Brevet FR2907163A1 — publié le 20080418

Dispositif et procédé d'estimation de l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote d'un système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote La présente invention concerne un dispositif et un procédé d'estimation de l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote d'un système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote, comprenant une phase catalytique, et traversé par les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile. Les moteurs à combustion interne produisent des gaz d'échappement qui contiennent des substances polluantes réglementées, telles que les oxydes d'azote NOS, les hydrocarbures imbrûlés HC, le monoxyde de carbone CO et les particules qu'il est nécessaire de traiter. Les seuils admis pour les émissions de gaz polluants des véhicules automobiles sont régulièrement revus à la baisse dans le cadre de l'évolution de la réglementation sur la dépollution. De manière classique, le traitement des oxydes d'azote NOS émis par le moteur dans les gaz d'échappement, sont traités par un système de piégeage d'oxydes d'azote implanté dans la ligne d'échappement du moteur. Dans les conditions normales d'échappement, c'est-à-dire lorsque la richesse en carburant à l'échappement est faible, le système de piégeage d'oxydes d'azote stocke les oxydes d'azote sous forme de nitrates sur des sites d'adsorption, classiquement du sel de baryum. La capacité maximale de stockage d'un tel système de piégeage étant limitée, il est nécessaire de le régénérer régulièrement, en élevant la richesse en carburant à l'échappement par contrôle du fonctionnement du moteur, à une valeur très légèrement supérieure à 1. 2907163 2 Dans de telles conditions, les oxydes d'azote NOX sont désorbés des sites de stockage et éliminés sous forme d'azote par un catalyseur. Le soufre contenu dans les gaz d'échappement du moteur, provenant de l'huile de lubrification du moteur et du carburant 5 alimentant le moteur, peut se fixer sur des sites d'adsorption des oxydes d'azote du système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote, et modifier l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote du système de piégeage, en diminuant le nombre de sites d'adsorption disponibles pour les oxydes d'azote. 10 Aussi, il est important de prendre en compte l'empoisonnement au soufre dans l'estimation du chargement en oxydes d'azotes du système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote, particulièrement dans le calcul de l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote du système de piégeage catalytique. 15 La demande de brevet français FR 2 856 741 décrit un estimateur embarqué de la quantité d'oxydes d'azote adsorbés dans un dispositif de piégeage catalytique d'oxydes d'azote des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne alimenté par un mélange pauvre en carburant. Le procédé utilisé ne tient pas compte de 20 l'empoisonnement du dispositif de piégeage catalytique d'oxydes d'azote par les oxydes de soufre. La demande de brevet allemand DE 100 38 461 décrit le calcul d'une efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote d'un système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote, corrigée plusieurs 25 fois successivement pour tenir compte de l'empoisonnement au soufre. Le calcul divulgué est complexe et de précision limitée, et nécessite une taille de mémoire embarquée importante pour fournir une précision suffisante, or, la taille de la mémoire embarquée étant limitée, la précision est limitée. 2907163 3 Un but de l'invention est de proposer une alternative au calcul de l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote d'un système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote, ayant une précision améliorée, et dont l'implémentation logicielle embarquée est de taille 5 réduite. Aussi, il est proposé, selon un aspect de l'invention, un dispositif d'estimation de l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote d'un système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote comprenant une phase catalytique et traversé par les gaz 10 d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile. Le dispositif d'estimation comprend des moyens d'estimation de l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote dudit système de piégeage catalytique à partir d'une somme d'une masse d'oxydes d'azote adsorbés par ladite phase catalytique et d'une 15 masse équivalente d'oxydes d'azote correspondant à une masse d'oxydes de soufre bloquant des sites d'adsorption de ladite phase catalytique. La présence d'oxydes de soufre bloquant des sites d'adsorption de la phase catalytique du système de piégeage d'oxydes d'azote est 20 ainsi prise en compte. Cette masse équivalente d'oxydes d'azote, correspondant à la masse d'oxydes de soufre bloquant des sites d'adsorption de la phase catalytique, est utilisée dans le calcul de la masse d'oxydes d'azote piégés dans le système de piégeage catalytique, servant à l'estimation de l'efficacité instantanée de 25 stockage d'oxydes d'azote du système de piégeage catalytique. Aussi, la précision du calcul de l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote est améliorée, et son implémentation logicielle est de taille réduite, car la prise en compte de l'empoisonnement au soufre intervient en amont du calcule de 2907163 4 l'efficacité instantanée de stockage, ou, en d'autres termes intervient en entrée des moyens de calcul de l'efficacité instantanée de stockage. Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend des premiers moyens de calcul de la masse d'oxydes de soufre bloquant 5 des sites d'adsorption de la phase catalytique. Le dispositif comprend, en outre, des deuxièmes moyens de calcul de la masse équivalente d'oxydes d'azote, correspondant à ladite masse d'oxydes de soufre calculée par les premiers moyens de calcul, tenant compte de la température du substrat sur lequel repose ladite phase catalytique. 10 La masse équivalente d'oxydes d'azote élaborée par les deuxièmes moyens de calcul étant dépendante de la température du substrat, la prise en compte de cette dernière permet d'obtenir une précision améliorée du calcul de la masse équivalente d'oxydes d'azote. 15 Selon un mode de réalisation, lesdits moyens d'estimation sont, en outre, adaptés pour tenir compte de la capacité maximale de stockage en oxydes d'azote du système de piégeage catalytique lors de l'estimation de ladite efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote. 20 Selon un mode de réalisation, le dispositif d'estimation comprend, en outre, des troisièmes moyens de calcul de la capacité maximale de stockage en oxydes d'azote du système de piégeage catalytique tenant compte de la température du substrat. La capacité maximale de stockage en oxydes d'azote dudit 25 système de piégeage catalytique étant sensible à la température du substrat, le calcul de la capacité maximale de stockage en oxydes d'azote dudit système de piégeage catalytique a une précision améliorée. 2907163 5 Selon un mode de réalisation, les moyens d'estimation sont, en outre, adaptés pour tenir compte de la vitesse volumique horaire des gaz traversant le système de piégeage catalytique lors de l'estimation de ladite efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote du 5 système de piégeage catalytique. L'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote dépendant de la vitesse volumique horaire des gaz traversant le système de piégeage catalytique, son estimation est de précision améliorée. 10 Selon un mode de réalisation, lesdits moyens d'estimation de l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote sont, en outre, adaptés pour tenir compte de la température du substrat lors de l'estimation de ladite efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote dudit système de piégeage catalytique. 15 L'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote du système de piégeage catalytique étant dépendant de la température du substrat, la prise en compte de cette dernière permet d'obtenir une précision améliorée de l'estimation de l'efficacité instantanée. Selon un autre aspect de l'invention, il est également proposé 20 un système d'estimation d'une masse d'oxydes d'azote stockés dans un système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote, comprenant un dispositif d'estimation de l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote tel que décrit précédemment. Un tel système d'estimation d'une masse d'oxydes d'azote 25 stockés dans un système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote est de précision améliorée, et son implémentation logicielle de taille réduite. I1 est en outre proposé, selon un autre aspect de l'invention, un système de régénération périodique d'un système de piégeage 2907163 6 catalytique d'oxydes d'azote comprenant un dispositif d'estimation de l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote tel que décrit précédemment. Un tel système de régénération périodique de système de 5 piégeage catalytique d'oxydes d'azote peut déterminer de manière plus précise les moments de déclenchement d'une phase de régénération du système de piégeage catalytique, et une implémentation logicielle de taille réduite. I1 est également proposé, selon un autre aspect de l'invention, 10 un procédé d'estimation de l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote d'un système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote comprenant une phase catalytique et traversé par les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile. On estime l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes 15 d'azote dudit système de piégeage catalytique à partir d'une somme d'une masse d'oxydes d'azotes adsorbés par ladite phase catalytique et d'une masse équivalente d'oxydes d'azote correspondant à une masse d'oxydes de soufre bloquant des sites d'adsorption de ladite phase catalytique. 