duration, according to the regeneration method, can range, for example, from a few tens of seconds to several minutes.
  • the curve 30 indicates, as in FIG. 3, the theoretical power W c that should be provided by the gases for maintaining, at the outlet of the catalyst, a constant temperature Ts.
  • the reference power W c varies in a similar way to the flow rate.
  • the fuel injection will be modified alternately to go from a richer combustion mode than necessary to a less rich combustion mode.
  • the resulting thermal powers at the inlet of the catalyst are indicated, as in FIG. 3, by the curve 31 for the warmer mode (R) and by the curve 32 for the less hot mode (P).
  • the fuel injection can be set in each of the two modes, respectively hot and cold, so that, at a given moment, and according to the combustion mode chosen and the engine speed, the surplus power S brought in hot mode compared to the power W c theoretically necessary, of the same order, in absolute value, as the power failure D resulting at the same time, the cold mode operation. Therefore, at a time ti, the two points ⁇ i on the curve 31 and éi on the curve 32 corresponding, respectively, to the hot mode (R) and the cold mode (P), are symmetrical with respect to the point e of the curve 30 corresponding to the theoretical target power W c .
  • the regeneration time is divided into a succession of fractional periods of operation, alternatively in hot mode (R) and in cold mode (P) in the manner represented at the bottom of the diagram by the crenellated line 33.
  • the high plateau between the times t 1 and X 2 corresponds to a period in the hot mode during which the incoming power follows the curve 31 between the points ⁇ i and e 2 and the low plateau, between the instants X 2 and t 3 , corresponds to a period in cold mode during which the incoming power We follows the curve 32 between the points e ' 2 and e' 3 .
  • the energy absorbed by the catalyst during a period corresponds to the integration, as a function of time, of the power provided by the gases.
  • Line 34 indicates the variation in absolute value, during each fractional period, of this excess or energy deficiency with respect to the energy E theoretically necessary for maintaining the catalyst at a constant temperature T s .
  • the curve T 1 indicates the variations in the temperature of the gases at the inlet of the catalyst 21 and the curve T 2 , the variations of the temperature at the outlet.
  • the temperature T 2 of the gases also increases progressively at the outlet of the catalyst, with an offset due to the thermal inertia.
  • the absorbed energy E 1 is greater than the required energy E and the difference increases progressively, as indicated by the line 34 in the diagram of FIG. 4, between the instants t 1 and X 2 A 1.
  • this excess energy E 1 supplied by the gases reaches the maximum value E max and the engine is then switched to cold mode, following a low level of the line 33.
  • This results in a failure of energy E 2 which is obtained by integration of the power failure D 2 and whose absolute value increases gradually to reach the same maximum value E max at time t 3 .
  • the temperature T 1 at the inlet of the catalyst decreases and the result is, with delay, a decrease in the temperature T 2 at the outlet of the catalyst.
  • each fractional period ti, X 2 in heating mode (R) or X 2 , X 3 in cooling mode (P) and so on is thus determined by controlling the change of combustion mode at the instant when the energy gap reached, by excess or by default, the limit value E max .
  • the motor will thus be passed alternately from a so-called “hot mode” combustion mode, richer than what is necessary to obtain the desired power, to a poorer mode, called “ cold mode ", by controlling the duration of the split periods so that the surplus of energy brought in a period in” hot “mode is offset by the energy loss during the following period in” cold “mode, the passage of one mode to another being controlled when the surplus or the energy fault reaches a maximum value E max determined so as to limit the amplitude of variation of the temperature inside the monolith constituting the catalyst.
  • the means for adjusting the combustion mode of the engine that is to say, essentially the fuel injection, can advantageously be controlled by a control unit of the type shown, by way of a preferred example, on Figure 5.
  • the two combustion modes are first developed by establishing a map making it possible to estimate, at each instant, the exothermic reaction power W exo which in each of the two modes, the oxidizing and reducing masses reacting in the post-treatment organ will be provided.
  • This exothermic power W exo is estimated by this potential exotherm 41 which applies a signal corresponding to an input of a block 4 for calculating the incoming power W 6 .
  • This calculation block 4 receives, on the other hand, signals corresponding, respectively, to the temperature Te and to the flow rate Q eCh of the gases at the input of the monolith which can be measured by sensors 42, 43 or estimated according to engine speed. The energy potential of the motor adjustment is thus measured and estimated by the calculation block 4 by applying the equation indicated above:
  • a calculation block 5 determines the desired power W c necessary to obtain this temperature Ts, from information displayed on its inputs 51, 52, 53 relating, respectively, to the temperature of the set point Ts, the flow rate Qec h gas measured or estimated upstream of the catalyst 21 and the energy loss W p in the catalyst that can be estimated or determined by modeling.
  • the calculation block 5 thus determines the target power by applying the equation:
  • the incoming power W 6 depends on the combustion mode, that is to say the exothermic reaction power W exo and can vary during the regeneration phase depending on the engine speed, the As indicated, for example, by the curves 31 and 32 of the diagram of FIG. 4, the setpoint power W c determined by the calculation block 5, varying in the same way by following the curve 30. From the variable values W 6 , W c thus determined by the calculation blocks
  • the times of the split periods ti, X 2 in rich mode, X 2 X 3 in lean mode, t 3 1 4 in rich mode and so on, are determined by inverting the mode of combustion each time this excess E 1 or energy deficiency E 2 provided to the catalyst reaches, in absolute value, the fixed limit E max .
  • This limit value E max is determined by a calculation block 6 by applying the equation:
  • T max is a maximum temperature, displayed at the input of block 6, which must not be exceeded inside the post-processing unit,
  • M is the total mass of the monolith constituting the catalyst
  • E 1 or the energy fault E 2 determined by the calculation block 50 are displayed on a comparator 60 which, when the difference is zero, gives the means 1 1 fuel injection order to switch from a rich mode (R) to a lean mode (P) or vice versa.
