Brevet FR2934315A1 — publié le 20100129

DISPOSITIF ET PROCEDE DE COMMANDE DE L'ELIMINATION D'OXYDES DE SOUFRE, VEHICULE EQUIPE DE CE DISPOSITIF [0001 L'invention concerne un dispositif et un procédé de commande d'élimination d'oxydes de soufre (SOx) contenus dans un organe de dépollution des gaz d'échappement produits par un moteur à combustion consommant du carburant. L'invention concerne également un véhicule équipé de ce dispositif. [0002] L'organe de dépollution est placé dans la ligne d'échappement du moteur. Il a pour fonction d'éliminer des particules et molécules polluantes présentes dans les gaz d'échappement libérés par ce moteur. De nombreux organes de dépollution sont connus. Par exemple, l'organe de dépollution peut être un piège à NOx (oxydes d'azote), un filtre à particules, un catalyseur d'oxydation, un catalyseur trois voies ou autres. De plus, plusieurs de ces organes de dépollution peuvent être combinés dans la même ligne d'échappement. [0003] Par ailleurs, le moteur à combustion relâche des oxydes de soufre dans la ligne d'échappement. Ces oxydes de soufre proviennent de l'oxydation du soufre contenu dans le carburant consommé par le moteur. La plupart des organes de dépollution piègent, souvent en plus des particules pour lesquelles ils ont été conçus, ces oxydes de soufre. Ainsi, des sites des organes de dépollution prévus, initialement, pour piéger d'autres particules que les oxydes de soufre, par exemple les NOx, se trouvent occupé par des oxydes de soufre. Or, l'élimination des oxydes de soufre est souvent plus difficile que celle des autres particules. Il faut donc déclencher un procédé particulier pour éliminer ces oxydes de soufre des organes de dépollution. Ce procédé est connue sous l'abréviation de � deSOx �. Par exemple, l'élimination des oxydes de soufre consiste en une désorption des oxydes de soufre piégés dans l'organe de dépollution. [0004] Cette élimination des oxydes de soufre doit être déclenchée uniquement lorsque cela est nécessaire. A cet effet, un dispositif connu de commande de l'élimination des oxydes de soufre comprend un capteur de la quantité de soufre dans le carburant consommé par le moteur, et une unité de commande propre à déclencher l'élimination des oxydes de soufre en fonction de la quantité de soufre mesurée par le capteur. [000s] Toutefois, ces dispositifs connus présentent un certain nombre d'inconvénients comme par exemple leur sensibilité au type de carburant consommé. [000s] L'invention vise à remédier à ce problème en proposant un dispositif plus 5 efficace de commande de l'élimination des oxydes de soufre contenus dans un organe de dépollution. [0007] Elle a donc pour objet un dispositif de commande de l'élimination des oxydes de soufre contenus dans un organe de dépollution dans lequel le capteur de soufre est un spectromètre. 10 [000s] Le fait d'utiliser en tant que capteur de soufre un spectromètre rend ce dispositif moins sensible au type de carburant consommé par le moteur. En effet, un spectromètre est capable de mesurer la quantité de soufre dans différents types de carburant tel que du diesel ou de l'essence. [0009] Dans une variante, le dispositif comprend aussi un premier estimateur de la 15 quantité d'oxydes de soufre libérée dans la ligne d'échappement depuis le dernier déclenchement d'une élimination des oxydes de soufre, en fonction de la quantité de soufre mesurée dans le carburant consommé et d'une quantité mesurée ou estimée de carburant injectée dans le moteur, et l'unité de commande est apte à déclencher l'élimination des oxydes de soufre en fonction de cette quantité estimée. 20 [0010] Dans une variante, le dispositif comprend aussi un second estimateur d'une quantité d'oxydes d'azote actuellement accumulée dans les organes de dépollution, et l'unité de commande est apte à déclencher une nouvelle élimination des oxydes de soufre en fonction à la fois des quantités estimées par les premier et second estimateurs. 