Brevet FR2920824A1 — publié le 20090313

i La présente invention concerne un procédé de gestion du fonctionnement d'un système d'échappement de moteur à combustion du type comportant au moins un convertisseur catalytique. Dans le domaine de l'automobile, il est bien connu d'utiliser des filtres à particules et des convertisseurs catalytiques dans une ligne d'échappement d'un moteur diesel ou essence qui génère des particules, des oxydes d'azote et de soufre afin de piéger les particules, traiter les oxydes d'azote et de soufre et ainsi répondre aux normes en vigueur. Les filtres à particules sont insérés sur la ligne d'échappement du moteur à combustion et sont adaptés pour piéger les particules de suie contenues dans les gaz d'échappement. Des dispositifs de régénération pilotés permettent de brûler périodiquement les particules piégées dans les filtres et éviter le colmatage de ces derniers. Afin de chauffer les gaz d'échappement à une température de l'ordre de 550 à 600°C pour brûler les particules accumulées dans le filtre à particule, différents systèmes ont été proposés tels que des résistances chauffantes ou des moyens permettant d'injecter une quantité supplémentaire de carburant dans au moins une des chambres de combustion du moteur sous la forme d'une post-injection par exemple, ces systèmes étant pilotés par un système électronique de commande. Les convertisseurs catalytiques également appelés pièges à oxydes d'azote ou � Noxtrap � fonctionnent suivant deux modes distincts, un mode pauvre et un mode riche au cours duquel le convertisseur est purgé. En mode pauvre, le convertisseur catalytique stocke les oxydes d'azote dans différents compartiments. On notera que les convertisseurs catalytique ont une capacité de stockage qui diminue au cours du temps. Lorsque le convertisseur catalytique a atteint sa capacité de stockage, il doit être purgé. La purge se produit en mode riche, c'est-à-dire lorsqu'il y a un défaut d'oxygène par rapport à la stoechiométrie. Au cours de cette purge, des réducteurs, usuellement les hydrocarbures imbrûlés et le monoxyde de carbone, passent dans le convertisseur et réduisent les oxydes d'azote pour les libérer dans l'atmosphère sous forme de di-azote N2 et de dioxyde de carbone CO2. Par ailleurs, la capacité d'absorption de ces convertisseurs est diminuée par la présence de soufre dans le carburant et dans l'huile. Le soufre se fixe sur les zones catalytiques destinées à piéger les oxydes d'azote et réduit de ce fait leur efficacité. Ainsi, il est connu de purger le soufre du Noxtrap, c'est-à-dire de libérer le soufre fixé dans le piège à oxydes d'azote. A cet effet, il est nécessaire de faire monter la température dans le Noxtrap à une température d'environ 650°C et de passer en mode riche. Un tel procédé de purge du Noxtrap nécessite une importante quantité d'énergie supplémentaire pour chauffer le Noxtrap à la température de purge ainsi qu'une augmentation de la quantité de carburant pour fonctionner en mode riche. Afin de remédier à cet inconvénient, il est bien connu d'agencer un second catalyseur dit � Soxtrap � ou piège à oxydes de soufre, sur la ligne d'échappement en amont du piège à oxydes d'azote. Un tel catalyseur permet de piéger le soufre contenu dans le gaz d'échappement lorsqu'il fonctionne en mode pauvre. La capacité de stockage du piège à oxyde de soufre est limitée et il est nécessaire de réaliser des purges périodiques de manière à libérer le soufre. Cette purge consiste à augmenter la température des gaz d'échappement et à passer en mode riche en contrôlant au moyen de capteurs, la composition des gaz d'échappement pour qu'ils soient réducteurs. Pour un moteur diesel dont la ligne d'échappement comporte un filtre à particules et un piège à oxydes d'azote, les purges d'oxydes d'azote et de soufre et les régénérations des filtres à particules contribuent à l'augmentation de la dilution. On entend par dilution la présence de carburant dans l'huile moteur néfaste au bon fonctionnement mécanique. Dans des conditions de roulage sévère, tel qu'un cycle urbain pour le filtre à particules ou un cycle urbain/routier pour une ligne d'échappement comportant un filtre à particules et un piège à oxydes d'azote, un moyen de limiter la dilution est de