  • the temperature T 2 at the outlet of the catalyst 21 can be maintained in the vicinity of an average value which corresponds to the set temperature T s .
  • the invention thus makes it possible, by controlling the injection of fuel into the engine, to maintain the temperature inside the catalyst at an optimum level as high as possible but remaining below a predetermined temperature T max .
  • the invention is not limited, however, to the embodiment which has just been described as a simple example but encompasses all variants using equivalent means as well as other applications implementing similar means for the regeneration of post-processing systems.
  • we will switch alternately from a rich mode to a poor mode but, in some cases, it could be interesting to manage the fractionation from two distinct poor modes, respectively hotter and colder, for example for the regeneration of soot in a post-treatment system of the type particulate filter or 4-way system placed downstream of a first DOC type system, NOx-Trap or 4-channels.

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Abstract

L'invention a pour objet un procédé de contrôle de la température d'un système (21, 22) de post-traitement des gaz dans un circuit (2) d'échappement d'un moteur thermique (10) alimenté selon un mode de combustion plus ou moins riche, dans lequel au moins un organe de post-traitement (21 ) est soumis périodiquement à des phases de régénération à une température de consigne (Ts). Selon l'invention, le temps de chaque phase de régénération est divisé en une succession de périodes fractionnées (t1 t2) (t2 t3)... de réglage du moteur, alternativement en deux modes de combustion avec des richesses différentes, respectivement un mode plus chaud (R) que ce qui est nécessaire pour l'obtention de la température de consigne (Ts) et un mode moins chaud (P), la durée de chaque période étant pilotée de façon que le surplus d'énergie (S) apporté dans une période (t1 t2) en mode plus chaud (R) soit compensé par le défaut d'énergie (D) dans la période suivante (t2 t3) en mode moins chaud (P), et inversement, afin de maintenir, à la sortie de l'organe de post-traitement, une température moyenne correspondant à la température de consigne (Ts).

Description

Procédé de contrôle de la température des gaz d'échappement d'un moteur thermique
L'invention a pour objet un procédé et un dispositif de contrôle de la température des gaz d'échappement d'un moteur thermique, en particulier lors des phases de régénération du système de post-traitement.
Pour réduire la pollution produite par les moteurs à combustion interne il est nécessaire de disposer, dans la ligne d'échappement, de systèmes de post-traitement des gaz de plus en plus complexes, en particulier pour les moteurs en mélange pauvre.
Contrairement à un catalyseur d'oxydation classique, permettant d'éliminer le monoxyde de carbone et les hydrocarbures à brûler, de tels systèmes sont prévus pour réduire notamment les émissions de particules et d'oxyde d'azote et fonctionnent de manière discontinue ou alternative.
En effet, dans de tels systèmes, les polluants sont piégés et stockés en fonctionnement normal du moteur et sont traités périodiquement, lors de phases de régénération qui nécessitent un mode de combustion spécifique afin de garantir les niveaux de thermique et/ou de richesse en carburant nécessaires.
A cet effet, le débit d'injection de carburant dans les chambres de combustion des cylindres peut être réglé selon les besoins de façon à fonctionner selon un mode de combustion plus ou moins riche et il en résulte une variation de la température des gaz d'échappement ainsi que de la proportion d'oxydants et de réducteurs dans ces gaz.
Par ailleurs, dans le cas d'un moteur de véhicule, le débit et la température des gaz d'échappement dépendent également, à chaque instant, du régime du moteur commandé par le conducteur en fonction des conditions de circulation.
Le fonctionnement d'un système de post-traitement doit donc tenir compte de différents facteurs.
Par exemple, pour réduire les émissions d'oxydes d'azote NOx dans un mélange globalement oxydant tel que les gaz d'échappement d'un moteur, on dispose habituellement, dans le système d'épuration, un catalyseur comportant un moyen d'accumulation des oxydes d'azote dénommé "NOx-Trap" qui est intégré dans la ligne d'échappement et dans lequel sont piégés les oxydes d'azote émis pendant le fonctionnement normal du moteur. Le fonctionnement d'un tel catalyseur d'accumulation d'oxydes d'azote est décrit en détail, par exemple, dans le document EP-A-O 580 389.
Un tel catalyseur est régénéré périodiquement en exploitant le moteur en régime riche pendant un certain temps afin de décomposer les nitrates en libérant du NOx qui est alors réduit en azote par les réducteurs tels que H2, HC, et CO contenus dans les gaz d'échappement, de la façon décrite dans le document cité plus haut.
De même, pour éliminer les particules de suie présentes dans les gaz d'échappement, le système de post-traitement comporte, normalement, un filtre à particules, par exemple catalytique, dont la paroi intérieure est recouverte d'une couche d'un matériau imprégné de métaux précieux, appelée "Wash Coat", assurant une fonction d'oxydation destinée à diminuer la température de combustion des particules de suies.
Pour éviter le colmatage d'un tel filtre à particules par les suies, il est nécessaire de procéder périodiquement à une régénération qui consiste à brûler les suies en élevant la température des gaz d'échappement dans le filtre à particules, à une température de consigne de l'ordre de 6009C. Cette élévation de température peut être obtenue en dégradant le rendement moteur par des moyens appropriés d'aide à la régénération.
A cet effet, on peut aussi placer un injecteur additionnel à l'échappement, en amont du catalyseur afin de faire varier les proportions d'oxydants et de réducteurs.
