Procédé de gestion du fonctionnement d'au moins un convertisseur catalytique pour moteur à combustion interne.

La présente invention concerne un procédé de gestion du fonctionnement d'un système d'échappement de moteur à combustion du type comportant au moins convertisseur catalytique consistant en un piège à oxyde d'azote.

Dans le domaine de l'automobile, il est bien connu d'utiliser des convertisseurs catalytiques dans une ligne d'échappement d'un moteur diesel ou essence qui génère des oxydes d'azote afin de piéger les oxydes d'azote et ainsi répondre aux normes en vigueur.

Les convertisseurs catalytiques également appelés pièges à oxydes d'azote ou « Noxtrap » fonctionnent suivant deux modes distincts, un mode pauvre et un mode riche au cours duquel le convertisseur est purgé.

En mode pauvre, le convertisseur catalytique stocke les oxydes d'azote dans différents compartiments. On notera que les convertisseurs catalytique ont une capacité de stockage qui diminue au cours du temps. Lorsque le convertisseur catalytique a atteint sa capacité de stockage, il se purge.

La purge se produit en mode riche, c'est-à-dire lorsqu'il y a un défaut d'oxygène par rapport à la stoechiométrie. Au cours de cette purge, des réducteurs, usuellement les hydrocarbures imbrûlés et le monoxyde de carbone, passent dans le convertisseur et réduisent les oxydes d'azote pour les libérer dans l'atmosphère sous forme de di-azote N ₂ et de dioxyde de carbone CO ₂ .

Par ailleurs, la capacité d'absorption de ces convertisseurs est diminuée par la présence de soufre dans le carburant. Le soufre se fixe sur les zones catalytiques destinées à piéger les oxydes d'azote et réduit de ce fait leur efficacité.

Ainsi, il est connu de purger le soufre du Noxtrap, c'est-à-dire de libérer le soufre fixé dans le piège à oxydes d'azote. A cet effet, il est nécessaire de faire monter la température dans le Noxtrap à une température d'environ 650 ⁰ C.

Un tel procédé de purge du Noxtrap nécessite une importante quantité d'énergie supplémentaire pour chauffer le Noxtrap à la température de purge.

Afin de chauffer les gaz d'échappement à une température de l'ordre de 550 à 600 ⁰ C pour brûler les particules accumulées dans le piège à oxydes d'azote, différents systèmes ont été proposés tels que des résistances chauffantes ou des moyens permettant d'injecter une quantité supplémentaire de carburant dans au moins une des chambres de combustion du moteur ou dans la ligne d'échappement sous la forme d'une post-injection par exemple, ces systèmes étant pilotés par un système électronique de commande.

Ces systèmes de post-injection permettent d'apporter des conditions de richesse particulière et/ou d'élever la température des gaz d'échappement en fonction des besoins du système de dépollution équipant la ligne d'échappement.

De tels systèmes de post-injection sont notamment décrits dans les demandes de brevet JP 2005344682 et WO 2005/116431.

Le déclenchement de ces régénérations est déterminé par un calculateur tel qu'un calculateur de contrôle moteur par exemple afin de piloter le fonctionnement du piège à oxydes d'azote en fonction des autres stratégies de contrôle du moteur.

Usuellement, ledit calculateur détermine la masse d'oxydes d'azote stockée dans le piège NOx, puis compare ladite masse avec un seuil, et finalement déclenche la régénération lorsque ladite masse atteint ledit seuil.

Ces injections additionnelles de carburant procurent une augmentation de la consommation de carburant, que l'on cherche par ailleurs à limiter, et des injections tardives de carburant dans les chambres de combustion sont susceptibles de dégrader les performances de lubrification du moteur par dilution du carburant dans l'huile.

De plus, ces systèmes de régénération par excès de carburant, c'est-à-dire par excès de réducteurs, présentent l'inconvénient d'augmenter légèrement les émissions de réducteurs, qui consistent essentiellement dans des hydrocarbures, à l'échappement.

