Brevet FR2809137A1 — publié le 20011123

L'invention concerne une installation d'êpuration des gaz d'échappement pour un dispositif à combustion, en particulier pour un moteur à combustion interne pour véhicules automobiles, équipé d'un adsorbeur de No, ainsi cue de moyens de commande pour mettre en oeuvre des orocessus de désulfaration de l'absorbeur de NO, pour une composition riche des gaz d'échappement, ainsi qu'un mrocédé pour mettre an oeuvre des processus de désulfatation pour un adsorbeur de NOy d'une telle i0 installation d'épuration des gaz d'échappement. Il est connu (EP 0 869 263 AI) d'épurer un adsorbeur de NO,: appartenant à une installation d'épuration des gaz d'échappement pour un moteur à combustion interne, pour le débarrasser du soufre accumulé, en effectuant un processus de désulfatation correspondant. L'adsorbeur de Nox est alors amenÉ à fonctionner pendant une longue durée à des températures qui, de preference sont supérieures à 600oC, avec une composition riche des gaz d'échappement. De ce fait, les sulfates formés sont instables et désorbés. Les combinaisors soufrées importantes, émises de ce fait, sont constituées de dioxyde de soufre et d'acide sulfhydrique, En. martculier l'acide sulfhydrique a une odeur extrêmement orenar.te et mène à une pollution olfactive désagréable, déjà à de faibles concentrations. Le but de l'invention est de créer une installation d' épuration des gaz d'échappement et un procédé du type cité au début, gui assurent une réduction notable de la Dolution olfactive provoquée par l'acide su!fhydrique. Ce problème est résolu pour l'installation d'épuration 0 des gaz d'échappement par le fait cQue; en aval de 1'adsorbeur de NO. est mis en circuit un catalyseur mrésentant des propriété5 d'oxydation et, entre l'adsorbeur ae NOx et le catalyseur ayant des propriétés d'oxydation, est prévu un dispositif d'apport d'air secondaire, relié à des moyens de commande de manière que de l'air secondaire soit introduit pendant ies processus de désulfatation, entre 1'adsorbeur de NOx et le catalyseur ayant des propriétés d'oxydation. La solution selon l'invention part de ia connaissance selon iaquelle, pendant le processus de désuifatation, du fait de la composition riche des gaz d'échappement es, de ce fait, de l'absence d'oxygène, o0 l'acide sulfhydrique ne peut être directement oxydé par l'oxygène présent dans les gaz d'échappement. L'apport d'air secondaire, en aval de l'adsorbeur de'NOx et en amont d'un cataiyseur nsDalli en aval et ayant des propriérés d'oxydation, assure la présence d'une quantité d'oxygène suffisante pour i'acide sulfhydrique, pcour servir de partenaire de réaction I1 n'est alors pas nécessaire d'appréhender la masse exacte d'air secondaire ayant été insu flé. Il faut seulement savoir préalabiement que suffisamment d'oxygène est présent pour obtenir la conversion complète de l'acide sulfhydrique en du dioxyde de soufre et en de i'eau dans le catalyseur aval. Du fait de la possibilite de convertir à postériori l'acide sulfhydrique en du dioxyde de soufre, la stratégie de désulfatation peut être choisie en fonction de l'émission d'acide sulfhydrique se produisant après le catalyseur accumulateur de NOx. On peut ainsi choisir une stratégie qui est simple à réaiiser et qui permet d'opérer une désulfatation rapide. La solution selon l'invention convient en oarticuler zour 1' uti'i sation dans une 3C installation d'éouration des gaz d'échappement d'un moteur combustion pour v-éhicules automobiles et, précisément, tanc d'uan moteur à essence qu'également un moteur diesel. n pr-:nciDe, la solution selon i'invention peut cependant éaalement être utilisée pour des dispositifs à combustion stat:onnaires, par exemple dans des centrales. Par le EP 0581 279 B1, oni contait certes en principe eéaà une installation d'épuration des gaz d'échappement pour un moteur à combustion, pour laquelle on installe un catalyseur à cxydation, en aval d'un adsorbeur d'oxyde d'azote, et pour laquelle de l'air secondaire est fourni entre!'adsorbeur d'oxyde d'azote et le catalyseur à oxydation. L'instailation d'épuration des gaz d'échappement représentée dans ce document sert cependant exclusivement à -xyder les composants imbrûlés des gaz d'échappement ayant craversé l'adsorbeur d'oxyde d'azote, précisément HC et CO, ceci taLnt fait en aval de l'oxyde d'azote. Dans cet état de la technique, rien n'est revendiqué au 5ujet de la désulfatation de l'adsorbeur d'oxyde d'azote. Selon un mode de réalisation de l'invention, le catalyseur à propriétés d'oxydation est configuré en *ant oue catalyseur à trois