Brevet FR2841297A1 — publié le 20031226

revendications 1 a 4. 1 2841297 "Procede de traitement des gaz d'echappement d'un moteur a combustion a essence" L'invention concerne un procede de traitement des gaz d'echappement d'un moteur a combustion a essence. L'invention concerne plus particulierement un procede de traitement des gaz d'echappement d'un vehicule automobile comportant un moteur a combustion a essence qui comporte plusieurs cylindres et une ligne d'echappement qui comporte, respectivement d'amont en aval, un piege a hydrocarbures et un o catalyseu r d u type trifonction nel. Le procede comporte une phase de montee en temperature du catalyseur jusqu'a une temperature de seuil determinee au- dela de iaquelle ie catalyseur est en mesure de traiter efficacement la totalite des hydrocarbu res em is en amont. De fa,con a reduire les emissions de substances polluantes telles que notamment les oxydes d'azote, les hydrocarbures imbrules et les oxydes de carbone, les dispositifs d'echappement des moteur a essence vent equipes, de maniere connue, de catalyseurs de type "trots voles", ou catalyseurs trifonctionnels, o de fa,con a provoquer la reaction des substances polluantes qui les traversent, pour diminuer les emissions nocives. De tels catalyseurs doivent fonctionner avec un melange carbure dont le rapport entre la masse de carburant et la masse d'air est proche de la richesse stcechiometrique. Dans le cadre des normes de depollution de plus en plus severes, on cherche a ameliorer le traitement des hydrocarbures pendant la phase de montee en temperature du catalyseur trifonctionnel. A cet effet, on agence dans le dispositif d'echappement un o piege a hydrocarbures, en amont du catalyseur trifonctionnel. Ce piege stocke les hydrocarbures jusqu'a ce que sa temperature atteigne une valeur definie par conception, cite temperature de re-largage, a partir de laquelle il libere les hydrocarbures dans la ligne d'echappement. Ces hydrocarbures liberes par le piege doivent ensuite etre traites par le catalyseur trifonctionnel place en aval du piege, ou directement par ['element de catalyseur trifonctionnel du piege, lorsque lton est en presence d'un piege a hydrocarbures catalyse. s Or, le traitement des hydrocarbures liberes par le piege ne peut etre efficace que lorsque le catalyseur trifonctionnel est amorce, c'est a dire lorsque la temperature du catalyseur a atteint une valeur cite d'amor,cage, qui est definie par conception, et qui est superieure a la temperature de re-largage du piege. o La temperature d'amorcage du catalyseur etant superieure a ia temperature de re-largage du piege, au cours de la montee en temperature des elements de la ligne d'echappement, le piege commence a liberer les hydrocarbures stockes avant que le catalyseur n'ait atteint sa temperature d'amor,cage. Par consequent, tent que le catalyseur n'a pas atteint sa temperature d'amor,cage, les hydrocarbures liberes par le piege ne vent pas ou peu traites. L' invention vise a remed ier a cet inconvenient. A cet effet, I'invention propose un procede de traitement o des gaz d'echappement du type decrit precedemment, caracterise en ce qu'il comporte une etape de repartition de richesse qui est mise en osuvre pendant la phase de montee en temperature du catalyseur pour accelerer cette montee en temperature, et qui consiste a produire, d'un cylindre a l'autre, des ecarts de richesse entre les melanges carbures, tout en rnaintenant la richesse moyenne des melanges carbures proche de la richesse stcechiometrique, de maniere a augmenter les emissions de monoxyde de carbone et de dioxygene dans les gaz d'echappement du moteur, en vue de provoquer des reactions o exothermiques dans le catalyseur. Selon d'autres caracteristiques de ['invention: - les ecarts de richesse entre les melanges carbures vent produits en ponderant la duree d'injection du carburant dans chaque cylindre par un coefficient determine; J ' 2841297 - I'etape de repartition de richesse est mise en ceuvre des que le catalyseur atteint une temperature minimale determinee qui correspond a une efficacite minimale de traitement du monoxyde