25 [0011] L'utilisation du premier et/ou du second estimateur permet d'ajuster plus précisément la fréquence de déclenchement de l'élimination des oxydes de soufre. [0012] Dans une variante, le spectromètre est un spectromètre utilisant uniquement le spectre du proche infrarouge ou un spectromètre de Raman, c'est-à-dire des radiations non dangereuses. [0013] L'invention a également pour objet un véhicule comprenant le dispositif ci-dessus de commande de l'élimination des oxydes de soufre. [0014] Dans une variante, le véhicule comprend un réservoir principal de carburant ayant une capacité de stockage suffisante pour stocker l'essentiel du carburant embarqué dans le véhicule et dans lequel le spectromètre est placé à l'intérieur de ce réservoir principal. [0015] Dans une variante, comprend le véhicule un réservoir principal de carburant ayant une capacité de stockage suffisante pour stocker l'essentiel du carburant embarqué dans le véhicule et un réservoir secondaire ayant une capacité de stockage plus réduite que le réservoir principal, et dans lequel le spectromètre est placé à l'intérieur du réservoir secondaire. [0016] Dans une variante, le véhicule comprend au moins un injecteur de carburant placé dans une ligne d'admission d'air frais pour former un mélange destiné à être admis dans une chambre de combustion et le spectromètre est placé dans la ligne d'admission pour mesurer la quantité de soufre dans le carburant injecté dans l'air frais. [0017] Dans une variante, le spectromètre est placé dans une ligne de distribution de carburant en dehors d'un réservoir principal de carburant ayant une capacité de stockage suffisante pour stocker l'essentiel du carburant embarqué dans le véhicule et en dehors d'une ligne d'admission d'air frais. [0018] Enfin, l'invention a également pour objet un procédé de commande de l'élimination d'oxydes de soufre contenus dans un organe de dépollution des gaz d'échappement produits par un moteur à combustion consommant du carburant, ce procédé comprenant la mesure de la quantité de soufre dans le carburant consommé par le moteur, ladite mesure étant réalisée avec un spectromètre et le déclenchement de l'élimination des oxydes de soufre en fonction de la quantité de soufre mesurée. [0019] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins 30 sur lesquels : • la figure 1 est une illustration schématique d'un véhicule équipé d'un dispositif de commande de l'élimination des oxydes de soufre contenus dans des organes de dépollution des gaz d'échappement, • la figure 2 est un graphe illustrant une cartographie mise en oeuvre dans le dispositif de commande de la figure 1, • la figure 3 est un procédé de commande de l'élimination des oxydes de soufre à l'aide du dispositif de la figure 1, et • la figure 4 est un graphe illustrant l'évolution de la quantité d'oxydes de soufre piégée dans les organes de dépollution en fonction de la quantité de carburant consommé. [0020] Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments. [0021] Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l'homme du métier ne sont pas décrites en détails. [0022] La figure 1 représente un véhicule 2 tel qu'un véhicule automobile. Par exemple le véhicule automobile est une voiture. [0023] Ce véhicule 2 est équipé d'un réservoir 4 apte à contenir l'essentiel du carburant embarqué dans le véhicule 2. Ce réservoir 4 est fluidiquement raccordé par l'intermédiaire d'une ligne 6 de distribution de carburant à des chambres de combustion d'un moteur 8 à combustion. Par exemple, ici, le moteur 8 comprend quatre chambres 10 à 13 de combustion. Plus précisément, la ligne 6 se termine par des injecteurs aptes à injecter le carburant dans une ligne d'admission d'air frais pour que celui-ci se mélange à l'air frais pour former un mélange détonnant admis dans les chambres 10 à 13. Sur la figure 2, seul un injecteur 16 de carburant a été représenté. [0024] Une fois que la combustion du mélange détonnant a été réalisée dans les chambres 10 à 13, les gaz d'échappement résultant de cette combustion sont évacués vers l'extérieur du véhicule par l'intermédiaire