Brevet FR2844007A1 — publié le 20040305

Domaines de l'invention: La présente invention concerne un procédé pour diminuer les émissions de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne avec conversion des gaz d'échappement polluants (CO, HC, N0x) s dans un catalyseur et à la suite d'une phase de poussée correspondant à un fonctionnement sans alimentation en carburant de la chambre de combustion, on passe à un mode de fonctionnement avec alimentation en carburant et pour éliminer l'oxygène du catalyseur, on fait fonctionner le moteur à combustion interne tout d'abord avec un mélange riche 10 carburant/air dans la phase de dégagement (A). Etat de la technique: On connaît un procédé de ce type selon le document DE 43 36 922 A1. Selon ce procédé connu, on utilise l'oxygène des cavités de stockage à oxygène du catalyseur, l'alimentation en carburant 15 étant coupée, pendant que le moteur à combustion interne fonctionne en poussée, et qui a été chargé par l'air fourni, avec le début du fonctionnement suivant avec apport de carburant (fonctionnement normal) tout d'abord suivant un mélange riche carburant/air pour évacuer l'accumulation excessive d'oxygène du catalyseur et de réduire au mi20 nimum l'émission de matières polluantes par conversion des composants HC, CO et NOx. Comme le montre la figure 2, on atteint le minimum de la concentration en matières polluantes dans l'émission des gaz d'échappement en aval du catalyseur pour une composition du mélange correspondant à un coefficient X environ égal à 1. En dessous 25 de cette valeur du coefficient X égal à 1, c'est-à-dire pour un mélange riche, la concentration des composants HC et CO dans les gaz d'échappement augmente alors qu'au-dessus de la valeur X égal à 1, c'est- à-dire pour une teneur relativement élevée en oxygène, la teneur en NOx dans les gaz d'échappement augmente rapidement. Selon le do30 cument DE 42 36 922 A1, pour évacuer l'oxygène on introduit un mélange riche jusqu'à ce que la quantité accumulée du mélange riche dépasse un seuil prédéterminé ou une sonde lambda en aval du catalyseur détecte un mélange riche comme l'indiquent les figures 3 et 4. Selon la figure 3, en phase de poussée S, la valeur X dans 35 le canal des gaz d'échappement augmente considérablement. On aura, de façon correspondante, un dépassement de la tension USH de la sonde lambda en aval du catalyseur. Pour assurer le dégagement, à la suite de la phase de poussée S avec le début du fonctionnement normal, dans la phase de dégagement A, on enrichit le mélange à une valeur X. inférieure 5 à 1 et ainsi à la fin de la phase de dégagement la tension USH de la sonde lambda en aval du catalyseur remontera à une valeur correspondante lorsque l'excédent d'oxygène dans le catalyseur sera consommé. Dès que la sonde lambda, en aval du catalyseur, détecte un mélange riche on peut revenir à une valeur X égale à 1 mais tout le chemin entre 10 l'injecteur et en aval de la sonde est encore chargé du mélange riche. Il en résulte des émissions de composants HC et CO dans les gaz d'échappement directement après la mise en route. But de l'invention: La présente invention a pour but de développer un pro15 cédé du type défini ci-dessus permettant de diminuer les émissions polluantes des gaz d'échappement. Exposé et avantages de l'invention: A cet effet, l'invention concerne un procédé caractérisé en ce que pendant la phase de dégagement (A), on passe d'une phase de 20 dégagement initiale (AI) avec un mélange plus riche dans une phase de dégagement (A2) suivante avec un mélange moins riche et à partir de cette phase, à la fin de la phase de dégagement (A) on passe au mode de fonctionnement normal. Ainsi, pendant la phase de dégagement à partir de la 25 phase de dégagement initiale utilisant un mélange plus riche, on utilise, au cours de la phase de dégagement suivante, un mélange moins riche et on quitte cette phase de dégagement en passant en mode de fonctionnement normal. Grâce à la phase de dégagement initiale avec un mélange 30 plus riche, on élimine relativement rapidement l'oxygène accumulé dans les accumulateurs d'oxygène du catalyseur. Comme le mélange est moins riche au cours de la phase de dégagement