Brevet FR2930279A1 — publié le 20091023

L'invention se situe dans le domaine de la dépollution diesel. Afin de répondre à la baisse des seuils admis pour les émissions de gaz polluants des véhicules automobiles, des systèmes de post-traitement des gaz de plus en plus complexes sont disposés dans la ligne d'échappement des moteurs à mélange pauvre. Ceux-ci permettent de réduire notamment les émissions de particules et d'oxydes d'azote, en plus du monoxyde de carbone et des hydrocarbures imbrûlés. Contrairement à un catalyseur d'oxydation traditionnel, ces systèmes fonctionnent de manière discontinue ou alternative, c'est-à-dire qu'en fonctionnement normal, ils piègent les polluants mais ne les traitent que lors des phases de régénération. Ainsi pour être régénérés, ces pièges nécessitent des modes de combustion spécifiques, afin de garantir les niveaux de température 15 et/ou de richesse nécessaires. Quand il faut envisager une phase de régénération d'un filtre à particules, la désulfuration d'un piège à oxyde d'azote NOx (éliminer le soufre stocké pour un regain d'efficacité) ou, plus généralement, le traitement de polluants à température élevée, on choisit un point de 20 fonctionnement du moteur favorable au processus de régénération. Pour améliorer l'efficacité de ces régénérations, il est nécessaire de produire une température interne aux systèmes de post-traitement supérieure à la température normale des gaz d'échappement et ce quelque soit le point de fonctionnement du moteur. Ainsi, par exemple, 25 pour un filtre à particules (FAP), l'oxydation des suies se fait de manière optimale vers 600°C. Lors des phases de régénération de ces moyens de post-traitement, un catalyseur d'oxydation (DOC) peut être utilisé pour élever la température des gaz d'échappement en aval de celui-ci. 30 La réaction exothermique permettant de fournir la température nécessaire à la régénération des systèmes de post-traitement est réalisé par une � post injection � et/ou par un � cinquième injecteur �. Ainsi, en matière de �.post-injection, ou distingue la post-injection proche de la post-injection éloignée. 35 Selon la première technique, on injecte du gazole entre 20 et 70° après le point mort haut (après l'injection principale). Cette injection est destinée à brûler complètement dans le cylindre de façon à produire une élévation de la température avant turbine et, par conséquent, en entrée du catalyseur. Malgré tout, sur certains points de fonctionnement, la combustion n'est que partielle et génère une quantité de réducteurs et une réaction exothermique dans le catalyseur. Selon la seconde technique, on injecte le gazole entre 80° et 150° après le point mort haut. Cette injection est destinée à produire la quantité de réducteurs nécessaires qui, lors de leur traitement dans le DOC, permettront d'atteindre le niveau de température requis en entrée du système de post-traitement. L'énergie produite sur le vilebrequin est généralement nulle ou très faible. L'injecteur à l'échappement, souvent appelé � Sème injecteur �, est utilisé pour remplacer la post-injection, celui-ci ne produisant pas de dilution de l'huile par le carburant. Toutefois, ce dernier est limité dans sa plage d'utilisation. Le principe de cette stratégie est d'injecter le carburant directement dans les gaz d'échappement pour qu'il réagisse dans le DOC, créant ainsi la réaction exothermique permettant la régénération des systèmes de post-traitement placés en aval. Cependant, l'oxydation du carburant injecté dans les gaz d'échappement entrant dans le catalyseur d'oxydation nécessite une quantité minimale d'oxygène présent dans ces gaz d'échappement. Or, il arrive que dans certaines conditions de fonctionnement du moteur, la quantité d'oxygène disponible soit insuffisante. Ceci a pour conséquence l'émission de fumées blanches et d'hydrocarbures (HO) imbrûlés par le véhicule. Il y a alors un risque de non-respect des normes de pollution, et un effet indésirable vis-à-vis du client. Actuellement, la consigne d'injection supplémentaire de carburant, que ce soit par � post-injection � ou par un � Sème injecteur �, est déterminée par le biais d'un contrôle de la température de sortie du DOC (TsDOC) ou de la température en entrée du filtre à particules. Ces stratégies peuvent être mises en oeuvre en faisant usage : -de cartographies de quantité de carburant à injecter suivant le point de fonctionnement ; -d'une boucle fermée sur la température (utilisation d'un capteur de température), -d'un calcul analytique d'exotherme à fournir pour obtenir la température souhaitée. Or, la teneur en oxygène des gaz d'échappement n'est pas prise en compte et il est possible qu'une certaine quantité de carburant puisse ne pas réagir dans le DOC à cause du manque d'oxygène disponible. Ceci a pour conséquence l'émission de HC et CO vers le filtre à particules, voire directement à l'atmosphère. Dans la littérature, il est parfois fait mention de l'utilisation d'un catalyseur