Brevet FR2870290A1 — publié le 20051118

L'invention concerne un dispositif de détermination de la quantité d'espèces polluantes fixée sur un piège à NOx monté dans une ligne d'échappement des gaz d'un moteur thermique de véhicule automobile ainsi qu'un système de commande du déclenchement d'une opération de purification d'un tel piège comportant un tel dispositif de détermination. Dans le cadre de la réglementation des normes anti-pollution, il est nécessaire de réduire les émissions d'oxydes d'azote (NOx) dans l'atmosphère, par les véhicules automobiles de type essence ou Diesel. Il est connu dans l'état de la technique des systèmes de réduction des 10 émissions de NOx qui comprennent un piège à NOx monté dans la ligne d'échappement des véhicules. De tels pièges contiennent de manière classique des sites permettant de fixer les oxydes d'azote (NOx). Quand les sites des pièges à NOx sont saturés, les pièges sont régénérés c'est-à-dire qu'ils sont mis dans des conditions permettant de libérer les oxydes d'azote. A cet effet, le système de contrôle du moteur provoque un accroissement de la température des gaz d'échappement soit par post-injection de carburant dans la chambre de combustion du moteur, après le point mort haut (PMH), soit par basculement de richesse momentané entre des phases de fonctionnement du moteur à mélange pauvre (rapport carburant/oxygène inférieur au rapport stoechiométrique) et des phases de fonctionnement du moteur à mélange riche (rapport carburant/oxygène supérieur au rapport stoechiométrique). En phase de fonctionnement à mélange riche, les oxydes d'azote NOx sont réduits et désorbés du piège. Cependant, les carburants contiennent de plus une certaine teneur en soufre. Or, l'affinité des sites de stockage d'un piège à NOx est plus importante pour les oxydes de soufre SOx que pour les oxydes d'azote NOx. En conséquence, le piège à NOx stocke peu à peu les oxydes de soufre SOx provenant de la combustion des espèces soufrées du carburant et perd, au fur et à mesure du fonctionnement du moteur, sa capacité à stocker les oxydes d'azote NOx, ce qui altère progressivement l'efficacité du piège à NOx. Afin de maintenir l'activité des pièges à NOx dans le temps, il est nécessaire d'effectuer des opérations de désulfatation de ceux-ci. La désulfatation du piège va former des espèces soufrées, majoritairement du sulfure d'hydrogène (H2 S) et du dioxyde de soufre (SO2). Par ailleurs, pour optimiser le fonctionnement du piège à NOx, les opérations de désulfatation doivent être effectuées pendant une durée appropriée 5 et à intervalles réguliers. En effet, si les opérations de désulfatation sont effectuées trop fréquemment, elles induisent une surconsommation trop importante du véhicule et une détérioration accélérée du piège à NOx par vieillissement thermique avec de plus, un risque de surémission de polluant. Par contre, si les opérations de désulfatation sont effectuées trop peu fréquemment, l'efficacité du piège à NOx diminue en raison d'un empoisonnement de celui-ci avec un risque de surémission de polluant. Un moyen pour connaître le niveau d'empoisonnement d'un piège à NOx, est d'utiliser un capteur ou une sonde spécifique fixé sur le piège. Cependant, ces capteurs sont aujourd'hui peu fiables et relativement onéreux. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de détermination de la quantité d'espèces polluantes sur un piège à NOx plus économique qu'un capteur. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif du type précité comprenant: - des moyens de détermination de la teneur en espèces polluantes du carburant consommé par le moteur, - des moyens de détermination de la quantité de carburant consommée 25 par le moteur, et des moyens de calcul de la quantité d'espèces polluantes fixée sur le piège à NOx à partir de la teneur en espèces polluantes déterminée et de la quantité de carburant consommée. Ce système permet d'assurer une plus grande durabilité d'un piège à 30 NOx. Suivant d'autres caractéristiques: - lesdits moyens de détermination de ladite teneur en espèces polluantes comprennent des moyens d'acquisition d'informations représentatives de ladite teneur en espèces polluantes du carburant injecté dans un réservoir dudit véhicule automobile, lors d'une opération de remplissage de celui-ci; - lesdits moyens d'acquisition comprennent des moyens d'identification d'une caractéristique géométrique déterminée d'un pistolet