voies, avec une haute capacité !5 accumulacrice d'oxygène. On obtient de ce fait une épuration particulièrement bonne mt sûre des gaz d'échappement. Selon un autre mode de réalisation de i'invention, l'adsorbeur de NOx et le catalyseur à propriétés d'oxydation sont intégrés dans un carrer commun et le disvositif d'apport d'air secondaire débouche entre un élément monolithique de 11'adsorbeur de NON et un élément monolithique du catalyseur ayant des propriétés d'ocxydation dans le carter. Ceci donne un mode de réalisation oart culièremeent compacte, qui peut être fabriqué smpllemernt. Le volume de catalyseur aval, ayant des propriétés d'oxydation, est, e préférence, notablement inférieur au volume de l'adsorbeur de NOx c'est-à-dire du catalyseur accumulateur de NCO. Solon un mode de réalisation de 'invention, le dispositif dQappcrt d'air secondaire présente un dispositif de pompage. De telles pompes à air secondaire sont déjà utilisés dans des véhicules automobiles de série. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le disDositif d'apport d'air secondaire est relié a un compresseur associé au dispositif de combustion. Ceci est avantageux si l'on a affaire à des moteus à combustion suralimentés car, alors, le compresseur aui, de toute facon, existe, ceut être utilisé également pour le disposizif d'apport d'air secondaire, afin d'insuffler 'rair secondaire entre l'adsorbeur de NOx et le catalyseur a cxydatlor. Egalement un compresseur séparé -eut être prévu pour introduire l'air secondaire dans le système de gaz d'échappement. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les moyens de commande sont concus ae manière que des signaux, venant d'ane sonde à oxygène _installée en aval du catalyseur ayant de propriétés d'oxydation, ne soient cas évalués pendant ie processus d'introduction d'air secondaire par le dispositif d'apport en air secondaire. De telles sondes à oxygène sont utilisées en tant que sondes de diagnostic ou bien pour la régulation lambda du moteur à combustion interne et, ainsi, pour la commande des phases à fonctionnement riches et pauvres. Du fait que, quantitativement, Pîair secondaire fournit n'est pas défini,!'évaluation des signaux correspondants de la sonde à oxygène, pendant la mesure de l'air secondaire insufflé, mène à de fausses commandes des gaz d'échappement. Ce mode de réalisation assure ainsi l'e=loitation fonctionnelle sure et parfaite de i -nstallation d'épurat-ion des gaz 2S d'chappement, dans le cas o- on a installé en aval une sonae a oxygène, en particulier une sonde lambda. Pour ie procédé de mise en oeuvre des processus de désulfattion, pour lequel l'adorbeur de NDOx fonctionne avec unre composition de gaz d'échappement riche, en 3n par icul -er à des températures supérieures à 600 C, le -probime qui est à la base de l'invention est résolu par le fait oue i'acide sulfhydrique dégagé pendant le processus de désulfatat!cn est réoxydé derrière l'adsorbeur de NOX avec introduction d'air secondaire et est converti sur un catalyseur pour donner du dioxyde de soufre et de l'eau. Grâce à ia conversion de l'acide sulfhydrique en du dioxyde de soufre et de l'eau, la pollution olfactive imputable à la sortie des gaz d'échappement est notablement réduite, du fait que le dioxyde de soufre entraîne une pollution olfactive notablement plus faible que l'acide sulfhydrique. >eau, comme on le sait, en élus est sans odeur. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention résultent des revendications, ainsi que de la description Ci-après d'un exemple de réalisation prferre de l'invention, représenté à l'aide de la figure unique du dessin. l0 La figure unique du dessin représente un diagramme à blocs schématique d'une forme de réalisation d'une installation d'épuration des gaz d'échappement selon ''invention pour un moteur à combustion interne. La figure unique du dessin représente une installation d'épuration des gaz d'échappement pour un moteur à combustion interne i d'un véhicule automobile. Le moteur à combustion i peut être un. moteur à cycle de Otto, c'est-à-dire à allumage commandé, fonctionnant en mélange maigre ou bien également un moteur diesel. Le guidage des gaz d'échappement du moteur à combustion interne i est effectuéee, d'une manière connue dans son principe, par un système de gaz d'échappement 2 dans lequel sont disposés un catalyseur de démarrage 3, un catalyseur adsorbeur de NO, 4 ainsi qu'un cataliyseur 5 à propriétés d'oxydation, mis en circulation puis en aval de celui-ci, ces éuipements étant disposes les uns derrière les autres en aval - en se 307 référenant à l'écouiement