Brevet FR2794804A1 — publié le 20001215

L'invention concerne un procédé de commande du fonctionnement d'un catalyseur accumulateur de NOx. Pour réduire davantage la consommation de carburant des moteurs à combustion interne à allumage commandé, on utilise de plus en plus souvent des moteurs à combustion pauvre. Dans le cas de moteurs à allumage commandé à combustion pauvre, on choisit la grandeur de l'excès d'air pour qu'il permette d'obtenir la charge requise du moteur. Dans le cas d'une faible charge requise, par exemple d'un faible couple ou d'une accélération faible ou absente, le mélange carburant/air au moyen duquel on fait fonctionner le moteur peut comporter, dans un fonctionnement à charge stratifiée, des valeurs lambda égales ou supérieures à 3. Pour respecter les valeurs limites d'émissions de gaz d'échappement imposées, un traitement postérieur spécial des gaz d'échappement est nécessaire dans de tels moteurs à combustion interne. On utilise à cet effet des catalyseurs accumulateurs de NOx. Du fait de leur couche de revêtement, ces catalyseurs accumulateurs de NOx sont en mesure d'adsorber, dans une phase d'accumulation, des composés NOx provenant des gaz d'échappement et qui se forment dans le cas d'une combustion pauvre. Pendant une phase de régénération, les composés NOx adsorbés ou accumulés sont transformés en composés non nocifs moyennant l'addition d'un agent réducteur. Comme agent réducteur pour des moteurs à combustion interne à allumage commandé que l'on fait fonctionner en régime pauvre, on peut utiliser CO, H2 et HC (hydrocarbures). Ceux-ci sont produits en faisant brièvement fonctionner le moteur avec un mélange riche et ils sont fournis au catalyseur accumulateur de NOx en tant que composants de gaz d'échappement, de sorte que les composés NOx accumulés présents dans le catalyseur sont décomposés. Pour rendre optimale la durée des phases d'accumulation, c'est-à-dire les phases pauvres, et les phases de régénération, c'est-à- dire les phases riches, on modélise la charge de NOx du catalyseur accumulateur. Un tel procédé est par exemple connu par EP 0 597 106 Ai. Au moyen de cette modélisation, il est possible de calculer, dans la phase pauvre, le débit d'accumulation de NOx, c'est-à-dire la quantité de NOx accumulée par unité de temps. Ce débit d'accumulation dépend des émissions de NOx du moteur, du comportement d'accumulation et du comportement de conversion du catalyseur accumulateur de NOx en régime pauvre. Pour faire fonctionner un catalyseur accumulateur de NOx, c'est-à-dire pour choisir les paramètres de fonctionnement pour le moteur et la durée des phases pauvres et des phases riches, la connaissance du comportement d'accumulation du catalyseur accumulateur de NOx est essentielle pour deux raisons: a) la quantité de NOx accumulés qui est calculée sur la base d'un modèle subit l'influence du comportement d'accumulation. b) dans la phase d'accumulation, une proportion déterminée de NOx fuit à travers le catalyseur accumulateur de NOx. La valeur de ce débit de fuite dépend du comportement d'accumulation du catalyseur accumulateur de NOx. C'est pourquoi la présente invention a pour but de fournir un procédé de commande du fonctionnement d'un catalyseur accumulateur de NOx dans lequel il soit tenu compte du comportement d'accumulation différent du catalyseur accumulateur de NOx. Ce but est atteint au moyen d'un procédé de commande du fonctionnement d'un catalyseur accumulateur de NOx qui est disposé dans le trajet de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne pouvant fonctionner en régime pauvre, consistant à faire fonctionner le moteur à combustion interne avec un mélange carburant/air pauvre dans des phases d'accumulation, de sorte que le catalyseur accumulateur de NOx accumule les NOx, à faire fonctionner le moteur à combustion interne avec un mélange carburant/air riche dans des phases de régénération, de sorte que le catalyseur accumulateur de NOx soumet à une transformation catalytique les NOx accumulés, à déterminer, dans les phases d'accumulation, un rendement d'accumulation avec lequel le catalyseur accumulateur de NOx accumule les NOx contenus dans les gaz d'échappement du moteur à combustion interne, et à choisir les paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne dans les phases d'accumulation et phases de régénération, ainsi que la durée de ces phases, en fonction du rendement d'accumulation. Conformément à l'invention, il est procédé au calcul d'un rendement d'accumulation qui reproduit le comportement d'accumulation du