En outre, pour optimiser le traitement de l'ensemble des polluants, il faut gérer au mieux les phases de stockage et de régénération des organes de post-traitement en maîtrisant, autant que possible, la puissance thermique développée au sein de ces pièges afin d'optimiser la combustion des suies dans le cas du filtre à particules et le chargement, la réduction des oxydes d'azote et la désorption du soufre dans le cas du piège à NOx ou NOx-Trap. En effet, ces réactions de combustion, d'oxydation, d'adsorption ou de réduction sont directement dépendantes de la température du support de ces pièges et des gaz qui les traversent.
Cependant, il faut aussi éviter d'éventuels pics de température risquant de détériorer le catalyseur, en contrôlant la puissance thermique en sortie du premier système de post-traitement qui est généralement du type catalyseur d'oxydation ou
NOx-Trap, de façon à rester dans une fenêtre de température proche de la température maximale d'utilisation.
De façon connue, un tel contrôle peut être réalisé à partir d'une mesure de la température interne du catalyseur, au moyen de capteurs placés à l'intérieur de celui- ci. Cependant, l'implantation d'un capteur au sein du catalyseur est difficile et présente des risques pour l'intégrité du monolithe constituant le catalyseur. Il est donc préférable de placer le capteur de température en aval du catalyseur, la gestion de la thermique en sortie du premier système de post-traitement étant assurée, dans un système de contrôle dit "par retour d'état" à partir d'une mesure de la température des gaz en sortie de ce système. Toutefois, la réponse d'un tel système est lente et très retardée et, en outre, très sensible aux changements d'inertie du monolithe occasionnés par des variations de la température des gaz à l'entrée du système de post-traitement et/ou des variations de leur débit. De ce fait, les caractéristiques temporelles de la réponse d'un tel procédé à l'échelon de commande limitent les performances d'un contrôle par retour d'état en termes de suivi de consignes et il peut être impossible d'éviter des dépassements de la température maximale admissible. De plus, en raison de la sensibilité du procédé aux changements de conditions de fonctionnement, il sera très difficile de réaliser un contrôle assez stable sur l'ensemble du champ de fonctionnement du moteur sans déterminer ses paramètres pour chacune des conditions de fonctionnement, ce qui est inadmissible en termes d'espace-mémoire dédié à cette fonction.
Pour éviter ces inconvénients, l'invention a pour objet un nouveau procédé de contrôle permettant une régulation de la thermique interne du catalyseur sans dépendre des conditions d'observation de l'état du système pour l'élaboration de la commande adéquate.
En particulier, l'invention permet de s'adapter de façon optimale aux conditions particulières de piégeage et d'élimination des différents polluants qui peuvent être contenus dans les gaz d'échappement. D'une façon générale, l'invention concerne donc un procédé de contrôle de la température des gaz dans un circuit d'échappement d'un moteur thermique alimenté en un mélange dont la proportion en carburant peut être réglée selon un mode de combustion plus ou moins riche, ledit circuit d'échappement comportant au moins un organe de post-traitement dans lequel est piégé et stocké au moins un polluant contenu dans les gaz d'échappement, cet organe de post-traitement étant soumis périodiquement à des phases de régénération par élévation de la température des gaz d'échappement à une température de consigne, pendant un temps de régénération permettant l'élimination des polluants stockés.
Conformément à l'invention, le temps de chaque phase de régénération est divisé en une succession de périodes fractionnées de réglage du moteur, alternativement en deux modes de combustion avec des richesses différentes, respectivement un mode plus chaud pour lesquels la puissance thermique entrante apportée par les gaz est supérieure à une puissance de consigne nécessaire pour l'obtention de la température de consigne et un mode moins chaud pour lequel la puissance thermique entrante est inférieure à la puissance de consigne, la durée de chaque période fractionnée étant pilotée de façon que le surplus d'énergie apportée dans une période en mode plus chaud, soit compensé par le défaut d'énergie dans la période suivante en mode moins chaud et inversement, afin de maintenir la température des gaz, à la sortie de l'organe de post-traitement, au voisinage d'une température moyenne correspondant à la température de consigne.
De façon particulièrement avantageuse, la durée de chaque période fractionnée en mode plus chaud ou en mode moins chaud est déterminée de façon que le surplus ou le défaut d'énergie apporté par les gaz pendant ladite période, par rapport à la puissance de consigne, ne dépasse pas une limite donnée. A cet effet, les proportions de carburant en mode plus chaud et en mode moins chaud et les durées respectives des périodes fractionnées, sont déterminées de façon que l'amplitude de variation de la température des gaz, dans l'organe de post-traitement, par rapport à la température de consigne et/ou la différence entre la puissance entrant dans l'organe de post-traitement et la puissance de consigne, ne dépassent pas une même limite, par excès en mode plus chaud et par défaut en mode plus froid.
Selon une autre caractéristique préférentielle, les durées des périodes fractionnées, respectivement en mode plus chaud et en mode moins chaud, sont déterminés de façon que l'énergie apportée dans chaque période, correspondant à la différence entre la puissance thermique W6 entrant dans l'organe de post-traitement et la puissance de consigne Wc, ne dépasse pas, par excès ou par défaut, une même limite Emax donnée par l'équation :
Cmaχ - « ^ l^ max l s ) IVl ^1n dans laquelle : - Tmax est la température qui ne doit pas être dépassée à l'intérieur de l'organe de post-traitement ;
Ts est la température de consigne prévue en phase de régénération ; M est la masse de l'organe de post-traitement ; Cm est la capacité calorifique de l'organe de post-traitement ; α est la proportion, par rapport à sa longueur totale, de l'organe de post-traitement entre la zone d'entrée des gaz d'échappement et la zone où la température atteint son niveau maximal Tmax.
Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse, le surplus ou le 5 défaut d'énergie apporté par les gaz pendant une période est calculé, à chaque instant, par intégration en fonction du temps de la différence entre la puissance de consigne et la puissance entrant dans l'organe de post-traitement.
Selon une caractéristique préférentielle, la puissance de consigne Wc nécessaire à l'obtention de la température de consigne Ts à la sortie de l'organe de
10 post-traitement est égale à la somme de la puissance théorique Ws à la sortie de l'organe de post-traitement et des pertes Wp, ladite puissance théorique Ws étant donné par la formule :
Ws = Ts *Qech *Cp dans laquelle Ts est la température de consigne nécessaire à la régénération, 15 Qech le débit des gaz d'échappement qui peut varier selon le régime du moteur et Cp la capacité calorifique des gaz d'échappement dépendant de leur composition qui peut varier selon le mode de combustion.
De même, la puissance thermique W6 entrant dans l'organe de posttraitement à chaque instant, peut être donné par la formule
Figure imgf000007_0001
*O ^ec μh,*C ^p ++WWeXO dans laquelle Te est la température des gaz mesurée à chaque instant en amont de l'organe de post-traitement, QeCh le débit des gaz d'échappement, Cp leur capacité calorifique et Wexo la puissance thermique apportée par les masses oxydantes et réductrices qui réagissent dans l'organe de post-traitement.
25 D'autres caractéristiques avantageuses de l'invention apparaîtront dans la description suivante d'un mode de réalisation particulier, donné à titre d'exemples et représenté sur les dessins annexés.
La figure 1 est un schéma général des circuits d'admission et d'échappement d'une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne.
30 La figure 2 est un schéma d'un circuit d'échappement équipé d'un système de post-traitement des gaz d'échappement.
La figure 3 est un diagramme montrant un exemple de variation, au cours d'une phase de régénération, du débit des gaz d'échappement selon le régime du moteur et la variation correspondante de la puissance de consigne nécessaire et de
35 la puissance thermique entrante, selon le mode de combustion. La figure 4 est un diagramme général illustrant le procédé selon l'invention.
La figure 5 est un schéma d'un système de contrôle de température pour la mise en œuvre du procédé.
Sur la figure 1 , on a représenté schématiquement une chambre de combustion 10 d'un moteur alimenté en carburant par un injecteur 1 1 et reliée à des circuits 1 d'admission d'air et 2 d'échappement des gaz de combustion.
De façon classique, le circuit d'admission d'air 1 comporte un compresseur 14 entrainé par une turbine 13 placée sur le circuit d'échappement 2 qui peut, en outre, alimenter un circuit 12 de recyclage d'une partie des gaz dans le moteur. Comme le montre la figure 1 , les différents circuits peuvent comporter divers organes annexes tels que des échangeurs pour le chauffage de l'air ou le refroidissement des gaz recyclés, des électrovannes de réglage des débits, des capteurs etc..
Toutes ces dispositions bien connues peuvent faire l'objet de multiples variantes et ne nécessitent pas une description détaillée.
A la sortie de la turbine, les gaz d'échappement sont renvoyés à l'atmosphère par un circuit de sortie 20 qui, pour réduire la pollution, comporte au moins un organe de post-traitement 21.
Cet organe de post-traitement, habituellement du type NOx-Trap, permet de retenir et de stocker les oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement et est associé, habituellement, à un filtre à particules 22 qui retient, sous forme de suies, les particules contenues dans les gaz.
Ainsi, comme le montre schématiquement la figure 2, le circuit d'échappement 2 d'un moteur à combustion interne 10 comporte habituellement, en aval de la turbine 13, un premier organe de post-traitement 21 du type catalyseur d'oxydation et un second organe 22 tel qu'un filtre à particules, les gaz ainsi dépollués étant rejetés à l'atmosphère par un circuit d'évacuation 23. Souvent, un injecteur additionnel est placé dans le circuit d'échappement 2.
De façon classique, les polluants accumulés, en fonctionnement normal, dans l'organe de post-traitement 21 , sont éliminés dans des phases de régénération, généralement en élevant la température des gaz avec réglage du moteur, respectivement en mélange riche pour la désorption du soufre dans l'organe de posttraitement 21 et en mélange pauvre pour la combustion des suies dans le filtre à particules 22. Pour cela, l'injecteur 1 1 ou l'injecteur additionnel placé à l'échappement est piloté, habituellement, par une unité de contrôle recevant les informations transmises par divers capteurs et associée à un modèle qui commande périodiquement le passage en phase de régénération et le maintien de la température au niveau de consigne souhaité.
Cependant, la température T6 et le débit QeCh des gaz d'échappement mesurés, par exemple, par des capteurs 31 placés en amont ou en aval de la turbine 13, varient à chaque instant en fonction du régime du moteur commandé par le conducteur.
Par exemple, sur le diagramme de la figure 3, la courbe 3 montre l'évolution possible, au cours du temps, du débit des gaz d'échappement qui varie en fonction du régime demandé au moteur, c'est-à-dire de la position de la pédale d'accélération et des rapports engagés sur la boîte de vitesses pendant la période considérée.
On connaît également à chaque instant, par mesure, estimation ou modélisation, la composition des gaz d'échappement et l'on peut donc en déduire leur capacité calorifique Cp à l'instant considéré. Après avoir traversé le catalyseur 21 , les gaz d'échappement qui sortent par la conduite 20' ont le même débit QeCh et leur température Ts, qui peut être mesurée par un capteur 15, correspond à la température interne du catalyseur 21. Le problème de l'invention est donc de maintenir cette température Ts, pendant toute la durée d'une phase de régénération, au voisinage d'une température de consigne pour laquelle le fonctionnement du catalyseur est optimal mais qui ne doit pas être dépassée pour éviter une détérioration du catalyseur.
