Brevet FR2932531A1 — publié le 20091218

B08-0424FR û SKI/EVH Société par actions simplifiée dite : RENAULT s.a.s. Procédé de contrôle de la recirculation des gaz d'échappement dans un circuit de recirculation Inventeur : Aurélien RAMSEYER Procédé de contrôle de la recirculation des gaz d'échappement dans un circuit de recirculation L'invention concerne, de manière générale, le traitement d'effluents gazeux émis en sortie d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile et plus particulièrement les pièges à Oxydes d'azote (NOx) disposés dans la ligne d'échappement du moteur. Des systèmes de post-traitement des gaz brûlés sont utilisés sur la ligne d'échappement pour faire face aux normes législatives anti- pollution de plus en plus exigeantes. Il est souvent utilisé de pair un piège à oxydes d'azote et un filtre à particules, le filtre à particules se situant en aval du piège à oxydes d'azote. Le piège à oxydes d'azote filtre les oxydes d'azote NOx et les transforme en diazote et en dioxyde de carbone. Il fonctionne suivant deux étapes. Dans une première étape, il accumule les oxydes d'azote émis par le moteur. Au bout d'un certain temps, comme l'espace dont il dispose pour stocker les NOx diminue, une phase de régénération est alors déclenchée dans une deuxième étape. Au cours de cette phase de régénération, les oxydes d'azote stockés dans le piège sont transformés en composés moins polluants, ce qui permet de réinitialiser la capacité de stockage du piège à oxydes d'azote. La phase de régénération est obtenue par un changement de mode de fonctionnement du moteur qui est réglé pour obtenir des conditions gazeuses dans lesquelles les quantités d'éléments réducteurs tels que des hydrocarbures HC ou du monoxyde de carbone sont considérablement augmentées. Cependant, cette phase de régénération ne permet pas d'éliminer la proportion de soufre présente dans le carburant des moteurs à combustion interne. En effet, lors de la combustion dans la chambre de combustion, le processus d'oxydation et les conditions thermodynamiques dans la chambre vont transformer des espèces soufrées en composés S02, qui se retrouvent dans les gaz d'échappement à côté des oxydes d'azote. Les oxydes d'azote NOx et le composé soufré S02 possèdent alors des propriétés très proches, et le S02 va se stocker sur le piège à NOx aux lieu et place des oxydes d'azote NOx. Pour éviter ce phénomène, un processus de désulfuration doit être réalisé pour éliminer le composé soufré S02 présent à la surface du piège à NOx. Le processus de désulfuration résulte de conditions de températures élevées et d'un excès d'éléments réducteurs dans le piège à NOx. Ces conditions peuvent être atteintes par modification de la quantité de carburant injectée dans le moteur, par injection de carburant directement dans la ligne d'échappement et par l'utilisation d'un élément de chauffage qui permet d'augmenter la température des gaz d'échappement. Lors de ce processus de désulfuration, le moteur est réglé pour tourner avec une richesse du mélange air-carburant supérieure à 1. Cela signifie que le moteur est alimenté avec un mélange gazeux dont la proportion en carburant excède les proportions stoechiométriques. Par ailleurs, des systèmes de re-circulation des gaz d'échappement (EGR) et, en particulier des systèmes dits basse pression sont utilisés pour prélever une partie des gaz d'échappement émis par le moteur pour les réinjecter dans le circuit d'admission d'air du moteur, la réintroduction des gaz d'échappement en entrée du moteur modifiant la combustion interne du moteur et diminuant le taux d'oxydes d'azote émis dans les gaz d'échappement. Le filtre à particules retient les fumées noires, poussières et autres suies, émises dans la ligne d'échappement. Au cours d'une désulfuration du piège à oxydes d'azote, le soufre sortant de ce dernier peut être recirculé par la boucle de recirculation à travers le moteur jusqu'à être stocké à nouveau sur le piège à oxydes d'azote, étant donné que la conduite de recirculation se situe en aval du piège à NOx. Cette recirculation implique des désulfurations plus fréquentes car le piège à NOx ne se décharge pas suffisamment en soufre, ou des désulfurations plus longues. La présente invention a donc pour but de contrôler et de limiter la recirculation de soufre dans le circuit de recirculation des gaz d'échappement, en tenant compte des phases de désulfuration du piège à oxydes d'azote et notamment de la richesse durant ces phases de désulfuration. Elle a ainsi pour