catalyseur accumulateur de NOx en fonction de la situation de fonctionnement du moteur à combustion interne. Suivant un développement préféré de l'invention, il est tenu compte du fait que, dans le fonctionnement d'un catalyseur accumulateur de NOx, la concentration des hydrocarbures en amont du catalyseur accumulateur de NOx réduit le rendement d'accumulation. C'est pourquoi, pour des catalyseurs accumulateurs de NOx en amont desquels un catalyseur amont est disposé pour l'oxydation des hydrocarbures, un facteur de vieillissement correspondant au catalyseur amont est déterminé, ce facteur de vieillissement traduisant le comportement d'oxydation de ce catalyseur amont. Ce facteur de vieillissement est combiné à la température de fonctionnement du catalyseur accumulateur de NOx, qui a une influence supplémentaire sur le rendement d'accumulation de celui- ci, pour donner une valeur de correction dont il est tenu compte lors du calcul du rendement d'accumulation. Cette combinaison quantitative fournit, pour le rendement d'accumulation, une meilleure valeur qui reproduit d'une manière plus précise les conditions se présentant dans le système de purification de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne donné. Il est ainsi possible d'optimiser davantage le système de gaz d'échappement chaque fois considéré, en situation de fonctionnement, en ce qui concerne la consommation et les émissions. La constatation qui est à la base d'une forme préférée de réalisation réside dans le fait qu'un état déterminé de vieillissement du catalyseur amont, s'accompagnant d'un facteur déterminé de vieillissement dans le domaine inférieur et le domaine supérieur de températures de fonctionnement du catalyseur accumulateur de NOx, a, sur le rendement d'accumulation, une influence beaucoup plus importante que dans le domaine des températures moyennes de fonctionnement, dans lequel le catalyseur accumulateur de NOx manifeste par lui-même un rendement d'accumulation plus élevé. Le procédé conforme à l'invention peut aussi présenter une ou plusieurs des particularités suivantes: - le rendement d'accumulation est déterminé en fonction d'au moins l'un des trois paramètres suivants: le degré de charge du catalyseur accumulateur de NOx, la température de fonctionnement du catalyseur accumulateur de NOx, le débit de NOx dans les gaz d'échappement qui est envoyé au catalyseur accumulateur de NOx, - le rendement d'accumulation est extrait d'une table caractéristique qui est établie sur au moins l'un des paramètres, - un catalyseur amont pouvant faire l'objet d'un fonctionnement oxydant est disposé en amont du catalyseur accumulateur de NOx et, lors du calcul du rendement d'accumulation, il est tenu compte d'une valeur de correction qui est choisie au moins en fonction d'un facteur de vieillissement du catalyseur amont et de la température de fonctionnement du catalyseur accumulateur de NOx, - la valeur de correction dépend du facteur de vieillissement du catalyseur amont et de la température de fonctionnement du catalyseur accumulateur de NOx de la manière suivante: la valeur de correction croît d'une manière monotone avec un facteur de vieillissement croissant, si le facteur de vieillissement vaut 0 pour un catalyseur amont neuf et 1 pour un catalyseur amont totalement vieilli, et la valeur de correction a, pour un facteur de vieillissement donné, une valeur maximale pour des températures de fonctionnement moyennes et diminue vers les températures plus basses et les températures plus élevées, - un rendement d'accumulation, combiné d'une manière multiplicative avec la valeur de correction, prend des valeurs comprises entre 0 et 1, - la valeur maximale est atteinte pour une température de fonctionnement comprise entre 200 et 3000C, - la valeur de correction est extraite d'une table caractéristique. L'invention est exposée ci-après en détail à l'aide d'un exemple de réalisation, en regard des dessins. On voit: à la figure 1, un schéma-bloc concernant la détermination du rendement d'accumulation, à la figure 2, un graphe comportant des courbes servant à expliquer le rendement d'accumulation, à la figure 3, un schéma-bloc concernant la commande du fonctionnement de catalyseur, à la figure 4, un graphe portant sur la dépendance du rendement d'accumulation vis-à- vis de la température, à la figure 5, un schéma-bloc d'un moteur à combustion interne comportant un catalyseur amont et un catalyseur accumulateur de NOx et, à la figure 6, un schéma-bloc concernant la correction du rendement d'accumulation. Le procédé