D'une façon générale, la puissance thermique, exprimée en joule par seconde, des gaz sortant du catalyseur à une température Ts et avec un débit QeCh est égale à : Ws = Ts * Qech * Cp (1 )
Cp étant la capacité calorifique des gaz qui dépend de leur composition, c'est- à-dire du mode de combustion, plus ou moins riche, imposé au moteur à cet instant.
Le principe de la gestion thermique consiste à apporter dans le catalyseur 21 une puissance thermique entrante moyenne sensiblement égale à cette puissance thermique sortante, c'est-à-dire à la puissance évacuée à la température de consigne désirée.
Cette puissance thermique entrante est constituée, d'une part, de la puissance thermique apportée directement par la chaleur des gaz en raison de leur température Te et de leur débit QeCh et, d'autre part, de la puissance potentielle apportée indirectement par la capacité de réaction exothermique des masses d'oxygène ou de réducteurs présents dans les gaz d'échappement et qui réagissent partiellement ou totalement dans le catalyseur. Cette réaction exothermique fournit, en effet, un complément d'énergie Wexo qui, dans le catalyseur, s'ajoute à la puissance de chauffage direct des gaz pour élever leur température. La puissance entrante W6, exprimée en J/s, peut donc s'écrire :
We = Te * Qech * Cp + Wexo (2)
Cette puissance thermique entrante peut donc être calculée à partir d'une mesure, d'une estimation ou de la modélisation de la température T6 et du débit QeCh des gaz dans la conduite 20, à l'entrée du catalyseur 21 , ainsi que de leur composition, en particulier des émissions d'oxygène ou de réducteurs, qui permettent de déterminer leur capacité calorifique Cp et la puissance potentielle de réaction exothermique Wexo.
Cependant, ces paramètres sont liés, d'une part au régime de fonctionnement du moteur qui varie à chaque instant selon les ordres du conducteur et, d'autre part, du mode de combustion, c'est-à-dire du degré de richesse en carburant du mélange. Ainsi, un moteur Diesel fonctionne, normalement, en mélange pauvre, mais, comme on l'a vu plus haut, on le fait passer périodiquement en mode plus riche, et plus chaud, dans les phases de régénération des organes de post-traitement qui nécessitent une composition des gaz riche et une température plus élevée des gaz. La puissance thermique entrant dans le catalyseur dépend donc du mode de combustion qui détermine la température T6. Cependant, comme elle est liée au débit des gaz, elle varie de façon analogue à ce paramètre en fonction du régime du moteur ordonné par le conducteur.
Sur le diagramme de la figure 3, la courbe 3 donne un exemple d'évolution possible, sur une période de temps, du débit des gaz d'échappement QeCh pour l'obtention d'une température de sortie Ts, ce débit variant d'une certaine façon selon le régime demandé au moteur.
La puissance thermique qui doit être apportée par les gaz à cette température pour l'obtention d'une température de sortie Ts sensiblement constante, évolue de la même façon que le débit des gaz en fonction du régime du moteur, mais elle dépend aussi de la richesse du mélange selon le mode de combustion choisi, ainsi que des pertes.
La courbe 30 indique l'évolution de la puissance de consigne Wc théoriquement nécessaire compte tenu des pertes, pour l'obtention de la température de consigne à la sortie du catalyseur. II est, cependant, difficile de régler le fonctionnement du moteur pendant le temps de régénération afin d'apporter, à chaque instant, la puissance nécessaire à l'obtention et au maintien de la température de consigne.
Pour résoudre ce problème, l'idée de l'invention consiste à contrôler une alternance de phases riches et pauvres en les associant, de façon à apporter, soit un excès d'énergie grâce à un mode de combustion (R) plus riche et, par conséquent, plus chaud que nécessaire, soit un défaut d'énergie par un mode de combustion plus pauvre (P) et, par conséquent, moins chaud que nécessaire, cet excès et ce défaut d'énergie pouvant se compenser de façon à maintenir la température, dans le catalyseur, à une valeur moyenne correspondant à la température de consigne.
Sur le diagramme de la figure 3, par exemple, on a représenté l'évolution au cours du temps de la puissance thermique apportée par les gaz à l'entrée du catalyseur, soit en mode chaud sur la courbe 31 , soit en mode froid sur la courbe 32.
Etant donné que la puissance thermique et potentiellement exothermique entrante We des gaz est liée au mode de combustion plus ou moins chaud mais que le débit dépend seulement du régime demandé au moteur, les deux courbes 31 , 32 sont sensiblement parallèles et décalées de part et d'autre de la courbe 30 correspondant à la puissance théoriquement nécessaire Wc pour obtenir et maintenir la température de consigne. A chaque instant, par conséquent, le changement de mode permet d'obtenir soit, en mode chaud (R), un surplus d'énergie S par rapport à la puissance théoriquement nécessaire, soit, en mode froid (P), un défaut d'énergie D.
Selon l'invention, en contrôlant les durées respectives des périodes de fonctionnement dans chacun des deux modes, il sera possible de compenser le surplus d'énergie apporté au cours d'une période en mode chaud, par le défaut d'énergie apporté au cours de la période suivante en mode froid, de façon à maintenir une température moyenne optimale.
La figure 4 est un diagramme général illustrant les étapes successives d'un tel procédé. A la partie supérieure de ce diagramme, la courbe 3 indique, en ordonnée, l'évolution du débit des gaz d'échappement qui peut varier en fonction des ordres donnés par le conducteur du véhicule pendant un temps de régénération indiqué en abscisse et dont la durée, selon le procédé de régénération, peut aller, par exemple, de quelques dizaines de secondes à plusieurs minutes. La courbe 30 indique, comme sur la figure 3, la puissance théorique Wc qui devrait être apportée par les gaz pour le maintien, à la sortie du catalyseur, d'une température constante Ts.