limiter les purges d'oxyde d'azote et de soufre procurant un impact direct sur les émissions d'oxydes d'azote sur un cycle tel que sur un cycle NEDC selon l'acronyme anglo-saxon � New European Driving Cycle � des normes européennes. Suivant les systèmes de l'art antérieur, les purges d'oxydes d'azote et de soufre sont coupées au-delà d'un seuil de dilution calibrable, pour des véhicules présentant un roulage sévère en dilution, de telle manière que l'impact des régénérations des filtres à particules seules et de l'évaporation soient suffisants pour réduire la dilution et faire converger vers l'objectif d'intervalle de vidange. Toutefois, il est fréquent que l'interruption des purges d'oxydes d'azote et de soufre ne permette plus, par une absence de maîtrise de la masse d'oxydes de soufre et d'azote, de respecter les limites de dépollution aux oxydes d'azote fixées par la législation en vigueur. L'un des buts de l'invention est donc de remédier à tous ces inconvénients en proposant un procédé et un système de gestion du fonctionnement d'un filtre à particules et de convertisseurs catalytique pour moteur à combustion de conception robuste, fiable et peu onéreuse, permettant de respecter les seuils de dépollution. A cet effet et conformément à l'invention, il est proposé un procédé de gestion du fonctionnement d'au moins un convertisseur catalytique équipant une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne, ledit convertisseur catalytique étant purgés selon des critères déterminés tels que lorsque une valeur seuil est atteinte par exemple ; ledit procédé est remarquable en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes d'estimation de la dilution lors du roulage, de comparaison de la dilution estimée avec un seuil critique déterminé, et de modification de l'occurrence des purges des oxydes de soufre et d'azote du convertisseur catalytique lorsque la dilution estimée est supérieure au seuil critique déterminé. L'occurrence des purges d'oxydes de soufre du convertisseur catalytique est modifiée en modifiant la masse seuil de déclenchement de la purge en oxydes de soufre dudit convertisseur catalytique et/ou l'occurrence des purges d'azote du convertisseur catalytique est modifiée en modifiant la masse seuil de déclenchement de la purge en oxydes d'azote dudit convertisseur catalytique. Par ailleurs, le seuil critique est déterminé en fonction des conditions de roulage, un seuil critique étant déterminé pour le roulage en cycle urbain et/ou en cycle routier et/ou en cycle autoroutier pris séparément ou en combinaison. De plus, la purge du convertisseur catalytique est obtenue par augmentation de la température dans ledit convertisseur catalytique jusqu'à une température d'environ 650°C et par fonctionnement en mode riche. Un autre objet de l'invention concerne un système de gestion du fonctionnement d'au moins un convertisseur catalytique équipant une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne, ledit convertisseur catalytique étant purgé selon des critères déterminés et étant piloté par une unité de contrôle électronique qui comporte des moyens de gestion pour piloter les purges d'oxydes de soufre et d'azote ; ledit système est remarquable en ce que lesdits moyens de gestion sont agencés pour estimer la dilution lors du roulage, puis comparer la dilution estimée avec un seuil critique déterminé et modifier l'occurrence des purges des oxydes de soufre et d'azote du convertisseur catalytique lorsque la dilution estimée est supérieure au seuil critique déterminé. Selon une caractéristique essentielle du système suivant l'invention, les moyens de gestion sont agencés pour modifier l'occurrence des purges d'oxydes de soufre du convertisseur catalytique en modifiant la masse seuil de déclenchement de la purge en oxydes de soufre dudit convertisseur catalytique et/ou en modifiant la masse seuil de déclenchement de la purge en oxydes d'azote dudit convertisseur catalytique. Par ailleurs, les moyens de gestion sont agencés pour déterminer le seuil critique en fonction des conditions de roulage, un seuil critique étant déterminé pour le roulage en cycle urbain et/ou en cycle routier et/ou en cycle autoroutier pris séparément ou en combinaison. Accessoirement ; la ligne d'échappement comporte un filtre à particules. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre de plusieurs variantes d'exécution, données à titre d'exemples non limitatifs, du procédé et du système de gestion du fonctionnement d'au moins un convertisseur catalytique pour moteur à combustion conformes à l'invention, à partir des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un moteur selon un mode préféré de l'invention, - la figure 2 est un organigramme des étapes du procédé suivant l'invention. En référence à la figure 1, on a représenté un moteur 1 selon un mode de réalisation préféré de l'invention. Ledit moteur 1 comporte classiquement un bloc moteur 2, une ligne d'échappement 3 dans laquelle circule un gaz d'échappement émis par le bloc moteur 2, et des moyens de commande permettant de contrôler les performances du moteur. Ledit bloc moteur 2 comporte notamment un collecteur d'admission 4 et 10 d'échappement 5. La ligne d'échappement 3 est notamment composée d'une part d'un turbocompresseur 6 muni d'une turbine 6a apte à entraîner un compresseur 6b et d'autre part d'un convertisseur catalytique 7. La turbine 6a du turbocompresseur 6 reçoit le gaz d'échappement sortant du 15 collecteur d'échappement 5 et le compresseur 6b reçoit de l'air frais pour le comprimer et suralimenter le collecteur d'admission 4. Ledit air frais passe à travers un débitmètre 8 et un filtre à air non représenté sur la figure 1. Il est bien évident que la ligne d'échappement 3 peut comporter un système de recirculation du gaz d'échappement communément appelé EGR selon l'acronyme 20 anglo-saxon � Exhaust Gaz Recirculation � sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Le convertisseur catalytique 7 est alimenté par la sortie de la turbine 6a du turbocompresseur 6 de telle manière qu'il reçoive le gaz d'échappement qui sort de la turbine 6a après l'avoir entraîné en rotation. 25 Ce convertisseur catalytique 7 a pour fonction de piéger les oxydes d'azote (NOx) et les oxydes de soufre (SOx) présents dans le gaz d'échappement. Ledit convertisseur catalytique 7 est classiquement constitué de canaux pratiqués dans un monolithe à structure poreuse imprégnée d'une phase catalytique et présentant une grande surface de contact avec le gaz d'échappement. 30 La ligne d'échappement 3 peut également comprendre un filtre à particules ou un catalyseur d'oxydation couplant le post-traitement du gaz par réduction des oxydes d'azote NOx à un post-traitement de particules d'hydrocarbures imbrûlés et de monoxydes de carbone. Par ailleurs, le moteur 1 comporte une sonde 02 amont 9 positionnée sur la ligne d'échappement 3 en amont du convertisseur catalytique 7, c'est-à-dire entre la turbine 6a et le convertisseur catalytique 7, et de préférence à l'entrée dudit convertisseur 7, et délivrant une mesure de la teneur en oxygène dans le gaz d'échappement situé en amont dudit convertisseur 7. Le moteur 1 comporte également une sonde 02 aval 10 positionnée sur la ligne d'échappement 3 en aval du convertisseur catalytique 7, c'est-à-dire entre ledit convertisseur catalytique 7 et la sortie des gaz d'échappement, et de préférence à la sortie dudit convertisseur 7, et délivrant une mesure de la teneur en oxygène dans le gaz d'échappement situé en aval dudit convertisseur 7. Les sondes amont 9 et aval 10 peuvent être des sondes du type proportionnelle ou binaire, c'est-à-dire des sondes délivrant un signal du type tout ou rien en fonction de la teneur en oxygène qui est en contact avec l'élément sensible de la sonde, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. On entend par � tout ou rien � le fait que le signal délivré par la sonde prend généralement deux valeurs parfaitement distinguables telles que 0 et 1 par exemple. Lesdites sondes amont 9 et aval 10 sont connectées à une unité de contrôle électronique 11 dite UCE éventuellement couplée à un calculateur non représenté sur la figure 1. Cette unité de contrôle électronique 11 est également connectée au débit mètre 8 et pilote le moteur 1 de manière bien connu en soi en mettant en oeuvre un procédé de commande approprié. Ladite unité de contrôle électronique 11 comporte également des moyens de gestion du fonctionnement de la ligne d'échappement 3 et plus précisément des