d'une pompe à carburant, ladite caractéristique géométrique étant prédéfinie en fonction de la teneur en espèces polluantes présente dans ledit carburant; - ladite caractéristique géométrique déterminée dudit pistolet de la pompe à carburant est le diamètre dudit pistolet; - lesdits moyens d'acquisition comprennent des moyens de réception d'informations transmises par voie radioélectrique par des moyens d'émission d'un pistolet d'une pompe à carburant, lesdits moyens de réception étant fixés à proximité du goulot du réservoir dudit véhicule, lesdites informations radioélectriques étant représentatives de la teneur en espèces polluantes; - lesdits moyens d'acquisition comprennent des moyens de lecture optique d'informations portées par un pistolet d'une pompe à carburant, lesdites informations étant représentatives de la teneur en espèces polluantes; - les moyens de détermination de la quantité de carburant consommée par le moteur sont aptes à calculer ladite consommation de carburant, à partir de la formule suivante: n Qcarb = (0,835/3.104) x [ Qpilot-i + Qmain-i + Qpost-i] x N i=1 Où Qcarb représente une information de quantité de carburant injectée dans les cylindres du moteur, n représente le nombre total de cylindres du moteur, Qpilot-i représente une information de quantité de carburant injectée 25 dans un cylindre i pendant une phase d'injection pilote, Qmain-i représente une information de quantité de carburant injectée dans un cylindre i pendant une phase d'injection principale, Qpost-i représente une information de quantité de carburant injectée dans un cylindre i pendant une phase de post-injection, et N représente le régime du moteur du véhicule. L'invention a également pour objet un système de commande du déclenchement d'une opération de purification d'un piège à NOx comprenant: - un dispositif de détermination de la quantité d'espèces polluantes fixée sur le piège à NOx, tel que défini précédemment, - des moyens de comparaison de la quantité d'espèces polluantes déterminée par le dispositif de détermination à une valeur seuil prédéfinie, les moyens de comparaison étant aptes à générer un signal de déclenchement d'une opération de purification du piège à NOx, lorsque la quantité d'espèces polluantes déterminée atteint la valeur seuil prédéfinie. Suivant d'autres caractéristiques: - les moyens (24) de détermination de la teneur en espèces polluantes, les moyens (26) de détermination de la quantité de carburant et les moyens (28) de calcul de la quantité d'espèces polluantes sont intégrés dans un calculateur de contrôle des fonctions du moteur dudit véhicule; - lesdites espèces polluantes comprennent du soufre et en ce que l'opération de purification comprend une opération de désulfatation. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en relation aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est un schéma synoptique d'un système de commande selon l'invention monté dans une ligne d'échappement d'un moteur; - la figure 2 est un schéma synoptique d'un moyen de détermination de la teneur en espèces polluantes du carburant selon un premier mode de réalisation de l'invention entrant dans la constitution du système selon la figure 1; et - la figure 3 est un schéma synoptique d'un moyen de détermination de la teneur en espèces polluantes du carburant selon un second mode de réalisation de l'invention entrant également dans la constitution du système selon la figure 1. La figure 1 illustre un système de commande 2 du déclenchement d'une opération de purification et notamment de désulfatation d'un piège 4 à NOx 30 intégré dans une ligne d'échappement 6 d'un moteur 8 Diesel ou essence d'un véhicule automobile. Le moteur 8 est alimenté en carburant, par exemple, au moyen d'une rampe 10 commune d'alimentation en carburant des cylindres. Cette rampe commune d'alimentation 10 est raccordée à un réservoir 12 du véhicule pour son approvisionnement en carburant et à des moyens de commande 14 adaptés pour mettre en oeuvre une stratégie d'alimentation en carburant du moteur 8, comme cela est connu dans l'état de la technique. Les moyens de commande 14 définissent la quantité de carburant à injecter dans chaque cylindre du moteur 8 pendant les phases successives d'injection pilote, d'injection principale et de post-injection. Ils fixent également la fréquence de basculement entre les phases de fonctionnement en régime riche et en régime pauvre du