objet un procédé de contrôle de la recirculation des gaz d'échappement dans une conduite de recirculation des gaz d'échappement circulants dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile dotée d'un dispositif de post-traitement, dans lequel lors d'une phase de régénération du dispositif de post-traitement, on ferme une vanne de commande de recirculation des gaz d'échappement équipant ladite conduite. Selon une autre caractéristique du procédé, le dispositif de post-traitement comprend un piège à oxydes d'azote, ladite régénération correspondant à une désulfuration, les gaz d'échappement circulants dans la ligne d'échappement étant prélevés en aval du piège à oxydes d'azote. En outre, la vanne de commande de recirculation est fermée pour une richesse du mélange air-carburant dans le piège à oxydes d'azote supérieure à 1. Selon une autre caractéristique, la vanne de commande de recirculation des gaz d'échappement est maintenue fermée, après la phase de régénération, tant qu'une quantité de soufre en sortie du piège à oxydes d'azote est supérieure à une valeur de seuil prédéterminée, par exemple réglable. Par exemple, la quantité de soufre en sortie du piège à oxydes d'azote est mesurée. En variante, par exemple, la quantité de soufre en sortie du piège à oxydes d'azote est déterminée au moyen d'un modèle de désulfuration. Selon encore une autre caractéristiques, la vanne de commande de recirculation est maintenue fermée après la phase de régénération pendant une durée minimale, par exemple réglable. Par exemple, le piège à oxydes d'azote est intégré à un catalyseur. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente schématiquement un bloc moteur mettant en oeuvre un procédé selon l'invention ; - les figures 2a à 2d représentent des courbes illustrant le procédé de contrôle de la re-circulation du soufre dans un circuit EGR basse. Dans toute la suite de la description, le mélange air-carburant est dit en mode riche, respectivement en mode pauvre, lorsque le moteur est alimenté avec un mélange gazeux dont la proportion en carburant excède, respectivement est inférieure, aux proportions stoechiométriques nécessaires à la combustion. La figure 1 représente de façon schématique un bloc moteur 1 comprenant un moteur à combustion interne 2 de type diesel relié d'une part à un circuit d'admission d'air frais 3 destiné à alimenter le moteur en air frais prélevé à l'extérieur d'un véhicule, et d'autre part à un circuit d'échappement 4 destiné à évacuer les gaz d'échappement sortant du moteur. Le moteur comporte sur l'exemple illustré quatre cylindres 5 disposés en lignes. Le circuit d'admission comprend un filtre à air 6, un débitmètre 7 apte à mesurer le débit d'air frais admis dans une ligne d'admission 8, un compresseur 9 destiné à augmenter la pression de l'air frais admis, un volet d'admission 11 et un échangeur 12 destiné à refroidir l'air en sortie du compresseur 9. Le circuit d'échappement 4 comprend une turbine 13 entraînée par les gaz d'échappement en sortie du moteur, et des systèmes de post-traitement des gaz d'échappement situés sur une ligne d'échappement 14. Les systèmes de post-traitement sont ici constitués par un piège à oxydes d'azote (NOx) 15 et un filtre à particules 16 disposé en aval du piège à oxydes d'azote 15. Le bloc moteur comprend par ailleurs un circuit de recirculation des gaz d'échappement EGR à haute pression, référencé 10, et un circuit de recirculation des gaz d'échappement à basse pression, référencé 17. Le circuit EGR à haute pression 10 comprend essentiellement une conduite 22 s'étendant entre le collecteur d'échappement du moteur et le répartiteur d'admission. Elle est dotée d'une vanne de réglage 23 assurant le réglage du débit en sortie du compresseur 9 en prélevant une partie des gaz en amont de la turbine 13 pour les réinjecter en aval du compresseur 9. Le circuit de recirculation des gaz EGR basse pression 17 prélève sur la ligne d'échappement 14 en un point de prélèvement 18 une partie des gaz brûlés en aval des systèmes de post-traitement 15 et 16, pour les réintroduire en un point de raccordement 19 sur la ligne d'admission 8 en amont du compresseur 9. Le circuit EGR basse pression comprend un refroidisseur 20 et une vanne de commande de recirculation (EGR) 21 commandée par une unité de contrôle électronique (non représentée). Cette vanne EGR 21 est destinée à régler le débit des gaz d'échappement recirculés en entrée du compresseur 9. En fonctionnement, le filtre à particules retient les particules, telles