FR2817590A1 - Pre-catalyser desulfurization for IC engine exhaust system expels sulfur at intervals to pass through main catalyser - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de désulfuration d'un pré-catalyseur disposé dans un canal d'échappement des gaz d'un moteur à combustion interne pouvant fonctionner avec un mélange pauvre et en aval duquel un catalyseur principal, de stockage de NOx notamment, est monté, ainsi qu'un dispositif destiné à effectuer la désulfuration.Il est prévu, à intervalles périodiques, d'expulser le soufre déposé dans le pré-catalyseur (16) au moins partiellement sous une forme qui, dans les conditions d'exploitation existantes, traverse le catalyseur principal (18) à hauteur de 25 % au moins. Le soufre est de préférence expulsé principalement sous forme d'hydrogène sulfuré (H2 S) pendant que le catalyseur principal (18) est en grande partie exempt d'oxygène. Ceci permet de ralentir la sulfuration du catalyseur principal (18) de sorte que les mesures de désulfuration du catalyseur principal (18), consommatrices de carburant, deviennent plus rarement nécessaires.The invention relates to a process for desulphurizing a pre-catalyst disposed in a gas exhaust channel of an internal combustion engine capable of operating with a lean mixture and downstream of which a main catalyst, in particular for storing NOx, is fitted, together with a device for carrying out the desulphurization.It is provided, at periodic intervals, to expel the sulfur deposited in the pre-catalyst (16) at least partially in a form which, under the operating conditions existing, crosses the main catalyst (18) up to 25% at least. The sulfur is preferably expelled primarily as hydrogen sulfide (H2S) while the main catalyst (18) is largely free of oxygen. This makes it possible to slow down the sulphidation of the main catalyst (18) so that the measures of desulphurisation of the main catalyst (18), which consume fuel, become more rarely necessary.
Description
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L'invention concerne un procédé et un dispositif de désulfuration d'un pré-catalyseur qui est disposé dans un canal d'échappement des gaz d'un moteur à combustion interne pouvant fonctionner avec un mélange pauvre et en aval duquel un catalyseur principal, notamment un catalyseur de stockage de Nos, est monté. The invention relates to a method and a device for desulfurizing a pre-catalyst which is arranged in a gas exhaust duct of an internal combustion engine that can operate with a lean mixture and downstream of which a main catalyst, in particular Nos storage catalyst is mounted.
Les systèmes catalytiques connus utilisés pour nettoyer les gaz d'échappement se composent fréquemment d'un pré-catalyseur de petit volume placé à proximité du moteur et d'un catalyseur principal, plus grand, disposé plus loin en aval dans une voie d'échappement des gaz. Les composants de catalyseur peuvent être agencés en tant que catalyseurs d'oxydation servant à la conversion des hydrocarbures imbrûlés HC et de monoxyde de carbone CO, en tant que catalyseurs de réduction servant à réduire les oxydes d'azote NOx ou en tant que catalyseurs à trois voies qui favorisent simultanément les conversions oxydantes et réductrices mentionnées. Dans le cas des moteurs à combustion interne pouvant fonctionner avec un mélange pauvre, le catalyseur principal peut en outre être équipé d'un élément de stockage de NOx qui, dans les phases de fonctionnement pauvres dans lesquelles le moteur à combustion interne est alimenté avec un mélange aircarburant riche en oxygène où X est supérieur à 1, stocke l'excédent d'oxydes d'azote NOx pour relâcher ces derniers au cours des périodes de fonctionnement plus riches et les réduire. De tels catalyseurs sont aussi appelés catalyseurs de stockage de Noix. The known catalytic systems used for cleaning the exhaust gas are frequently composed of a small volume pre-catalyst placed near the engine and a larger main catalyst further downstream in an escape route. gases. The catalyst components can be arranged as oxidation catalysts for the conversion of unburned hydrocarbons HC and carbon monoxide CO, as reduction catalysts for reducing nitrogen oxides NOx or as catalysts for three ways that simultaneously promote the oxidizing and reducing conversions mentioned. In the case of internal combustion engines that can operate with a lean mixture, the main catalyst can also be equipped with a NOx storage element which, in the poor operating phases in which the internal combustion engine is powered with a fuel. Oxygen-rich air-fuel mixture where X is greater than 1, stores NOx nitrogen oxide surplus to release the latter during richer operating periods and reduce them. Such catalysts are also known as nut storage catalysts.