suivante, l'enrichissement du mélange dans le chemin compris entre la formation du mélange dans la conduite d'admission et la sonde arrière arrivera à 35 une valeur proche de la valeur X optimale égale à 1 si bien que l'oxygène continuera d'être éliminé des volumes de stockage du catalyseur et la composition du mélange dans le chemin compris entre la formation du mélange et la sonde lambda arrière se situera déjà proche de la valeur optimale, lorsque la composition du mélange au cours du fonctionne5 ment suivant la phase de dégagement sera régulée sur une valeur X = 1 optimale pour avoir une émission minimale de gaz d'échappement. On diminue considérablement l'émission des gaz d'échappement si l'enrichissement du mélange dans la phase de dégagement suivante correspond au moins à un tiers de la différence entre 10 l'enrichissement du fonctionnement normal et l'enrichissement dans la phase de dégagement initiale. Un développement avantageux du procédé consiste à maintenir la valeur X de l'enrichissement dans la phase de dégagement initiale à un niveau compris entre 0,85 et 0,95 et de maintenir la valeur 15 X de l'enrichissement dans la phase de dégagement ensuite entre 0,95 et 0,99, et en fonctionnement normal, la valeur X étant fixée à 1,0. Un autre développement avantageux consiste à régler la valeur X pendant la phase initiale et/ou la phase de dégagement suivante en fonction de la quantité accumulée du mélange riche. On obtient différents développements avantageux du fait que pendant la phase initiale et/ou la phase de dégagement postérieure, on maintienne la valeur X en fonction de l'intégrale selon le temps du produit du débit massique d'air m' et de la déviation de la valeur X par rapport à la valeur 1 suivant la formule S (1-k)-m' dt, ou si 25 pendant la phase de dégagement initiale et/ou la phase de dégagement postérieure, on choisit la valeur X directement en fonction du temps. Pour optimiser encore plus la réduction de l'émission des gaz d'échappement, on raccourcit au moins la phase de dégagement initiale en fonction du vieillissement du catalyseur à des intervalles de 30 temps déterminés ou en fonction de valeurs obtenues par un diagnostic. Pour les opérations de dégagement et pour réduire l'émission des gaz d'échappement, il est en outre avantageux que la phase de dégagement suivante soit maintenue jusqu'à ce qu'une sonde lambda située en amont, derrière le catalyseur, détecte un mélange ri35 che inférieur à X = 1. La durée de la phase de dégagement suivante est par exemple de 1/4 à 3/4 de la durée de la phase de dégagement. Dessins: La présente invention sera décrite de manière plus dé5 taillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de mise en oeuvre d'un procédé pour réduire l'émission des matières polluantes, - la figure 2 est une vue schématique montrant la relation entre la 10 concentration de matières polluantes et la composition du mélange, - la figure 3 est une vue schématique de l'évolution de la composition du mélange pendant le fonctionnement en mode de poussée suivie d'une phase de dégagement d'oxygène selon l'état de la technique, - la figure 4 est une vue schématique de l'évolution de la tension d'une 15 sonde lambda en aval d'un catalyseur selon l'état de la technique, - la figure 5 est une vue schématique de la courbe de la composition du mélange selon l'invention, la figure 6 est une vue schématique de la courbe de tension d'une sonde lambda derrière le catalyseur en fonction de la composition du 20 mélange selon la figure 5. Description de modes de réalisation: La figure 1 est un schéma par bloc d'un dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé pour réguler la composition d'un mélange avec possibilité d'une alimentation en carburant pendant le mode de 25 poussée d'un moteur à combustion interne 1 comme par exemple dans une montée. La partie représentée du circuit de régulation montre, du côté de l'entrée du moteur à combustion interne 1, une conduite d'admission 7 avec une installation d'injection 6 et en sortie du moteur 1, un canal de gaz d'échappement 8 avec une sonde lambda 4 en amont 30 d'un catalyseur 3 et une sonde lambda 5 en aval du catalyseur 3. Les signaux des sondes