Afin d'optimiser ces régénérations, différents procédés et systèmes ont été proposés ; c'est le cas notamment de la demande de brevet français FR 2 879 656 qui décrit un système de déclenchement d'une purge de moyens de dépollution comportant un piège à NOx intégré dans une ligne d'échappement. Le système

comporte des moyens d'établissement de plusieurs coefficients, au moins quatre coefficients, des moyens d'établissement d'un cinquième coefficient en fonction des quatre premiers coefficients et des moyens de comparaison de ce cinquième coefficient avec un seuil afin d'émettre une requête de déclenchement de la régénération du piège NOx lorsque le seuil est franchi.

L'un des coefficients consiste dans le taux de remplissage en oxydes d'azote du piège à NOx qui est déterminé par modélisation suivant un modèle de température.

Ce type de système présente néanmoins l'inconvénient de ne pas optimiser la dilution, la surconsommation, les émissions de réducteurs, etc .. L'un des buts de l'invention est de remédier à tous ces inconvénients en proposant un procédé de déclenchement d'une purge de moyens de dépollution comportant un piège à oxydes d'azote (NOx) intégrés dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion et un dispositif mettant en œuvre le procédé, de conception simple, peu onéreuse et procurant une optimisation des déclenchements des purges NOx en minimisant les coûts et impacts négatifs des régénérations, c'est- à-dire en diminuant notamment la dilution, la surconsommation, les émissions de réducteurs, etc ..

A cet effet et conformément à l'invention, il est proposé un procédé de déclenchement d'une purge de moyens de dépollution comportant un piège à oxydes d'azote (NOx) intégrés dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion comportant les étapes suivantes de détermination de masse d'oxydes d'azote stockée dans le piège NOx, de comparaison de ladite masse avec un seuil, de déclenchement de la régénération lorsque ladite masse atteint ledit seuil, ; ledit procédé étant remarquable en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes de détermination d'au moins un critère favorisant les phases de régénération du piège à NOx, de détermination d'un rapport partiel en fonction d'une part du rapport entre la masse d'oxydes d'azote stockée et le seuil et d'autre part du ou desdits critères, de transmission d'un signal de la régénération du piège lorsque ledit rapport est supérieur ou égal à 1. Selon une caractéristique essentielle du procédé suivant l'invention, ce dernier comporte une étape de retardement de la transmission du signal de régénération du

piège tant qu'un ou plusieurs critères dits de surconsommation est supérieur respectivement à un seuil déterminé.

A cet effet, le procédé comporte au moins les étapes suivantes de détermination des valeurs de la dilution et/ou de la surconsommation et/ou de la quantité de réducteurs non traités, de calcul du coût moyen instantané de la dilution et/ou de la surconsommation et/ou de la quantité de réducteurs non traités, et de comparaison dudit coût moyen instantané respectivement avec un seuil déterminé.

Ledit coût moyen instantané est calculé sur une distance ou une durée déterminée. Selon une première variante d'exécution du procédé suivant l'invention, ce dernier comporte au moins les étapes suivantes de détermination d'au moins un critère favorisant les phases de régénération du piège NOx, de détermination d'une masse d'oxydes d'azote stockée dans le piège NOx dite modélisée en fonction d'une part de la mesure de la masse d'oxydes d'azote stockée dans le piège NOx et d'autre part du ou desdits critères, de comparaison de ladite masse de NOX modélisée avec le seuil, et de transmission d'un signal de déclenchement de la régénération lorsque ladite masse modélisée atteint ledit seuil.

Selon une seconde variante d'exécution du procédé suivant l'invention, ce dernier comporte au moins les étapes suivantes de détermination d'au moins un critère favorisant les phases de régénération du piège NOx, de détermination d'un seuil dit modélisé en fonction d'une part du seuil et d'autre part du ou desdits critères, de comparaison de ladite masse de NOX mesurée avec le seuil modélisé, et de transmission d'un signal déclenchement de la régénération lorsque ladite masse de NOx mesurée atteint ledit seuil modélisé. Un premier critère consiste dans la température du piège à NOx.