Un problème connu en matière d'épuration des gaz d'échappement est constitué par le soufre contenu dans les carburants qui, dans le processus de combustion, est transformé presque complètement en dioxyde de soufre S02 et se dépose sous diverses formes sur les différents composants du système catalytique. Ce problème concerne de A known problem in the purification of exhaust gases is the sulfur contained in the fuels which, in the combustion process, is converted almost completely to SO 2 sulfur dioxide and is deposited in various forms on the various components of the fuel. catalytic system. This problem concerns
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la manière la plus aiguë les éléments de stockage de Nox des catalyseurs de stockage de Nox qui, lors des lambdas de combustion pauvres, stockent le S02 sous forme de sulfate S042-avec un rendement de déposition de presque cent pour cent. La conséquence en est une lente neutralisation de la capacité de stockage de Nox du catalyseur de stockage (empoisonnement par l'acide sulfhydrique), laquelle a entraîné le développement de divers procédés de désulfuration destinés aux catalyseurs de stockage de Noix.
the most acute way the Nox storage elements of NOx storage catalysts which, during poor combustion lambdas, store S02 in the form of S042-sulfate with a deposition efficiency of almost one hundred percent. The consequence is a slow neutralization of the Nox storage capacity of the storage catalyst (hydrogen sulfide poisoning), which has led to the development of various desulphurization processes for Nitrogen storage catalysts.
Le principe de ces procédés est d'alimenter le catalyseur, à des températures de catalyseur de 650 C au moins, avec
des gaz d'échappement riches afin de désorber (libérer) le sulfate stocké et de le réduire en S02 principalement. The principle of these processes is to feed the catalyst, at catalyst temperatures of at least 650 C, with
rich exhaust gases to desorb (release) the stored sulfate and reduce it to SO2 primarily.
Outre la sulfuration des éléments de stockage de NOxi il se produit aussi-mais dans une bien moindre mesureun dépôt de soufre dans d'autres composants du système catalytique. Il s'agit sensiblement des métaux précieux (Pt, Pd, Ru) des revêtements catalytiques et des composants de stockage d'oxygène (oxygen storage components, OSC). A des températures de catalyseur supérieures à la température
de désorption spécifique à un composant (400 à 450 oc environ pour les OSC et 500 oc environ pour les métaux précieux) et dans une atmosphère de gaz d'échappement riche, il est possible de ré-expulser le soufre déposé. In addition to the sulfurization of NO x storage elements, there is also, but to a much lesser extent, a deposition of sulfur in other components of the catalyst system. These are substantially precious metals (Pt, Pd, Ru) catalytic coatings and oxygen storage components (OSC). At catalyst temperatures above the temperature
of desorption specific to a component (about 400 to 450 oc for OSC and about 500 oc for precious metals) and in a rich exhaust gas atmosphere, it is possible to re-expel the deposited sulfur.
Mais l'inconvénient consiste alors en ce que le soufre libéré issu du pré-catalyseur se dépose en partie dans le catalyseur principal placé en aval. S'il s'agit d'un catalyseur de stockage de NOxi le dépôt se produit presque complètement. Il faut donc fréquemment désulfurer le catalyseur principal, ce qui entraîne un accroissement de la consommation de carburant. But the disadvantage is then that the released sulfur from the pre-catalyst is deposited in part in the main catalyst downstream. If it is a NOxi storage catalyst the deposition occurs almost completely. As a result, the main catalyst must often be desulphurised, resulting in increased fuel consumption.
L'objectif de la présente invention est de mettre à disposition un procédé de désulfuration d'un précatalyseur, lequel entraîne une sulfuration aussi faible que possible d'un catalyseur principal placé en aval. The object of the present invention is to provide a process for the desulphurisation of a precatalyst, which results in as low a sulphurization as possible of a main catalyst placed downstream.
Cet objectif est atteint grâce à un procédé selon This objective is achieved through a process according to
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lequel, le soufre stocké dans le pré-catalyseur est expulsé au moins partiellement à intervalles périodiques sous une forme qui traverse le catalyseur principal à hauteur de 25 % au moins dans les conditions d'exploitation existantes. L'invention offre également un procédé selon lequel, lorsque la température du pré-catalyseur est au moins temporairement supérieure ou égale à la température de désorption du soufre du pré-catalyseur, dans une première phase, le moteur à combustion interne est alimenté avec un premier lambda de combustion riche jusqu'à ce que l'accumulateur d'oxygène du catalyseur principal soit au moins en grande partie exempt d'oxygène et, dans une seconde phase subséquente, le lambda de combustion du moteur à combustion interne est augmenté jusqu'à un second
lambda de combustion riche avec pl -F2 < 'Selon l'invention, il est prévu que le soufre déposé dans le précatalyseur soit expulsé, à intervalles périodiques appropriés, principalement sous une forme lui permettant, dans les conditions d'exploitation existantes, de traverser le catalyseur principal à hauteur de 25 % au moins et de préférence à hauteur de 50 % au moins. Le soufre déposé est de préférence expulsé, au moins partiellement, sous forme d'hydrogène sulfuré H2S pendant que le catalyseur principal est au moins en grande partie exempt d'oxygène. wherein the sulfur stored in the pre-catalyst is at least partially expelled at periodic intervals in a form which passes through the main catalyst by at least 25% under the prevailing operating conditions. The invention also provides a method according to which, when the temperature of the pre-catalyst is at least temporarily greater than or equal to the sulfur desorption temperature of the pre-catalyst, in a first phase, the internal combustion engine is supplied with a first lambda of rich combustion until the oxygen accumulator of the main catalyst is at least largely free of oxygen and, in a second subsequent phase, the combustion lambda of the internal combustion engine is increased until to a second
According to the invention, it is provided that the sulfur deposited in the precatalyst is expelled, at appropriate periodic intervals, mainly in a form allowing it, under the existing operating conditions, to pass through. the main catalyst at least 25% and preferably at least 50%. The deposited sulfur is preferably expelled, at least partially, as hydrogen sulfide H 2 S while the main catalyst is at least substantially free of oxygen.