lambda 4, 5 sont appliqués à l'unité de commande électronique 2 située dans la branche de réaction. Cette unité calcule les signaux et intègre dans la commande l'installation d'injection 6 pour réguler une composition optimale du mélange. La figure 2 montre schématiquement la relation entre la concentration des gaz d'échappement en aval du catalyseur, c'est-à-dire les composants HC, CO d'une part et NOx d'autre part suivant la composition du mélange exprimée sous la forme du coefficient S. Pour une 5 composition de mélange correspondant à X = 1, la concentration des gaz d'échappement (dans le cas du moteur à essence) est de façon connue la plus faible. Pour des valeurs X supérieures à 1, les composants NOx dans les gaz d'échappement augmentent fortement alors qu'en-dessous de la valeur X = 1, les composants HC et CO des gaz d'échappement 10 augmentent considérablement. Comme le montrent les figures 3 et 4, pendant une phase de poussée S en mode de poussée, la teneur en oxygène augmente du fait de l'air aspiré dans les cavités de stockage du catalyseur 3 si bien que lors du fonctionnement normal consécutif, pour une alimentation 15 de carburant, on aura une forte augmentation des composants NOx. Pour éliminer l'oxygène aussi rapidement que possible des cavités de stockage du catalyseur 3, on fait suivre la phase de poussée S d'une phase de dégagement A avec une composition riche du mélange comme cela est décrit de manière plus détaillée dans le document 20 DE 42 36 922 A1 évoqué ci-dessus. La durée de la phase de dégagement est obtenue par exemple en faisant l'intégrale en fonction du temps, du débit massique d'air rapporté à l'unité de temps et de la déviation de la composition du mélange X par rapport à la valeur 1. En variante ou en plus, on peut également maintenir la phase de dégage25 ment A jusqu'à ce que la sonde lambda 5 installée en aval derrière le catalyseur 3 détecte un mélange riche. La figure 4 montre la courbe de tension USH de la sonde lambda 5 en aval du catalyseur. Ainsi, en phase de poussée S, la tension USH s'effondre et reste au niveau bas jusqu'à l'arrivée d'un mélange riche. Selon les figures 5 et 6 qui montrent également la composition du mélange X et la tension USH de la sonde lambda 5 en aval du catalyseur 3, pour la phase de dégagement A faisant suite à la phase de poussée S, on règle la composition du mélange dans la phase initiale de dégagement Ai tout d'abord avec un mélange relativement riche; dans 35 la phase de dégagement suivante A2 on passe à un mélange moins riche pour la composition pour se rapprocher de la valeur X = 1. De cette manière, dès avant la reprise de la régulation sur la valeur optimale X = 1, le chemin entre la formation du mélange, en particulier l'injecteur et la sonde lambda arrière 5, sera rempli d'un mélange moins riche si bien 5 que pour le fonctionnement suivant en liaison avec la phase de dégagement A, la composition du mélange X sera déjà relativement proche de la valeur X optimale et garantira ainsi que les composants HC, CO des gaz d'échappement de même que les composants NOx de toute façon faibles pour un mélange riche, soient extrêmement réduits. Au cours de 10 la phase de dégagement A2 suivante, on éliminera de la même manière la teneur en oxygène dans les cavités de stockage des catalyseurs 3. Comme en fonction du vieillissement ZA du catalyseur 3, les cavités de stockage d'oxygène diminuent, on peut raccourcir la phase de dégagement en particulier la phase de dégagement initiale A1 15 comme indiqué à la figure 5. Selon la figure 6, la courbe de tension USH peut également changer en fonction du temps t de sorte que pour un vieux catalyseur aK, le niveau de tension bas sera plus court que pour un nouveau catalyseur nK puisque le mélange riche sera plus perceptible sur la sonde lambda 5 en aval du catalyseur 3 du fait des petites 20 cavités de stockage d'oxygène. La durée de la phase de dégagement initiale A1 et de la phase de dégagement suivante A2 ainsi que la durée totale de la phase de dégagement A peuvent être commandées ou régulées selon les algorithmes empiriques en fonction du temps ou du flux massique d'air sui25 vant la déviation de la composition du mélange