moteur 8, de façon classique. Les moyens de commande 14 sont, par exemple, constitués par le 10 calculateur moteur du véhicule. Le système de commande 2 est raccordé aux moyens de commande 14 pour recevoir des informations relatives à la consommation en carburant du moteur 8 et à des moyens de détermination 16 du régime de rotation du moteur propre à mesurer la vitesse du vilebrequin (par exemple en tours par minute). Le système de commande 2 est apte à estimer la quantité du soufre amassée sur le piège 4 au cours du fonctionnement du moteur et, lorsque cette quantité dépasse un seuil prédéfini, à envoyer aux moyens de commande 14, un signal de déclenchement d'une opération de désulfatation du piège 4. Plus particulièrement, le système de commande 2 comprend un dispositif de détermination 18 de la quantité de soufre amassée sur le piège 4 et des moyens de comparaison 20 de cette quantité à une valeur prédéfinie enregistrée dans des moyens de stockage 22. Le dispositif de détermination 18 comprend des moyens de détermination 24 de la teneur en soufre du carburant consommé par le moteur et des moyens de détermination 26 de la quantité de carburant consommée par le moteur. Le dispositif 18 comprend également des moyens de calcul 28 de la quantité de soufre fixée sur le piège 4 qui reçoivent en entrée la teneur en soufre et la quantité de carburant consommée. Les différents types de carburant proposés sur le marché présentent chacun un pourcentage c'est-à-dire une teneur variable en soufre et/ou en autres matières polluantes. Les moyens de détermination 24 sont propres à acquérir des informations représentatives de la teneur en soufre du carburant injecté dans le réservoir 12 du véhicule automobile. Les moyens de détermination 24 de la teneur en soufre comprennent des moyens d'acquisition 30 d'informations représentatives de la teneur en soufre du carburant injecté dans le réservoir du véhicule automobile. Ces moyens d'acquisition 30 comprennent, par exemple, des moyens adaptés pour recevoir des informations relatives à la teneur en soufre du carburant injecté lors d'une opération de remplissage de celui-ci de la part de moyens complémentaires montés sur une pompe à carburant. Les moyens d'acquisition 30 peuvent être fixés à proximité du goulot du réservoir 12 du véhicule et les moyens complémentaires peuvent être solidaires du pistolet de la pompe à carburant. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 2, les moyens d'acquisition 30 comprennent des moyens d'identification 32 d'une caractéristique géométrique prédéterminée d'un pistolet 34 d'une pompe à carburant. Ils comprennent en outre des moyens 36 formant cartographie qui reçoivent en entrée la caractéristique géométrique identifiée et délivrent en sortie une teneur moyenne en soufre correspondante mémorisée dans une cartographie prédéterminée de teneurs en soufre. Cette caractéristique géométrique comprend par exemple le diamètre D de la tubulure 40 du pistolet 34. A cette fin, le diamètre D a été prédéterminé en fonction de la teneur en soufre du carburant lors de la fabrication du pistolet. Dans ce cas, les moyens d'identification 32 sont formés par un capteur 32 de mesure du diamètre D du pistolet, fixé à la carrosserie 42 du véhicule, au niveau du goulot 44 de remplissage du réservoir 12. Le capteur de mesure 32 peut être un capteur de type électronique ou mécanique. Alternativement, cette caractéristique géométrique peut comporter une protubérance solidaire de la tubulure 40 du pistolet 34 d'injection de carburant. La forme de cette protubérance, par exemple ronde, carrée ou triangulaire a été prédéfinie en fonction de la teneur en soufre du carburant. Dans ce cas, le goulot 44 du réservoir 12 comprend des moyens électroniques ou mécaniques aptes à reconnaître la forme de cette protubérance. En variante, cette caractéristique géométrique peut comporter une forme particulière de la tubulure 40 du pistolet 34 de la pompe à carburant. Ainsi, la tubulure 40 peut avoir une forme elliptique dont le rayon de courbure est caractéristique de la teneur en soufre du carburant. Selon un second mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 3, les moyens d'acquisition 30 comprennent des moyens de réception 34 d'informations fixés sur la carrosserie 42 du véhicule automobile à proximité du goulot 44 du réservoir. Ces moyens de réception 46 sont adaptés pour recevoir un signal d'informations par