Comme indiqué plus haut, cette température étant constante, la puissance de consigne Wc varie de façon analogue au débit.
Selon l'invention, l'injection de carburant va être modifiée alternativement pour passer d'un mode de combustion plus riche que nécessaire à un mode de combustion moins riche.
Les puissances thermiques qui en résultent à l'entrée du catalyseur sont indiquées, comme sur la figure 3, par la courbe 31 pour le mode plus chaud (R) et par la courbe 32 pour le mode moins chaud (P).
L'injection de carburant peut être réglée dans chacun des deux modes, respectivement chaud et froid, de façon que, à un instant déterminé, et selon le mode de combustion choisi et le régime du moteur, le surplus de puissance S apporté en mode chaud par rapport à la puissance Wc théoriquement nécessaire, soit du même ordre, en valeur absolue, que le défaut de puissance D résultant au même instant, du fonctionnement en mode froid. De ce fait, à un instant ti, les deux points βi sur la courbe 31 et e'i sur la courbe 32 correspondant, respectivement, au mode chaud (R) et au mode froid (P), sont symétriques par rapport au point e de la courbe 30 correspondant à la puissance de consigne théorique Wc.
Selon l'invention, le temps de régénération est divisé en une succession de périodes fractionnées de fonctionnement, alternativement en mode chaud (R) et en mode froid (P) de la façon représentée en bas du diagramme par la ligne en créneaux 33. Ainsi, le palier haut, entre les temps ti et X2, correspond à une période en mode chaud pendant laquelle la puissance entrante suit la courbe 31 entre les points βi et e2 et le palier bas, entre les instants X2 et t3, correspond à une période en mode froid pendant laquelle la puissance entrante We suit la courbe 32 entre les points e'2 et e'3. L'énergie absorbée par le catalyseur au cours d'une période correspond à l'intégration, en fonction du temps, de la puissance apportée par les gaz. On peut ainsi déterminer, par intégration, l'excès ou le défaut d'énergie absorbée par le catalyseur et correspondant à l'excès S ou au défaut D de puissance apporté par les gaz au cours de cette période. La ligne 34 indique la variation en valeur absolue, au cours de chaque période fractionnée, de cet excès ou défaut d'énergie par rapport à l'énergie E théoriquement nécessaire pour le maintien du catalyseur à une température constante Ts.
En haut du diagramme, la courbe T1 indique les variations de la température des gaz à l'entrée du catalyseur 21 et la courbe T2, les variations de la température à la sortie.
A partir de l'instant ti , le moteur fonctionne en mode chaud et la température T1 à l'entrée du catalyseur augmente progressivement.
De ce fait, la température T2 des gaz augmente également progressivement à la sortie du catalyseur, avec un décalage dû à l'inertie thermique.
Pour un fonctionnement optimal du catalyseur, il convient de limiter l'amplitude de variation de sa température interne et, par conséquent, de l'énergie absorbée. On peut ainsi se fixer une valeur maximale Emax, en valeur absolue, de l'écart, par excès ou par défaut, de l'énergie absorbée par rapport à l'énergie constante E théoriquement nécessaire pour compenser les pertes, en maintenant la température de sortie Ts à un niveau constant.
En mode chaud, l'énergie absorbée E1 est supérieure à l'énergie nécessaire E et l'écart augmente progressivement, comme l'indique la ligne 34 sur le diagramme de la figure 4, entre les instants ti et X2 A l'instant X2, cet excès d'énergie E1 apporté par les gaz atteint la valeur maximale Emax et l'on fait alors basculer le moteur en mode froid, en suivant un palier bas de la ligne 33. Il en résulte un défaut d'énergie E2 qui s'obtient par intégration du défaut de puissance D2 et dont la valeur absolue augmente progressivement pour atteindre la même valeur maximale Emax à l'instant t3. Pendant la période X2, X3, la température T1 à l'entrée du catalyseur diminue et il en résulte, avec retard, une diminution de la température T2 à la sortie du catalyseur.
En limitant ainsi à la même valeur Emax l'écart, par excès ou par défaut, entre l'énergie apportée et l'énergie théoriquement nécessaire et, par conséquent, l'amplitude de variation de T1, il est possible d'amortir les variations de la température T2 à la sortie du catalyseur 21 de façon que celle-ci reste au voisinage d'une température moyenne correspondant à la température de consigne Ts.
La durée de chaque période fractionnée ti , X2 en mode chaud (R) ou X2, X3 en mode froid (P) et ainsi de suite, est donc déterminée en commandant le changement de mode de combustion à l'instant où l'écart d'énergie atteint, par excès ou par défaut, la valeur limite Emax. Selon l'invention, on va donc faire passer alternativement le moteur d'un mode de combustion dit « mode chaud », plus riche que ce qui est nécessaire à l'obtention de la puissance de consigne, à un mode plus pauvre, dit « mode froid », en pilotant la durée des périodes fractionnées de sorte que le surplus d'énergie apportée dans une période en mode « chaud » soit compensé par la perte d'énergie lors de la période suivante en mode « froid », le passage d'un mode à l'autre étant commandé lorsque le surplus ou le défaut d'énergie atteint une valeur maximale Emax déterminée de façon à limiter l'amplitude de variation de la température à l'intérieur du monolithe constituant le catalyseur. Pour cela, les moyens de réglage du mode de combustion du moteur c'est-à- dire, essentiellement, l'injection en carburant, peuvent avantageusement être pilotés par une unité de contrôle du type représenté, à titre d'exemple préférentiel, sur la figure 5.