de carbone; - I'etape de repartition de richesse est mise en ceuvre au moins jusqu'a ce que le piege a hydrocarbures atteigne une temperature cite d'amor,cage, qui correspond a une efficacite minimale de traitement des hydrocarbures emis en amont; - I'etape de repartition de richesse est mise en osuvre o jusqu'a ce que le catalyseur atteigne une efficacite de traitement des hydrocarbures sensiblement egale a quatre-vingt-dix pourcents. D'autres caracteristiques et avantages de ['invention apparatront a la lecture de la description detaillee qui suit pour la comprehension de laquelle on se reportera aux figures annexses parmi lesquelles: - la figure 1 represente schematiquement un systeme de traitement des gaz d'echappement d'un moteur a combustion pour la mise en ocuvre du procede selon ['invention; - la figure 2 est un diagramme schematique qui illustre, en fonction du temps, la montee en temperature du catalyseur et du piege a hydrocarbure du systeme d'echappement de la figure 1, lorsque l'on met en ouvre le procede selon ['invention; - la figure 3 est un diagramme schematique qui illustre, en fonction du temps, I'efficacite de traitement des hydrocarbures par le systeme de traitement de la figure 1. On a represente sur la figure 1, un systeme de traitement des gaz d'echappement G d'un moteur a combustion a essence 12 d'un vehicule automobile, pour la mise en ouvre du procede selon ['invention. Le moteur 12 est alimente en air frais par un conduit d'admission 14. Des injecteurs 16 peuvent etre agences dans des tron,cons aval 18 du conduit d'admission 14, ou directement dans les chambres de combustion du moteur 12, de fa,con a fournir au J l moteur 12 la quantite de carburant necessaire a son fonction nement. On a represente ici un moteur 12 comportant quatre cylindres C1, C2, C3, C4. Bien entendu, I'invention s'applique aussi a des moteurs comportant un nombre de cylindres superieur ou inferieur a quatre. Une unite electronique de commande 20 permet de gerer le fonctionnement du moteur 12. L'unite electronique 20 controle notamment les injecteurs o 16 et ['admission d'air dans le conduit d'admission 14, de maniere a introduire dans chaque cylindre C1, C2, C3, C4 un melange carbure de richesse determinee. Une ligne d'echappement 22 permet ['evacuation des gaz G du moteur 12 issus de la combustion, vers ['atmosphere. Un systeme de traitement destine a purifier les gaz d'echappement G est interpose dans la ligne 22. II comporte, respectivement agences d'amont en aval, un piege a hydrocarbures 24 et un catalyseur trifonctionnel 26. Des moyens de mesure, tels que des capteurs de pression o et des capteurs de temperature (non representes) peuvent etre disposes sur la ligne d'echappement 22, en amont et en aval du piege 24 et du catalyseur 26, en vue de fournir des informations utiles a ['unite electronique 20 pour la commande du moteur 12. Une sonde a oxygene, ou sonde lambda 28, est agencee dans la ligne d'echappement 22, en amont du piege 24. Cette sonde 28 permet a ['unite electronique 20 de determiner si le melange carbure introduit dans les cylindres C1, C2, C3, C4 est riche ou pauvre. L'unite electronique 20 exploite les informations fournies par la sonde 28 pour reguler la richesse du melange o carbure introduit dans les cylindre en vue de maintenir le coefficient d'air lambda, qui designe le rapport entre la masse d'air admise et le besoin theorique en air pour une combustion stcechiometrique, dans un intervalle de valeurs appele fenetre catalytique. s La fenetre catalytique determine les valeurs du coefficient d'air lambda pour lesquelles l'efficacite de traitement des trots polluants que vent le monoxyde de carbone (CO), les hydrocarbures (HC), et les oxydes d'azote (NOx), par le catalyseur 26 est optimale. Le piege 24 est prevu pour stocker les hydrocarbures contenus dans les gaz d'echappement G a la sortie du moteur 12 jusqu'a ce que le piege 24 atteigne une temperature determinee par conception, cite temperature de re-largage Tr. Cette o temperature de re-largage Tr est par exemple d'environ 200 degree Celsius. Lorsque le piege 24 atteint la