que les suies, contenues dans les gaz brûlés, résultant de la combustion du mélange air-carburant tandis que le piège à oxydes d'azote 15 retient les espèces azotées ainsi que les espèces soufrées. Comme indiqué précédemment, il est nécessaire de mettre en oeuvre des phases de régénération de ces dispositifs de post-traitement, afin de réinitialiser leur capacité de stockage. Afin que la régénération du piège à oxydes d'azote n'entraîne la recirculation d'espèces soufrées, leur admission dans le moteur puis leur réintroduction dans le piège à NOx, la vanne de commande de recirculation 21 est fermée lors de la phase de désulfuration du piège à oxydes d'azote 15. Dans ce cas, la vanne 10 équipant la conduite de recirculation des gaz d'échappement à haute pression peut être commandée afin d'augmenter le débit de gaz recirculés. On notera à cet égard que la désulfuration du piège à oxydes d'azote s'effectue à une température relativement élevée, par exemple supérieure à environ 650°C, et pour un état de richesse supérieur à 1. I1 convient donc de maintenir un état riche et chaud dans le piège à oxydes d'azote le plus longtemps possible, par exemple, pendant une durée supérieure à environ 30 secondes. Toutefois, il est nécessaire d'interrompre cet état nécessaire à la régénération et effectuer des passages en mode pauvre afin, d'une part, de réguler la température du piège à oxydes d'azote et, d'autre part, de limiter les émissions de H2S. En effet, pour les points de fonctionnement du moteur allant d'une charge moyenne à une charge élevée, la température en mode riche est généralement plus élevée que la température maximale admissible pour le piège à oxydes d'azote. De ce fait, on interrompt les phases riches par un créneau pauvre afin de refroidir le piège à oxydes d'azote. Par ailleurs, si le mode riche est maintenu pendant une durée trop longue, le dioxyde de soufre tend à réagir avec les espèces réductrices et se transformer en H2S, espèce chimique malodorante. Par conséquent, la désulfuration s'effectue en mettant en oeuvre une alternance de mode de fonctionnement avec une richesse supérieure à 1 et de mode de fonctionnement avec une richesse inférieure à 1. Lors de phases riches, le soufre est déstocké du piège à oxydes d'azote tandis qu'en phase pauvre, le soufre entrant est stocké sur la surface du piège à NOx. La vanne de recirculation des gaz d'échappement 21 est ainsi fermée lors des phases riches ainsi que pendant une partie de chaque phase pauvre consécutive. En effet, dès que la phase riche commence, la vanne EGR 21 est fermée afin d'éviter toute recirculation d'espèce soufrée sortant du piège à oxydes d'azote 15. Toutefois, la vanne EGR 21 est maintenue fermée au cours de la phase pauvre, pendant une période de temps prédéterminée, calibrable, ou lorsque la quantité d'espèces soufrées en sortie du piège à NOx 15 est supérieure à une valeur de seuil prédéterminée. On peut, à cet égard, utiliser un modèle de désulfuration ou utiliser un capteur approprié disposé en aval du piège à oxydes d'azote 15 afin de disposer d'une indication relative à la quantité de soufre restant. On compare alors la quantité de soufre ainsi déterminée avec une valeur de seuil prédéterminée et calibrable pour autoriser la réouverture de la vanne EGR 21. On se référera à présent aux figures 2a à 2d, qui illustrent quatre courbes décrivant le procédé de contrôle de la recirculation du soufre dans le circuit EGR basse- pression 17. Ce procédé repose sur le contrôle de la fermeture de la vanne EGR 21, cette fermeture étant fonction de la phase de désulfuration opérée dans le piège à NOx 15. On se référera tout d'abord à la figure 2a, qui décrit la variation de la richesse du mélange air-carburant en sortie du moteur en fonction du temps. Cette variation est représentée par des signaux carrés réguliers, montrant l'alternance régulière du mélange air-carburant suivant un mode pauvre et un mode riche dans le piège à oxydes d'azote 15. Cette alternance ou fractionnement pourrait être irrégulière et dépend du point de fonctionnement du véhicule, à savoir du régime de rotation et de la demande de couple du moteur. La courbe de la figure 2b décrit la durée minimale en mode pauvre du piège à NOx 15 qui suit la variation de la proportion du mélange air-carburant dans le piège à NOx 15 qui passe du mode riche au mode pauvre, et pendant laquelle la vanne EGR 21 reste fermée. Cette durée minimale permet de s'assurer que le soufre est totalement parti du piège à NOx 15 après la