d'une ligne 18 d'échappement. [0025] A titre d'illustration, cette ligne 18 contient successivement dans la direction d'échappement des gaz : un catalyseur d'oxydation 20 propre à oxyder différentes particules contenues dans les gaz d'échappement tels que les hydrocarbures imbrulés, les suies ou 5 autres, • un piège 22 à NOx propre à piéger et à réduire les oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement pour les transformer en azote et en eau, et • un filtre 24 à particules destiné à piéger les particules de suie. [0026] La ligne 18 comprend également, en amont du catalyseur 20 et en aval du piège 22 des capteurs 26 et 28 de quantités d'oxydes d'azote présents dans les gaz d'échappement. Dans cette description l'amont et l'aval des différents équipements placés dans la ligne d'échappement sont définis par rapport à la direction d'écoulement des gaz d'échappement. [0027] Deux capteurs de pression 30 et 32 sont placés, respectivement, en amont et 15 en aval du filtre 24. [0028] Un injecteur 36 d'urée est placé en amont du piège 22 pour injecter, lorsque cela est nécessaire, de l'urée dans ce piège 22. L'injecteur 36 est fluidiquement raccordé à un réservoir 38 d'urée. [0029] Enfin, le véhicule 2 comprend un dispositif 40 de commande de l'élimination 20 des oxydes de soufre contenus dans les différents organes de dépollution de la ligne 18. [0030] Ce dispositif 40 comprend : • un spectromètre 42 formant un capteur de la quantité de soufre contenue dans le carburant consommé par le moteur 8, • un calculateur 44 propre à traiter le signal fourni par le capteur 42 pour en déduire une concentration en soufre du carburant contenu dans le réservoir 4 en utilisant à cet effet une cartographie 46 enregistrée dans une mémoire 48 à laquelle il est raccordé, • une unité 50 de commande de l'élimination des oxydes de soufre, • un capteur 52 de la quantité de carburant injectée dans le moteur 8. [0032] Le spectromètre 42 est ici placé à l'intérieur du réservoir 4. Plus précisément, dans le cas particulier représenté ici, ce spectromètre 42 comprend un émetteur 54 d'ondes électromagnétiques et un récepteur 56 des ondes émises par l'émetteur après qu'elles aient traversé le carburant contenu dans le réservoir 4. De préférence, le spectromètre 42 est un spectromètre utilisant uniquement le spectre du proche infrarouge ou un spectromètre de Raman. Les longueurs d'onde du spectre du proche infrarouge sont comprises entre 0,5 et 1,7 micromètre. Les spectromètres utilisant uniquement le spectre du proche infrarouge sont également connus sous le nom de spectromètre NIR (Near Infra Red). [0033] Ce spectromètre 42 délivre un spectre de puissance au calculateur 44 qui en déduit à partir de la présence ou de l'absence de raies d'absorption à certaines longueurs d'onde prédéterminées la quantité de soufre actuellement présente dans le carburant. A cet effet, ici, le calculateur 44 utilise la cartographie 46 qui sera décrite plus en détails en regard de la figure 2. [0034] L'unité 50 comprend un estimateur 58 de la quantité d'oxydes de soufre relâchée dans les gaz d'échappement depuis le dernier déclenchement d'une élimination des oxydes de soufre. L'unité 50 comprend également ici un estimateur 60 de la quantité d'oxydes d'azote actuellement piégée dans le piège 22. A cet effet, l'unité 50 est raccordée aux capteurs 26 et 28. [0035] Ici, l'unité 50 de commande permet également de commander la régénération du piège 22 et du filtre 24. A cet effet, l'unité 50 est apte à commander l'injecteur 36 pour déclencher la régénération du filtre 22 c'est-à-dire l'élimination des oxydes d'azote piégés dans ce piège 22. L'unité 50 est également apte à déclencher la régénération du filtre 24 en fonction de la différence de pressions mesurée entre les capteurs 30 et 32 pour éliminer les suies piégées dans ce filtre. [0036] La figure 2 représente un exemple de cartographie utilisée par le calculateur 44 pour convertir le signal du spectromètre 42 en une concentration en grammes par litre de