FR3073895A1

FR3073895A1 - Procede de traitement des oxydes d'azote a l'echappement d'un moteur a combustion interne

Info

Publication number: FR3073895A1
Application number: FR1760877A
Authority: FR
Inventors: Christophe Tunetier; Bernard Dionnet
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2017-11-17
Filing date: 2017-11-17
Publication date: 2019-05-24
Anticipated expiration: 2037-11-17
Also published as: FR3073895B1

Abstract

L'invention concerne un procédé de traitement des oxydes d'azote d'un moteur équipé d'un piège à oxydes d'azote suivi d'un catalyseur de réduction sélective des oxydes d'azote. Le piège est purgé sur un seuil de masse d'oxydes d'azote stockée. Selon l'invention, on ajuste en permanence le type de seuil de masse autorisant la purge en fonction de la plage de température dans laquelle se trouve la température du catalyseur. A chaud, lorsque le catalyseur est totalement efficace, on règle le seuil de masse sur une valeur qui est bien inférieure à la capacité de stockage maximale en oxydes d'azote du piège. Ainsi, en cas de redémarrage à froid, lorsque le catalyseur est totalement inefficace, on dispose toujours d'une réserve de capacité de stockage du piège qui permet un traitement des oxydes d'azote par le seul piège, pendant la phase de mise en chauffe du catalyseur.

Description

DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION

L’invention concerne un procédé de traitement des oxydes d’azote provenant des gaz de combustion d’un moteur à combustion interne, notamment un moteur de type diesel. Elle concerne plus précisément un procédé de purge d’un piège à oxydes d’azote monté dans le circuit d’échappement du moteur qui comporte en outre au moins un catalyseur de réduction sélective des oxydes d’azote (catalyseur SCR) en aval du piège à oxydes d’azote.

Elle trouve une application particulièrement avantageuse dans les moteurs diesel des véhicules automobiles.

ETAT DE LA TECHNIQUE

Les moteurs à combustion interne, plus particulièrement les moteurs diesel qui fonctionnent en mélange pauvre, émettent de grandes quantités d’oxydes d’azote (NOx) dans leurs gaz de combustion.

La législation limite de plus en plus sévèrement les émissions d’oxydes d’azote des véhicules automobiles. Aussi, les moteurs diesel modernes desdits véhicules sont généralement équipés d’au moins un dispositif de post-traitement des oxydes d’azote, de manière à transformer en molécules inoffensives pour la santé et l’environnement l’essentiel des NOx émis dans les gaz de combustion.

Par exemple, on peut monter à l’échappement d’un moteur diesel un piège à oxydes d’azote. De manière connue en soi, un tel piège fonctionne de manière séquentielle. Pendant le fonctionnement habituel du moteur en mélange pauvre, le piège stocke une certaine proportion de la quantité de NOx produite dans les gaz de combustion, sans les traiter. Les NOx qui ne sont pas stockés traversent le piège et sont directement rejetés dans l’atmosphère extérieure. Puis, de manière fréquentielle, notamment lorsque la quantité de NOx stockée dans le piège atteint un seuil de masse donné, un basculement du fonctionnement du moteur en mélange riche permet de purger le piège, c’est-à-dire de le vider de son stock de NOx, grâce à la réduction en molécules inoffensives (azote N2 et eau H2O) des NOx par du carburant provenant du moteur.

-2La purge du piège à oxydes d’azote, qui est complète si le fonctionnement du moteur en mélange riche est maintenu assez longtemps, permet de restaurer l’efficacité de traitement du piège. Par efficacité ou efficacité instantanée, on entend à chaque instant, ou à chaque pas de temps élémentaire, la proportion des NOx émis par le moteur qui est effectivement stockée dans le piège. De manière connue, l’efficacité dépend notamment de la température du piège et de la masse d’oxydes d’azote qui y est déjà stockée. A mesure que la masse stockée s’approche de la capacité maximale de stockage physique du piège, ladite capacité maximale dépendant par ailleurs de la température, l’aptitude du piège à continuer de stocker des NOx diminue, et elle devient nulle quand le piège est plein. La purge permet de retrouver une efficacité maximale du piège.

Néanmoins, on sait que l’efficacité moyenne d’un piège à oxydes d’azote est limitée, par exemple à une valeur voisine comprise entre 50% et 70% des NOx émis par un moteur, notamment parce-que son efficacité instantanée diminue constamment à mesure que la masse de NOx stockée augmente. Aussi, en raison de la sévérité des normes qui régissent les émissions de NOx des véhicules automobiles, il n’est plus toujours suffisant d’utiliser un piège à oxydes d’azote seul.

Pour éviter le problème d’efficacité limitée des pièges à oxydes d’azote, on peut par exemple équiper un moteur d’au moins un catalyseur de réduction sélective des oxydes d’azote, dit aussi catalyseur SCR (de l’acronyme en langue anglaise pour : Sélective Catalytic Réduction).

De manière connue, un catalyseur SCR fonctionne de manière continue, en réduisant en son sein des NOx émis par le moteur sous l’action de molécules réductrices, généralement de l’ammoniac, provenant de la décomposition d’un agent réducteur à base d’urée (Adblue®) qui est injecté dans le circuit d’échappement du moteur, en amont du catalyseur SCR. L’efficacité de traitement du catalyseur SCR correspond ici à la proportion des NOx émis dans les gaz de combustion du moteur qui est effectivement réduite dans le catalyseur SCR, le reste étant rejeté dans l’atmosphère extérieure sans être traitée.

L’efficacité d’un catalyseur SCR peut atteindre des valeurs bien supérieures à celle d’un piège à oxydes d’azote, par exemple des valeurs proches de 90%. Il est connu que l’efficacité de traitement des oxydes d’azote dépend notamment de la température du catalyseur SCR et de la masse d’ammoniac déjà stockée à l’intérieur du catalyseur SCR. De telles valeurs d’efficacité très élevées de l’ordre de 90% sont atteintes lorsque la masse d’ammoniac dans le catalyseur SCR est très proche de la

-3capacité maximale de stockage en ammoniac du catalyseur SCR, ou ASC (acronyme en langue anglaise pour : Ammonia Storage Capacity), par exemple comprise entre 80% et 90% de l’ASC. De manière connue, des stratégies d’injection d’injection d’agent réducteur sont généralement mises en œuvre pour maintenir le stock d’ammoniac sur une consigne proche de l’ASC.