temperature de re-largage Tr, il commence a liberer les hydrocarbures stockes, de sorte que ceux-ci vent evacuee dans les - gaz circulant dans la ligne s d'echappement 22 vers le catalyseur 26, en vue d'y etre traites. Le catalyseur 26 est con,cu notamment pour traiter par oxydation les hyd rocarb u res (H C) et le monoxyde de carbone (CO) contenus dans les gaz d'echappement G. Le fonctionnement du catalyseur 26 comporte une phase o de montee en temperature PmT jusqu'a une temperature de seuil determinee Too, au-dela de laquelle le catalyseur 26 est en mesure de traiter efficacement la totalite, ou la quasi-totalite, des hydrocarbures emis en amont, c'est a dire que son efficacite de traitement des hydrocarbures est globalement de cent pourcents. s La temperature de seuil T,oo est par exemple de 400 degree Celsius. Tant que le catalyseur 26 n'a pas atteint sa temperature de seuil T,oo, il ntest pas en mesure de traiter efficacement la totalite des hydrocarbures contenus dans les gaz d'echappement G. de o sorte qu'une partie non negligeable de ceux-ci ne vent pas traites et vent rejetes dans ['atmosphere. Pendant la phase de montee en temperature PmT, le catalyseur 26 atteint une temperature minimale Tmin determinee qui correspond a une efficacite minimale de traitement du .... 2841 297 monoxyde de carbone par le catalyseur 26. Cette temperature minimale est par exemple d'environ 150 degree Celsius. Lorsque le catalyseur 26 atteint la temperature minimale Tmin, on considere qu'il est en mesure de traiter efficacement la s majorite du monoxyde de carbone contenu dans les gaz d'echappement G. Pendant la phase de montee en temperature PmT, apres avoir atteint la temperature minimale Tmin, le catalyseur 26 atteint une temperature cite d'amor,cage Ta, qui correspond a une o efficacite minimale de traitement des hydrocarbures emis en amont. Par conception, on choisit par exemple une temperature d'amorcage Ta qui correspond a une efficacite de traitement de cinquante pourcents. Cette temperature d'amor,cage Ta est par exemple d'environ 300 degree Celsius. Le fonctionnement du systeme de traitement 10 des gaz d'echappement G selon le procede de ['invention est le suivant. Une etape cite de repartition de richesse Er est mise en couvre pendant la phase de montee en temperature PmT du o catalyseur 26, pour accelerer la montee en temperature du catalyseur 26, sans accelerer la montee en temperature du piege 24. L'etape de repartition de richesse Er consiste a produire, d'un cylindre C1, C2, C3, C4 a l'autre, des ecarts de richesse s entre les melanges carbures, tout en maintenant la richesse moyenne des melanges carbures proche de la richesse stcechiometrique, ctest a dire en maintenant cette richesse moyenne a l'interieur de la fenetre catalytique. Les ecarts de richesse entre les melanges carbures vent o produits en ponderant la duree d'injection du carburant Di associee a cheque cylindre C1, C2, C3, C4 par un coefficient ki determ ine. La duree Di non ponderee correspond a une duree d' injection de reference, c'est a dire la d uree d 'injection ca lculee l ou cartographiee par ['unite electronique pour maintenir la richesse du melange carbure associe dans la fenetre catalytique, sans tenir compte de la mise en osuvre de l'etape de repartition de richesse Er. Dans le mode de realisation. represente ici, I'unite electronique pondere respectivement la duree d'injection D1, D2, D3, D4 de chaque injecteur associe a un cylindre C1, C2, C3, C4 par les coefficients k1, k2, k3, k4, de maniere a obtenir de nouvelles durees d'injection corrigees D1c, D2c, D3c, D4c. o Chaque duree d' injection corrigee Dic correspond a la duree d'injection de reference Di multipliee par le coefficient associe kit A titre d'exemple, on peut choisir les valeurs suivantes pour les coefficients ki: s k1 = 1,24 k2 = 0,92 k3 = 0,92 k4 = 0,92 Pour ces valeurs choisies des coefficients ki, on constate o que la duree d'injection corrigee D1 c, associee au cylindre C1, est plus longue que la duree d'injection de reference D1 correspondante, et on constate que, au contraire, les durees d'injection corrigees D2c, D3c, D4c correspondent aux cylindres C2, C3, C4 vent plus courses que les durees d'injection de s reference D2, D3, D4 correspondantes. Par consequent, le melange carbure introduit dans le cylindre C1 a une richesse superieure a 1, ce qui provoque une augmentation de la quantite de monoxyde de carbone dans les gaz d'echappement G a la sortie du moteur 12, et le melange o carbure introduit dans chacun des cylindres C2, C3, C4 a une richesse inferieure a 1, ce qui provoque une augmentation de la quantite de dioxygene dans les gaz d'echappement G a la sortie du moteur 12. 