soufre dans le carburant. L'axe des abscisses du graphe de la figure 2 représente la concentration en grammes par litre de soufre dans le carburant. L'axe des ordonnées représente dans une unité arbitraire l'amplitude du signal délivré par le spectromètre 42. A titre d'illustration uniquement, ce graphe est représenté dans le cas particulier où la relation entre le signal émis par le spectromètre 42 et la concentration en soufre sont directement proportionnelles. Ainsi, cette relation entre le signal du spectromètre 42 et la concentration en soufre est ici représentée par une droite 64. Par exemple, cette cartographie est déterminée expérimentalement. [0037] Le fonctionnement du dispositif 40 va maintenant être décrit plus en détail en regard du procédé de la figure 3. [0038] Initialement, lors d'une étape 70, le spectromètre 42 mesure la quantité de soufre contenue dans le carburant présent dans le réservoir 4. A cet effet, le spectromètre 42 délivre au calculateur 44 un spectre de puissance dans lequel l'amplitude des raies d'absorption à certaines longueurs d'onde spécifiques est caractéristique de la présence de soufre dans le carburant. A partir de ce spectre de puissance et de la cartographie 46, le calculateur 44 transmet à l'unité 50 la concentration en soufre du carburant actuellement consommé. [0039] Parallèlement, lors d'une étape 72, la quantité de carburant injectée dans le moteur 8 est mesurée par le capteur 52 et communiquée à l'unité 50. [0040] Ensuite, lors d'une étape 74, l'estimateur 58 calcule dans un premier temps la quantité instantanée d'oxydes de soufre produite par le moteur 8. Par exemple, cette quantité instantanée d'oxydes de soufre est obtenue en multipliant la quantité de carburant actuellement injectée dans le moteur 8 par la concentration en soufre de ce carburant mesurée par le spectromètre 42. [0041] Ensuite, l'estimateur 58 intègre cette quantité instantanée depuis l'instant du 30 dernier déclenchement d'une élimination des oxydes de soufre dans les organes de dépollution, jusqu'à présent. Le résultat de cette intégration est représenté graphiquement sur le graphe de la figure 4. Sur ce graphe, l'axe des abscisses représente la quantité en g/I d'oxydes de soufre relâchée dans la ligne d'échappement 18 par le moteur 8. L'axe des ordonnées représente la quantité de carburant consommée par le moteur 8 depuis le dernier déclenchement d'une élimination des oxydes de soufre dans les organes de dépollution. La quantité, en grammes par litre, d'oxydes de soufre relâchée dans la ligne 18 est obtenue en divisant la quantité de soufre produite par le moteur 8 par le volume utile des organes de dépollution pour piéger les particules polluantes. [0042] Comme le montre la courbe 76, au fur et à mesure que la quantité de carburant injectée dans le moteur 8 augmente, la quantité d'oxydes de soufre en grammes par litre relâchée dans la ligne 18 augmente. Ici, le graphe de la figure 4 a été représenté dans le cas particulier où la concentration en soufre du carburant est constante. Par conséquent, la courbe 76 est pratiquement une droite. [0043] En parallèle des étapes 72, 70 et 74, lors d'une étape 78, l'estimateur 60 estime également la quantité d'oxydes d'azote actuellement piégée dans le piège 22 à partir des mesures des capteurs 26 et 28. Dans une variante, ces quantités d'azote sont estimées à partir de modèles numériques connus dans le métier. [0044] Ensuite, lors d'une étape 88, la quantité d'oxyde de soufre libérée dans la 20 ligne 18 d'échappement depuis le dernier déclenchement d'une élimination de ces oxydes de soufre est comparée à un seuil prédéterminé S1. [0045] Ce seuil S1 peut être une constante exprimée en grammes par litre. La valeur de ce seuil S1 est par exemple obtenue en divisant la quantité maximale d'oxydes de soufre relâchée dans la ligne d'échappement 18 au-delà de laquelle 25 l'élimination des oxydes de soufre doit être déclenchée, par le volume utile des organes de dépollution pour piéger les particules polluantes présentes