Cependant, en raison de la proximité d’une telle consigne par rapport à la capacité maximale de stockage en ammoniac ASC du catalyseur SCR, un tel procédé de contrôle peut entraîner dans certaines circonstances des risques de fuite d’ammoniac en aval du catalyseur SCR.

Par exemple, lorsque le moteur est équipé d’un filtre à particules, il est connu que les régénérations périodiques du filtre à particules en mélange riche, destinées à la combustion des suies précédemment accumulées dans le filtre pendant le fonctionnement habituel du moteur en mélange pauvre, s’accompagnent d’une augmentation très rapide et très importante de la température à l’échappement du moteur, qui peut atteindre plusieurs centaines de degrés. La transmission de cette élévation de température au catalyseur SCR par l’intermédiaire des gaz et de la structure métallique du circuit d’échappement lui-même, a pour effet de diminuer considérablement la capacité maximale de stockage en ammoniac ASC du catalyseur SCR, ce qui peut entraîner une fuite d’ammoniac à l’aval de ce dernier.

Dans ces circonstances, pour éviter que de telles fuites d’ammoniac, composé particulièrement malodorant et polluant, soient produites à l’échappement du véhicule, on peut soit diminuer la consigne de masse d’ammoniac stockée dans le catalyseur SCR, ce qui revient à prendre une marge de sécurité au détriment de l’efficacité de traitement du catalyseur SCR, soit équiper le circuit d’échappement du moteur, à l’aval du catalyseur SCR, d’un piège à ammoniac, qui est apte à piéger les éventuelles émissions d’ammoniac à l’aval du catalyseur SCR.

Un tel piège à ammoniac se présente par exemple sous la même forme que le catalyseur SCR, qui est alors dit catalyseur SCR amont, à l’exception du fait qu’il n’est pas associé à un dispositif d’injection d’agent réducteur pour l’alimenter en agent réducteur (Adblue®). En d’autres termes : il s’agit d’un catalyseur SCR aval, qui a non seulement une fonction de piégeage de l’ammoniac, c’est-à-dire d’adsorption des fuites d’ammoniac provenant du catalyseur SCR amont, mais qui est aussi apte à adsorber les molécules d’oxydes d’azote non traitées par ledit catalyseur SCR amont, et qui est en outre apte à réduire lesdits oxydes d’azote par l’ammoniac (c’est-à-dire qu’il a une fonction de réduction catalytique sélective des oxydes d’azote). Bien

-4entendu, un tel piège à ammoniac ayant une fonction de réduction catalytique des oxydes d’azote ne peut stocker l’ammoniac émis par le catalyseur SCR amont en cas de fuite que dans la limite d’une capacité maximale de stockage en ammoniac ASCpiège qui lui est propre.

Ainsi, le procédé de commande du débit d’agent réducteur à l’entrée du catalyseur amont peut viser à régler la quantité d’ammoniac dans ledit catalyseur amont autour d’une consigne de masse d’ammoniac assez proche de l’ASC, le piège à ammoniac ou catalyseur aval étant destiné à piéger les éventuelles fuites d’ammoniac provenant du catalyseur SCR et à réduire, de manière opportuniste, les quantités d’oxydes d’azote provenant du catalyseur SCR amont sous l’action desdites fuites non maîtrisées lorsqu’elles se présentent.

En variante, d’une manière plus optimisée, le procédé de commande peut viser à régler la quantité d’ammoniac dans ledit catalyseur SCR amont de manière à provoquer constamment une fuite d’ammoniac maîtrisée, dans la limite de la capacité de stockage en ammoniac du piège à ammoniac ou catalyseur SCR aval, de manière que ce dernier réduise en continu les quantités d’oxydes d’azote provenant du catalyseur SCR amont. En d’autres termes, il s’agit d’optimiser l’efficacité de traitement du piège à ammoniac ou catalyseur aval, en pilotant le débit de fuite d’ammoniac provenant du catalyseur SCR amont, ces fuites jouant mutatis mutandis le rôle qu’aurait un injecteur de réducteurs à l’entrée du piège à ammoniac ou catalyseur SCR aval. La présence d’un débit de fuite d’ammoniac à la sortie du catalyseur SCR amont suppose que la masse d’ammoniac stockée en son sein soit égale à sa capacité de stockage en ammoniac ASC. Il en résulte que l’efficacité de traitement des NOx par ledit catalyseur SCR amont est un peu plus faible que dans le cas où la masse d’ammoniac stockée est légèrement inférieure à l’ASC (par exemple, comprise entre 80% et 90% de l’ASC), mais une telle perte est largement compensée par l’augmentation de l’efficacité de traitement du piège à ammoniac ou catalyseur SCR aval,

Que le catalyseur SCR soit associé ou non à un piège à ammoniac ou catalyseur SCR aval, son efficacité de traitement, qui peut atteindre des valeurs très élevées de l’ordre de 90%, dépend de la température des gaz d’échappement qui le traversent. Or, il est connu que l’efficacité de traitement d’un catalyseur SCR est nulle en dessous d’un seuil de température de l’ordre de 150°C à 180°C, et qu’elle augmente ensuite progressivement jusqu’à 90% (dans de bonnes conditions de stockage d’ammoniac) quand la température augmente jusqu’à un seuil plus élevé de

-5l’ordre de 280°C à 300°C.

Pour pallier le manque d’efficacité des catalyseurs SCR à froid, et leur efficacité moyenne à des températures intermédiaires, de nombreux moteurs thermiques sont équipés en outre d’un piège à oxyde d’azote monté dans le circuit d’échappement du moteur en amont du catalyseur SCR. Bien que l’efficacité maximale d’un tel piège soit plus faible que l’efficacité maximale d’un catalyseur SCR, il peut permettre de compenser le manque d’efficacité à froid du catalyseur SCR, dans la mesure où il monte plus vite en température grâce à sa plus grande proximité par rapport au moteur, et qu’il commence à être efficace à des températures légèrement plus basses que dans le cas d’un catalyseur SCR. Néanmoins, pour que le piège à oxydes d’azote soit efficace, il faut qu’il ne soit pas trop rempli, en d’autres termes, il convient de régler le seuil de masse de NOx présente dans le piège qui sert au déclenchement des purges.