Un second critère consiste dans le rapport de la boîte de vitesse du moteur à combustion.

Un troisième critère consiste dans la vitesse du véhicule. Un quatrième critère consiste dans le point de fonctionnement du moteur à combustion.

Un cinquième critère consiste dans le coût de dilution ou en surconsommation associé au point de fonctionnement moteur lors des régénérations.

Un autre objet de l'invention concerne un système de déclenchement d'une purge de moyens de dépollution comportant au moins un piège à oxydes d'azote (NOx) intégrés dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion comportant au moins des moyens de détermination de la masse d'oxydes d'azote stockée dans le piège NOx, des moyens de comparaison de ladite masse avec un seuil, et des moyens de déclenchement de la régénération lorsque ladite masse atteint ledit seuil ; ledit système étant remarquable en ce qu'il comporte au moins des moyens de détermination d'au moins un critère favorisant les phases de régénération du piège à NOx, des moyens de détermination d'un rapport partiel en fonction d'une part du rapport entre la masse d'oxydes d'azote stockée et le seuil et d'autre part du ou desdits critères, et des moyens de transmission d'un signal de déclenchement de la régénération du piège lorsque ledit rapport est supérieur ou égal à 1. Selon une caractéristique essentielle du système suivant l'invention, ce dernier comporte des moyens de retardement de la transmission du signal de régénération du piège tant qu'un ou plusieurs critères dits de surconsommation est supérieur respectivement à un seuil déterminé.

Lesdits moyens de retardement comportent des moyens de détermination des valeurs de la dilution et/ou de la surconsommation et/ou de la quantité de réducteurs non traités, des moyens de calcul du coût moyen instantané, sur une distance ou une durée déterminée, de la dilution et/ou de la surconsommation et/ou de la quantité de réducteurs non traités, et des moyens de comparaison dudit coût moyen instantané respectivement avec un seuil déterminé. Selon une première variante d'exécution du système suivant l'invention, ce dernier comporte au moins des moyens de détermination d'au moins un critère favorisant les phases de régénération du piège NOx, des moyens de détermination d'une masse d'oxydes d'azote stockée dans le piège NOx dite modélisée en fonction d'une part de la mesure de la masse d'oxydes d'azote stockée dans le piège NOx et d'autre part du ou desdits critères, des moyens de comparaison de ladite masse de

NOX modélisée avec le seuil, et des moyens de déclenchement de la régénération lorsque ladite masse modélisée atteint ledit seuil.

Selon une seconde variante d'exécution du système suivant l'invention, ledit système comporte au moins des moyens de détermination d'au moins un critère favorisant les phases de régénération du piège NOx, des moyens de détermination d'un seuil dit modélisé en fonction d'une part du seuil et d'autre part du ou desdits critères, des moyens de comparaison de ladite masse de NOX mesurée avec le seuil modélisé, et des moyens de déclenchement de la régénération lorsque ladite masse de NOx mesurée atteint ledit seuil modélisé. Un premier critère consiste dans la température du piège à NOx.

Un second critère consiste dans le rapport de la boîte de vitesse du moteur à combustion.

Un troisième critère consiste dans la vitesse du véhicule.

Un quatrième critère consiste dans le point de fonctionnement du moteur à combustion.

Un cinquième critère consiste dans le coût de dilution ou en surconsommation associé au point de fonctionnement moteur lors des régénérations.

