Brevet FR2819854A1 — publié le 20020726

"Procédé de pilotage d'un système de traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne" L'invention concerne un procédé de pilotage d'un système de traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de pilotage d'un système de traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne notamment d'un moteur diesel ou d'un moteur à essence à mélange pauvre qui comporte un piège à oxydes d'azote qui est disposé dans une ligne dans laquelle s'écoule les gaz d'échappement du moteur. Les moteurs diesels et certains moteurs récents émettent des substances polluantes telles que des hydrocarbures imbrûlés, des oxydes de carbone et des oxydes d'azote. On connaît des systèmes de traitement des gaz d'échappement, tels que des pots catalytiques, qui permettent de diminuer l'émission de telles substances polluantes. Les pots catalytiques ont pour fonction de transformer les espèces chimiques polluantes en espèces moins polluantes. Un catalyseur, appelé catalyseur à trois voies ou trifonctionnel, est souvent utilisé. Dans certaines conditions il oxyde les hydrocarbures imbrûlés, ainsi que les oxydes de carbone, en dioxydes de carbone et il peut aussi réduire les oxydes d'azote. Cependant, les moteurs à combustion interne fonctionnant en mélange pauvre ne présentent que rarement les conditions permettant de réduire les oxydes d'azote. On définit un mélange pauvre comme étant un mélange d'air et de carburant pour laquelle la richesse est inférieure à 1, c'est-à-dire qu'il présente plus de 14,6 grammes d'air pour 1 gramme de carburant. Pour éviter qu'une trop grande quantité d'oxydes d'azote soit émise dans l'atmosphère, il est connu d'agencer dans le conduit d'échappement un catalyseur appelé piège à oxydes d'azote. Un tel catalyseur permet le stockage des oxydes d'azote présents dans les gaz d'échappement lorsque le mélange aircarburant provenant du moteur est pauvre. La capacité de stockage d'un tel catalyseur est diminuée par la présence de soufre dans le carburant. En effet, le soufre se fixe sur les zones catalytiques destinées à piéger les oxydes d'azote, et réduit de ce fait son efficacité. On dit alors que le piège à oxydes d'azote est empoisonné. De façon à supprimer cet empoisonnement, il est connu d'agencer un autre catalyseur possédant la propriété d'absorber le soufre, appelé piège à oxydes de soufre, dans le conduit d'échappement en amont du piège à oxydes d'azote. Un tel catalyseur permet de piéger le soufre contenu dans les gaz d'échappement lorsque la richesse du carburant est inférieure à 1. Bien entendu, la capacité d'absorption du piège à oxydes de soufre est limitée. Il est donc nécessaire de réaliser des purges périodiques de façon à le régénérer. Les purges consistent à augmenter la température des gaz échappement jusqu'à une température déterminée de façon que le soufre stocké dans le piège soit libéré. Cependant, une partie du soufre libéré arrive sur le piège à oxydes d'azote situé en aval, et elle est absorbée par les zones catalytiques. Ceci provoque l'empoisonnement du piège à oxydes d'azote. De façon à remédier à cet inconvénient, l'invention propose un procédé permettant d'éviter l'empoisonnement du piège à oxydes d'azote par le soufre libéré lors de la régénération du piège à oxydes de soufre. Pour ce faire l'invention propose un procédé de pilotage d'un système de traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, notamment d'un moteur diesel ou d'un moteur à essence fonctionnant en mélange pauvre qui comporte un piège à oxydes de soufre et un piège à oxydes d'azote qui sont disposés successivement dans une ligne dans laquelle s'écoule les gaz d'échappement du moteur, caractérisé en ce que, lors de la régénération du piège à oxydes de soufre, on modifie la composition des gaz d'échappement, pendant une première durée prédéterminée, de façon que le piège à oxydes d'azote soit traversé par des gaz d'échappement réducteurs, puis on augmente la température des gaz d'échappement jusqu'à une température supérieure ou égale à la température de régénération du piège à oxydes de soufre de façon à libérer les oxydes de soufre stockés dans le piège, tout en poursuivant la modification de la composition des gaz d'échappement de façon que les gaz qui traversent le piège à oxydes d'azote soient réducteurs jusqu'à ce que tous les oxydes de soufre libérés aient traversé le piège à oxydes d'azote. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - la modification de la composition des gaz d'échappement est réalisée par augmentation de la richesse du mélange aircarburant jusqu'à une valeur supérieure à la richesse stoechiométrique ; - la modification de la composition des gaz d'échappement est réalisée par injection d'une substance réductrice dans les gaz d'échappement en amont du piège à oxydes d'azote ; - la température des gaz d'échappement est augmentée par des moyens de chauffage additionnels tels qu'une résistance électrique de chauffage ; - la température des gaz d'échappement est augmentée par augmentation de la quantité de carburant injectée dans la chambre de combustion du moteur ; - la température des gaz d'échappement est augmentée par la commande du début de l'inflammation du mélange aircarburant dans une chambre de combustion d'au moins un cylindre du moteur ; - le début de l'inflammation du mélange air-carburant est déphasé par rapport au passage du piston au point mort haut dans le cylindre ; - le début de l'inflammation du mélange air-carburant est retardé d'une seconde durée prédéterminée en fonction du point de fonctionnement du moteur ; - la température des gaz d'échappement est augmentée par la postcombustion d'une quantité prédéterminée de carburant ; - la première durée prédéterminée correspond à la rotation de 10 degrés d'angle de rotation du vilebrequin du moteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera à la figure unique qui représente schématiquement une ligne d'échappement d'un moteur à combustion équipée d'un système de traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. On a représenté sur la figure unique un système de traitement 10 des gaz d'échappement G d'un moteur à combustion interne 12. Le moteur 12 peut être un moteur diesel ou un moteur à essence fonctionnant en mélange pauvre tel que, par exemple, un moteur à essence à injection directe. Une ligne 14 d'échappement permet l'écoulement des gaz G du moteur vers l'atmosphère. Un système de traitement 10 destiné à purifier les gaz d'échappement G est agencé à l'intérieur de la ligne 14. Il se compose principalement d'un catalyseur 16 situé dans une chambre 18. Le catalyseur 16 est constitué d'une structure sur laquelle est déposée une substance permettant de stocker les oxydes d'azote lorsque les gaz d'échappement G sont oxydants et de les libérer lorsque les gaz d'échappement G sont réducteurs. Ladite substance permet aussi de stocker les oxydes de soufre qui sont contenus dans les gaz d'échappement lorsque le mélange air-carburant est pauvre. Le catalyseur 16 peut aussi comporter une substance qui permet de réduire les oxydes d'azote lorsque le mélange aircarburant est riche. Le catalyseur 16 peut encore comporter des substances permettant d'oxyder des hydrocarbures imbrûlés, ainsi que les oxydes de carbone présents dans les gaz d'échappement qui circulent dans la ligne 14. Le catalyseur 16 est ici réalisé en un seul élément structurel qui permet de remplir une ou plusieurs des fonctions décrites ci-dessus. Selon une variante, le catalyseur 16 peut être constitué de plusieurs éléments structurels permettant chacun de remplir une ou plusieurs des fonctions décrites ci-dessus. Dans la suite de la description, on ne traitera que de la fonction de stockage des oxydes d'azote du catalyseur 16. Il sera donc appelé piège à oxydes d'azotes 16. De façon à piéger les oxydes de soufre contenus dans les gaz d'échappement G avant qu'ils n'empoisonnent le piège à oxydes d'azotes 16, un second catalyseur 20 est agencé dans la ligne d'échappement 14 en amont du piège à oxydes d'azotes 16. Le second catalyseur 20 comporte principalement une substance ayant notamment des propriétés pour absorber ou piéger les oxydes de soufre contenus dans les gaz d'échappement G. Un tel catalyseur 20 sera appelé piège à oxydes de soufre dans la suite de la description. Le second catalyseur 20 comporte une substance qui permet de piéger les oxydes de soufre lorsque le mélange aircarburant est pauvre et de les libérer lorsque la température des gaz d'échappement est supérieure à une valeur de seuil qui peut être de l'ordre de 500 cl. La ligne 14 d'échappement peut aussi être équipée de capteurs 22 qui permettent par exemple de déterminer la concentration en oxydes de soufre et en oxydes d'azote des gaz d'échappement G, en amont et en aval du piège à oxydes d'azotes 16 respectivement. Les capteurs 22 sont ici reliés à un système électronique de traitement d'informations 24. Lorsque la concentration en oxydes de soufre et/ou en oxydes d'azote des gaz d'échappement G sont supérieures à des valeurs prédéterminées, le système électronique de traitement 24 permet de déclencher la régénération du piège à oxydes de soufre 20 et/ou du piège à oxydes d'azotes 16 respectivement. Pour que les oxydes de soufre, qui sont libérés lors de la phase de régénération du second catalyseur 20, n'empoisonnent pas le piège à oxydes d'azotes 16, l'invention propose un procédé de pilotage du système de traitement 10 des gaz d'échappement du moteur à combustion 12 selon lequel, lors de la régénération du piège à oxydes de soufre 20, on modifie la composition des gaz d'échappement pendant une première durée