conforme à l'invention sert pour le fonctionnement du système de traitement postérieur des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne fonctionnant avec un excès d'air, tel que représenté schématiquement à la figure 5. Seuls les éléments constitutifs et les parties qui sont nécessaires pour la compréhension de l'invention sont contenus sur cette figure. Le fonctionnement avec excès d'air, c'est-àdire un fonctionnement pauvre, du moteur à combustion interne 1 fait l'objet d'une régulation au moyen d'un appareil de commande de fonctionnement 2. Un catalyseur accumulateur de NOx 3 est disposé dans le trajet de gaz d'échappement 4 du moteur 1. En aval de ce catalyseur accumulateur de NOx, il est prévu un capteur de mesure 5 dont le signal est lu par l'appareil de commande de fonctionnement 2. Le capteur de mesure 5 peut être réalisé de différentes manières. Ce capteur de mesure 5 peut indiquer la concentration de NOx ou un signal dépendant de la concentration d'oxygène. En amont du catalyseur accumulateur de NOx 3, il est prévu un catalyseur amont 6 qui oxyde les hydrocarbures émis par le moteur. Le fonctionnement du catalyseur accumulateur de NOx 3 a lieu, conformément au schéma représenté sous forme du schéma-bloc de la figure 3, de la manière qui suit: la concentration de NOx C_NOx dans les gaz d'échappement non traités est déterminée en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne. A cet effet, les paramètres de fonctionnement P1 à Pn sont introduits dans une table caractéristique 7 dans laquelle la concentration de NOx C_NOx déterminée à partir d'essais au banc d'essais est portée en fonction de ces paramètres P1 à Pn. A partir de la concentration de NOx C_NOx ainsi déterminée, il est possible, en tenant compte du rendement d'accumulation H dont la détermination est exposée ci-après, de déterminer la quantité dont le catalyseur accumulateur de NOx 3 s'est chargé et d'en déduire la quantité accumulée E(t), par exemple conformément à l'équation suivante: I Y,(t) = JCNOx(t') H(t') dt' (bloc 11). 0o Connaissant la capacité d'accumulation K du catalyseur accumulateur de NOx 3, il est possible, à partir de la quantité L(t) accumulée à l'instant t, de déterminer le degré de charge BG actuel par BG(t) = E(t)/K (bloc 10). Le calcul de la capacité d'accumulation K est connu dans la technique. Il est par exemple exposé dans la demande de brevet allemand 198 23 921.1 de la demanderesse et n'est donc indiqué que schématiquement par un bloc 9 à la figure 3. Ainsi, dans des phases de régénération du moteur, la capacité d'accumulation K peut être déterminée en utilisant le signal du capteur de mesure 5. Le degré de charge BG du catalyseur accumulateur de NOx 3 et la vitesse spatiale ou le débit massique d'air V des gaz d'échappement sont portés, en commun avec la température de fonctionnement T, la concentration de NOx CNOx et un facteur de vieillissement A du catalyseur accumulateur de NOx 3, dans une table caractéristique 8 qui fournit en sortie le rendement d'accumulation de catalyseur H. La vitesse spatiale peut y être remplacée par le débit massique d'air V, étant donné que le volume de catalyseur est constant. Cette table caractéristique a également été établie au moyen d'essais au banc d'essai. La détermination du rendement d'accumulation H est représentée encore une fois à la figure 1. Sur celle-ci, la concentration de NOx C_NOx, la température de fonctionnement T, le degré de charge BG et le débit massique d'air V sont introduits dans la table caractéristique 8, étant donné qu'il est également possible d'omettre le facteur de vieillissement A. La figure 2 représente des courbes concernant la relation existant entre le degré de charge BG, le rendement d'accumulations H et la quantité accumulée Z pour différentes concentrations de NOx C_NOx. Ainsi qu'on peut le voir, lorsque le catalyseur est soumis d'une manière durable aux gaz d'échappement, le rendement d'accumulation H diminue pour une concentration de NOx CNOx donnée. Bien entendu, la quantité accumulée E augmente dans une mesure identique. Plus la concentration de NOx C_NOx dans les gaz d'échappement est faible, plus c'est lentement que le rendement d'accumulation H diminue, ou que la quantité accumulée E augmente, avec le degré de charge. Le rendement d'accumulation H ainsi déterminé est alors utilisé lors du calcul de la quantité accumulée X, en étant multiplié par la concentration de NOx CNOx (bloc 12, figure 3), afin de tenir compte d'une manière plus précise, pour la quantité accumulée X, du comportement du