Pour la mise en œuvre du procédé, on réalise tout d'abord une mise au point des deux modes de combustion, respectivement riche et pauvre, en établissant une cartographie permettant d'estimer, à chaque instant, la puissance de réaction exothermique Wexo qui sera apportée, dans chacun des deux modes, par les masses oxydantes et réductrices réagissant dans l'organe de post-traitement.
Cette puissance exothermique Wexo est estimée par cet exotherme potentiel 41 qui applique un signal correspondant à une entrée d'un bloc 4 de calcul de la puissance entrante W6. Ce bloc de calcul 4 reçoit, d'autre part, des signaux correspondant, respectivement, à la température Te et au débit QeCh des gaz à l'entrée du monolithe qui peuvent être mesurés par des capteurs 42, 43 ou bien estimés en fonction du régime du moteur. Le potentiel énergétique du réglage moteur est ainsi mesuré et estimé par le bloc de calcul 4 en appliquant l'équation indiquée plus haut :
We = Te *Qech *Cp+Wexo (2)
En connaissant la température de consigne Ts qui doit être maintenue sensiblement constante à la sortie du premier catalyseur 21 et la puissance sortante correspondante Ws, un bloc de calcul 5 détermine la puissance de consigne Wc nécessaire pour obtenir cette température Ts, à partir des informations affichées sur ses entrées 51 , 52, 53 relatives, respectivement, à la température du consigne Ts, au débit Qech des gaz mesuré ou estimé en amont du catalyseur 21 et à la perte d'énergie Wp dans le catalyseur qui peut être estimée ou déterminée par modélisation. Le bloc de calcul 5 détermine ainsi la puissance de consigne en appliquant l'équation :
Wc = Ws + Wp (3)
Comme indiqué plus haut, la puissance entrante W6 dépend du mode de combustion, c'est-à-dire de la puissance de réaction exothermique Wexo et peut varier au cours de la phase de régénération en fonction du régime du moteur, de la façon indiquée, par exemple, par les courbes 31 et 32 du diagramme de la figure 4, la puissance de consigne Wc déterminée par le bloc de calcul 5, variant de la même façon en suivant la courbe 30. A partir des valeurs variables W6, Wc ainsi déterminées par les blocs de calcul
4 et 5, un bloc de calcul 50 va en déduire, à chaque instant, la différence :
Δw = Wc - We (4) et, par intégration de la différence ainsi calculée, la valeur :
E = ||Δw| dt (5) de l'excès E1 ou, selon le mode de combustion, du défaut d'énergie E2 absorbée par le catalyseur jusqu'à l'instant considéré, par rapport à l'énergie nécessaire au maintien de la température de consigne.
Comme indiqué plus haut, les durées des périodes fractionnées ti, X2 en mode riche, X2 X3 en mode pauvre, t3 14 en mode riche et ainsi de suite, sont déterminées en inversant le mode de combustion chaque fois que cet excès E1 ou ce défaut d'énergie E2 apportée au catalyseur atteint, en valeur absolue, la limite fixée Emax.
Cette valeur limite Emax est déterminée par un bloc de calcul 6 en appliquant l'équation :
Emax = α *2*(Tmax-Ts)*M*Cm (6) dans laquelle :
- Tmax est une température maximale, affichée à l'entrée du bloc 6, qui ne doit pas être dépassée à l'intérieur de l'organe de post-traitement,
- M est la masse totale du monolithe constituant le catalyseur ;
- Cm est la capacité calorifique du monolithe ; - α est la proportion, par rapport à sa longueur totale, du monolithe entre la zone d'entrée des gaz d'échappement et la zone ou la température atteint son niveau maximal Tmax.
La valeur Emax ainsi déterminée par le bloc de calcul 6 et la valeur de l'excès
E1 ou du défaut d'énergie E2 déterminée par le bloc de calcul 50, sont affichées sur un comparateur 60 qui, lorsque la différence est nulle, donne aux moyens 1 1 d'injection de carburant l'ordre de passer d'un mode riche (R) à un mode pauvre (P) ou inversement.
De la sorte, comme indiqué à la partie haute du diagramme de la figure 4, la température T2 à la sortie du catalyseur 21 peut être maintenue au voisinage d'une valeur moyenne qui correspond à la température de consigne Ts.
L'invention permet ainsi, en pilotant l'injection de carburant dans le moteur, de maintenir la température à l'intérieur du catalyseur à un niveau optimal aussi élevé que possible mais restant inférieur à une température Tmax déterminée à l'avance.
Il est ainsi possible de réaliser, dans des conditions optimales, la régénération du premier système de post-traitement 21 , en particulier la désulfutation du catalyseur.
Cependant, dans la mesure où la température des gaz à la sortie du catalyseur 21 est maintenue sensiblement constante, il est possible également d'effectuer en même temps la régénération par combustion des suies d'un second système de post-traitement 22 placé en aval, en particulier un filtre à particules ou un système à 4 voies.
Il est à noter que l'alternance des périodes fractionnées permettra d'effectuer dans les meilleures conditions la régénération des systèmes de post-traitement qui se fait, de préférence, en mode riche dans la désulfatation et en mode pauvre pour la combustion des suies dans les filtres à particules.
L'invention ne se limite, cependant, pas au mode de réalisation qui vient d'être décrit à titre de simple exemple mais englobe toutes les variantes utilisant des moyens équivalents ainsi que d'autres applications mettant en œuvre des moyens analogues pour la régénération des systèmes de post-traitement. Ainsi, pour la régénération des systèmes classiques, on passera alternativement d'un mode riche à un mode pauvre mais, dans certains cas, il pourrait être intéressant de gérer le fractionnement à partir de deux modes pauvres distincts, respectivement plus chaud et plus froid, par exemple pour la régénération des suies dans un système de post-traitement du type filtre à particules ou système 4-voies placé en aval d'un premier système de type DOC, NOx-Trap ou 4-Voies.