C’est un objectif général de l’invention de proposer un procédé de purge d’un piège à oxydes d’azote monté en amont d’un catalyseur SCR, de manière à assurer un niveau de stockage maximal des NOx dans le piège lors de toutes les phases de démarrage du véhicule, quelles que soient les conditions de roulage qui s’y présentent alors, avant que le catalyseur SCR alimenté en réducteurs (Adblue®) soit pleinement en capacité de traitement des NOx.

Dans un tel arrangement où un moteur de véhicule automobile est équipé d’un piège à oxydes d’azote rapproché et d’au moins un catalyseur SCR à l’aval du piège, on prévoit généralement l’activation d’un mode de chauffe rapide du catalyseur SCR, par exemple en dégradant le rendement de combustion du moteur, de manière que le catalyseur SCR soit porté au maximum de son efficacité en une durée maximale maîtrisée, par exemple de l’ordre de 200 à 300 secondes, quelles que soient les conditions de roulage du véhicule et les conditions environnementales.

Ainsi c’est l’objectif de l’invention de faire en sorte que cette période de chauffe soit couverte par la purification des gaz d’échappement en NOx grâce au piège à oxydes d’azote. C’est dans cette phase qu’il revient au piège la charge de stocker suffisamment les NOx pour limiter les productions de NOx à l’échappement du véhicule, ce qui suppose qu’il soit suffisamment en capacité de réaliser un tel stockage.

On connaît plusieurs procédés de l’état de la technique qui visent à compenser le manque d’efficacité de traitement d’un catalyseur SCR par un ajustement de l’efficacité d’un piège à oxydes d’azote.

Par exemple, la publication US-A1-20160290199 divulgue un procédé dans

-6lequel on estime une valeur de l’efficacité de traitement d’un catalyseur SCR en fonction des conditions de roulage du véhicule ; on compare ladite efficacité avec un seuil minimal d’efficacité ; et, dans le cas où ladite efficacité est inférieure audit seuil, on procède à une étape de purge du piège à oxydes d’azote. Plus précisément, la masse de NOx stockée dans le piège est calculée, et la purge est lancée si elle est nécessaire, c’est-à-dire si la masse stockée est supérieure à un seuil de masse prédéterminé. Il est précisé que ledit seuil de masse peut être indépendant de l’efficacité du catalyseur SCR.

Un tel procédé est complexe à mettre en œuvre, dans la mesure où il nécessite de déterminer un modèle d’efficacité de traitement du catalyseur SCR, notamment à partir des caractéristiques d’adsorption / désorption de l’ammoniac en fonction de la température du catalyseur SCR, des rejets de NOx à l’aval du piège à oxydes d’azote, etc., qui résultent de nombreuses expériences. L’invention propose un procédé plus simple, qui est uniquement basé sur une température.

De plus, un tel procédé ne prévoit pas à contrario de purger le piège à oxydes d’azote dès lors que le catalyseur SCR présente une efficacité suffisante, notamment à température élevée. Il peut alors se présenter une situation dans laquelle, après un redémarrage du moteur, la température a refroidi et le catalyseur SCR est inefficace, alors que dans le même temps, le piège à oxydes d’azote est presque plein donc présente une faible efficacité de stockage. Si l’on doit alors procéder à une purge du piège immédiatement ou presque immédiatement après le redémarrage du moteur pour rétablir l’efficacité de traitement du piège alors que le catalyseur SCR est encore froid, alors les NOx ne sont pas du tout traités pendant cette première étape de purge, si bien que le véhicule rejette trop de NOx au global.

RESUME DE L’INVENTION

L’invention propose de remédier aux défauts liés aux procédés de traitement des oxydes d’azote connus, et plus particulièrement à leur manque de précision et à leur incapacité à assurer une efficacité minimale de traitement d’un piège à oxydes d’azote au redémarrage, quand le catalyseur SCR n’est pas encore apte à traiter les NOx.

Elle vise plus précisément à proposer une méthode simple pour maintenir un piège à oxydes d’azote sous un niveau maximal de stockage particulier tout au long du roulage d’un véhicule, dès lors que la température d’autorisation d’injection de

-7réducteurs dans le catalyseur SCR est atteinte. Elle organise pour cela les purges du piège à oxydes d’azote lorsqu’un tel niveau maximal de stockage est atteint, de sorte qu’en cas d’arrêt puis de redémarrage du moteur, la quantité courante d’oxydes d’azote présente dans le piège, étant inférieure ou égale à ce niveau maximal de stockage, assure une efficacité suffisante au piège à oxydes d’azote, c’est-à-dire une marge suffisante de capacité additionnelle de stockage des NOx.

Elle propose pour cela un procédé de traitement des oxydes d’azote dans les gaz de combustion d’un moteur à combustion interne dont le circuit d’échappement comporte au moins, d’amont en aval dans le sens de circulation des gaz, un piège à oxydes d’azote et un catalyseur de réduction sélective des oxydes d’azote, ledit procédé comprenant de manière itérative :

Une étape de fonctionnement du moteur en mélange pauvre, au cours de laquelle le piège stocke une partie des oxydes d’azote émis ;

Une étape de mesure de la masse d’oxydes d’azote stockée dans le piège ;

Une étape de comparaison de ladite masse avec un seuil ; et,

Lorsque ladite masse est supérieure ou égale audit seuil, une étape de purge du piège par un basculement du mode de fonctionnement du moteur en mélange riche.

La principale caractéristique du procédé selon l’invention est qu’il comprend en outre une étape de détermination dudit seuil en fonction d’une valeur de la température en amont du catalyseur de réduction sélective des oxydes d’azote.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture d’un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés sur lesquels :

la figure 1 représente un dispositif de motorisation apte à la mise en œuvre du procédé selon l’invention ;

la figure 2 est un graphique qui illustre la variation de l’efficacité de traitement de différents dispositifs de dépollution de la figure 1 ;

la figure 3 est un graphique qui représente différentes courbes de seuils de masse de NOx pour le déclenchement de la purge d’un piège à oxydes d’azote selon le procédé de l’invention ;

la figure 4 est un organigramme qui illustre les différentes étapes du procédé

-8selon l’invention ;

la figure 5 est un organigramme qui détaille une étape du procédé de la figure 4 dans laquelle on détermine la valeur d’un seuil de purge du piège ; et, la figure 6 est un organigramme qui détaille une étape du procédé de la figure 4 dans laquelle on purge le piège.