désulfuration avant de ré-ouvrir la vanne EGR 21, et est une durée réglable. La courbe de la figure 2c décrit la présence de soufre en sortie du piège à NOx 15 en fonction du temps. Cette présence de soufre est estimée par un modèle ou mesurée par un capteur à la sortie du piège à NOx 15, et traduit la désulfuration ayant lieu dans le piège à NOx 15. Elle est représentée par des signaux carrés, ce qui traduit qu'il y a du soufre à sortir du piège à NOx 15 au moment de la désulfuration et que le soufre ne sort plus du piège à NOx 15 après la désulfuration. Le début et la fin de ces signaux sont légèrement décalés et en retard vis- à-vis du début et de la fin des signaux carrés du mode riche imposé dans le piège à NOx 15 de la courbe de la figure 2a, ce qui correspond au temps d'action du mélange air-carburant dans le piège à NOx 15 et au temps de sortie. L'irrégularité des signaux est liée aux variations de composition en soufre du piège à NOx 15. Dans le mode de réalisation préféré, la courbe illustrée à la figure 2d est synchronisée sur les courbes des figures 2a, 2b, 2c et décrit les phases d'ouverture et de fermeture de la vanne EGR 21. Elle montre que la vanne EGR 21 est fermée si l'une des conditions suivantes n'est pas respectée : - la durée minimale du fonctionnement du piège à NOx 15 en mode pauvre après la fin de la désulfuration représentée sur la courbe 2b n'est pas écoulée ; - du soufre sort du piège à NOx 15 comme représenté sur la courbe 2c ; - le mélange air-carburant est en mode riche, c'est-à-dire la richesse du mélange air-carburant de la courbe 2a est supérieure à 1. Ainsi, avant la réouverture de la vanne 21, la première condition permet au procédé de s'assurer que le mode riche du mélange est terminé, la deuxième condition que le piège à NOx 15 ne présente plus d'espèces soufrées et la troisième condition que le mélange est en mode pauvre. Dans une variante de réalisation, le procédé pourrait décider la fermeture de la vanne EGR 21 pour le non respect seulement de l'une de ces trois conditions. Ainsi le procédé contrôle et limite la re-circulation de soufre dans le circuit EGR basse pression, en tenant compte des phases de désulfuration du piège à NOx 15, et notamment de la richesse du mélange air-carburant durant ces phases de désulfuration. I1 diminue la durée et le nombre des phases de désulfuration, car il permet d'éviter de stocker sur le piège à NOx 15 une deuxième fois du soufre issu de la régénération du piège à NOx 15 et recirculé dans le circuit EGR basse pression. REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle de la recirculation des gaz d'échappement dans une conduite de recirculation des gaz d'échappement circulants dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile dotée d'un dispositif de post-traitement, caractérisé en ce que lors d'une phase de régénération du dispositif de post-traitement, on ferme une vanne (21) de commande de recirculation des gaz d'échappement équipant ladite conduite. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de post-traitement comprend un piège à oxydes d'azote (15), ladite régénération correspondant à une désulfuration, et en ce que la vanne de commande de recirculation est fermée pour une richesse du mélange air-carburant dans le piège à oxydes d'azote (15) supérieure à 1, et en ce que les gaz d'échappement circulants dans la ligne d'échappement sont prélevés en aval du piège à oxydes d'azote (15). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la vanne de commande de recirculation des gaz d'échappement est maintenue fermée, après la phase de régénération, tant qu'une quantité de soufre en sortie du piège à oxydes d'azote est supérieure à une valeur de seuil prédéterminée. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la quantité de soufre en sortie du piège à oxydes d'azote est mesurée. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisée en ce que la quantité de soufre en sortie du piège à oxydes d'azote est déterminée au moyen d'un modèle de désulfuration. 6. Procédé selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la vanne de commande de recirculation (21) est maintenue fermée après la phase de régénération pendant une durée minimale. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le piège à oxydes d'azote est intégré à un catalyseur. 8. Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la valeur de seuil est une valeur de seuil réglable. 9. Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que la durée minimale est une durée réglable.5