Dispositif et procédé d'estimation de l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote d'un système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote

La présente invention concerne un dispositif et un procédé d'estimation de l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote d'un système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote, comprenant une phase catalytique, et traversé par les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile.

Les moteurs à combustion interne produisent des gaz d'échappement qui contiennent des substances polluantes réglementées, telles que les oxydes d'azote NO _x , les hydrocarbures imbrûlés HC, le monoxyde de carbone CO et les particules qu'il est nécessaire de traiter.

Les seuils admis pour les émissions de gaz polluants des véhicules automobiles sont régulièrement revus à la baisse dans le cadre de l'évolution de la réglementation sur la dépollution.

De manière classique, le traitement des oxydes d'azote NO _x émis par le moteur dans les gaz d'échappement, sont traités par un système de piégeage d'oxydes d'azote implanté dans la ligne d'échappement du moteur. Dans les conditions normales d'échappement, c'est-à-dire lorsque la richesse en carburant à l'échappement est faible, le système de piégeage d'oxydes d'azote stocke les oxydes d'azote sous forme de nitrates sur des sites d'adsorption, classiquement du sel de baryum.

La capacité maximale de stockage d'un tel système de piégeage étant limitée, il est nécessaire de le régénérer régulièrement, en élevant la richesse en carburant à l'échappement par contrôle du fonctionnement du moteur, à une valeur très légèrement supérieure à 1.

Dans de telles conditions, les oxydes d'azote NO _x sont désorbés des sites de stockage et élimines sous foi me d'azote par un catalyseui

Le soufre contenu dans les gaz d'échappement du moteur, provenant de l'huile de lubrification du moteui et du carburant alimentant le moteur, peut se fixer sui des sites d'adsorption des oxydes d'azote du système de piégcage catalytique d'oxydes d'azote, et modifier l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote du système de piégeage, en diminuant le nombre de sites d'adsorption disponibles pour les oxydes d'azote

Aussi, il est important de piendie en compte l'empoisonnement au soufre dans l'estimation du chargement en oxydes d'azotes du système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote, paiticuheicmcnt dans le calcul de l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote du système de piégeage catalytique

La demande de brevet français FR 2856741 décrit un estimateur embarqué de la quantité d'oxydes d'azote adsoibέs dans un dispositif de piégeage catalytique d'oxydes d'azote des gaz d'échappement d'un moteui à combustion interne alimenté par un mélange pauvre en carburant Le procédé utilisé ne tient pas compte de l'empoisonnement du dispositif de piégeage catalytique d'oxydes d'azote par les oxydes de soufre

La demande de brevet allemand DE 10038461 décrit le calcul d'une efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote d'un système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote, coiπgcc plusieuis fois successivement pour tenu compte de l'empoisonnement au soufre Le calcul divulgué est complexe et de précision limitée, et nécessite une taille de mémoπe embarquée importante pour fournir une précision suffisante, or, la taille de la mémoire embarquée étant limitée, la précision est limitée

Un but de l'invention est de proposer une alternative au calcul de l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote d'un système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote, ayant une précision améliorée, et dont l'implémentation logicielle embarquée est de taille réduite

Aussi, il est proposé, selon un aspect de l'invention, un dispositif d'estimation de l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote d'un système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote comprenant une phase catalytique et traversé par les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile Le dispositif d'estimation comprend des moyens d'estimation de l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote dudit système de piégeage catalytique à partir d'une somme d'une masse d'oxydes d'azote adsorbés par ladite phase catalytique et d'une masse équivalente d'oxydes d'azote correspondant à une masse d'oxydes de soufre bloquant des sites d'adsorption de ladite phase catalytique.

La présence d'oxydes de soufre bloquant des sites d'adsorption de la phase catalytique du système de piégeage d'oxydes d'azote est ainsi prise en compte Cette masse équivalente d'oxydes d'azote, correspondant à la masse d'oxydes de soufre bloquant des sites d'adsorption de la phase catalytique, est utilisée dans le calcul de la masse d'oxydes d'azote piégés dans le système de piégeage catalytique, servant à l'estimation de l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote du système de piégeage catalytique

Aussi, la précision du calcul de l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote est améliorée, et son implémentation logicielle est de taille réduite, cai la prise en compte de l'empoisonnement au soufre înteivient en amont du calcul de

l'efficacité instantanée de stockage, ou, en d'autres termes intervient en entrée des moyens de calcul de l'efficacité instantanée de stockage.

Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend des premiers moyens de calcul de la masse d'oxydes de soufre bloquant des sites d'adsorption de la phase catalytique. Le dispositif comprend, en outre, des deuxièmes moyens de calcul de la masse équivalente d'oxydes d'azote, correspondant à ladite masse d'oxydes de soufre calculée par les premiers moyens de calcul, tenant compte de la température du substrat sur lequel repose ladite phase catalytique.

La masse équivalente d'oxydes d'azote élaborée par les deuxièmes moyens de calcul étant dépendante de la température du substrat, la prise en compte de cette dernière permet d'obtenir une précision améliorée du calcul de la masse équivalente d'oxydes d'azote.

Selon un mode de réalisation, lesdits moyens d'estimation sont, en outre, adaptés pour tenir compte de la capacité maximale de stockage en oxydes d'azote du système de piégeage catalytique lors de l'estimation de ladite efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote.

Selon un mode de réalisation, le dispositif d'estimation comprend, en outre, des troisièmes moyens de calcul de la capacité maximale de stockage en oxydes d'azote du système de piégeage catalytique tenant compte de la température du substrat.

La capacité maximale de stockage en oxydes d'azote dudit système de piégeage catalytique étant sensible à la température du substrat, le calcul de la capacité maximale de stockage en oxydes d'azote dudit système de piégeage catalytique a une précision améliorée.

Selon un mode de lealisation, les moyens d ^' estimation sont, en outre, adaptés pour tenir compte de la vitesse volumique horane des gaz traversant le système de piegeage catalytiquc lors de l'estimation de ladite efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote du système de piegeage catalytique

L'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote dépendant de la vitesse volumique horane des gaz traversant le système de piégcagc catalytique, son estimation est de précision améliorée

Selon un mode de réalisation, lesdits moyens d'estimation de l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote sont, en outre, adaptés pour tenir compte de la température du substiat lors de l'estimation de ladite efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote dudit système de piegeage catalytique

L'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote du système de piegeage catalytique étant dépendant de la température du substrat, la prise en compte de cette dermèie permet d'obtenir une précision améliorée de l'estimation de l'efficacité instantanée

Selon un autre aspect de l'invention, il est également proposé un système d'estimation d'une masse d'oxydes d'azote stockes dans un système de piegeage catalytique d'oxydes d'azote, comprenant un dispositif d'estimation de l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote tel que décrit précédemment

Un tel système d'estimation d'une masse d'oxydes d'azote stockés dans un système de piegeage catalytique d'oxydes d'azote est de précision améliorée, et son implementation logicielle de taille réduite

II est en outre propose, selon un autie aspect de l'invention, un système de régénération périodique d'un système de piegeage

catalytique d'oxydes d'azote comprenant un dispositif d'estimation de l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote tel que décrit précédemment.

Un tel système de régénération périodique de système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote peut déterminer de manière plus précise les moments de déclenchement d'une phase de régénération du système de piégeage catalytique, et une implémentation logicielle de taille réduite.

Il est également proposé, selon un autre aspect de l'invention, un procédé d'estimation de l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote d'un système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote comprenant une phase catalytique et traversé par les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile. On estime l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote dudit système de piégeage catalytique à partir d'une somme d'une masse d'oxydes d'azotes adsorbes par ladite phase catalytique et d'une masse équivalente d'oxydes d'azote correspondant à une masse d'oxydes de soufre bloquant des sites d'adsorption de ladite phase catalytique.

D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, de quelques exemples nullement limitatifs, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :

-la figure 1 est un schéma synoptique d'un mode de réalisation d'un dispositif d'estimation de l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote d'un système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote selon un aspect de l'invention ; et

-la figure 2 est un schéma synoptique d'un mode de réalisation d'un système d'estimation d'une masse d'oxydes d'azote stockée dans

un dispositif de piégeagc catalytique d'oxydes d'azote selon un aspect de l'invention.

Sur la figure 1, est représenté un dispositif d'estimation 1 de l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote d'un système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote comprenant une phase catalytique et traversé par les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile. L'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote permet de connaître à tout moment la capacité d'adsorption du système de piégeagc catalytique d'oxydes d'azote, et est définie par la relation suivante :

_E ff ₌ 100xfl- ^Déblt - ^NO - ^SOrtant )

V Débit — NO _γ X — - entrant J dans laquelle :

Eff est l'efficacité instantanée de stockage du système de piégeagc catalytique d'oxydes d'azote, en pourcentage ; Débit__NO _x _sortant est le débit d'oxydes d'azote sortant du système de piégeagc catalytique d'oxydes d'azote, en g/s ; et Débit__NO _x _entrant est le débit d'oxydes d'azote entrant dans le système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote, en g/s.