DESCRIPTION DETAILLEE DES FIGURES

Sur la figure 1, on a représenté un dispositif de motorisation, par exemple de véhicule automobile, apte à la mise en œuvre du procédé selon l’invention. Il comprend un moteur 1 à combustion interne, par exemple un moteur diesel de véhicule automobile, qui se présente ici sous la forme d’un moteur à quatre cylindres en ligne suralimenté. Le moteur 1 est alimenté en air par un circuit d’admission d’air 2, et en carburant, par exemple du gazole, par une pluralité d’injecteurs 3 montés sur une rampe commune 4 d’alimentation en carburant.

Le circuit d’admission d’air 2 comporte d’amont en aval, c’est-à-dire dans le sens de circulation de l’air, une conduite d’admission d’air 5, un compresseur 6 d’un turbocompresseur 7 du moteur 1, une conduite de liaison compresseur - collecteur d’admission 8 et un collecteur d’admission 9, ou répartiteur 9. Bien entendu, le circuit d’admission 2 peut comporter d’autres composants non représentés ici, par exemple un filtre à air, un refroidisseur d’air suralimenté, etc.

Le moteur 1 est aussi équipé d’un circuit d’échappement 10 des gaz d’échappement, ou ligne d’échappement 10, comprenant d’amont en aval, c’est-à-dire dans le sens de circulation des gaz, un collecteur d’échappement 11, une turbine 12 du turbocompresseur 7, un débitmètre 13, un premier dispositif de dépollution 14, un deuxième dispositif de dépollution 15, un troisième dispositif de dépollution 16, et un pot d’échappement 17.

Le premier dispositif de dépollution se présente sous la forme d’un piège à oxydes d’azote 14. Le deuxième dispositif de dépollution 15 comprend au moins un catalyseur de réduction sélective des oxydes d’azote 18, ou catalyseur SCR 18. Il peut comprendre également de manière non limitative un filtre à particules 19 couplé au catalyseur SCR 18, et monté notamment en amont de celui-ci. On connaît un tel dispositif 15 combiné sous l’abréviation catalyseur SCR-F (acronyme pour: Sélective Catalytic Réduction - Filter).

Le troisième dispositif de dépollution 16, optionnel, est un piège à ammoniac

-9ou un deuxième catalyseur SCR 16. Lorsqu’un tel catalyseur SCR 16 est présent, il est aussi dénommé catalyseur SCR aval, l’autre catalyseur SCR 18, qu’il soit couplé ou non à un filtre à particules 19, étant alors dénommé catalyseur SCR amont 18.

Bien entendu, le circuit d’échappement du moteur peut comprendre d’autres dispositifs de dépollution non représentés, par exemple un catalyseur d’oxydation. Il peut aussi par exemple comprendre un filtre à particules séparé du catalyseur SCR 18.

Pour la mise en œuvre du procédé selon l’invention, le piège à oxydes d’azote est associé à des moyens de détermination de la concentration en oxydes d’azote entrant dans le piège [NOx]in et sortant du piège [NOx]out, par exemple un premier capteur d’oxydes d’azote 20 monté dans le circuit d’échappement 10 en amont du piège, et un deuxième capteur d’oxydes d’azote 21 monté dans le circuit d’échappement en aval du piège.

En outre, pour la mise en œuvre du procédé selon l’invention, le piège à oxydes d’azote est associé à des moyens de détermination de la température (Tlnt) régnant dans le piège, par exemple un capteur de température amont (22) apte à mesurer la température des gaz d’échappement entrant dans le piège, et/ou un capteur de température aval (23) apte à mesurer la température des gaz d’échappement sortant du piège.

Pour la réduction des oxydes d’azote émis dans les gaz de combustion du moteur 1 dans le catalyseur SCR ou catalyseur SCR amont 18, le catalyseur SCR-F 15 est alimenté en agent réducteur à base d’urée (Adblue®) par l’intermédiaire d’un dispositif d’injection 24, par exemple un mixeur 24 situé en amont du SCR-F 15, à partir d’un réservoir 25. Bien entendu, si le catalyseur SCR 18 est un composant séparé, le dispositif d’injection 24 est situé en amont du catalyseur SCR 18, mais pas nécessairement en amont du filtre à particules 19.

Une vanne de réglage 26 permet d’ajuster de manière continue le débit de réducteurs QNH3,scR,in injecté en amont du SCR-F 15, et qui est aussi le débit de réducteurs entrant dans le catalyseur SCR 18, le filtre à particules 19 n’ayant aucune action sur ledit débit de réducteurs. Ledit débit peut être déterminé en permanence, par exemple grâce à un capteur de degré d’ouverture de ladite vanne 26.

Le piège à ammoniac 16, ou le catalyseur SCR aval 16, peut se présenter sous la forme d’un catalyseur SCR additionnel 16, c’est-à-dire un catalyseur SCR aval apte à stocker les oxydes d’azote et à les réduire sous l’action d’ammoniac. Plus précisément, lesdits oxydes d’azote qu’il stocke proviennent des oxydes d’azote émis dans les gaz de combustion du moteur et qui ne sont pas traités par le catalyseur SCR

- 10amont 18 en raison d’une efficacité de traitement du catalyseur SCR amont 18 inférieure à 100%, et l’ammoniac pour réduire lesdits oxydes d’azote provient de fuites d’ammoniac à l’aval du catalyseur SCR amont 18 (ici, à l’aval du SCR-F 15) dans certaines conditions, par exemple lors de régénérations du filtre à particules 20, ou lorsqu’on règle les injections de réducteurs en amont du catalyseur SCR 15 pour saturer celui-ci en ammoniac et provoquer une fuite d’ammoniac contrôlée en aval de ce dernier.