de gaz d'échappement. Le catalyseur 5 mis en circuit en aval, ayant des propr êtés d'oxydation, peut être réalisé sous forme de put catalyseur à oxydation, ou bien en catalyseur à trois voies. ici, le revêtement catalyseur peut être réalisé de manière que le ^>5 catalyseur présente une capacité d'accumulation d'oxygène marquée. De Tmanire non représentée en détail, du côté sortie du catalyseur 5 peut être prévue une sonde d'oxygène qui sert de sonde lamba et qui est reliée à une unité de commande de combustion qui, à sont tour, commande le fonctionnement en mode pauvre ou riche du moteur à combustion interne!. il ne sera pas entré en détail à ce sujet du fait qu'un tel fonctionnement d'un moteur à comDustion interne est suffisamment connu par l'état de la technique. Le catalyseur de démarrage 3 est prévu pour effectuer une éDuration fiable des gaz d'échappement dans la phase de i0 démarrage à froid du moteur à combustion interne 1 et est connu dans son principe, de sorte qu'on ne doit pas entrer an cet endroit plus en détail au sujet de ce catalyseur de démarrage 3. Le catalyseur de damarrage 3 n'est également pas non plus un constituant nécessaire de l'Ins.tallation d'épuraton des gaz d'échappement. Le système de gaz d'échappement 2 peut également être raccordé directement, avec le catalyseur adsorbeur de NOx 4, au moteur à combustion interne!- Egalement les fonctions de catalyseur adsorbeur de NOx 4 sont connues dans leur principe. Le catalyseur adsorbeur de NO,, 4 est exploité de manière alternée, en mode de fonctionnement en adsorbtion et en désorbtion, à ].'aide d'une unité de commande de combustion S électronioue, selon que i'on commande te moateur à combustion interne pour avoir des phases de fonctionnement maigres ou riches. Du fait de la faible consommation en carburant Dendant le fonctionnement en mode maigre, on cherche à ce que les phases de fonctionnement en mode riche nécessaires soient aussi courtes que possible. Pendant le fonct Lonnement en mode maigre, les oxydes d'azote émis sont captés dans le catalyseur adsorbeur d'oxyde d'azote et sont ainsi éliminés du flux de gaz d'échappement. Le passage en fonctionnement en désorbtion, c'est-à-dire la phase de fonct.onnement en régime riche du moteur, se fair dès que la capacité de capsation d'oxyde d'azote du catalyseur adsorbeur d'oxyde d'azote 4 est épuisée. En cas d'utilisation de carburant contenant du soufre cour le moteur à combustion interne 1, tel que ceci est le cas pour des carburants prévus pour des moteurs à combustion interne pour des véhicules automobiles, outre les oxydes d'azote, le soufre contenu dans les gaz d'échappement est stocké dans le catalyseur adsorbeur de NO, 4 sous forme de sulfate. Ce stockage du soufre mène à une réduction plus rapide de la capacité d'accumulation du catalyseur adsorbeur de NO%. Pour rendre instable et désorber les sulfates qui se sont fixés dans le catalyseur absorbeur de NO. 4, l'unité de commande de combustion S est réalisée de manière qu'elle puisse effectuer des processus de désulfatation du catalyseur absorbeur de NO, 4. Par une commande correspondante de l'unité de commande de combustion S, on obtient ainsi le fonctionnement souhaité au niveau du catalyseur adsorbeur de NOx 4, ce qui est représenté fonctiornnellement dans le dessin par des pointillés et des lignes avec des flèches, Au moyen de la commande correspondante de la désulfatation, le catalyseur adsorbeur de NCO 4 et ainsi, également, le système de gaz d'échapnement est ainsi exploité sur une durée déterminée, à des températures qui, de créférence, sont supérieures 6U00 C, avec des gaz d'échappement dont la composition correspond à un mélange riche. De ce tait, on émet des iiaisOns soufrées aui se composent essentiellement de dioxyde de soufre et d'acide sulfhydrique. Pour empêcher aus, du fait de l'acide sulLfhydrique émis, il se produise à a sortie du système de gaz d'échappement 2 une odeur prenante liée à la pollution olfactive résultante crrespondante, i est prévu, derrière le catalyseur adsorbeur de NTO 4, le catalyseur 5 qui a des proprtiétés d'oxydation, catalyseur dans lequel l'acide sulfhydrique réaait avec l'cxygène et peur ainsi être converti pour donDner du dioxyde de soufre et de l'eau. Du fait que, cependant, pendant le processus de désulfatation respectif, on a une composition riche des gaz d'échappement et que, ainsi, l'oxygène nécessité pour L1'oxydation de l'acide sulfhydrique fait défaut, entre le catalyseur adorbeur de NOx 4 et le catalyseur 5 ayant des propriétés d'oxydation, on insuffle dans le système de gaz d'échappement 2 