prédéterminée, de façon que le piège à oxydes d'azote 16 soit traversé par des gaz réducteurs. On augmente ensuite la température des gaz d'échappement jusqu'à une température supérieure ou égale à la température de régénération du piège à oxydes de soufre pour libérer les oxydes de soufre stockés dans le piège 20, tout en poursuivant la modification de la composition des gaz d'échappement de façon que les gaz qui traversent le piège à oxydes d'azote restent réducteurs, et ceci jusqu'à ce que tous les oxydes de soufre libérés aient traversé le piège à oxydes d'azote. Ainsi, le procédé de pilotage du système de traitement 10 pour la régénération du second catalyseur 20 se décompose en deux phases. Au cours de la première phase, on modifie la composition des gaz d'échappement G de façon qu'ils soient réducteurs. Cette première phase se poursuit pendant une première durée qui correspond à la durée nécessaire pour que les gaz d'échappement G deviennent réducteurs dans la ligne 14 au niveau de piège à oxydes d'azote 16. La modification de la composition des gaz d'échappement G peut être réalisée par un pilotage particulier de l'injection du carburant dans au moins une chambre de combustion d'un cylindre du moteur. Ainsi la modification de la composition des gaz d'échappement peut être réalisée par augmentation de la richesse du mélange air-carburant jusqu'à une valeur supérieure à la richesse stcechiométrique. Selon une variante, la modification de la composition des gaz d'échappement peut aussi être réalisée par l'injection d'une substance réductrice, telle que du carburant, dans la ligne 14 d'échappement, par un injecteur 26 situé, conformément à la figure unique, en aval du piège à oxydes de soufre 20, et en amont du piège à oxydes d'azote 16. Selon une variante l'injecteur 26 peut aussi être situé en amont du piège à oxydes de soufre 20. La première durée dépend notamment de la longueur et du volume de la portion de la ligne 14 d'échappement située entre le moteur 12 et le piège à oxydes d'azote 16. La première durée prédéterminée peut être de l'ordre d'une seconde. La première durée est variable en fonction notamment, du débit d'air qui circule dans la ligne d'échappement 14. Dans ce milieu réducteur, le piège à oxydes d'azotes 16 ne peut pas absorber des oxydes de soufre. La deuxième phase consiste à augmenter la température des gaz échappement G, tout en maintenant la richesse du mélange air-carburant à une valeur supérieure à la richesse stoechiométrique pour que les gaz d'échappement G soient réducteurs. L'augmentation de la température des gaz permet de régénérer le piège à oxydes de soufre 20. En effet, l'augmentation de la température des gaz d'échappement G pour les porter à une température supérieure ou égale à la température de régénération du piège à oxydes de soufre 20 permet de libérer les oxydes de soufre stockés. Les oxydes de soufre libérés traversent alors le piège à oxydes d'azotes 16 sans y être stockés, puisque les gaz d'échappement G sont réducteurs, et que le stockage des oxydes de soufre par le piège à oxydes d'azotes 16 n'est possible que lorsque les gaz d'échappement G sont oxydants. La richesse du mélange air-carburant doit être maintenue à une valeur supérieure à la richesse stoechiométrique de façon que les gaz d'échappement G qui traversent le piège à oxydes d'azote 16 soient réducteurs tant qu'ils contiennent des oxydes de soufre libérés par le piège 20. Ainsi, la richesse du mélange air-carburant peut être maintenue à une valeur supérieure à la richesse stoechiométrique durant toute la régénération du piège à oxydes de soufre 20. Avantageusement, le retour à une richesse du mélange aircarburant inférieure à la richesse stoechiométrique peut être anticipé par rapport à la fin de la phase de régénération du piège à oxydes de soufre 20. En effet, la durée de l'anticipation correspond au temps mis par les gaz d'échappement G pour circuler du moteur 12 au piège à oxydes de soufre 20. La température des gaz d'échappement G peut par exemple être augmentée par des moyens de chauffage additionnels, non représentés, tels qu'une résistance électrique de chauffage. La température des gaz d'échappement peut aussi être augmentée par augmentation de la quantité de carburant injectée dans la chambre de combustion du moteur 12 ou par la commande du début de l'inflammation du mélange air-carburant dans une chambre de combustion d'au moins un cylindre du moteur 12. Pour un moteur diesel ou pour un moteur essence à injection directe, la commande du début de l'inflammation du mélange air-carburant peut être obtenue par la commande du début de l'injection du carburant dans une chambre de combustion du moteur. Pour un moteur à essence la commande du début de l'inflammation du mélange air-carburant peut notamment être obtenue par la commande de l'instant