Brevet FR2866061A1 — publié le 20050812

L'invention concerne un procédé de régénération d'un dispositif d'épuration des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne ainsi qu'un dispositif d'épuration des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, ledit dispositif d'épuration comprenant un catalyseur à accumulation de NOx et un filtre à particules disposé en aval. Les dispositifs modernes d'épuration des gaz d'échappement pour moteur à combustion interne, notamment pour moteur à allumage par étincelle pouvant fonctionner en régime pauvre ou pour moteur à combustion interne de type diesel, comprennent un catalyseur à accumulation de NOx et un filtre à particules disposé en aval. Les systèmes "catalyseur à accumulation de NOx" et "filtre à particules" doivent être régénérés à des intervalles déterminés qui dépendent de la charge du système concerné. En outre, en raison de la teneur en soufre des carburants utilisés, il est nécessaire de désulfurer, de temps en temps, la matière-réservoir du catalyseur à accumulation de NOx pour garantir la fiabilité de l'accumulateur. C'est dans le cadre d'une désulfuration complète, qui a lieu lorsque le moteur fonctionne de manière constante en mode sous-stoechiométrique que la thiorégénération d'un catalyseur à accumulation de NOx est la plus efficace. Mais il se produit alors des émissions indésirables de H2S qui doivent absolument être évitées à cause de leur toxicité et de leur odeur nauséabonde. Dans les moteurs à injection directe de carburant actuels (moteurs FSI), afin d'empêcher et d'éviter les émissions secondaires indésirables de substances telles que l'hydrogène sulfuré, on règle le rapport air / combustible alternativement autour de la valeur stoechiométrique, ce qui est également appelé vobulation dans le jargon technique. Toutefois, dans le cas du moteur à allumage par étincelle pouvant fonctionner en régime pauvre, cette manière de procéder est moins efficace qu'une désulfuration complète et, dans le cas du moteur à combustion interne de type diesel, elle n'est possible que de manière limitée. Par exemple, par DE 100 23 439, on a connaissance d'un procédé de régénération où un dispositif d'épuration des gaz d'échappement, constitué d'un réservoir à NOx et d'un filtre à particules disposé en aval, est régénéré en deux cycles. Le catalyseur à accumulation de NOx y est dénitré par enrichissement au cours d'un premier cycle et, au cours d'un second cycle, le filtre à particules est nettoyé par le feu en augmentant la température des gaz d'échappement pauvres jusqu'à une valeur supérieure à la température d'inflammation de la suie, puis le catalyseur à accumulation de NOx est désulfuré par enrichissement. L'objectif de l'invention est, par conséquent, de créer un procédé et un dispositif qui assurent une meilleure régénération d'un dispositif d'épuration des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne - ledit dispositif d'épuration étant constitué d'un catalyseur à accumulation de NOx et d'un filtre à particules placé en aval - et ce, sans qu'aucun H2S ne soit libéré. Cet objectif est résolu grâce à un procédé et à un dispositif qui permettent d'amener de l'air complémentaire au filtre à particules. Des modes de réalisation préférés de l'invention seront décrits dans la suite du document. Dans le procédé conforme à l'invention servant à régénérer un dispositif d'épuration des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne - ledit dispositif d'épuration des gaz d'échappement comportant un catalyseur à accumulation de NOx suivi, dans la direction d'écoulement 3C) des gaz d'échappement, d'un filtre à particules -, on alimente le filtre à particules en air complémentaire lors d'une désulfuration du catalyseur à accumulation de NOx avec gaz d'échappement à l'état sousstoechiométrique. L'alimentation du filtre à particules en air complémentaire a lieu, de préférence, avec le début de la désulfuration du catalyseur à accumulation de NOx et, notamment, l'alimentation du filtre à particules en air complémentaire s'achève à la fin de la désulfuration du catalyseur à accumulation de NOx. On procède donc de préférence à une désulfuration du catalyseur à accumulation de NOx et à une régénération du filtre simultanées et synchrones. La désulfuration du catalyseur à accumulation de NOx a lieu, notamment, en faisant fonctionner le moteur à combustion interne en régime sous-stoechiométrique. En particulier, le filtre à particules peut aussi être alimenté en air complémentaire lors d'une dénitration du filtre à particules NOx avec des gaz d'échappement en régime sous-stoechiométrique, l'alimentation du filtre à particules en air complémentaire ayant de préférence lieu avec le début de la dénitration du catalyseur à accumulation de NOx et l'alimentation du filtre à particules en air complémentaire s'achevant à la fin de la dénitration du catalyseur à accumulation de NOx. La dénitration du catalyseur à accumulation de NOx a de préférence lieu en faisant fonctionner le moteur à combustion interne en régime sousstoechiométrique. L'alimentation du filtre à particules en air complémentaire a de préférence lieu par insufflation d'air complémentaire en aval du catalyseur à accumulation de NOx et en amont du filtre à particules. Le dispositif conforme à l'invention servant à épurer les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne comporte un catalyseur à accumulation de NOx suivi, dans la direction d'écoulement des gaz d'échappement, d'un filtre à particules, le dispositif comportant en outre un dispositif de fourniture d'air complémentaire servant à amener de l'air complémentaire au filtre à particules. Notamment, le dispositif de fourniture d'air complémentaire insuffle l'air complémentaire après le catalyseur à accumulation de NOx et avant le filtre à particules, et ce, pour amener l'air complémentaire au filtre à particules côté entrée des gaz d'échappement de ce dernier. De préférence, le dispositif de fourniture d'air complémentaire comporte une pompe à air complémentaire. Le filtre à particules comporte notamment une couche de métal précieux et le dispositif comprend de préférence un dispositif de commande qui commande la régénération du catalyseur à accumulation de NOx et du filtre à particules, ainsi que l'amenée d'air complémentaire. Du fait de la désulfuration complète du catalyseur à accumulation de NOx au moyen des gaz d'échappement en régime sous-stoechiométrique, il est vrai qu'il se produit une émission secondaire indésirable, c'est-à-dire qu'il se forme de l'hydrogène sulfuré H2S, mais cette émission secondaire est ensuite ré-oxydée grâce à l'insufflation d'air complémentaire en aval du catalyseur à accumulation de NOx et en amont du filtre à particules. Autrement dit, les gaz d'échappement en régime sous-stoechiométrique passant dans le catalyseur à accumulation de NOx pendant la désulfuration produisent conjointement avec l'air complémentaire, dans le filtre à particules, c'est-à-dire sur le filtre, une réaction fortement exothermique, grâce à quoi les composants HC, CO, H2S et suie sont oxydés et le filtre à particules est régénéré. Il ressort donc du procédé mentionné ci-dessus les avantages généraux suivants. La désulfuration du catalyseur à accumulation de NOx et la régénération du filtre à particules ont lieu de manière simultanée et synchrone et la régénération synchrone permet de réduire la surconsommation de carburant puisque les deux processus ont lieu simultanément. Les fonctionnalités "stockage NOx" et "filtrage des particules" sont structurellement séparées l'une de l'autre de sorte qu'il soit possible de combiner tout catalyseur à accumulation de NOx à tout filtre à particules. En ce qui concerne la régénération du filtre à particules, le fait que ledit filtre à particules puisse être régénéré sans additif supplémentaire constitue un 2866061 5 avantage. Aucun carburant supplémentaire ni aucun réservoir supplémentaire ne sont nécessaires. Par conséquent, même un apport de cendres dans le filtre à particules du fait d'un additif peut être complètement exclu, comme c'est le cas dans les systèmes conventionnels. En outre, la zone de champ caractéristique disponible pour la régénération du moteur à combustion interne peut être nettement agrandie et une régénération de filtre à particules nécessaire dans la plage de charge partielle est également possible à de faibles températures de gaz d'échappement puisque l'exothermie nécessaire est produite directement sur le filtre. On obtient une réduction du surcroît d'énergie nécessaire pour régénérer le filtre à particules, c'est-à-dire de l'énergie requise pour atteindre le point éclair de la suie, puisque la température est produite directement sur le filtre et que, par conséquent, aucune perte de chaleur inutile liée à la paroi n'a lieu en amont du filtre. La désulfuration complète permet avantageusement d'empêcher complètement l'émission de H2S. La désulfuration complète est plus efficace, plus rapide et plus fiable que d'autres procédés tels que, par exemple, la vobulation du lambda mentionnée ci-dessus. En outre, les irruptions éventuelles d'agent réducteur pendant la désulfuration peuvent être oxydées en aval du catalyseur à accumulation, ce qui entraîne une réduction supplémentaire des composants d'émission HC et CO. En outre, l'air complémentaire peut également être utilisé lors de la dénitration pour oxyder d'éventuelles irruptions d'agent réducteur, ce qui entraîne, dans ce cas aussi, une nouvelle réduction des composants d'émission HC et CO. Un mode de réalisation préféré de l'invention va être expliqué en détail ci-après à l'aide du seul et unique 35 dessin. La figure 1 représente schématiquement un dispositif 2866061 6 d'épuration des gaz d'échappement conforme à l'invention. Un moteur à combustion interne 1, par exemple un moteur à allumage par étincelle pouvant fonctionner en régime pauvre ou un moteur à combustion interne de type diesel, émet, dans un collecteur 2 qui est relié à un dispositif d'épuration des gaz d'échappement 3, des gaz d'échappement à épurer. Le dispositif d'épuration des gaz d'échappement 3 comprend un catalyseur à accumulation de NOx 4 et un filtre à particules 5 qui, dans la direction d'écoulement des gaz d'échappement, est disposé en aval. Le catalyseur à accumulation de NOx est relié au collecteur 2 par l'intermédiaire d'un tuyau d'échappement avant 7 et le catalyseur à accumulation de NOx est relié au filtre à particules 5 par l'intermédiaire d'un tuyau d'échappement médian. Les gaz d'échappement épurés sont évacués par un tuyau final 9 relié au filtre à particules 5 côté sortie de ce dernier. En outre, le dispositif d'épuration des gaz d'échappement comporte un dispositif de fourniture