2841 297 Le dioxygene et le monoxyde de carbone, produits par l'etape de repartition de richesse Er, traversent le piege a hydrocarbures 24 et ils parviennent jusqu'au catalyseur 26 dans lequel ils reagissent en provoquant des reactions exothermiques. Ces reactions exothermiques- provoquent alors une acceleration de la montee en temperature du catalyseur 26, de sorte qu'il atteigne plus vite sa temperature de seuil T,oo. Avantageusement, I'etape de repartition de richesse Er est mise en oeuvre des que le catalyseur 26 atteint la temperature o minimale Tmin permettant un traitement d'efficacite minimale du monoxyde de carbone, de sorte que ['augmentation des quantites de monoxyde de carbone dans les gaz d'echappement G a la sortie du moteur 12, due a l'etape de repartition de richesse Er, puisse etre traite par le catalyseur 26. ts De plus, I'acceleration de la montee en temperature du catalyseur 26 contribue a ['amelioration de l'efficacite de traitement du monoxyde de carbone par le catalyseur 26, de sorte que l'etape de repartition de richesse Er ne provoque pas une augmentation des emission de monoxyde de carbone dans o ['atmosphere, malgre une augmentation du monoxyde de carbone a la sortie du moteur (12). L'etape de repartition de richesse Er est mise en osuvre au moins jusqu'a ce que le piege a hydrocarbures 24 atteigne sa temperature d'amor,cage Ta, de sorte que la temperature atteinte par le catalyseur 26, au moment Tr du re-largage des hydrocarbures pieges, soit maximaie, ce qui garantit une efficacite maximale du traitement des hydrocarbures par le catalyseur 26. De preference, I'etape de repartition de richesse Er est o mise en cauvre jusqu'a ce que le catalyseur 26 ait atteint une temperature Tso a laquelle il peut traiter efficacement environ quatre-vingt-dix pourcents des hydrocarbures. Les dix pourcents d'efficacite restante vent atteints rapidement et >, ctest a dire sans repartition de richesse, grace aux reactions exothermiques produites par le traitement du monoxyde de carbone emis en fonctionnement normal par le moteur 12. Le diagramme de la figure 2 represente schematiquement une courbe fc de montee en temperature du catalyseur 26 en fonction du temps, ainsi qu'une courbe fp de montee en temperature du piege a hydrocarbures 24 en fonction du temps. Sur cette figure, on constate que, a ['instant t1 pendant la phase de montee en temperature PmT, le catalyseur 26 atteint sa temperature minimale Tmin pour le traitement du monoxyde de o carbone, de sorte que l'etape de repartition de richesse Er est declenchee. A ['instant t2, le piege 24 atteint sa temperature de re- largage Tr, de sorte qu'il commence a ilberer des hydrocarbures qui etaient pieges. s A ['instant t3, le catalyseur 26 atteint sa temperature d'amor,cage Ta, de sorte que son efficacite de traitement des hydrocarbures est d'au moins cinquante pourcents. L'etape de repartition de richesse Er est mise en osuvre jusqu'a ['instant t4, qui correspond a une temperature Tgo du o catalyseur 26 pour laquelle le catalyseur 26 est en mesure de traiter environ quatre-vingt dix pourcents des hydrocarbures re- largues par le piege 24. Enfin, a ['instant t5, le catalyseur 26 atteint sa temperature de seuil T, oo, de sorte que son efficacite de traitement des s hydrocarbures est maximale et d'environ cent pourcents, ce qui entrane la fin de la phase de montee en temperature PmT. On note que la temperature du catalyseur 26 peut continuer a augmenter apres la temperature de seuil T,oo. Le diagramme, qui est represente en parallele