d'oxydation à capacité de stockage d'oxygène (� OSC � pour 10 Oxygen Storage Capacity �). Ce type de catalyseur a la capacité de piéger de l'oxygène. Ce piégeage se met en oeuvre lorsque l'oxygène est en excès dans les gaz d'échappement, et il se décharge lorsque l'oxygène est en défaut. Son intérêt majeur est de parvenir à compenser partiellement 15 les défauts d'oxygène nécessaires pour oxyder les réducteurs contenus dans le carburant et, ainsi, limiter les risque de fumées ou d'HC imbrûlés lors de l'utilisation du 5ème injecteur ou de la post-injection. Toutefois, la limitation de cette technique est liée au comportement dynamique du taux d'introduction du carburant dans la ligne 20 d'échappement. Par ailleurs, la capacité de stockage étant limitée, il est impossible par cette solution de garantir la non production de fumées/HC imbrûlés. Enfin, le surcoût engendré par cette solution n'est pas 25 négligeable. D'autres solutions s'appuient sur la modélisation de la concentration en oxygène des gaz, ou modélisent l'OSC du DOC et donc l'oxygène qu'il contient. C'est notamment le cas des documents US-A-2002/0073965 et US-A-2002/0062640. 30 La présente invention a pour but d'améliorer cette technique de calcul de la consigne de carburant injecté à l'échappement, afin de maintenir le profil de température en sortie du catalyseur d'oxydation, tout en prévenant les risques d'émettre des HC/CO en sortie catalyseur d'oxydation. 35 Ainsi, selon un premier aspect, l'invention se rapporte à un procédé pour abaisser les émissions de fumées blanches et d'hydrocarbures imbrulés lors de la régénération d'un équipement catalytique comprenant un catalyseur d'oxydation et un dispositif de post-traitement tel qu'un filtre à particules, placé sur la ligne d'échappement d'un moteur diesel de véhicule automobile, par. élévation de température consécutive à une injection de carburant, caractérisé par le fait qu'il consiste à détecter, à l'aide d'une sonde binaire à oxygène placée entre ledit catalyseur et ledit dispositif de post-traitement, le défaut ou l'excès d'oxygène dans les gaz d'échappement en sortie de catalyseur. Selon des caractéristiques avantageuses de ce procédé : -lorsque ladite sonde détecte le passage d'un excès à un défaut d'oxygène, on coupe ladite injection de carburant ; - l'on procède à nouveau à l'injection de carburant lorsque ladite sonde détecte le passage d'un défaut à un excès d'oxygène. Un autre aspect de l'invention est relatif à un dispositif pour abaisser les émissions de fumées blanches et d'hydrocarbure imbrulés lors de la régénération d'un équipement catalytique comprenant un catalyseur d'oxydation et un dispositif de post-traitement tel qu'un filtre à particules, placé sur la ligne d'échappement d'un moteur diesel de véhicule automobile, par élévation de température consécutive à une injection de carburant. Selon l'invention, ce dispositif comprend une sonde binaire à oxygène placée entre ledit catalyseur et ledit dispositif de post-traitement, apte à détecter le défaut ou l'excès d'oxygène dans les gaz d'échappement en sortie de catalyseur, ainsi que des moyens de coupure de l'injection de carburant lorsque ladite sonde détecte le passage d'un excès à un défaut d'oxygène. Avantageusement, ce dispositif comporte des moyens pour rétablir l'injection de carburant lorsque ladite sonde détecte le passage d'un défaut à un excès d'oxygène. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre. Cette description sera faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue simplifiée d'un moteur diesel et d'une 35 ligne d'échappement avec lesquels le présent procédé peut être mis en oeuvre ; - la figure 2 est une courbe montrant, en fonction du temps, l'évolution du signal d'une sonde binaire à oxygène implantée au sein d'une telle installation ; - les figures 3 et 4 sont des courbes montrant l'évolution, en parallèle et en fonction du temps, de la quantité de carburant injecté, selon que l'on ne met pas, respectivement que l'on met en oeuvre le procédé selon l'invention. A la figure 1 annexée est représenté un moteur diesel M pourvus de quatre cylindres C. Sa ligne d'échappement 2 comprend un système de post-traitement 1 avec un catalyseur d'oxydation DOC et un filtre à particules FAP. Les références I et J désignent respectivement le système d'injection intégré au moteur, et un injecteur additionnel, placé sur la ligne d'échappement 2, juste en amont du DOC. Une sonde binaire à oxygène, ou sonde Lambda 3, est placé au sein du dispositif 1 entre le catalyseur DOC et le filtre FAP. Elle mesure la teneur en oxygène des gaz d'échappement qui quittent le DOC pour entrer dans le FAP. La quantité de carburant destinée à réagir dans le catalyseur d'oxydation DOC en cours de régénération du filtre à particules FAP peut-être injectée dans les gaz d'échappement par la post-injection I et/ou par l'injecteur additionnel J placé en amont ou en aval de la turbine. La quantité de carburant injectée est déterminée