D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre de plusieurs variantes d'exécution, données à titre d'exemples non limitatifs, du procédé de déclenchement d'une purge de moyens de dépollution comportant un piège à oxydes d'azote (NOx) et du système de déclenchement conforme à l'invention, à partir des dessins annexés sur lesquels :

- la figure 1 est une représentation schématique d'un moteur selon un mode préféré de l'invention, - la figure 2 est une représentation schématique du système de déclenchement conforme à l'invention,

- la figure 3 est une représentation schématique d'une variante d'exécution du système de déclenchement conforme à l'invention,

- la figure 4 est une représentation schématique d'une dernière variante d'exécution du système de déclenchement conforme à l'invention,

- la figure 5 est une représentation graphique de la masse d'oxydes d'azotes stockée modélisée et le seuil de comparaison de ladite masse en fonction du temps, du coût moyen instantané d'un critère dit de surconsommation tel que la dilution ou la surconsommation ou la quantité de réducteurs non traités en fonction du temps et le seuil de comparaison dudit coût moyen instantané, ainsi que des phases de régénération du piège à oxydes d'azote.

En référence à la figure 1 , on a représenté un moteur 1 comportant un dispositif de commande d'alimentation en carburant d'une ligne d'échappement selon un mode de réalisation préféré de l'invention. Ledit moteur 1 comporte classiquement un bloc moteur 2, une ligne d'échappement 3 dans laquelle circule un gaz d'échappement émis par le bloc moteur 2, et des moyens de commande permettant de contrôler les performances du moteur.

Ledit bloc moteur 2 comporte notamment un collecteur d'admission 4 et d'échappement 5.

La ligne d'échappement 3 est notamment composée d'une part d'un turbocompresseur 6 muni d'une turbine 6a apte à entraîner un compresseur 6b et d'autre part d'un piège à oxydes d'azotes 7.

La turbine 6a du turbocompresseur 6 reçoit le gaz d'échappement sortant du collecteur d'échappement 5 et le compresseur 6b reçoit de l'air frais pour le comprimer et suralimenter le collecteur d'admission 4.

Il est bien évident que la ligne d'échappement 3 peut comporter un système de recirculation du gaz d'échappement communément appelé EGR selon l'acronyme anglo-saxon « Exhaust Gaz Recirculation » sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

Le piège à oxydes d'azote 7 est alimenté par la sortie de la turbine 6a du turbocompresseur 6 de telle manière qu'il reçoive le gaz d'échappement qui sort de la turbine 6a après l'avoir entraîné en rotation.

Par ailleurs, le moteur 1 comporte de manière classique une sonde amont 9 positionnée sur la ligne d'échappement 3 en amont du piège à oxydes d'azote 7, c'est-à-dire entre la turbine 6a et le piège à oxydes d'azote 7, et de préférence à

l'entrée dudit filtre 7, et délivrant une mesure de la teneur en oxygène dans le gaz d'échappement situé en amont dudit piège à oxydes d'azote 7.

Le moteur 1 comporte également une sonde aval 10 positionnée sur la ligne d'échappement 3 en aval du piège à oxydes d'azote 7, c'est-à-dire entre ledit piège à oxydes d'azote 7 et la sortie des gaz d'échappement, et de préférence à la sortie dudit piège à oxydes d'azote 7, et délivrant une mesure de la teneur en oxygène dans le gaz d'échappement situé en aval dudit piège à oxydes d'azote 7.

Lesdites sondes amont 9 et aval 10 sont connectées à une unité de contrôle électronique 11 dite UCE. Cette unité de contrôle 11 comporte un système de déclenchement 12 de la régénération du piège à oxydes 7 connecté audit piège.

Ce système de déclenchement 12, en référence à la figure 2, comporte des moyens de détermination d'au moins un critère 13 favorisant les phases de régénération du piège NOx, ces critères consistant de préférence dans la température du piège à oxydes d'azote fournie par les sondes amont 9 et aval 10 par exemple, et/ou le rapport de boîte de vitesse, et/ou la vitesse du véhicule et/ou le point de fonctionnement moteur et/ou le coût en dilution ou en surconsommation associé au point de fonctionnement moteur en cas de régénération, etc ..

On notera que les informations relatives aux critères seront par exemple fournies au système de déclenchement 12 par l'unité de contrôle 11.

