Brevet FR2691645A1 — publié le 19931203

La présente invention concerne un dispositif de post-traitement de gaz d'échappement de moteurs à combus- tion interne, comportant un catalyseur pour réduction catalytique sélective d'oxydes d'azote contenus dans des gaz d'échappement, notamment des gaz d'échappement de moteurs diesels de véhicules, un dispositif de dosage pour l'addition supra-stoechiométrique de NH 3 ou de matiè- res formant NH 3, au moins deux capteurs dont l'un, servant de capteur de NH 3, interrompt l'addition lorsque la quan- tité de NH 3 atteint un seuil supérieur prédéterminé, ainsi que des moyens par lesquels l'addition est à nouveau rétablie lorsque, dans le catalyseur, une quantité de NH 3 emmagasinée atteint un seuil inférieur prédéterminé; elle concerne également un dispositif de post- traitement de gaz d'échappement de moteurs à combustion interne, comportant un catalyseur pour réduction catalytique sélec- tive d'oxydes d'azote contenus dans des gaz d'échappement, notamment des gaz d'échappement de moteurs diesels de véhicules, un dispositif de dosage pour l'addition de NH 3 ou l'addition de matières formant du NH 3 ainsi qu'un capteur pour déterminer la concentration en NH 3 dans les gaz d'échappement. Il est connu que les oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement sont réduits sous forme d'azote et d'eau dans un catalyseur, avec addition d'un agent réducteur, notamment de l'ammoniac (NH 3) ou des composés formant de l'ammoniac. Dans le document DE 38 25 206, il est indiqué des moyens qui produisent un dosage supra-stoechiométrique contrôlé de l'agent réducteur NH 3, et notamment par une mesure de la concentration en NOX avant et après le cata- lyseur, car l'état de charge du catalyseur n'est pas défini pour ce mode opératoire. En outre, dans la demande de brevet allemand plus ancienne P 41 17 143 8-4 z, il est décrit des moyens pour produire une réduction catalytique sélective d'oxydes d'azote contenus dans des gaz d'échappement, à l'aide desquels la forte concentration en NH 3 se manifestant dans la phase de dosage est captée à l'aide d'un capteur disposé dans le catalyseur et qui, après détection de la concentration en NH 3 prédéterminée, interrompt l'addi- tion de NH 3 Aussitôt que le NH 3 emmagasiné dans le cata- lyseur a été consommé dans une large mesure dans la réac- tion, le réenclenchement de l'addition de NH 3 est déterminé au moyen d'un calcul approximatif de la quantité de N Ox produit par le moteur dans la période partant du début du dosage ou de la fin du dosage, en opérant à partir du champ caractéristique du moteur et du temps de marche et en tenant compte du degré moyen d'épuisement. L'invention a pour but de prévoir, dans un dispositif de post- traitement de gaz d'échappement utilisé pour des moteurs à combustion interne non stationnaires, des moyens simples -permettant une amélioration supplémen- taire en ce qui concerne la réduction des oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement. Ce problème est résolu conformément à l'inven- tion par le fait que le second capteur est agencé comme un capteur de NH 31 détectant le seuil inférieur de la quantité de NH 3 emmagasinée. Selon d'autres caractéristiques du dispositif de post-traitement de gaz d'échappement conforme à l'in- vention: le premier capteur de NH 3, affecté au seuil supérieur, et le second capteur de NH 3, affecté au seuil inférieur, sont disposés dans le catalyseur, le premier capteur de NH 3 mesurant la concentration en NH 3 dans les gaz d'échappement et le second capteur de NH 3 mesurant le NH 3 adsorbé dans le catalyseur; le second capteur de NH 3 est disposé dans le catalyseur et le premier capteur de NH 3 est disposé en aval du catalyseur, le premier capteur de NH 3 mesurant la con- centration en NH 3 dans les gaz d'échappement et le second capteur de NH 3 mesurant le NH 3 adsorbé dans le catalyseur. Pour le second type de dispositif de post-traite- ment de gaz d'échappement conforme à l'invention qui a été précisé dans le premier paragraphe, le problème est résolu en ce que l'addition de NH 3 est prévue dans la phase gazeuse sans pauses de dosage de telle sorte que la concentration en NH 3 détectée par le capteur et servant de valeur réelle soit comparée avec une valeur de consigne, correspondant à une concentration en NH 3 prédéterminée, pour produire un signal de correction qui sera utilisé pour la commande du dispositif