sur la so figure 3, illustre schematiquement ['evolution, au cours du temps, de l'efficacite Eff du traitement des hydrocarbures par le systeme de traitement 10 des gaz d'echappement G. 4 I t t Jusqu'a ['instant t2, I'efficacite est de cent pourcents, puisque globalement tous les hydrocarbures vent stockes dans le piege 24. A ['instant t2, lorsque ie piege 24 atteint sa temperature de re-largage Tr, les hydrocarbures vent [argues par le piege 24, dans les gaz en aval, et ils parviennent jusqu'au catalyseur 26 pour etre traites. Entre ['instant t2 du re-largage et ['instant t5 de fin de la phase de montee en temperature PmT, il s'ecoule une course o periode pendant laquelle le catalyseur 26 est traverse par des gaz d'echappement contenant des hydrocarbures, bien qu'il n'ait pas atteint sa temperature de seuil Too, de sorte que l'efficacite Eff de traitement des hydrocarbures diminue legerement, ce qui est illustre par le petit creux dans ia courbe de la figure 3. ?5 Cette petite baisse d'efficacite est a comparer avec la baisse importante d'efficacite qui a ete constatee pour un procede de traitement ne comportant pas d'etape de repartition de richesse Er conforme a ['invention, et qui est illustree par la portion de courbe en trait discontinu sur la figure 3. o Des ['instant t5 de fin de la phase de montee en temperature PmT, I'efficacite de traitement Eff revient a sa valeur maximale. Selon une variante de realisation (non representee), I'invention s'applique a un systeme de traitement des gaz s d'echappement G comportant un piege a hydrocarbures catalyse, c'est a dire un dispositif de traitement regroupant les fonctions de piege a hydrocarbures et de catalyseur. ....... -t'; ?'\,.7.; I i 1 REVENDICATIONS 1. Procede de traitement des gaz d'echappement (G) d'un vehicule automobile comportant un moteur a combustion a essence (12) qui comporte plusieurs cylindres (C1, C2, C3,-C4), s et une ligne d'echappement (22) qui comporte, respectivement d'amont en aval, un piege a hydrocarbures (24) et un catalyseur (26) du type trifonctionnel, le procede comportant une phase de montee en temperature (PmT) du catalyseur (26) jusqu'a une temperature de seuil determinee (T,oo) au-dela de laquelle le o catalyseur (26) est en mesure de traiter efficacement la totalite des hydrocarbures emis en amont, caracterise en ce qu'il comporte une etape de repartition de richesse (Er) qui est mise en ceuvre pendant la phase de montee en temperature (PmT) du catalyseur (26) pour accelerer cette montee en temperature, et qui consiste a produire, d'un cylindre (C1, C2, C3, C4) a l'autre, des ecarts de richesse entre les melanges carbures, tout en maintenant la richesse moyenne des melanges carbures proche de la richesse stcechiometrique, de maniere a augmenter les emissions de monoxyde de carbone o et de dioxygene dans les gaz d'echappement (G) du moteur (12), en vue de provoquer des reactions exothermiques dans le catalyseur (26). 2. Procede selon la revendication precedente, caracterise en ce que les ecarts de richesse entre les melanges carbures vent produits en ponderant la duree d'injection (Di) du carburant dans chaque cylindre (C1, C2, C3, C4) par un coefficient (ki) determine. 3. Procede selon l'une quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce que l'etape de repartition de o richesse (Er) est mise en ceuvre des que le catalyseur (26) atteint une temperature minimale (Tmin) determinee qui correspond a une efficacite minimale de traitement du monoxyde de carbone. 4. Procede selon l'une quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce que l'etape de repartition de l richesse (Er) est mise en ceuvre au moins jusqu'a ce que le piege a hydrocarbures (24) atteigne une temperature cite d'amor,cage (Ta), qui correspond a une efficacite minimale de traitement des hyd rocarbures em is en amont. 5. Procede scion l'une quelconque des revendications 1 a 4, caracterise en ce que l'etape de repartition de richesse (Er) est mise en ceuvre jusqu'a ce que le catalyseur (26) atteigne une efficacite de traitement des hydrocarbures sensiblement egale a quatre-vingt-dix pourcents.