Le système de déclenchement comporte par ailleurs des moyens de détermination de la masse d'oxydes d'azote stockée 14 dans le piège à oxyde d'azote 7, ces moyens de détermination 14 consistant dans une mesure de ladite masse d'oxydes d'azote stockées dans le piège à oxydes d'azotes 7, et des moyens de détermination d'une masse d'oxydes d'azote stockée dans le piège NOx 7 dite modélisée 15 en fonction d'une part de la mesure de la masse d'oxydes d'azote stockée dans le piège NOx 7 et d'autre part du ou desdits critères.

Ladite masse de NOX modélisée 15 est alors comparée avec un seuil prédéterminé 16 par des moyens de comparaison 17 qui transmettent une consigne de déclenchement 18 de la régénération du piège à oxydes d'azote lorsque ladite

masse modélisée 15 atteint ledit seuil 16, c'est-à-dire lorsque ladite masse modélisée

15 est supérieure ou égale audit seuil 16.

Ainsi, les régénérations sont déclenchées lorsque des conditions favorables sont réunies contrairement aux procédés de l'art dans lequel les régénérations sont déclenchées seulement lorsque la masse d'oxydes d'azote stockée dans le piège

NOx atteint un seuil prédéterminé. Par conséquent, les régénérations du piège NOx sont plus fréquentes suivant l'invention.

Selon une variante d'exécution du système de déclenchement 12 suivant l'invention, ce dernier comporte des moyens de détermination d'au moins un critère 13 favorisant les phases de régénération du piège NOx, ces critères consistant de préférence dans la température du piège à oxydes d'azote, et/ou le rapport de boîte de vitesse, et/ou la vitesse du véhicule et/ou le point de fonctionnement moteur et/ou le coût en dilution ou en surconsommation associé au point de fonctionnement moteur en cas de régénération, etc .. Ces informations relatives aux critères seront par exemple fournies au système de déclenchement 12 par l'unité de contrôle 11.

Le système de déclenchement comporte par ailleurs des moyens de détermination de la masse d'oxydes d'azote stockée 14 dans le piège à oxyde d'azote 7, ces moyens de détermination 14 consistant dans une mesure de ladite masse d'oxydes d'azote stockées dans le piège à oxydes d'azotes 7, et des moyens de détermination d'un seuil dit modélisé 19 en fonction d'une part d'un seuil prédéterminé 16 et d'autre part du ou desdits critères 13.

Ledit seuil modélisé 19 est alors comparé la masse d'oxydes d'azote stockée 14 par des moyens de comparaison 20 qui transmettent une consigne de déclenchement 18 de la régénération du piège à oxydes d'azote lorsque ladite masse d'oxydes d'azote stockée 14 atteint ledit seuil modélisé 19, c'est-à-dire lorsque ladite masse d'oxydes d'azote stockée 14 est supérieure ou égale audit seuil modélisé 19. De la même manière que précédemment, les régénérations sont déclenchées lorsque des conditions favorables sont réunies de sorte que la fréquence plus élevée des régénérations est susceptible de grever les coûts moyens de régénération en

matière de dilution et/ou de surconsommation et/ou en quantité de réducteurs non traités.

Afin d'optimiser le compromis entre l'efficacité des traitements des oxydes d'azote et les coûts associés à ces traitement en matière de dilution et/ou de surconsommation et/ou en quantité de réducteurs non traités, le système de déclenchement 12 comporte, en référence à la figure 4, outre les moyens décrits précédemment en référence à la figure 2, des moyens de retardement 21 de la transmission de la consigne de déclenchement 18. Ces moyens de retardement 21 comportent des moyens de détermination 22 des valeurs de la dilution et/ou de la surconsommation et/ou de la quantité de réducteurs non traités, des moyens de calcul 23 du coût moyen instantané, sur une distance ou une durée déterminée, de la dilution et/ou de la surconsommation et/ou de la quantité de réducteurs non traités, et des moyens de comparaison 24 du coût moyen instantané de la dilution et/ou de la surconsommation et/ou de la quantité de réducteurs non traités respectivement avec un seuil déterminé 25.