20 D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, de quelques exemples nullement limitatifs, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est un schéma synoptique d'un mode de réalisation 25 d'un dispositif d'estimation de l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote d'un système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote selon un aspect de l'invention ; et - la figure 2 est un schéma synoptique d'un mode de réalisation d'un système d'estimation d'une masse d'oxydes d'azote stockée dans 2907163 7 un dispositif de piégeage catalytique d'oxydes d'azote selon un aspect de l'invention. Sur la figure 1, est représenté un dispositif d'estimation 1 de l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote d'un système de 5 piégeage catalytique d'oxydes d'azote comprenant une phase catalytique et traversé par les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile. L'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote permet de connaître à tout moment la capacité d'adsorption du système de piégeage catalytique d'oxydes 10 d'azote, et est définie par la relation suivante : Eff =100 x 1ù Débit _N0 x _sortant Débit _ NOx _entrant dans laquelle : Eff est l'efficacité instantanée de stockage du système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote, en pourcentage ; 15 Débit NO sortant est le débit d'oxydes d'azote sortant du système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote, en g/s ; et Débit NO entrant est le débit d'oxydes d'azote entrant dans le système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote, en g/s. 20 Un premier module de calcul 2 permet de déterminer une masse d'oxydes de soufre mso bloquant les sites d'adsorption de la phase catalytique du système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote. La masse d'oxydes de soufre bloquant des sites d'adsorption de la phase catalytique est transmise à un deuxième module de calcul 3 par une 25 connexion 4. Le deuxième module de calcul 3 reçoit en outre, en entrée, la température T du substrat par une connexion 5. Le deuxième module de calcul 3 détermine une masse équivalente d'oxydes d'azote pseudo_NOX correspondant à ladite 2907163 8 masse d'oxydes de soufre mso . La masse équivalente d'oxydes d'azote pseudo_NOX est transmise par une connexion 6 à un module d'addition 7 recevant également en entrée une masse NF d'oxydes d'azote piégés par le système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote, par 5 l'intermédiaire d'une connexion 8. Le module d'addition 7 délivre, en sortie, une masse d'oxydes d'azote NS' correspondant à la somme de la masse d'oxydes d'azote NS et de la masse équivalente d'oxydes d'azote pseudo_NOX par une connexion 9, à destination d'un module de division 10. 10 Le module de division 10 reçoit également en entrée, par une connexion 11, une capacité maximale de stockage NSC d'oxydes d'azote du système de piégeage catalytique délivré par un troisième module de calcul 12 en fonction de la température T du substrat reçue par une connexion 13. La capacité maximale de stockage NSC du 15 système de piégeage catalytique correspond à la masse maximale d'oxydes d'azote pouvant être stockée par la phase catalytique. Le module de division 10 délivre en sortie, par une connexion 14, le rapport de la somme NS' et de la capacité maximale de stockage NSC d'oxydes d'azote du système de piégeage catalytique, à destination 20 d'un module d'estimation 15 de l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote du système de piégeage catalytique. Le module d'estimation 15 reçoit également en entrée, de manière optionnelle, la température T du substrat par une connexion 16, et la vitesse volumique horaire VVH représentative du temps de séjour des gaz 25 dans le dispositif de piégeage catalytique, par une connexion 17. Le module d'estimation 15 de l'efficacité instantanée de stockage délivre en sortie, par une connexion 18, l'efficacité instantanée du stockage d'oxydes d'azote Eff du système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote. Cette efficacité instantanée Eff tient 2907163 9 compte de l'empoisonnement du système de piégeage catalytique par des oxydes de soufre, de manière simplifiée. Aussi, la réalisation logicielle de ce dispositif de calcul peut aisément être embarquée à bord d'une unité de commande électronique de véhicule automobile, 5 car de taille réduite, qu'elle soit mise en oeuvre sous forme logicielle ou par circuit intégré. Sur la figure 2, est représenté un système d'estimation d'une masse d'oxydes d'azote stockés dans un système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote comprenant un dispositif d'estimation 1 10 de l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote tel qu'illustré sur la figure 1. Le dispositif d'estimation 1 délivre en sortie, par la connexion 18, l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote Eff du système de piégeage catalytique, à destination d'un module de multiplication 19 recevant également en entrée, par une connexion 20, 15 le débit d'oxydes d'azote débit NO entrant