Pour la mise en œuvre du procédé de commande selon l’invention, le circuit d’échappement 10 comporte des moyens de mesure 27 de la température des gaz d’échappement du moteur à l’entrée du catalyseur SCR-F 15 (ou à l’entrée du catalyseur SCR 18 si il s’agit d’un composant séparé) Tscri , par exemple un capteur de température 27 monté dans le circuit d’échappement 10 à l’entrée du catalyseur SCR-F 15.

Le circuit d’échappement 10 peut encore comprendre d’autres composants ou dispositifs non représentés, par exemple au moins un circuit de recirculation partielle des gaz d’échappement à l’admission.

Le dispositif de motorisation comprend des moyens de contrôle (non représentés), par exemple un calculateur électronique, apte à régler les paramètres de fonctionnement du dispositif de motorisation, notamment du moteur 1, du piège à oxydes d’azote 14 et du catalyseur SCR 18, en fonction notamment d’une consigne de couple correspondant à un enfoncement de la pédale d’accélérateur par le conducteur du véhicule et à un régime donné.

La figure 2 illustre la variation de l’efficacité de traitement des NOx des différents dispositifs de dépollution de la figure 1 en fonction de la température Tscri à l’entrée du catalyseur SCR-F 15, ou du catalyseur SCR amont 18 si il s’agit d’un composant séparé.

La courbe en trait pointillé représente l’efficacité du piège à oxydes d’azote 14 (désigné par l’acronyme NT sur la figure).

La courbe en trait continu fin représente l’efficacité du catalyseur SCR 18, ou catalyseur SCR amont 18 (désigné par l’acronyme SCR1 sur la figure).

La courbe en trait mixte représente l’efficacité du piège à ammoniac 16 ou catalyseur SCR aval 16 (désigné par l’acronyme SCR2 sur la figure), bien entendu uniquement quand celui-ci est présent.

La courbe en trait continu épais représente l’efficacité combinée ou cumulée du piège à oxydes d’azote 14, du catalyseur SCR amont 18 et le cas échéant du

- 11 catalyseur SCR aval 16.

Il ressort de la figure 2 qu’en dessous d’un premier seuil de température Tinj du catalyseur SCR amont 18, l’efficacité de traitement dudit catalyseur SCR 18 est nulle. Un tel premier seuil de température est typiquement compris entre 150°C et 180°C. L’injection de réducteurs n’est autorisée qu’au-dessus de ce premier seuil Tinj. En dessous du seuil, le traitement des oxydes d’azote émis dans les gaz de combustion du moteur ne peut donc être assuré que par le seul piège à oxydes d’azote 14. Un tel cas de figure correspond typiquement à un démarrage à froid du moteur.

La courbe en trait pointillé, qui représente l’efficacité du piège à oxydes d’azote 14 en fonction de la température Tscri à l’entrée du catalyseur SCR amont 18 dans des conditions de fonctionnement stabilisées, permet de déduire que lors d’un démarrage à froid, la température du piège 14, qui augmente plus vite que celle du catalyseur SCR amont 18 en raison de sa plus grande proximité avec le moteur, confère de manière transitoire audit piège 14 une efficacité déjà significative, qui peut compenser l’efficacité nulle du catalyseur SCR 18. Pour cela, encore faut-il néanmoins qu’il ait une excellente capacité de stockage des NOx, ce qui suppose qu’il soit assez vide.

Il ressort aussi de la courbe en trait continu fin qu’à mesure que la température Tscri à l’entrée du catalyseur SCR 18, ou catalyseur SCR amont 18, augmente, l’efficacité dudit catalyseur SCR 18 augmente. Cette augmentation varie de manière croissante, par exemple sensiblement linéaire, avec la température, et atteint une valeur d’efficacité maximale, de l’ordre de 90%, lorsque la température Tscri atteint un deuxième seuil de température Toxy, dit aussi température d’oxydation. Un tel deuxième seuil est typiquement compris entre 280°C et 300°C.

Tant que la température Tscri n’a pas encore atteint le deuxième seuil, il est possible que le traitement des NOx par le seul catalyseur SCR 18 ne suffise pas à limiter suffisamment les émissions de NOx par le véhicule, et il convient alors de combiner l’efficacité du catalyseur SCR 18 avec une efficacité complémentaire du piège à oxydes d’azote 14. Cela suppose que le piège présente une efficacité de stockage des NOx qui, sans être excellente comme dans le cas précédent, soit néanmoins bonne.

Il résulte de la courbe en trait pointillé qu’une telle efficacité du piège 14 peut atteindre des valeurs de l’ordre de 50% dans la zone de température comprise entre le premier seuil Tinj et le deuxième seuil Toxy. Cette zone est repérée en abscisse sur la figure 2 par l’indication « NT+SCR1 ». Bien entendu, il faut que la capacité de

- 12 stockage des NOx par le piège 14 permette qu’une telle valeur d’efficacité du piège puisse être atteinte. En d’autres termes il faut que le piège 14 ne soit pas trop plein.

Il ressort encore de la courbe en trait continu fin qu’au-dessus du second seuil de température Toxy, le catalyseur SCR ou catalyseur SCR amont 18 présente une excellente efficacité, qui ne diminue ensuite que peu à très haute température. C’est donc un domaine de température sur lequel les NOx peuvent être entièrement traités par le catalyseur SCR amont 18, ou par le catalyseur SCR amont 18 et par le piège à ammoniac ou catalyseur SCR aval 16 si le dispositif de motorisation en comprend un.

Il est alors obtenir une excellente valeur d’efficacité cumulée de traitement des NOx, supérieure à 90% comme l’illustre la courbe en trait continu épais de la figure 2. Le domaine de température sur lequel il n’est pas utile d’utiliser le piège à oxydes d’azote pour traiter les NOx est repéré en abscisse par l’indication « SCR1+SCR2 ».

On notera en outre à l’appui de la courbe en trait pointillé que, quand bien même un traitement des NOx par le piège à oxydes d’azote 14 serait envisagé, il serait très difficile, voire impossible à haute température, car l’efficacité du piège 14 décroît très rapidement à partir d’une température de l’ordre de 250°C sur la figure 2, et devient nulle à partir d’une température de l’ordre de 350°C, car il stocke de plus en plus mal les oxydes d’azote à ces hautes températures.