de dosage constamment enclenché dans la phase gazeuse. Selon une autre particularité de ce type de dispositif de post- traitement de gaz d'échappement, le capteur est situé en aval du catalyseur ou bien dans le catalyseur proprement dit. Grâce aux moyens conformes à l'invention, on supprime le calcul de l'état de charge du catalyseur qui est effectué, sur la base d'un champ caractéristique, pendant la pause de dosage ou une phase d'interruption d'addition de NH 3 L'adaptation de l'addition 'de NH 3 aux différents types de moteurs produisant des émissions de gaz d'échappement les plus différentes devient superflue et, lors du choix des limites de charge du catalyseur, on n'a pas à tenir compte de la dispersion inévitable des types de pièces dans une série. Comme cela a été précisé ci-dessus, la détermina- tion du seuil inférieur de charge du catalyseur est effec- tuée par un second capteur d'ammoniac, qui détecte l'ammo- niac adsorbé dans le catalyseur, tandis que le premier capteur d'ammoniac détecte l'ammoniac sous forme gazeuse. Ce premier capteur de NH 3 peut être situé soit en aval du catalyseur soit dans le catalyseur proprement dit et, à cet égard, la mise en place du capteur dans le catalyseur ne permet évidemment aucune utilisation optimale du volume de catalyseur mais elle fait en sorte que les émissions de NO ne dépassent pas les valeurs limites x admissibles Par contre, quand le capteur est situé après le catalyseur, le volume de catalyseur peut être exploité intégralement pour obtenir la capacité maximale d'adsorp- tion mais on ne peut cependant pas toujours exclure une interruption d'addition de NH 3, dont la durée est réduite au minimum mais qui est incorrecte. Dans le document précité (P 41 17 143 8-43), il est évidemment décrit une forme particulière de réali- sation comportant un second capteur qui est cependant sollicité par des gaz d'échappement en amont du catalyseur. Comme cela a été précisé ci-dessus pour un second type de dispositif de post-traitement qui est défini dans le premier paragraphe, il est possible d'obte- nir une régulation continue d'une légère modification d'addition de NH 3, qui est cependant constante et reste dans des limites admissibles L'avantage de cet agencement consiste dans l'élimination des champs caractéristiques et dans la compensation de variations se produisant dans le moteur et le catalyseur à l'intérieur du domaine de régulation. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mis en évidence dans la suite de la des- cription, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin unique annexé qui représente de façon schématique un moteur à combustion interne et son système d'échappement avec catalyseur. Sur le dessin, un moteur à combustion interne est désigné par 1, un conduit de gaz d'échappement par 2, un catalyseur par 3 et un dispositif de dosage par 4, ce dispositif se composant d'un réservoir 5 d'agent réducteur et d'un conduit d'admission 6 pourvu d'une pompe d'alimentation 7 et d'une soupape d'arrêt 8 Le conduit d'admission 6 débouche dans le conduit de gaz d'échappement 2 en amont du catalyseur 3. Le réservoir 5 d'agent réducteur contient de l'ammoniac (NH 3) ou des matières formant de l'ammoniac, qui sont ajoutées d'une manière contrôlée dans l'écoulement de gaz d'échappement passant dans le conduit 2. Le catalyseur 3 est disposé dans un boîtier 9, dans lequel il est prévu en aval du catalyseur 3 un premier capteur de NH 10, qui mesure la concentration en NH 3 dans les gaz d'échappement et qui applique à un appareil de commande 11 un signal de commutation à un instant o la quantité de NH 3 sous forme gazeuse a atteint un seuil supérieur défini L'appareil de commande il commande la pompe d'alimentation 7 en vue d'un arrêt, de manière à interrompre l'addition de NH 3. Un second capteur de NH 3 12 est disposé par exemple dans la matière de support du catalyseur 3, qui détecte du NH 3 adsorbé Aussitôt que la limite inférieure de l'état de charge du catalyseur 3 est atteinte ou bien lorsque le NH 3 emmagasiné dans le catalyseur a été consommé dans une large mesure par réaction, un signal de commuta- tion, correspondant au seuil inférieur de NH 3 qui a été établi, est appliqué à l'appareil de commande 11 L'appa- reil de commande 11 commande la pompe d'alimentation 7 dans le sens d'un nouvel enclenchement d'addition et du NH 3 est à nouveau introduit de façon dosée, et notam- ment en