catalyseur accumulateur de NOx 3 au point de fonctionnement actuellement présent. Il en résulte que la valeur ainsi déterminée pour la quantité accumulée E reproduit exactement les conditions relatives effectives, de sorte que la manière de prévoir les phases pauvres et les phases riches dans le fonctionnement du catalyseur accumulateur de NOx 3 peut avoir lieu d'une manière optimale. Pour faire s'approcher la valeur de la quantité accumulée X d'une manière encore plus exacte des conditions relatives effectives, il est en outre tenu compte du comportement de fonctionnement du catalyseur amont 6. Cela est représenté en détail à la figure 6. Comme déjà exposé, le rendement d'accumulation H dépend de divers paramètres, tels que la concentration de NOx CNOx dans les gaz d'échappement non traités, la température de fonctionnement T et le degré de charge BG du catalyseur accumulateur de NOx 3. Une autre grandeur ayant une influence sur le rendement d'accumulation H est la concentration des hydrocarbures dans les gaz d'échappement en amont du catalyseur accumulateur de NOx 3. Une concentration accrue des hydrocarbures réduit le rendement d'accumulation H, étant donné que, pour de faibles températures de fonctionnement, il se produit une diminution de l'oxydation de NO en NO2, puisque les hydrocarbures sont de préférence oxydés sur les particules de platine du catalyseur accumulateur de NOx 3. Dans le domaine supérieur des températures de fonctionnement, un supplément de chaleur se présente sous l'effet de l'oxydation exothermique des hydrocarbures dans le catalyseur accumulateur de NOx 3 qui a de préférence lieu comme indiqué, de sorte que la température de fonctionnement augmente encore. Toutefois, à partir d'une certaine température de fonctionnement, le rendement d'accumulation H diminue de nouveau, comme le montre la figure 4 qui représente le rendement d'accumulation H en fonction de la température T. L'utilisation du catalyseur amont 6 permet d'obtenir une concentration plus faible des hydrocarbures en amont du catalyseur accumulateur de NOx 3, étant donné que les hydrocarbures non brûlés sont pour leur plus grande partie déjà oxydés dans le catalyseur amont 6. Ainsi, le rendement d'accumulation H du catalyseur accumulateur de NOx 3 s'améliore. Toutefois, le catalyseur amont 6 ne manifeste pas un comportement de conversion constant sur l'étendue de sa durée de vie; il vieillit. Du fait de ce vieillissement, même pour d'autres conditions qui sont constantes, la proportion d'hydrocarbures dans les gaz d'échappement en amont du catalyseur accumulateur de NOx 3 varie. De ce fait, le rendement d'accumulation H peut être déterminé plus précisément en tenant compte du comportement de fonctionnement du catalyseur amont, si on tient compte quantitativement des effets exposés ci-dessus. A cet effet, l'état de vieillissement du catalyseur amont 6 est exprimé par un facteur de vieillissement de catalyseur amont AV. Cela est par exemple divulgué dans le brevet DE 197 14 293 C1 de la demanderesse. Ce facteur de vieillissement de catalyseur amont AV décrit la capacité actuelle de conversion d'hydrocarbures du catalyseur amont 3 qui est réduite du fait d'influences de vieillissement. Pour la suite de la mise en oeuvre, il est supposé qu'une valeur de 1 pour le facteur de vieillissement de catalyseur amont AV correspond à un catalyseur à l'état neuf et une valeur de 0 à un catalyseur amont 6 qui a vieilli jusqu'à la limite de sa capacité de fonctionnement. Il est bien entendu également possible d'imaginer un autre choix d'échelle, par exemple une échelle inverse. Etant donné que, comme indiqué, un état déterminé de vieillissement du catalyseur amont 6 a, à des températures de fonctionnement situées au bord du domaine de températures de fonctionnement, une influence plus forte sur le rendement d'accumulation H que dans le domaine des températures moyennes de fonctionnement, il est possible d'obtenir une amélioration importante du rendement d'accumulation H calculé si, comme suit, il est procédé à une correction (voir figure 6): à partir d'une table caractéristique 13, il est procédé, en fonction de la température de fonctionnement T et du facteur de vieillissement de catalyseur amont AV, à l'extraction d'une valeur de correction COR qui est combinée au rendement d'accumulation H d'une manière telle qu'un rendement d'accumulation corrigé H_COR est obtenu. En fonction de la manière dont est conçue la valeur de correction COR, cette combinaison peut avoir lieu d'une manière additive ou multiplicative. Pour