Un premier module de calcul 2 permet de déterminer une masse d'oxydes de soufre m _so bloquant les sites d'adsorption de la phase catalytique du système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote. La masse d'oxydes de soufre bloquant des sites d'adsorption de la phase catalytique est transmise à un deuxième module de calcul 3 par une connexion 4. Le deuxième module de calcul 3 reçoit en outre, en entrée, la température T du substrat par une connexion 5.

Le deuxième module de calcul 3 détermine une masse équivalente d'oxydes d'azote pseudo_NO _x correspondant à ladite

masse d'oxydes de soufre m _so . La masse équivalente d ^" oxydes d'azote pseudo__NO _x est transmise par une connexion 6 à un module d'addition 7 recevant également en entrée une masse NF d'oxydes d'azote piégés par le système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote, par l'intermédiaire d'une connexion 8.

Le module d'addition 7 délivre, en sortie, une masse d'oxydes d'azote NS' correspondant à la somme de la masse d'oxydes d'azote NS et de la masse équivalente d'oxydes d'azote pseudo_NO _x par une connexion 9, à destination d'un module de division 10.

Le module de division 10 reçoit également en entrée, par une connexion 11, une capacité maximale de stockage NSC d'oxydes d'azote du système de piégeage catalytique délivré par un troisième module de calcul 12 en fonction de la température T du substrat reçue par une connexion 13. La capacité maximale de stockage NSC du système de piégeage catalytique correspond à la masse maximale d'oxydes d'azote pouvant être stockée par la phase catalytique. Lc module de division 10 délivre en sortie, par une connexion 14, le rapport de la somme NS' et de la capacité maximale de stockage NSC d'oxydes d'azote du système de piégeage catalytique, à destination d'un module d'estimation 15 de l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote du système de piégeage catalytique. Le module d'estimation 15 reçoit également en entrée, de manière optionnelle, la température T du substrat par une connexion 16, et la vitesse volumique horaire VVH représentative du temps de séjour des gaz dans le dispositif de piégeage catalytique, par une connexion 17.

Le module d'estimation 15 de l'efficacité instantanée de stockage délivre en sortie, par une connexion 18, l'efficacité instantanée du stockage d'oxydes d'azote Eff du système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote. Cette efficacité instantanée Eff tient

compte de l'empoisonnement du système de piégeage catalytique par des oxydes de soufre, de manière simplifiée Aussi, la réalisation logicielle de ce dispositif de calcul peut aisément être embarquée à bord d'une unité de commande électronique de véhicule automobile, car de taille réduite, qu'elle soit mise en oeuvre sous forme logicielle ou par circuit intégré.

Sur la figure 2, est représenté un système d'estimation d'une masse d'oxydes d'azote stockés dans un système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote compienant un dispositif d'estimation 1 de l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote tel qu'illustré sur la figure 1. Lc dispositif d'estimation 1 délivre en sortie, par la connexion 18, l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote Eff du système de piégeage catalytique, à destination d'un module de multiplication 19 recevant également en entrée, par une connexion 20, le débit d'oxydes d'azote débit_NO _x _entrant entrant dans le système de piégeage catalytique, et une valeur prédéterminée dt par une connexion 21. La valeur dt représente le pas de temps de calcul ou d'intégration.

Le module de multiplication 19 délivre en sortie, par l'intermédiaire d'une connexion 22, le débit d'oxydes d'azote débit_NO _x _stockés stockés dans le système de piégeage catalytique, à destination d'un module d'addition 23 Le module d'addition 23 reçoit en outre, en entrée, une masse cumulée NS d'oxydes d'azote piégés par le système de piégeage catalytique, par l'intermédiaire d'une connexion 24 provenant d'un module de mémorisation 25 de la masse cumulée NS d'oxydes d'azote piégés dans le système de piégeage catalytique d'oxydes d'azote. Le module d'addition 23 délivre en sortie, par une connexion 26, une masse cumulée NS d'oxydes d'azote piégés dans le système de piégeage catalytique mis a jour, qui est

également transmise par une connexion 27 au module de memoπsation 25 qui mémorise cette mise a jour

Le module de memoπsation 25 transmet en outie, pai l'intermédiaire de la connexion 8, foimant une boucle de îetioaction, la masse d'oxydes d'azote NS pièges dans le système de piegeage catalytique mis à jour, en entrée du dispositif d'estimation 1

Un tel système peut servπ a un système de régéneiation périodique du système de piegeage catalytique

L'invention permet d'amehorei de calculei l'efficacité instantanée de stockage d'oxydes d'azote avec une précision améliorée, et d'implémenter sa mise en oeuvre logicielle de manière à occuper une place réduite en mémoire