Les moyens de détermination 22 des valeurs de la dilution et/ou de la surconsommation et/ou de la quantité de réducteurs non traités consistent en des moyens de mesure et/ou des moyens d'estimation de ces valeurs.

Par ailleurs, les coûts moyens instantanés, sur une distance ou une durée déterminée, de la dilution et/ou de la surconsommation et/ou de la quantité de réducteurs non traités sont calculés par des moyennes glissantes sur une distance ou une durée déterminée.

Par exemple, le calcul du coût moyen lié à la surconsommation sur une distance de 10 kms consiste à calculer la moyenne kilométrique du coût « surconsommation instantané » sur les dix derniers kilomètres. Ainsi, la coût instantané lié à une purge effectuée il y a plus de 10 kms (par exemple 11 kms) n'est pas pris en compte dans le calcul du coût moyen de la surconsommation.

Le coût moyen de la surconsommation peut ainsi s'écrire de la forme suivante pour une durée déterminée de 1000s :

I SURCONSO _ INSTANTANNE (t) * dt SURCONSO _ MOYENNES) = ^±^

Ce qui peut également s'écrire sous la forme suivante : t

J SURCONSO _ INSTANTANNE (t) * dt

SURCONSO MOYENNEù) = i≥îdM

1000

Pour une distance déterminée de 10 kms par exemple, Le coût moyen de la surconsommation peut ainsi s'écrire de la forme suivante :

Avec tO tel que D(tO)=D(t) - 10 kms.

De manière générale, les coûts moyens sont calculés par une formule de calcul de moyenne glissante qui s'écrit sous la forme suivante :

Ainsi, la consigne de déclenchement 18 de la régénération est retardée jusqu'à ce que le coût moyen instantané de la dilution et/ou de la surconsommation et/ou de la quantité de réducteurs non traités soit inférieur à leur seuil respectif. En d'autres termes tant que le coût moyen instantané de la dilution et/ou de la surconsommation et/ou de la quantité de réducteurs non traités est supérieur à son seuil respectif 25, le signal de déclenchement 18 de la régénération est retardé, c'est-à-dire qu'il n'est pas transmis au piège NOx 7.

En référence à la figure 5, on a représenté la masse d'oxydes d'azotes stockée modélisée 15 et le seuil 16 de comparaison de ladite masse en fonction du temps, le coût moyen instantané d'un critère dit de surconsommation tel que la dilution ou la surconsommation ou la quantité de réducteurs non traités en fonction du temps et le seuil de comparaison dudit coût moyen instantané, ainsi que les phases de régénération du piège à oxydes d'azote. On observera que les courbes représentant révolution en fonction du temps du coût moyen instantané de la dilution, de la surconsommation et de la quantité de réducteurs non traités sont similaires.

Dans la variante d'exécution décrite à la figure 4, les conditions de déclenchement de la régénération sont considérées comme favorables à une purge aux instants ti, t ₂ et t ₃ . La consigne de régénération est ainsi passée plus fréquemment qu'il n'est nécessaire.

Aux instants ti et t ₂ , le coût moyen instantané en surconsommation étant inférieur au seuil prédéterminé, le signal de régénération est transmis au piège à oxydes d'azote 7.

Toutefois, à l'instant t ₃ , le coût moyen instantané en surconsommation est supérieur au seuil prédéterminé de sorte que le signal de déclenchement de la régénération est retardé jusqu'à ce que ledit coût moyen instantané en surconsommation soit inférieur au seuil prédéterminé. Le retardement de la transmission du signal de déclenchement de la régénération pourra être appliqué en fonction de l'un quelconque des critères de surconsommation ou en fonction de la combinaison d'au moins deux critères de surconsommation sans sortir du cadre de l'invention.

De plus, il est bien évident que le retardement de la transmission du signal de déclenchement de la régénération pourra également être appliqué au signal de transmission de la variante d'exécution décrite à la figure 3.

Enfin, il va de soi que les exemples que l'on vient de donner ne sont que des illustrations particulières en aucun cas limitatives quant aux domaines d'application de l'invention.