d'allumage du carburant. La commande du début de l'inflammation du mélange aircarburant peut consister en un déphasage du début de l'inflammation par rapport au passage du piston au point mort haut dans le cylindre. Le déphasage peut être un retard d'une seconde durée prédéterminée en fonction du point de fonctionnement du moteur qui peut être exprimée en degrés d'angle de rotation du vilebrequin. Selon une variante, la température des gaz d'échappement est augmentée par la postcombustion d'une quantité prédéterminée de carburant. La modification de la composition des gaz d'échappement peut aussi être réalisée par injection d'une substance réductrice dans les gaz d'échappement G en amont du piège à oxydes d'azote. Dans ce cas, le système électronique de traitement 24 peut piloter l'ouverture et la fermeture de l'injecteur 26 qui est ici situé entre l'aval du piège à oxydes de soufre 20 et l'amont du piège à oxydes d'azote 16. Selon une variante, l'injecteur 26 peut être agencé en amont du piège à oxydes de soufre 20. L'injecteur peut injecter une substance réductrice qui est avantageusement le carburant utilisé dans le moteur 12. REVENDICATIONS 1. Procédé de pilotage d'un système de traitement (10) des gaz d'échappement (G) d'un moteur à combustion interne (12), notamment d'un moteur diesel ou d'un moteur à essence fonctionnant en mélange pauvre qui comporte un piège à oxydes de soufre (20) et un piège à oxydes d'azote (16) qui sont disposés successivement dans une ligne (14) dans laquelle s'écoule les gaz d'échappement (G) du moteur (12), caractérisé en ce que, lors de la régénération du piège à oxydes de soufre (20), on modifie la composition des gaz d'échappement (G), pendant une première durée prédéterminée, de façon que le piège à oxydes d'azote (16) soit traversé par des gaz d'échappement (G) réducteurs, puis on augmente la température des gaz d'échappement (G) jusqu'à une température supérieure ou égale à la température de régénération du piège à oxydes de soufre (20) pour libérer les oxydes de soufre stockés dans le piège (16), tout en poursuivant la modification de la composition des gaz d'échappement (G) de façon que les gaz d'échappement (G) qui traversent le piège à oxydes d'azote (16) restent réducteurs jusqu'à ce que tous les oxydes de soufre libérés aient traversé le piège à oxydes d'azote (16). 2. Procédé de pilotage d'un système de traitement (10) des gaz d'échappement (G) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la modification de la composition des gaz d'échappement (G) est réalisée par augmentation de la richesse du mélange air-carburant jusqu'à une valeur supérieure à la richesse stoechiométrique. 3. Procédé de pilotage d'un système de traitement (10) des gaz d'échappement (G) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la modification de la composition des gaz d'échappement (G) est réalisée par injection d'une substance réductrice dans les gaz d'échappement (G) en amont du piège à oxydes d'azote (16). 4. Procédé de pilotage d'un système de traitement (10) des gaz d'échappement (G) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température des gaz d'échappement (G) est augmentée par des moyens de chauffage additionnels tels qu'une résistance électrique de chauffage. 5. Procédé de pilotage d'un système de traitement (10) des gaz échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température des gaz d'échappement (G) est augmentée par augmentation de la quantité de carburant injectée dans la chambre de combustion du moteur (12). 6. Procédé de pilotage d'un système de traitement (10) des gaz d'échappement (G) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température des gaz d'échappement (G) est augmentée par la commande du début de l'inflammation du mélange air-carburant dans une chambre de combustion d'an moins un cylindre du moteur (12). 7. Procédé de pilotage d'un système de traitement (10) des gaz d'échappement (G) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le début de l'inflammation du mélange aircarburant est déphasé par rapport au passage du piston au point mort haut dans le cylindre. 8. Procédé de pilotage d'un système de traitement (10) des gaz d'échappement (G) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le début de l'inflammation du mélange aircarburant est retardé d'une seconde durée prédéterminée en fonction du point de fonctionnement du moteur (12). 9. Procédé de pilotage d'un système de traitement (10) des gaz d'échappement (G) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température des gaz d'échappement (G) est augmentée par la postcombustion d'une quantité prédéterminée de carburant. 10. Procédé de pilotage d'un système de traitement (10) des gaz d'échappement (G) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première durée prédéterminée est de l'ordre d'une seconde.