De même, il serait possible, à partir de deux modes pauvres distincts, d'optimiser l'efficacité de traitement des oxydes d'azote sur un système SCR (Selectiv Catalytic Réduction) placé en aval d'un DOC.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de contrôle de la température d'un système (21 , 22) de posttraitement des gaz dans un circuit (2) d'échappement d'un moteur thermique (10) alimenté en un mélange dont la proportion en carburant peut être réglée selon un mode de combustion plus ou moins riche, le circuit d'échappement (2) comportant au moins un organe de post-traitement (21) dans lequel est piégé et stocké au moins un polluant contenu dans les gaz d'échappement, ledit organe de post-traitement (21) étant soumis périodiquement à des phases de régénération par élévation de la température des gaz d'échappement à une température de consigne (Ts) pendant un temps de regénération permettant l'élimination des polluants stockés, le temps de chaque phase de régénération étant divisé en une succession de périodes fractionnées (ti t2) (t2 t.3)..., alternativement en deux modes
-respectivement un mode plus chaud (R)pour lequel la puissance thermique entrante (Wc) apportée par les gaz est supérieure à une puissance de consigne (Wc) nécessaire pour l'obtention de la température de consigne (Ts) et un mode moins chaud (P) pour lequel la puissance thermique entrante (W1.) est inférieure à la puissance de consigne (Wc), la durée de chaque période étant pilotée afin de maintenir la température (T2) des gaz à la sortie de l'organe de post-traitement au voisinage d'une température moyenne correspondant à la température de consigne (Ts) caractérisé par le fait que la durée de chaque période fractionnée (tj, t2) est déterminée en commandant le changement de mode à l'instant où la valeur absolue de l'excès ou du défaut d'énergie (Ei, E:) atteint une valeur limite (Emax), de façon que le surplus d'énergie (S) apporté dans une période (tι tτ > en mode plus chaud (R) soit compensé par le défaut d'énergie (D) dans la période suivante (t? t3) en mode moins chaud (P), et inversement
2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel les modes plus chaud (R) et moins chaud (P) sont obtenus par une combustion avec des richesses différentes.
3. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé par le fait que la puissance thermique entrante (We) apportée par les gaz est réglée par injection de carburant en amont de l'organe de post-traitement, au moyen d'un injecteur additionnel à l'échappement.
4. Procédé selor l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que Ia durée de chaque période fractionnée (t| t2) en mode plus chaud ou (t2 13) en mode moins chaud est déterminée de façon que le surplus ou le défaut de puissance thermique Δw apporté par les gaz pendant ladite période, par rapport à la puissance de consigne Wc, ne dépasse pas une limite donnée.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les proportions de carburant en mode plus chaud (R) et en mode moins chaud (P) et les durées respectives des périodes fractionnées sont déterminées de façon que l'amplitude de variation de la température des gaz, dans l'organe de post-traitement (21 ), par rapport à la température de consigne (Ts), ne dépasse pas une même limite, par excès en mode plus chaud (R) ou par défaut en mode moins chaud (P).
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes , caractérisé par le fait que la durée de chaque période fractionnée en mode plus chaud (R) est déterminée de façon que la température maximale à l'intérieur de l'organe de post-traitement (21) ne dépasse pas une limite donnée.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par Ie fait que les durées des périodes fractionnées, respectivement en mode plus chaud (R) et en mode moins chaud (P), sont déterminées de façon que l'énergie apportée dans chaque période et correspondant à la différence entre la puissance thermique Wc entrant dans l'organe de post-traitement et la puissance de consigne We ne dépasse pas, par excès ou par défaut, une même limite Emax donnée par l'équation :
Emaχ = α *2*(Tπmx-Tcons)*M*Cm (6) dans laquelle :
Tmax est une température maximale qui ne doit pas être dépassée à l'intérieur de l'organe de post-traitement ; M est la masse de l'organe de post-traitement ; - Cm est la capacité calorifique de l'organe de post-traitement ; α est la proportion, par rapport à sa longueur totale, de l'organe de posttraitement entre l'entrée de celui-ci et la zone où la température atteint son niveau maximal TmàX.
8. Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé par le fait que le surplus ou le défaut d'énergie apporté par les gaz pendant une période est calculé, à chaque instant, par intégration en fonction du temps de la différence entre la puissance de consigne W0 et la puissance We entrant dans l'organe de post-traitement.
9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la puissance de consigne Wc nécessaire à l'obtention de la température de consigne Ts à !a sortie de l'organe de post-traitement (21) est égale à la somme de la puissance théorique Ws et des pertes Wp, ladite puissance théorique W5 étant donnée par la formule :
Ws = Ts*Qech*Cp (1 ) dans laquelle T5 est la température de consigne nécessaire à la régénération, Qech le débit des gaz d'échappement qui peut varier selon Ic régime du moteur et Cp la capacité calorifique des gaz d'échappement dépendant de leur composition qui peut varier selon le mode de combustion.
10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la puissance thermique W0 entrant dans l'organe de post-traitement (21) à chaque instant est donnée par la formule :
Figure imgf000019_0001
dans laquelle Te est la température des gaz mesurée à chaque instant en amont de l'organe de post-traitement, Qech le débit des gaz d'échappement, Cp leur capacité calorifique et Wexû la puissance thermique apportée par les masses oxydantes ei réductrices qui réagissent dans l'organe de post-traitement (21 ).
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