par la stratégie de régulation de la température du filtre à particules FAP. Le principe à la base de la présente invention repose sur l'utilisation d'une sonde lambda 3, ou sonde binaire, placée entre le DOC et le FAP, et destinée à indiquer si les gaz d'échappement en sortie du catalyseur d'oxydation DOC sont en défaut ou en excès d'oxygène. La sonde lambda peut être dans deux états : - Premier état : La sonde est à l'état � pauvre (lean û état 1) � : Elle indique la présence d'oxygène dans les gaz sortant du DOC. L'oxygène est en excès lors de la réaction dans le DOC. Il n'y a donc pas de risque de production de fumées et le carburant supplémentaire injecté pour créer l'exotherme destiné à oxyder les suies contenues dans le filtre à particules peut réagir entièrement avec l'oxygène des gaz. Dans ce cas là, la consigne de carburant injecté à l'échappement définie par la stratégie de régulation de la température du filtre à particules n'est pas modifiée. - Deuxième état : La sonde est à l'état � riche (rich û état 0) �. Elle indique un défaut d'oxygène dans les gaz d'échappement en sortie du DOC. Dans ce cas, l'oxygène est présent en quantité insuffisante pour oxyder la totalité du carburant injecté par la post-injection (éloignée) ou le Sème injecteur. Au moment du basculement de l'état � pauvre (état 1) � à l'état � riche (état 0) �, on se propose donc de couper l'injection supplémentaire de carburant pour éviter ainsi tout risque de fumées blanche ou d'HC imbrûlés en sortie de l'échappement. Dans le même temps, les intégrateurs de la stratégie de contrôle de la température en entrée du filtre FAP sont figés, afin d'éviter des dérives de commande, et le risque d'une déstabilisation du contrôleur. Lorsque la sonde repasse à l'état � pauvre �, l'injection est à nouveau autorisée, et la stratégie de contrôle reprend son bon fonctionnement. On peut représenter le fonctionnement du procédé selon l'invention à l'aide des figures 2 à 4 annexées. Ainsi, à la figure 1 est représenté en fonction du temps, le signal enregistré par la sonde 3. A la figure 3, la valeur � Qinj théorique � représente la quantité de carburant qui aurait été injectée sans l'utilisation de l'information de la sonde binaire 3. La valeur � Qinj réel � de la figure 4 est la quantité de carburant qui est injectée en faisant usage du procédé selon l'invention. Ainsi, la présente invention permet de tenir compte de la présence ou non d'oxygène dans les gaz d'échappement et entraîne, par ce biais, une baisse des émissions de fumées blanches et d'HC imbrûlés lors des régénérations des systèmes de post-traitement. Selon une variante, il peut être envisagé d'apprendre le débit maximum injectable à l'échappement en décrémentant la consigne d'injection lors de l'état � 0 � jusqu'à obtenir de nouveau de l'oxygène dans les gaz d'échappement (état � 1 �), et ce dans des conditions stables de fonctionnement du moteur. REVENDICATIONS1. Procédé pour abaisser les émissions de fumées blanches et d'hydrocarbures imbrulés lors de la régénération d'un équipement catalytique (1) comprenant un catalyseur d'oxydation (DOC) et un dispositif de post-traitement (FAP) tel qu'un filtre à particules, placé sur la ligne d'échappement (2) d'un moteur diesel (M) de véhicule automobile, par élévation de température consécutive à une injection de carburant, caractérisé par le fait qu'il consiste à détecter, à l'aide d'une sonde binaire à oxygène (3) placée entre ledit catalyseur (DOC) et ledit dispositif de post-traitement (FAP), le défaut ou l'excès d'oxygène dans les gaz d'échappement en sortie de catalyseur (DOC). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, lorsque ladite sonde (3) détecte le passage d'un excès à un défaut d'oxygène, on coupe ladite injection de carburant. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que 15 l'on procède à nouveau à l'injection de carburant lorsque ladite sonde (3) détecte le passage d'un défaut à un excès d'oxygène. 4. Dispositif pour abaisser les émissions de fumées blanches et d'hydrocarbures imbrulés lors de la régénération d'un équipement catalytique (1) comprenant un catalyseur d'oxydation (DOC) et un dispositif 20 de post-traitement (FAP) tel qu'un filtre à particules, placé sur la ligne d'échappement (2) d'un moteur diesel (M) de véhicule automobile, par élévation de température consécutive à une injection de carburant, caractérisé par le fait qu'il comprend une sonde binaire à oxygène (3) placée entre ledit catalyseur (DOC) et ledit dispositif de post-traitement 25 (FAP), apte à détecter le défaut ou l'excès d'oxygène dans les gaz d'échappement en sortie de catalyseur (DOC), ainsi que des moyens de coupure de l'injection de carburant lorsque ladite sonde détecte le passage d'un excès à un défaut d'oxygène. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait 30 qu'il comporte des moyens pour rétablir l'injection de carburant lorsque ladite sonde (3) détecte le passage d'un défaut à un excès d'oxygène.