entrant dans le système de piégeage catalytique, et une valeur prédéterminée dt par une connexion 21. La valeur dt représente le pas de temps de calcul ou d'intégration. Le module de multiplication 19 délivre en sortie, par 20 l'intermédiaire d'une connexion 22, le débit d'oxydes d'azote débit NO stockés stockés dans le système de piégeage catalytique, à destination d'un module d'addition 23. Le module d'addition 23 reçoit en outre, en entrée, une masse cumulée NS d'oxydes d'azote piégés par le système de piégeage catalytique, par l'intermédiaire d'une 25 connexion 24 provenant d'un module de mémorisation 25 de la masse cumulée NS d'oxydes d'azote piégés dans le système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote. Le module d'addition 23 délivre en sortie, par une connexion 26, une masse cumulée NS d'oxydes d'azote piégés dans le système de piégeage catalytique mis à jour, qui est 2907163 10 également transmise par une connexion 27 au module de mémorisation 25 qui mémorise cette mise à jour. Le module de mémorisation 25 transmet en outre, par l'intermédiaire de la connexion 8, formant une boucle de rétroaction, 5 la masse d'oxydes d'azote NS piégés dans le système de piégeage catalytique mis à jour, en entrée du dispositif d'estimation 1. Un tel système peut servir à un système de régénération périodique du système de piégeage catalytique. L'invention permet d'améliorer de calculer l'efficacité 10 instantanée de stockage d'oxydes d'azote avec une précision améliorée, et d'implémenter sa mise en oeuvre logicielle de manière à occuper une place réduite en mémoire. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'estimation (1) de l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote d'un système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote comprenant une phase catalytique et traversé par les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'estimation (15) de l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote dudit système de piégeage catalytique à partir d'une somme d'une masse d'oxydes d'azote adsorbés par ladite phase catalytique et d'une masse équivalente d'oxydes d'azote correspondant à une masse d'oxydes de soufre bloquant des sites d'adsorption de ladite phase catalytique. 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, comprenant des premiers moyens de calcul (2) de ladite masse d'oxydes de soufre bloquant des sites d'adsorption de ladite phase catalytique, et des deuxièmes moyens de calcul (3) de ladite masse équivalente d'oxydes d'azote, correspondant à ladite masse d'oxydes de soufre calculée par lesdits premiers moyens de calcul (2), tenant compte de la température du substrat sur lequel repose ladite phase catalytique. 3. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdits moyens d'estimation (15) sont, en outre, adaptés pour tenir compte de la capacité maximale de stockage en oxydes d'azote dudit système de piégeage catalytique lors de l'estimation de ladite efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote. 4. Dispositif (1) selon la revendication 3, comprenant, en outre, des troisièmes moyens de calcul (12) de la capacité maximale de stockage en oxydes d'azote dudit système de piégeage catalytique tenant compte de la température du substrat. 2907163 12 5. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdits moyens d'estimation (15) sont, en outre, adaptés pour tenir compte de la vitesse volumique horaire des gaz traversant ledit système de piégeage catalytique lors de 5 l'estimation de ladite efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote dudit système de piégeage catalytique. 6. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdits moyens d'estimation (15) sont, en outre, adaptés pour tenir compte de la température du substrat lors de 10 l'estimation de ladite efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote dudit système de piégeage catalytique. 7. Système d'estimation d'une masse d'oxydes d'azotes stockés dans un système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'estimation (1) de 15 l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote selon l'une des revendications 1 à 6. 8. Système de régénération périodique d'un système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'estimation (1) de l'efficacité instantanée de 20 stockage d'oxydes d'azote selon l'une des revendications 1 à 6. 9. Procédé d'estimation de l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote d'un système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote comprenant une phase catalytique et traversé par les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule 25 automobile, dans lequel on estime l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote dudit système de piégeage catalytique à partir d'une somme d'une masse d'oxydes d'azotes adsorbés par ladite phase catalytique et d'une masse équivalente d'oxydes d'azote correspondant à une masse d'oxydes de soufre bloquant des sites d'adsorption de ladite phase catalytique.