de l'air secondaire par un processus d'apport d'air secondaire 6, cet air secondaire devant être en a antitê suffisante pour qu'on ait suffisamment d'oxygène pour la réaction de l'acide sulfhydrique. Le dispositif d'apport en air secondaire 6 présente une conduite d'amenée 7 débouchant dans le système de gaz d'échappement 2. En outre, est prévu un dispositif de pompage 8 qui assure l'insufflation de "air secondaire sous pression dans le système de gaz d'échappement. Ce dispositif de pompage, qui peut être une pompe à air secondaire connue de façon générale, un compresseur séparé un compresseur réalisé sous la forme d'un turbocompresseur appartenant au moteur à combustion interne 1, est commandé par la commande de désulfatation de l'unité de commande S, de manière que l'air secondaire soit insufflé exclusivement pendant que se produit le processus de désul'atation Le volume du catalyseur 5 ayant en des propriétés d'oxydation est nettement inférieur au volume du catalyseur absorbeur de NOX.; et peut également être inférieur au volume du catalyseur de démarrage 3. L'unité de commande de combustion S, avec la commande de désulfatation correspondante, sont réalisés de manière sue les signaux de données correspondants, émanant de la sonde d'oxygène positionnée derrière les catalyseurs 5 ayant des propriétés d'oxydation, ne soient pas surveillés 0O ou évalués pour la régulation lambda pendant 1'insuflation de!'air secondaire au moyen du dispositif d'apport en air secondaire 9, afin de ne provoquer aucun faux résultat, ni faux ordre de commande concernant la combustion. REVEND I CATIONS i. Installation d'épuration des gaz d'échappement pour un dispositif à combustion, en particulier pour un moteur à combustion interne pour véhicules automobiles, équipé d'un adsorbeur de NO, ainsi cue de moyens de commande (S) pour mettre en oeuvre des processus de désulfaration de l'absorbeur de NO, pour une composition riche des gaz d'échappement, caractérisé en ce que, en aval de.l'adsorbeur de NOX (4) est mis en circuit un cataiyseur (5) presentant des 0 propriltés d'oydation et, entre l'adscrbeur de NOx i4) et ie catalyseur (5) ayant des propriétés d'ox-ydation, est pré-vu un dispositif d'apport d'air secondaire (6), relié à des moyens de commande (S) de manière que de l'air secondaire soit introduit pendant les. processus de i5 désulfatation, entre l'adsorbeur de NOX (4) et le catalyseur (5) ayant des propriétés d'oxydation. 2. Installation d'épuration des gaz d'échappement selon la revendication 1, caractérisée en ce Due le catalyseur (5) ayant des propriétés d'oxydation, est réalisé sous la forme de catalyseur à trois.voies, à haute capacité d'accumulation d'oxygène. 3. Installation d'épuration des aaz d'échappement selon la revendication!, caractérisée en ce que l'absorbeur de NOx 4) et le catalyseur (5) ayant des propriétés d'oxydation sont intégrés dans un carter commun, et en ce que le dispos;tif d'apport d'air. secondaire (G) débouche entre un éiément monolithe de!ladsorbeur de NOx (4) et un élément monolithe du catalyseur (5) ayant des proDrietes d'oxydation. 4. Installation d'épuration des gaz d'échappement seionr la revenaication!, caractérisée en ce aue le dispositif d'apport d'air secondaire (6). présente un dispositif de Dompage (8). Z. installation d'épuration des gaz d'échappement 3_ seon la revendication i, caractérisée en ce que le dispositif d'apport d'air secondaire (6) présente un compresseur séparé. 6. Installation d'épuration des gaz d'échappement selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif d'apport d'air secondaire (6) est relié à un compresseur associé au dispositif de combustion. 7. Installation d'épuration des aaz d'échappement selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de commande (S) sont conçus de manière que les signaux 0 venant d'une sonde d'oxygène, mise en circuit en aval du catalyseur (5) ayant des propriétés d'oxydation, ne soient pas exploités pendant le processus d'introduction d'air secondaire par le dispositif d'apport d'air secondaire (6). 8. Procédé de mise en oeuvre de processus de désulfatation dans un adsorbeur NOx d'une installation d'pDuration de gaz d'échappement pour un dispositif de combustion, en particulier selon la revendication 1, l'adsorbeur de NOx étant en fonctionnement en un régime à composition riche des gaz d'échappement, caractérisé en ce vue l'acide sulfhydrique dégagé pendant le processus de désulfatation est réoxydé en aval de l'adsorbeur de NOx (4), avec introductiLon d'air secondaire, et converti en dioxyde de soufre et en eau, au moyen d'un catalyseur (5)