Ainsi, il n’est pas nécessaire de piloter l’efficacité du piège à oxydes d’azote en maîtrisant le stock de NOx qu’il contient tant que le catalyseur SCR 18 est pleinement efficace et tant que le véhicule est en fonctionnement, pour limiter les émissions polluantes du véhicule pendant cette phase de fonctionnement courante. Néanmoins, comme un arrêt du moteur peut survenir à tout instant, et que le redémarrage peut ensuite intervenir après une durée telle que le catalyseur SCR 18 a complètement refroidi et n’est plus efficace du tout, un tel pilotage de l’efficacité du piège s’avère tout de même nécessaire.

L’invention propose un procédé de purge d’un piège à oxydes d’azote dans lequel le seuil de masse d’oxydes d’azote NS qui permet de déclencher une purge du piège 14 est ajusté en fonction de la température Tscri du catalyseur SCR 18, pour compenser les différents cas de manque d’efficacité dudit catalyseur SCR 18 qui se déduisent de la figure 2. Les étapes du procédé sont illustrées plus bas à l’appui des figures 4 et 5.

Selon un premier aspect, le procédé vise à assurer constamment une efficacité minimale suffisante du piège 14 à chaque redémarrage du moteur, c’est-à-dire une efficacité qui lui permette d’assurer le post-traitement des NOx sans l’appui du

- 13catalyseur SCR 18 pendant la phase de chauffe (200 à 300 secondes), quelles que soient les conditions de fonctionnement qui se présentent alors. Pour cela :

D’une part, le piège 14 est purgé pendant la phase de fonctionnement à chaud du moteur, c’est-à-dire quand le catalyseur SCR 18 est très efficace, au-dessus du deuxième seuil de température Toxy , de manière à ne jamais dépasser un stock de NOx donné qui est strictement inférieur à la capacité physique du piège à stocker les NOx. Ce stock limité qui sera présent au redémarrage suivant en cas d’arrêt du moteur permettra d’être certain de disposer d’une marge de stockage dans le piège ; et,

D’autre part, le piège est classiquement purgé sur une valeur de stock de NOx égale à sa capacité maximale de stockage, ou proche de sa capacité physique maximale de stockage, lorsque ledit redémarrage se produit à froid et tant que la température n’a pas de nouveau atteint au moins le premier seuil de température Tinj où le catalyseur SCR 18 recommence à être un peu efficace.

La différence entre les deux seuils correspond à la marge de stockage des NOx disponible au minimum dans le piège 14.

Selon un second aspect de l’invention, le procédé vise à assurer une efficacité complémentaire du piège 14 dans les conditions où le catalyseur SCR n’est pas encore pleinement efficace après le démarrage, c’est-à-dire quand la température des gaz entrant est entre le premier seuil Tinj et le deuxième seuil Toxy. Pour cela il prévoit de purger le piège sur une valeur de stock maximal de NOx qui est inférieure ou égale à la valeur de seuil de stock qui est retenu pour la purge à chaud.

La figure 3 illustre les différents seuils NS de masse de NOx destinés à déclencher la purge du piège à oxydes d’azote 14 dans le procédé selon l’invention, dont les étapes sont décrites par la suite à l’appui des figures 4 et 5.

La courbe en trait pointillé repérée par l’indication « NSmax » représente la capacité maximale de stockage des NOx du piège 14, ou une valeur légèrement inférieure à cette limite physique qui dépend de la constitution du piège 14. Cette capacité est variable en fonction de la température Tlnt régnant dans le piège et peut être déterminée par des essais préalables pour chaque valeur de température. Selon l’invention, on purge le piège 14 sur ce seuil à froid, c’est-à-dire lorsque la température Tscri à l’entrée du catalyseur SCR amont 18 est inférieure au premier seuil Tinj, typiquement juste après un démarrage à froid du moteur. On peut désigner ce seuil NSmax par l’expression : « seuil de purge à froid du piège ».

La courbe en trait continu fin repérée par l’indication « NSdépart » représente

- 14la masse de NOx maximale que l’on veut garantir pendant le fonctionnement à chaud du moteur, c’est-à-dire quand la température Tscri à l’entrée du catalyseur SCR amont 18 est supérieure au deuxième seuil de température Toxy. On peut désigner cette masse NSdépart par l’expression : « seuil de purge à chaud du piège ».

En purgeant le piège 14 à l’atteinte de ce seuil de purge à chaud, c’est une masse de NOx inférieure ou égale à cette masse maximale qui sera alors présente dans le piège 14 après un éventuel redémarrage. La différence entre cette masse maximale au redémarrage NSdépart et la masse maximale de purge à,froid NSmax représente donc la capacité de stockage du piège à oxydes d’azote au redémarrage du moteur.

Par exemple, pour un mode de fonctionnement du moteur à une température Tlnt du piège égale à la valeur repérée par Ta en abscisse de la figure 3, la masse de NOx dans le piège est comprise entre 0 (si il vient juste d’être purgé) et le seuil de purge à chaud NSdépart correspondant à l’ordonnée du point A sur la figure, selon la durée depuis laquelle le piège a été purgé pour la dernière fois.

Lors d’un redémarrage au cours duquel on constate que la température Tlnt du piège est descendue par exemple à la valeur repérée par Tb en abscisse de la figure 3, on retrouve à cet instant cette masse de NOx qui était présente dans le piège à l’instant qui précédait l’arrêt du moteur (point B sur la figure). Puis, le moteur recommençant à fonctionner, c’est-à-dire notamment à émettre des oxydes d’azote et à chauffer le piège à oxydes d’azote 14, la masse d’oxydes d’azote présente dans le piège recommence à augmenter, tandis que la température augmente également. Cette double augmentation se traduit par exemple par un déplacement du point B vers le point C sur la figure 3.

On comprend de ce qui précède que, pour que le piège à oxydes d’azote puisse avoir une capacité de traitement des NOx suffisante pendant la phase de fonctionnement à froid, il faut éviter qu’il arrive à saturation pendant la phase de mise en chauffe du catalyseur SCR 18.