un facteur de vieillissement de catalyseur amont AV donné, la table caractéristique 13 ici utilisée fournit chaque fois des valeurs maximales pour des températures moyennes de fonctionnement du catalyseur d'accumulation de NOx 3. Les températures moyennes de fonctionnement sont celles pour lesquelles la dépendance du rendement d'accumulation H vis-à-vis de la température qui est représentée à la figure 4 présente des valeurs élevées pratiquement constantes pour le rendement d'accumulation H. Ainsi, la table caractéristique 13 est remplie conformément aux deux règles suivantes: a) Pour un facteur de vieillissement de catalyseur amont AV donné, la valeur de correction est élevée dans le domaine des températures moyennes de fonctionnement T du catalyseur accumulateur de NOx 3, les températures moyennes de fonctionnement étant les températures pour lesquelles la dépendance vis-à-vis de la température présentée à la figure 4 donne des rendements d'accumulation H d'un niveau constant, valant approximativement 100%. b) La valeur de correction croît d'une manière monotone avec un facteur de vieillissement de catalyseur amont AV croissant. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande du fonctionnement d'un catalyseur accumulateur de NOx (3) qui est disposé dans le trajet de gaz d'échappement (4) d'un moteur à combustion interne (1) pouvant fonctionner en régime pauvre, caractérisé en ce qu'il consiste: - à faire fonctionner le moteur à combustion interne (1) avec un mélange carburant/air pauvre dans des phases d'accumulation, de sorte que le catalyseur accumulateur de NOx (3) accumule les NOx, - à faire fonctionner le moteur à combustion interne (1) avec un mélange carburant/air riche dans des phases de régénération, de sorte que le catalyseur accumulateur de NOx soumet à une transformation catalytique les NOx accumulés, - à déterminer, dans les phases d'accumulation, un rendement d'accumulation (H) avec lequel le catalyseur accumulateur de NOx (3) accumule les NOx contenus dans les gaz d'échappement du moteur à combustion interne (1) et - à choisir les paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne (1) dans les phases d'accumulation et phases de régénération, ainsi que la durée de ces phases, en fonction du rendement d'accumulation (H). 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le rendement d'accumulation (H) est déterminé en fonction d'au moins l'un des trois paramètres suivants : le degré de charge (BG) du catalyseur accumulateur de NOx (3), la température de fonctionnement (T) du catalyseur accumulateur de NOx (3), le débit de NOx dans les gaz d'échappement (C_NOx) qui est envoyé au catalyseur accumulateur de NOx (3). 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le rendement d'accumulation (H) est extrait d'une table caractéristique (8) qui est établie sur au moins l'un des paramètres. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un catalyseur amont (6) pouvant faire l'objet d'un fonctionnement oxydant est disposé en amont du catalyseur accumulateur de NOx (3) et en ce que, lors du calcul du rendement d'accumulation (H), il est tenu compte d'une valeur de correction (COR) qui est choisie au moins en fonction d'un facteur de vieillissement (AV) du catalyseur amont (6) et de la température de fonctionnement du catalyseur accumulateur de NOx (3). 5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la valeur de correction (COR) dépend du facteur de vieillissement (AV) du catalyseur amont (6) et de la température de fonctionnement (T) du catalyseur accumulateur de NOx (3) de la manière suivante: - la valeur de correction (COR) croît d'une manière monotone avec un facteur de vieillissement (AV) croissant, si le facteur de vieillissement (AV) vaut 0 pour un catalyseur amont (6) neuf et 1 pour un catalyseur amont (6) totalement vieilli et la valeur de correction (COR) a, pour un facteur de vieillissement (AV) donné, une valeur maximale pour des températures de fonctionnement moyennes et diminue vers les températures plus basses et les températures plus élevées. 6. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'un rendement d'accumulation (H), combiné d'une manière multiplicative avec la valeur de correction (COR), prend des valeurs comprises entre 0 et 1. 7. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la valeur maximale est atteinte pour une température de fonctionnement comprise entre 200 et 300 C. 8. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que la valeur de correction (COR) est extraite d'une table caractéristique (13).