moyens pour piloter les purges d'oxydes de soufre et d'azote en fonction de la dilution lors d'un roulage sévère. Lesdits moyens sont agencés pour estimer la dilution en fonction des conditions de roulage et des moyens pour augmenter les périodes de déclenchement des purges d'oxydes d'azote (NOx) et/ou de soufre (SOx) lorsque la dilution estimée est supérieure à un seuil critique. Lesdits moyens comprennent plusieurs seuils critiques qui dépendent de la dilution estimée et/ou des conditions de roulage du véhicule. Par ailleurs, lesdits moyens comprennent des moyens pour faire varier le seuil de masse d'oxydes de soufre (SOx) par rapport à un seuil de masse d'oxydes de soufre (SOx) référence correspondant à une situation normale. Ainsi, en référence à la figure 2, la dilution est dans une première étape 100 estimée puis, dans une étape 110, elle est comparée à un seuil critique. Dans l'hypothèse où la dilution estimée est supérieure au seuil critique (étape 120), la masse d'oxyde de soufre et/ou la masse d'oxydes d'azote pour déclencher les purges d'oxyde d'azote et de soufre dans le convertisseur catalytique 7 sont augmentées par rapport à la masse d'oxyde de soufre et/ou la masse d'oxydes d'azote standards (étape 130). Dans l'hypothèse où la dilution estimée est inférieure au seuil critique (étape 140), la masse d'oxyde de soufre et/ou la masse d'oxydes d'azote pour déclencher les purges d'oxyde de soufre et/ou d'azote dans le convertisseur catalytique 7 sont inchangées par rapport à la masse d'oxyde de soufre et/ou la masse d'oxydes d'azote standards (étape 150). Par exemple, la masse d'oxyde de soufre (SOx) standard pour déclencher la purge des oxydes de soufre (SOx) dans le convertisseur catalytique 7 est de 3g en cycle urbain, de 1,3g en cycle route et 1 g en cycle autoroute. La masse d'oxydes d'azote (NOx) standard pour déclencher la purge des oxydes d'azote (NOx) dans le convertisseur catalytique 7 est de 0,6g quelque soit le cycle, Ainsi, lorsque la dilution estimée est inférieure au seuil critique (étape 110), l'occurrence moyenne des purges des oxydes d'azote dans le convertisseur catalytique 7 est environ tous les 5 km et l'occurrence moyenne des purges des oxydes de soufre dans le convertisseur catalytique 7 est environ tous les 1500 km. Dans l'hypothèse où la dilution estimée est supérieure au seuil critique (étape 120), la masse d'oxyde de soufre (SOx) augmentée pour déclencher la purge des oxydes de soufre (SOx) dans le convertisseur catalytique 7 est de 7g en cycle urbain, de 5g en cycle route et 3 g en cycle autoroute. La masse d'oxydes d'azote (NOx) augmentée pour déclencher la purge des oxydes d'azote (NOx) dans le convertisseur catalytique 7 est de 1,2g quelque soit le cycle. Ainsi, lorsque la dilution estimée est supérieure au seuil critique (étape 120), l'occurrence moyenne des purges des oxydes d'azote dans le convertisseur catalytique 7 est alors environ tous les 10 km et l'occurrence moyenne des purges des oxydes de soufre dans le convertisseur catalytique 7 est environ tous les 4500 km. De cette manière, le coût en dilution dû au convertisseur catalytique 7 est réduit au dépend des émissions d'oxydes d'azote à l'échappement tout en respectant la réglementation européenne en vigueur. Lorsque la dilution estimée dépasse le seuil critique, on comprend bien d'une part que seules les purges d'oxydes de soufre (SOx) � non diluantes �, c'est-à-dire les purges d'oxydes de soufre (SOx) déclenchées en cycle autoroute, sont autorisées avec une masse d'oxydes de soufre augmentée par rapport à la masse standard pour déclencher les purges, et d'autre part que les fréquences des purges d'oxydes d'azote (NOx) sont adaptées par augmentation du seuil de déclenchement pour diminuer la dilution tout en maîtrisant les émissions sur cycle � NDEC �. De plus, lorsque la masse d'oxydes de soufre (SOx) augmente progressivement, les purges des oxydes de soufre (SOx) plus diluantes sont autorisées. Il va de soi que la purge du convertisseur catalytique (7) est obtenue, de manière bien connue par l'Homme du Métier, par augmentation de la température dans ledit convertisseur catalytique (7) jusqu'à une température d'environ 650°C et par fonctionnement en mode riche ou par tout autre moyen équivalent. On