Pour cela, on peut prévoir suffisamment de marge entre la courbe en trait continu fin et la courbe en trait pointillé. Dans un mode de réalisation simplifié, on pourra déterminer une masse maximale de NOx à absorber par le piège pendant la phase de fonctionnement à froid du moteur à partir de la connaissance de la durée de cette phase (par exemple de l’ordre de 200 à 300 secondes maximum selon la dégradation du rendement de combustion qui est appliquée) et à partir des quantités de NOx émises par le moteur pendant une telle phase dans des conditions de roulage

- 15sévères et de l’efficacité de stockage minimale que l’on souhaite pour le piège à oxydes d’azote pendant cette phase. On pourra alors par exemple déduire la courbe en trait continu fin de la courbe en trait pointillé en lui retranchant, pour chaque valeur de température, ladite valeur maximale de NOx à absorber. Bien entendu, d’autres approches moins conservatoires sont possibles, dans lesquelles par exemple on tient compte statistiquement des différentes conditions de roulage possibles. D’une manière générale, le seuil de purge à chaud NSdépart se déduisant du seuil de purge à chaud NSmax qui dépend de la température du piège Tlnt , il est lui-même une fonction de la température du piège.

La courbe en trait continu épais repérée par l’indication « NSopti » représente la masse maximale de NOx que l’on veut garantir dans le piège 14 lors du fonctionnement à température intermédiaire du moteur, c’est-à-dire lorsque le catalyseur SCR 18 présente une efficacité moyenne que l’on souhaite renforcer par l’appoint du piège à oxydes d’azote 14, plus précisément lorsque la température Tscri du catalyseur SCR est comprise entre le premier seuil de température Tinj et le second seuil de température Toxy. On peut désigner NSopti par l’expression : « seuil de purge optimale ».

Cette courbe de seuil de purge optimale NSopti présente, pour une température Tlnt du piège identique, une ordonnée qui est inférieure à l’ordonnée de la courbe de seuil de purge à chaud NSdépart. L’écart entre les deux seuils pourra être mis au point par des essais préalables en fonction d’un compromis entre l’amélioration de l’efficacité et la multiplication de la fréquence des purges. En effet, plus le seuil de masse NSopti sur lequel on purge le piège aux températures intermédiaire est faible, plus sa capacité à stocker les NOx et donc son efficacité sont élevées. En revanche, dans le même temps, plus le seuil est faible, plus il est nécessaire de procéder à des purges fréquentes, ce qui nécessite de trouver des conditions de stabilité de couple et de régime du moteur qui peuvent être difficiles à réunir.

La courbe en trait mixte repérée par l’indication « NSmini » sur la figure 3 est optionnelle. Elle correspond à un seuil masse de fin de purge, c’est-à-dire à une masse minimale non nulle d’oxydes d’azote dans le piège 14 à laquelle on arrête de purger le piège, plutôt que de poursuivre la purge jusqu’à une masse nulle. Avantageusement, cela permet d’économiser du carburant nécessaire au déroulement de la purge, tout en ne dégradant que très peu la réserve de capacité de stockage des NOx aux températures intermédiaires, celle-ci dépendant au premier ordre du seuil de

- 16purge optimale NSopti.

La figure 4 est un organigramme qui présente les étapes du procédé de traitement des oxydes d’azote selon l’invention dans un mode de réalisation non limitatif. Le procédé est itératif.

Il commence par une étape 100 de réglage habituel du moteur en mélange pauvre en fonction d’un ensemble de paramètres représentatifs du point de fonctionnement du moteur comprenant au moins une valeur de consigne de couple du moteur, par exemple liée à l’enfoncement d’une pédale d’accélérateur du véhicule, et une valeur du régime N du moteur, par exemple mesurée par un capteur non représenté.

On relève, en fonction du réglage du moteur en mélange pauvre : une valeur du débit des gaz d’échappement Qech , par exemple mesuré grâce au débitmètre 13 ; une valeur de la concentration d’oxydes d’azote [NOx]in en amont du piège 14, par exemple mesurée par le capteur d’oxydes d’azote amont 20 ; une valeur de la concentration d’oxydes d’azote [NOx]out à l’aval du piège, par exemple mesurée par le capteur d’oxydes d’azote aval 21 ; et, une valeur de la température Tscri à l’entrée du catalyseur SCR 18 ou du catalyseur SCR-F 15, par exemple mesurée par le capteur de température 27. On détermine aussi une valeur de la température Tlnt régnant dans le piège à oxydes d’azote 14, par exemple à partir du capteur de température amont 22 et/ou du capteur de température aval 23.

A l’étape suivante 120, on détermine la masse de NOx stockée dans le piège 14 depuis la dernière purge. Par exemple, on peut ajouter à la valeur calculée à l’itération précédente du procédé, le produit du débit des gaz d’échappement Qech, multiplié par la différence entre la concentration d’oxydes d’azote amont [NOxjin et la concentration d’oxydes d’azote aval [NOxjout, et par la durée du pas de temps écoulé depuis l’itération précédente.

A l’étape 300, on détermine une valeur de seuil de purge NS du piège 14 en fonction de la température Tscri du catalyseur SCR 18. Les différentes sous-étapes de cette étape 300 sont détaillées à la figure 4.

A l’étape 400, on compare la masse Mnox d’oxydes d’azote stockée dans le piège, qui a été calculée à l’étape 200, à la masse qui est égale au seuil de purge NS déterminé à l’étape 300.

Si ladite masse est inférieure audit seuil, le procédé reprend à l’étape 100. Dans le cas contraire, il oriente vers une étape 500 au cours de laquelle le piège 14 est purgé, par un basculement du mode de fonctionnement du moteur en mélange

- 17riche. Les sous-étapes de l’étape de purge sont détaillées à la figure 6.

En référence à la figure 5, l’étape 300 de détermination du seuil de purge NS du procédé est itératif. Elle comprend une première sous-étape 310 au cours de laquelle la température Tscri du catalyseur SCR 18 est comparée au premier seuil de température Tinj, ce seuil étant par exemple compris entre 150°C et 180°C.

Si ladite température est inférieure audit premier seuil, le procédé oriente vers une étape 320 dans laquelle le seuil de purge NS est déterminé comme étant égal au seuil de purge à froid NSmax correspondant à la température Tlnt du piège 14 déterminée à l’étape 100, par exemple la capacité maximale physique de stockage en oxydes d’azote du piège à cette température Tlnt , ou une valeur légèrement inférieure.