dans les gaz d'échappement. Ainsi, la valeur du seuil S1 est fonction du volume utile des organes de dépollution. [0046] Toutefois, de préférence, plutôt que d'utiliser un seuil S1 constant, la valeur 30 du seuil S1 est fonction de la quantité d'oxyde d'azote actuellement piégée dans la ligne 18 d'échappement. Par exemple, la valeur du seuil S1 est obtenue à l'aide de la relation suivante : Ctot û CQNOx = S1 où : Ctot est la capacité totale de stockage de particules polluantes des organes de 5 dépollution présents dans la ligne 18 c'est-à-dire ici la capacité du piège 22, et QNOx est la quantité d'oxyde d'azote actuellement piégée dans le piège 22 tel qu'estimée par l'estimateur 60. [0047] Dès que la quantité estimée d'oxydes de soufre relâchée dans la ligne 18 dépasse ce seuil S1, lors d'une étape 90, l'unité 50 déclenche immédiatement une 10 nouvelle élimination des oxydes de soufre. A cet effet, par exemple, l'unité 50 commande les différents équipements de la ligne 18 de manière à provoquer une élévation de la température dans ligne 18 au-delà de 600°C pendant une à dix minutes à l'intérieur des organes de dépollution ce qui rend possible la désorption des oxydes de soufre et donc leur élimination. Pour provoquer cette élévation de 15 température, différentes techniques sont connues. Par exemple, l'organe de dépollution est chauffé à l'aide d'une résistance électrique ou du carburant est injecté dans la ligne 18 d'échappement sur un dispositif d'oxydation dans lequel le carburant réagit avec un catalyseur selon une réaction exothermique. Le carburant injecté dans la ligne 18 peut provenir des injecteurs de carburant tels que l'injecteur 20 16. A l'issue de l'étape 90, le procédé retourne aux étapes 70, 72, et 78. [0048] Dans le cas où la quantité d'oxydes de soufre est inférieure au seuil S1, l'unité 50 ne déclenche pas l'élimination des oxydes de soufre dans les organes de dépollution et l'on retourne aux étapes 70, 72, 74 et 78. [0049] De nombreux autres modes de réalisation sont possibles. En particulier, le 25 spectromètre 42 peut être implanté à de nombreux endroits différents dans la ligne de distribution de carburant. Par exemple, le spectromètre 42 peut être implanté à proximité d'un injecteur de carburant tel que l'injecteur 16. Dans ce cas, le spectromètre 42 est, par exemple, placé dans la ligne d'admission d'air frais. Le spectromètre 42 peut aussi être placé dans un réservoir secondaire de carburant 30 plus petit que le réservoir principal 4. Ce réservoir secondaire peut être prévu à l'intérieur du réservoir principal 4 ou à l'extérieur de celui-ci. Le spectromètre 42 peut également être placé dans la ligne de distribution de carburant en dehors du réservoir 4 ou de la ligne d'admission d'air frais. Il est également possible de placer le spectromètre 42 dans une tubulure de remplissage du réservoir 4. Dans ce dernier cas, le spectromètre 42 mesure la concentration en soufre du carburant uniquement lors du remplissage de réservoir 4. [0050] Le spectromètre 42 peut également être un spectromètre de masse. [0051] La cartographie représentée sur la figure 2 peut être remplacée par une équation. [0052] La totalité des oxydes de soufre libérés dans la ligne d'échappement par le moteur 8 n'est pas nécessairement piégée à l'intérieur des organes de dépollution. Une partie des oxydes de soufre peut être directement relâchée dans l'atmosphère. Pour tenir compte que seule une portion des oxydes de soufre produit par le moteur 8 sont piégés dans les organes de dépollution, un facteur de correction peut être utilisé par l'estimateur 58. [0053] Quels que soient les modes de réalisation du dispositif 40, celui-ci présente en particulier les avantages suivants : • le spectromètre permet de mesurer une concentration en soufre dans n'importe quel carburant tel que par exemple de l'essence, du diesel ou autres, • le spectromètre 42 peut être implanté à de très nombreux endroits différents dans la ligne de distribution de carburant, • le spectromètre 42 s'adapte en temps