observera que la ligne d'échappement décrite précédemment ne comporte qu'un unique convertisseur catalytique ; Toutefois, il va de soi que la ligne d'échappement pourra comporter plusieurs convertisseurs catalytiques tels qu'un � Noxtrap � et un � Soxtrap � et éventuellement un filtre à particules sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Enfin, il est bien évident que les exemples que l'on vient de donner ne sont que des illustrations particulières en aucun cas limitatives quant aux domaines d'application de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Procédé de gestion du fonctionnement d'au moins un convertisseur catalytique (7) équipant une ligne d'échappement (3) d'un moteur à combustion interne (1), ledit convertisseur catalytique (7) étant purgés selon des critères déterminés tels que lorsque une valeur seuil est atteinte par exemple, caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes de : - estimation de la dilution lors du roulage, - comparaison de la dilution estimée avec un seuil critique déterminé, - modification de l'occurrence des purges des oxydes de soufre et d'azote du convertisseur catalytique (7) lorsque la dilution estimée est supérieure au seuil critique déterminé. 2 - Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l'occurrence des purges d'oxydes de soufre du convertisseur catalytique (7) est modifiée en modifiant la masse seuil de déclenchement de la purge en oxydes de soufre dudit convertisseur catalytique (7). 3 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que l'occurrence des purges d'oxydes d'azote du convertisseur catalytique (7) est modifiée en modifiant la masse seuil de déclenchement de la purge en oxydes d'azote dudit convertisseur catalytique (7). 4 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le seuil critique est déterminé en fonction des conditions de roulage. 5 - Procédé suivant la revendication 4 caractérisé en ce que un seuil critique est déterminé pour le roulage en cycle urbain et/ou en cycle routier et/ou en cycle autoroutier pris séparément ou en combinaison. 6 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la purge du convertisseur catalytique (7) est obtenue par augmentation de la température dans ledit convertisseur catalytique (7) jusqu'à une température d'environ 650°C et par fonctionnement en mode riche. 7 - Système de gestion du fonctionnement d'au moins un convertisseur catalytique (7) équipant une ligne d'échappement (3) d'un moteur à combustion 2920824 i0 interne (1), ledit convertisseur catalytique (7) étant purgé selon des critères déterminés et étant piloté par une unité de contrôle électronique (11) qui comporte des moyens de gestion pour piloter les purges d'oxydes de soufre et d'azote, caractérisé en ce que lesdits moyens de gestion sont agencés pour estimer la 5 dilution lors du roulage, puis comparer la dilution estimée avec un seuil critique déterminé et modifier l'occurrence des purges des oxydes de soufre et d'azote du convertisseur catalytique (7) lorsque la dilution estimée est supérieure au seuil critique déterminé. 8 - Système suivant la revendication 7 caractérisé en ce que les moyens de 10 gestion sont agencés pour modifier l'occurrence des purges d'oxydes de soufre du convertisseur catalytique (7) en modifiant la masse seuil de déclenchement de la purge en oxydes de soufre dudit convertisseur catalytique (7). 9 - Système suivant l'une quelconque des revendications 7 ou 8 caractérisé en ce que les moyens de gestion sont agencés pour modifier l'occurrence des purges 15 d'oxyde d'azote du convertisseur catalytique (7) en modifiant la masse seuil de déclenchement de la purge en oxydes d'azote dudit convertisseur catalytique (7). 10 - Système suivant l'une quelconque des revendications 7 à 9 caractérisé en ce que les moyens de gestion sont agencés pour déterminer le seuil critique en fonction des conditions de roulage. 20 11 - Système suivant la revendication 10 caractérisé en ce que un seuil critique est déterminé pour le roulage en cycle urbain et/ou en cycle routier et/ou en cycle autoroutier pris séparément ou en combinaison. 12 - Système suivant l'une quelconque des revendications 7 à 11 caractérisé en ce que la ligne d'échappement (3) comporte un filtre à particules.