Dans le cas contraire, le procédé oriente vers une deuxième sous-étape de test 310, au cours de laquelle ladite température Tscri du catalyseur SCR 18 est comparée au deuxième seuil de température Toxy , ce seuil étant supérieur au premier seuil, par exemple compris entre 280°C et 300°C.

Si ladite température est supérieure audit deuxième seuil, le procédé oriente vers une sous-étape 350 dans laquelle le seuil de purge NS est déterminé comme étant égal au seuil de purge à chaud NSdépart déterminé pour la valeur de température Tlnt du piège obtenue à l’étape 100, ledit seuil de purge à chaud NSdépart étant inférieur audit seuil de purge à froid NSmax , à température Tlnt du piège identique.

Dans le cas contraire, c’est-à-dire si ladite température est inférieure audit deuxième seuil, en d’autres termes ici si elle est comprise entre le premier et le deuxième seuil, le procédé oriente vers une sous-étape 340 dans laquelle le seuil de purge NS est déterminé comme étant égal au seuil de purge optimal NSopti pour la température Tlnt du piège déterminée à l’étape 100, ledit seuil de purge optimal NSopti étant inférieur au seuil de purge à chaud NSdépart, à température Tlnt du piège identique.

La figure 6 détaille l’étape 500 de purge du procédé dans un mode de réalisation avantageux. Elle comprend une sous-étape de requête de purge 510 par le calculateur, lorsque la masse Mnox d’oxydes d’azote dans le piège est supérieur ou égal au type de seuil NS (seuil de purge NSmax, seuil de purge à chaud NSdépart, ou seuil de purge optimal NSopti) déterminé à l’étape 300 en fonction du domaine de température du catalyseur SCR 18.

Le procédé se poursuit par une sous-étape 520 de réglage du moteur en mode

- 18riche. A la sous-étape 530, on détermine la masse Mnox d’oxydes d’azote restant dans le piège, mutatis mutandis de la même manière qu’à l’étape 200 du procédé. A la sous-étape 540, on détermine une valeur de la température Tlnt du piège 14. A la sous-étape 550, on détermine une valeur de seuil de masse de fin de purge NSmini , qui est une fonction de ladite température du piège. Dans un mode de réalisation simplifié, ce seuil peut être égal à 0. A la sous-étape 560, on compare ladite masse avec ledit seuil de masse de fin de purge. Si ladite masse est supérieure audit seuil, le procédé reprend à l’étape 520 et le moteur continue d’être réglé en mode riche qui continue la purge. Dans le cas contraire, le procédé oriente vers une étape 570 dans laquelle la purge s’arrête. En d’autres termes, le fonctionnement du moteur bascule à nouveau en mode pauvre, et le procédé selon l’invention reprend à l’étape 100.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de traitement des oxydes d’azote émis dans les gaz de combustion d’un moteur (1) à combustion interne dont le circuit d’échappement (10) comporte au moins, d’amont en aval dans le sens de circulation des gaz, un piège à oxydes d’azote (14) et un catalyseur de réduction sélective des oxydes d’azote (18), ledit procédé comprenant de manière itérative :

Une étape (100) de fonctionnement du moteur en mélange pauvre, au cours de laquelle le piège (14) stocke une partie des oxydes d’azote émis ;

Une étape (200) de mesure de la masse d’oxydes d’azote (Mnox) stockée dans le piège (14) ;

- Une étape (400) de comparaison de ladite masse (Mnox) avec un seuil (NS) ;

- Lorsque ladite masse est supérieure ou égale audit seuil, une étape (500) de purge du piège (500) par un basculement du mode de fonctionnement du moteur en mélange riche,

CARACTERISE EN CE QUE

Il comprend en outre une étape (300) de détermination dudit seuil (NS) en fonction d’une valeur de la température (Tscri) en amont du catalyseur de réduction sélective des oxydes d’azote (18).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que :

Lorsque la température (Tscri) en amont du catalyseur (18) est inférieure à un premier seuil de température (Tinj) en dessous duquel ledit catalyseur (18) est dans l’incapacité de traiter des oxydes d’azote du moteur, le seuil (NS) d’autorisation de la purge du piège (14) est égal à un seuil de purge à froid (NSmax) dépendant de la température (T_Lnt) régnant dans le piège (14), ledit seuil de purge à froid (NSmax) étant sensiblement égal à la capacité maximale de stockage d’oxydes d’azote du piège à ladite valeur de température (Tlnt) du piège ;

Lorsque la température (Tscri) en amont du catalyseur (18) est supérieure à un deuxième seuil de température (Toxy) à partir duquel ledit catalyseur (18) atteint son efficacité maximale de traitement des oxydes d’azote, le seuil (NS) est égal à un seuil de purge à chaud (NSdépart) dépendant de la température (Tlnt) régnant dans le piège (14), ledit seuil de purge à chaud (NSdépart) étant strictement inférieur au seuil de purge à froid (NSmax), pour la même valeur de

-20température (T_Lnt) du piège ; et,

- Lorsque la température (Tscri) en amont du catalyseur (18) est une valeur comprise entre ledit premier seuil (Tinj) et ledit deuxième seuil (Toxy), pour laquelle ledit catalyseur (18) a une efficacité de traitement des oxydes d’azote 5 moyenne, le seuil (NS) est égal à un seuil de purge optimale (NSopti) dépendant de la température (Tlnt) régnant dans le piège (14), ledit seuil de purge optimal (NSopti) étant inférieur au seuil de purge à chaud (NSdépart), pour la même valeur de température (Tlnt) du piège.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le premier seuil de température

10 (Tinj) est compris entre 150°C et 180°C.
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications 2 ou 3, dans lequel le deuxième seuil de température (Toxy) est compris entre 280°C et 300°C.
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la purge du piège (14) est arrêtée lorsque la masse d’oxydes d’azote

15 (Mnox) est inférieure ou égale à un seuil de masse de fin de purge (NSmini) supérieur ou égal à zéro, ledit seuil étant déterminé en fonction de la température (Tlnt) du piège (14).