réel à une modification de la concentration en soufre, • la quantité d'oxydes de soufre estimée par l'estimateur 58 est fonction de mesure en temps réel de la concentration en soufre et de la quantité de carburant injectée ce qui permet de mieux protéger les organes de dépollution et d'améliorer la gestion des déclenchements de l'élimination de ces oxydes de soufre. REVENDICATIONS1. Dispositif de commande de l'élimination d'oxydes de soufre contenus dans un organe de dépollution de gaz d'échappement produits par un moteur à combustion consommant du carburant, ce dispositif comprenant : - un capteur (42) de la quantité de soufre dans le carburant consommé par le moteur, et - une unité (50) de commande propre à déclencher l'élimination des oxydes de soufre en fonction de la quantité de soufre mesurée par le capteur, caractérisé en ce que le capteur (42) est un spectromètre. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le dispositif comprend aussi un premier estimateur (58) de la quantité d'oxydes de soufre libérée dans la ligne d'échappement depuis le dernier déclenchement d'une élimination des oxydes de soufre, en fonction de la quantité de soufre mesurée dans le carburant consommé et d'une quantité mesurée ou estimée de carburant injecté dans le moteur, et l'unité (50) de commande est apte à déclencher l'élimination des oxydes de soufre en fonction de cette quantité estimée. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le dispositif comprend aussi un second estimateur (60) d'une quantité d'oxydes d'azote actuellement accumulée dans les organes de dépollution, et l'unité (50) de commande est apte à déclencher une nouvelle élimination des oxydes de soufre en fonction à la fois des quantités estimées par les premier et second estimateurs. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le spectromètre (42) est un spectromètre utilisant uniquement le spectre du proche infrarouge ou un spectromètre de Raman. 5. Véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (40) de commande de l'élimination des oxydes de soufre conforme à l'une quelconque des revendications précédentes. 6. Véhicule selon la revendication 5, dans lequel le véhicule comprend un réservoir principal (4) de carburant ayant une capacité de stockage suffisante pour stocker l'essentiel du carburant embarqué dans le véhicule et dans lequel le spectromètre (42) est placé à l'intérieur de ce réservoir principal. 7. Véhicule selon la revendication 5, dans lequel le véhicule comprend un réservoir principal (4) de carburant ayant une capacité de stockage suffisante pour stocker l'essentiel du carburant embarqué dans le véhicule et un réservoir secondaire ayant une capacité de stockage plus réduite que le réservoir principal, et dans lequel le spectromètre (42) est placé à l'intérieur du réservoir secondaire. 8. Véhicule selon la revendication 5, dans lequel le véhicule comprend au moins un injecteur (16) de carburant placé dans une ligne d'admission d'air frais pour former un mélange destiné à être admis dans une chambre (10 à 13) de combustion et le spectromètre (42) est placé dans la ligne d'admission pour mesurer la quantité de soufre dans le carburant injecté dans l'air frais. 9. Véhicule selon la revendication 5, dans lequel le spectromètre est placé dans une ligne (6) de distribution de carburant en dehors d'un réservoir principal (4) de carburant ayant une capacité de stockage suffisante pour stocker l'essentiel du carburant embarqué dans le véhicule et en dehors d'une ligne d'admission d'air frais. 10. Procédé de commande de l'élimination d'oxydes de soufre contenus dans un organe de dépollution des gaz d'échappement produits par un moteur à combustion consommant du carburant, ce procédé comprenant : - la mesure (70) de la quantité de soufre dans le carburant consommé par le moteur, et - le déclenchement (90) de l'élimination des oxydes de soufre en fonction de la quantité de soufre mesurée, caractérisé en ce que la mesure (70) de la quantité de soufre est réalisée avec un spectromètre.