voie radioélectrique, émis par des moyens d'émission 48 fixés sur le pistolet 34 de la pompe à carburant de manière à ce que, lors de l'injection du carburant, les moyens d'émission 48 soient sensiblement en vis-à-vis des moyens de réception 46. Les moyens d'émission 48 peuvent par exemple être constitués par un transpondeur apte à transmettre des informations représentatives de la teneur en soufre du carburant injecté dans le réservoir 12 du véhicule. Selon un troisième mode de réalisation de l'invention, non représenté, les moyens d'acquisition 30 sont constitués par des moyens de lecture optique adaptés pour lire une information contenue dans par exemple un code à barre fixé sur le pistolet 34 de la pompe à carburant. En se référant à nouveau à la figure 1, les moyens de détermination 26 20 de la quantité de carburant consommée par le moteur sont aptes à recevoir une information de régime N instantané du moteur 8 à partir des moyens de détermination 26. Les moyens de détermination 26 sont également propres à recevoir des moyens de commande 14, des informations de quantité de carburant injectée 25 dans chaque cylindre i du moteur pendant les phases d'injection pilote Qpiiot, d'injection principale Qmain et de post-injection Qpost. A partir de ces informations, les moyens de détermination 26 sont adaptés pour calculer la consommation instantanée Qcarb de carburant par addition des quantités de carburant injectées dans le cylindre donné i, au cours des différentes phases du moteur Qpiiot, Qmain et Qoost. La quantité de carburant injectée dans l'ensemble des cylindres du moteur, aussi appelée consommation instantanée Qcarb, est obtenue à partir de la relation suivante: n Qcarb = (0,835/3.104) x [ E Qpiiot-i + Qmain-i + Qpost-i] X N i=1 Où Qp;iot-i, Qmain-i, Qpost-i représentent respectivement une information de quantité de carburant injectée dans le cylindre i pendant une phase d'injection pilote, d'injection principale et de post-injection en millimètre cube par coup, n représente le nombre total de cylindres du moteur et N représente le régime du moteur du véhicule en tours par minute. Les moyens de calcul 28 de la quantité de soufre fixée sur le piège 4 sont raccordés aux moyens 24 et 26 pour calculer la quantité de soufre fixée sur le piège 4 à partir des informations de teneur en soufre du carburant, déterminées par les moyens de détermination 24 et des informations de quantité de carburant consommée instantanément. Ces moyens de calcul 28 utilisent la relation suivante: m_S = [ J Qcarb dt] x Ts Où m_S représente la quantité ou masse de soufre en gramme présente sur le piège 4, Qcarb représente la consommation instantanée de carburant du moteur et Ts représente la teneur ou le pourcentage de soufre contenu dans le carburant en partie par million (ppm) par gramme de carburant. La consommation instantanée de carburant Qcarb est intégrée sur un intervalle de temps correspondant à un cycle moteur complet comprenant une phase d'injection pilote, une phase d'injection principale et une phase de post- injection de carburant dans le moteur. Les moyens de calcul 28 sont de plus, aptes à transmettre aux moyens de comparaison 20 la valeur de la quantité de soufre présente sur le piège 4. Les moyens de comparaison 20 sont propres à comparer la quantité de soufre calculée par les moyens 28 à une valeur de seuil prédéfinie. La valeur de seuil est préalablement calibrée en fonction des caractéristiques du moteur 8 et des normes anti-pollution en vigueur dans tel ou tel pays. Les moyens de comparaison 20 sont aptes à émettre un signal de déclenchement d'une opération de désulfatation du piège 4 lorsque la quantité de soufre déterminée par les moyens 28 atteint cette valeur de seuil. Pour cela, les moyens de comparaison 20 sont connectés à des moyens de déclenchement d'une opération de purification du piège 4. Sur la figure 1, les moyens de comparaison 20 sont connectés aux moyens de commande 14 de la stratégie d'alimentation du moteur. Ces moyens 14 sont aptes à générer une désulfatation du piège par basculement du fonctionnement du moteur d'un mélange pauvre à un mélange riche. Alternativement, les moyens de comparaison 20 sont aptes à envoyer un signal de commande d'injection de réducteurs dans la ligne d'échappement 6 pour désulfater le piège 4. Bien entendu, d'autres modes de réalisation de l'invention peuvent être envisagés. REVENDICATIONS 1. Dispositif (18) de détermination de la quantité d'espèces polluantes fixée sur un piège à NOx (4) monté dans une ligne d'échappement (6) des gaz d'un moteur thermique (8) de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend: - des moyens (24) de détermination de la teneur en espèces polluantes du carburant consommé par le moteur, - des moyens (26) de détermination de la quantité de carburant consommée par le moteur, et des moyens (28) de calcul de la quantité d'espèces polluantes fixée sur le piège à NOx (4) à partir de la teneur en espèces polluantes déterminée et de la quantité de carburant consommée. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens (24) de détermination de ladite teneur en espèces polluantes comprennent des moyens (30, 32, 46) d'acquisition d'informations représentatives de ladite teneur en espèces polluantes du carburant injecté dans un réservoir (12) dudit véhicule automobile, lors d'une opération de remplissage de celui-ci. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens d'acquisition (30, 32, 46) comprennent des moyens d'identification (32) d'une caractéristique géométrique déterminée d'un pistolet (34) d'une pompe à carburant, ladite caractéristique géométrique étant prédéfinie en fonction de la teneur en espèces polluantes présente dans ledit carburant. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite 25 caractéristique géométrique déterminée dudit pistolet (34) de la pompe à carburant est le diamètre (D) dudit pistolet (34). 5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens d'acquisition (30, 32, 46) comprennent des moyens (46) de réception d'informations transmises par voie radioélectrique par des moyens d'émission d'un pistolet (34) d'une pompe à carburant, lesdits moyens de réception (46) étant fixés à proximité du goulot (44) du réservoir (12) dudit véhicule, lesdites informations radioélectriques étant représentatives de la teneur en espèces polluantes. 6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens d'acquisition (30, 32, 46) comprennent des moyens de lecture optique d'informations portées par un pistolet (34) d'une pompe à carburant, lesdites informations étant représentatives de la teneur en espèces polluantes. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de détermination (26) de la quantité de carburant consommée par le moteur sont aptes à calculer ladite consommation de carburant, à partir de la formule suivante: n Qcarb = (0, 835/3.104) x [E Qpilot-i + Qmain-i + Qpost-i] x N i=l Où Qcarb représente une information de quantité de carburant injectée dans les cylindres du moteur, n représente le nombre total de cylindres du moteur, Qpilot-i représente une information de quantité de carburant injectée dans un cylindre i pendant une phase d'injection pilote, Qmain-i représente une information de quantité de carburant injectée dans un cylindre i pendant une phase d'injection principale, Qpost-i représente une information de quantité de carburant injectée dans un cylindre i pendant une phase de post-injection, et N représente le régime du moteur du véhicule. 8. Système de commande (2) du déclenchement d'une opération de purification d'un piège à NOx (4) monté dans une ligne d'échappement des gaz d'un moteur thermique (8) de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend: - un dispositif (18) de détermination de la quantité d'espèces polluantes fixée sur ledit piège à NOx (4) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, - des moyens (20) de comparaison de ladite quantité d'espèces polluantes déterminée par ledit dispositif de détermination (18) à une valeur de seuil prédéfinie, - lesdits moyens de comparaison (20) étant apte à générer un signal de déclenchement d'une opération de purification du piège à NOx (4) lorsque la quantité d'espèces polluantes déterminée atteint ladite valeur de seuil prédéfinie. 9. Système de commande selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens (24) de détermination de la teneur en espèces polluantes, les moyens (26) de détermination de la quantité de carburant et les moyens (28) de calcul de la quantité d'espèces polluantes sont intégrés dans un calculateur de contrôle des fonctions du moteur dudit véhicule. 10. Système de commande selon l'une quelconque des revendications 5 8 ou 9, caractérisé en ce que lesdites espèces polluantes comprennent du soufre et en ce que l'opération de purification comprend une opération de désulfatation.