fonction de paramètres de marche Comme paramètres, il est prévu la vitesse de rotation N du moteur, la course de régulation RW, la température de gaz d'échappement T Abgas en amont de l'entrée de NH 3 et également la tempé- rature des gaz d'échappement à l'entrée T Kat ein et à la sortie T Kat aus du catalyseur 3. Pendant la pause de dosage, la soupape d'arrêt 8, commandée par l'appareil 11, ferme le conduit d'admis- sion 6, dans lequel il ne peut plus passer de gaz d'échap- pement. Le premier capteur de NH 3 10 peut cependant être également disposé dans le catalyseur 3, il est désigné par 10 ' et, à la différence du second capteur de NH 3 12, il mesure du NH 3 sous forme gazeuse. Un autre exemple de réalisation, concernant cependant une régulation continue du dispositif de dosage 4, est obtenu par la disposition d'un seul capteur de NH 3 13 en aval du catalyseur 3 Il est également possible de disposer ce capteur de NH 3 13 dans le catalyseur 3 proprement dit. Le capteur 13 détermine dans la phase gazeuse la concentration correspondante en NH 3 La concentration en NH existant instantanément est comparée, comme valeur réelle avec une valeur de consigne correspondant à une concentration déterminée en NH 3 et un signal de correction produit en correspondance est utilisé pour la commande du dispositif de dosage 4 La régulation continue prévoit une modification de concentration d'ammoniac aussi petite que possible et constante à l'intérieur des valeurs limites admissibles. Sur le dessin, un filtre à air est en outre désigné par 14 et une soupape d'air comprimé est désignée par 15. REVENDICATIONS 1 Dispositif de post-traitement de gaz d'échappe- ment de moteurs à combustion interne, comportant un cataly- seur pour réduction catalytique sélective d'oxydes d'azote contenus dans des gaz d'échappement, notamment des gaz d'échappement de moteurs diesels de véhicules, un disposi- tif de dosage pour l'addition supra-stoechiométrique de NH 3 ou de matières formant NH 3, au moins deux capteurs dont l'un, servant de capteur de NH 3, interrompt l'addition lorsque la quantité de NH 3 atteint un seuil supérieur prédéterminé, ainsi que des moyens par lesquels l'addition est à nouveau rétablie lorsque, dans le catalyseur, une quantité de NH 3 emmagasinée atteint un seuil inférieur prédéterminé, caractérisé en ce que l'autre capteur est agencé comme un capteur de NH 3 ( 12),détectant le seuil inférieur de la quantité de NH 3 emmagasinée. 2 Dispositif de post-traitement de gaz d'échappe- ment selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier capteur de NH ( 10 '), affecté au seuil supé- rieur, et le second capteur de NH 3 ( 12), affecté au seuil inférieur, sont disposés dans le catalyseur ( 3), le premier capteur de NH 3 ( 10 ') mesurant la concentration en NH 3 dans les gaz d'échappement et le second capteur de NH 3 ( 12) mesurant le NH 3 adsorbé dans le catalyseur ( 3). 3 Dispositif de post-traitement de gaz d'échappe- ment selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second capteur de NH 3 ( 12) est disposé dans le cataly- seur ( 3) et le premier capteur de NH 3 ( 10) est disposé en aval du catalyseur ( 3), le premier capteur de NH 3 ( 10) mesurant la concentration en NH 3 dans les gaz d'é- chappement et le second capteur de NH 3 ( 12) mesurant le NH 3 adsorbé dans le catalyseur. 4 Dispositif de post-traitement de gaz d'échappe- ment de moteurs à combustion interne, comportant un cata- lyseur pour réduction catalytique sélective d'oxydes d'azote contenus dans des gaz d'échappement, notamment des gaz d'échappement de moteurs diesels de véhicules, un dispositif de dosage pour l'addition de NH 3 ou l'addi- tion de matières formant du NH 3 ainsi qu'un capteur pour déterminer la concentration en NH 3 dans les gaz d'échappe- ment, caractérisé en ce que l'addition de NH 3 est prévue dans la phase gazeuse sans pauses de dosage de telle sorte que la concentration en NH 3 détectée par le capteur ( 13) et servant de valeur réelle soit comparée avec une valeur de consigne, correspondant à une concentration en NH 3 prédéterminée, pour produire un signal de correction qui sera utilisé pour la commande du dispositif de dosage ( 3) constamment enclenché dans la phase gazeuse. Dispositif de post-traitement de gaz d'échappe- ment selon la revendication 4, caractérisé en ce que le capteur ( 13) est situé en aval du catalyseur ( 3) ou bien dans le catalyseur proprement dit.