d'air complémentaire 6 qui, en cas de besoin, insuffle de l'air complémentaire, par l'intermédiaire d'un tuyau d'insufflation 12, dans le tuyau d'échappement médian 8, c'est-à-dire entre le catalyseur à accumulation de NOx 4 et le filtre à particules 5. Le dispositif de fourniture d'air complémentaire 6 comprend, de plus, une pompe à air complémentaire 11 qui aspire de l'air complémentaire par l'intermédiaire d'une tubulure d'aspiration 10 et qui le pompe dans le tuyau d'insufflation 12 dans le sens des flèches. Du fait de l'introduction de l'air complémentaire, une réaction d'oxydation fortement exothermique a lieu dans le filtre à particules 5 lors d'une désulfuration complète, c'est-à-dire en présence de gaz d'échappement en régime sous-stoechiométrique, qui produit des composants de gaz d'échappement permettant d'atteindre la température d'inflammation de la suie accumulée dans le filtre à particules 5, c'est-à-dire environ 500 à 700 C, et de régénérer le filtre à particules 5. 2866061 7 Bien que l'invention ait été particulièrement montrée et décrite en se référant à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il sera compris aisément par les personnes expérimentées dans cette technique que des modifications dans la forme et dans des détails peuvent être effectuées sans sortir de l'esprit ni du domaine de l'invention. LISTE DES REPÈRES 1 moteur à combustion interne 2 collecteur 3 dispositif d'épuration des gaz d'échappement 4 catalyseur à accumulation de NOx filtre à particules 6 dispositif de fourniture d'air complémentaire 7 tuyau d'échappement avant 8 tuyau d'échappement médian 9 tuyau final tubulure d'aspiration 11 pompe à air complémentaire 12 tuyau d'insufflation 2866061 9 REVENDICATIONS 1. Procédé de régénération d'un dispositif d'épuration des gaz d'échappement (3) d'un moteur à combustion interne (1), le dispositif d'épuration des gaz d'échappement (3) comportant un catalyseur à accumulation de NOx (4) suivi, dans la direction d'écoulement des gaz d'échappement (5), d'un filtre à particules, caractérisé en ce que, lors d'une désulfuration du catalyseur à accumulation de NOx (4) avec des gaz d'échappement dans des conditions sous-stoechiométriques, le filtre à particules (5) est alimenté en air complémentaire. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation du filtre à particules (5) en air complémentaire a lieu avec le début de la désulfuration du catalyseur à accumulation de NOx (4). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on arrête l'alimentation du filtre à particules (5) en air complémentaire à la fin de la désulfuration du catalyseur à accumulation de NOx (4). 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la désulfuration du catalyseur à accumulation de NOx (4) a lieu en faisant fonctionner le moteur à combustion interne (1) de manière sousstoechiométrique. 5. Procédé, notamment selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le filtre à particules (5) est alimenté en air complémentaire lors d'une dénitration du catalyseur à accumulation de NOx (4) dans des conditions sous- stoechiométriques de gaz d'échappement. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'alimentation du filtre à particules (5) en air complémentaire a lieu avec le début de la dénitration du catalyseur à accumulation de NOx (4). 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que l'on arrête l'alimentation du filtre à particules (5) en air complémentaire à la fin de la 2866061 10 dénitration du catalyseur à accumulation de NOx (4). 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la dénitration du catalyseur à accumulation de NOx (4) a lieu en faisant fonctionner le moteur à combustion interne de manière sousstoechiométrique. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation du filtre à particules (5) en air complémentaire a lieu par insufflation de l'air complémentaire en aval du catalyseur à accumulation de NOx (4) et en amont du filtre à particules (5). 10. Dispositif d'épuration des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, le dispositif d'épuration des gaz d'échappement (3) comportant un catalyseur à accumulation de NOx (4) suivi, dans la direction d'écoulement des gaz d'échappement, d'un filtre à particules (5), caractérisé en ce que le dispositif (3) comporte un dispositif de fourniture d'air complémentaire (6) servant à amener de l'air complémentaire au filtre à particules (5). 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dispositif de fourniture d'air complémentaire (6) insuffle l'air complémentaire en aval du catalyseur à accumulation de NOx (4) et en amont du filtre à particules (5), pour amener l'air complémentaire au filtre à particules (5) par le côté d'entrée des gaz d'échappement de ce dernier. 12. Dispositif selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que le dispositif de fourniture d'air 30 complémentaire (6) comporte une pompe à air complémentaire (11). 13. Dispositif selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que le filtre à particules (5) comporte une couche de métal précieux. 14. Dispositif selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que le dispositif (3) comporte un dispositif de commande qui commande la régénération du catalyseur à accumulation de NOx (4) et du filtre à particules (5), ainsi que le dispositif de fourniture d'air complémentaire (6).