X par rapport à la valeur X = 1 par calcul de la quantité accumulée du mélange riche (intégrale en fonction du temps de (1 - ?) quantité d'air ml); ce mode de fonctionnement pourra être maintenu jusqu'à ce que cette quantité dépasse un seuil. En plus, on peut maintenir la phase de dégagement suivante A2 30 jusqu'à ce que la sonde lambda détecte un mélange riche derrière le catalyseur. Pour la phase de dégagement initiale A1, la composition du mélange X se situe par exemple dans une plage comprise entre 0,88 et 0,92 alors que dans la phase suivante A2, la composition du mélange 35 X se situe dans une plage comprise entre 0,96 et 0,99. Le passage entre les valeurs X correspondant à la phase de dégagement initiale A1 et la phase de dégagement suivante A2 peut se faire par une commande appropriée ou une régulation en procédant de manière continue. REVEND I CATI O NS 1 ) Procédé pour diminuer les émissions de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne avec conversion des gaz d'échappement polluants (CO, HC, NOx) dans un catalyseur (3) et à la suite d'une phase 5 de poussée correspondant à un fonctionnement sans alimentation en carburant de la chambre de combustion, on passe à un mode de fonctionnement avec alimentation en carburant et pour éliminer l'oxygène du catalyseur 3, on fait fonctionner le moteur à combustion interne tout d'abord avec un mélange riche carburant/air dans la phase de dégage10 ment (A), caractérisé en ce que pendant la phase de dégagement (A), on passe d'une phase de dégagement initiale (A1) avec un mélange plus riche dans une phase de dégagement (A2) suivante avec un mélange moins riche et à partir de cette 15 phase, à la fin de la phase de dégagement (A) on passe au mode de fonctionnement normal. 2 ) Procédé pour diminuer les émissions de gaz d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enrichissement du mélange dans la phase de dégagement suivante (A2) est supérieur d'au moins un tiers de la différence entre l'enrichissement en mode normal et l'enrichissement dans la phase de dégagement initiale (A1), par rapport à celle-ci. 3 ) Procédé pour diminuer les émissions de gaz d'échappement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu' on maintient la valeur x de l'enrichissement dans la phase de dégage30 ment initiale (A1) entre 0,85 et 0,95 et la valeur X de l'enrichissement de la phase suivante (A2) entre 0,95 et 0,99 et pendant le mode de fonctionnement normal la valeur X est fixée à 1,0. 4 ) Procédé pour diminuer les émissions de gaz d'échappement selon la 35 revendication 1, caractérisé en ce que pendant la phase de dégagement initiale (A1) et/ou la phase de dégagement suivante (A2) on règle la valeur X en fonction de la quantité accumulée du mélange riche. ) Procédé pour diminuer les émissions de gaz d'échappement selon la revendication 4, caractérisé en ce que pendant la phase de dégagement initiale (A1) et/ou la phase de dégage10 ment suivante (A2) on maintient la valeur X en fonction de l'intégrale du temps, du produit, du débit massique d'air m' et de la déviation de la valeur lambda par rapport à la valeur 1 suivant l'intégral S (1-).m' dt. 6 ) Procédé pour diminuer les émissions de gaz d'échappement selon 15 l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que pendant la phase de dégagement initiale (A1) et/ou la phase de dégagement suivante (A2) on choisit la valeur X en fonction du temps (t). 7 ) Procédé pour diminuer les émissions de gaz d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on raccourcit au moins la phase de dégagement initiale (Ai) en fonction croissante du vieillissement du catalyseur (3) dans des intervalles de 25 temps donnés ou en fonction de valeurs de diagnostic. 8 ) Procédé pour diminuer les émissions de gaz d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on maintient la phase de dégagement suivante (A2) jusqu'à ce que la sonde lambda (5) en aval du catalyseur (3) détecte un mélange riche inférieur à X 1. 9 ) Procédé pour diminuer les émissions de gaz d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la durée de la phase de dégagement suivante (A2) représente sensible5 ment entre 1/4 et 3/4 de la phase de dégagement total (A).