Selon un procédé particulièrement avantageux, lorsque le pré-catalyseur a, au moins temporairement, une température supérieure ou égale à la température de désorption du soufre du pré-catalyseur : (a) dans une première phase, le moteur à combustion interne est alimenté avec un premier lambda de combustion riche jusqu'à ce que l'accumulateur d'oxygène du catalyseur principal soit au moins en grande partie exempt d'oxygène, et (b) dans une seconde phase subséquente, le lambda de combustion du moteur à combustion interne est augmenté jusqu'à un second lambda de combustion According to a particularly advantageous method, when the pre-catalyst has, at least temporarily, a temperature greater than or equal to the sulfur desorption temperature of the pre-catalyst: (a) in a first phase, the internal combustion engine is fed with a first combustion lambda rich until the oxygen accumulator of the main catalyst is at least largely free of oxygen, and (b) in a second subsequent phase, the combustion lambda of the internal combustion engine is increased to a second lambda of combustion
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riche qui est supérieur au premier lambda de combustion riche et qui est inférieur à un. rich which is superior to the first lambda of rich combustion and which is less than one.
L'invention met à profit le fait que l'H2S ne peut être stocké en quantité notable dans les composants accumulateurs d'oxygène (OSC) et/ou l'accumulateur de NOx du catalyseur principal qu'en présence d'oxygène, puisque le stockage nécessite d'abord l'oxydation de l'H2S. C'est pourquoi, dans la première phase, on élimine en grande partie l'oxygène de l'ensemble du système catalytique, notamment de l'accumulateur d'oxygène du catalyseur principal. Après cela, il faut qu'au plus 20 %, de préférence moins de 10 %, de la capacité d'accumulation d'oxygène du catalyseur principal soit utilisée. Dans la première phase, on choisit avantageusement un lambda de combustion le plus faible possible, c'est-à-dire le plus pauvre en oxygène possible. A cet égard, des valeurs lambda de 0,7 à 0,95, et de préférence de 0,8 à 0,9, notamment, se sont avérées bonnes. Ces valeurs lambda comparativement basses favorisent d'une part la formation d'H2S plutôt que la formation de 802 prédominante dans des atmosphères de gaz d'échappement moins riches. D'autre part, on obtient ainsi l'élimination de l'oxygène du système catalytique de manière particulièrement rapide et complète. L'évolution de l'élimination de l'oxygène peut être surveillée de manière simple au moyen d'un dispositif de mesure sensible à l'oxygène placé en aval du catalyseur principal. Il peut en l'occurrence s'agir, par exemple, d'une sonde lambda ou d'un capteur de NOx équipé d'une fonction de mesure de lambda. The invention takes advantage of the fact that the H2S can not be stored in a significant amount in the oxygen storage components (OSC) and / or the NOx accumulator of the main catalyst in the presence of oxygen, since the storage requires first the oxidation of the H2S. Therefore, in the first phase, the oxygen is largely removed from the entire catalyst system, including the main catalyst oxygen storage. After that, at most 20%, preferably less than 10%, of the oxygen storage capacity of the main catalyst is used. In the first phase, it is advantageous to choose a lambda combustion as low as possible, that is to say the poorest possible oxygen. In this respect, lambda values of 0.7 to 0.95, and preferably 0.8 to 0.9, have been found to be good. These comparatively low lambda values promote, on the one hand, the formation of H2S rather than the predominant 802 formation in less rich exhaust gas atmospheres. On the other hand, the elimination of oxygen from the catalytic system is thus obtained in a particularly rapid and complete manner. The evolution of oxygen removal can be monitored simply by means of an oxygen-sensitive measuring device placed downstream of the main catalyst. This may be, for example, a lambda probe or a NOx sensor equipped with a lambda measurement function.
Au cours de la seconde phase subséquente, le lambda de combustion est augmenté jusqu'à une valeur lambda située, au plus près, juste au-dessous de un afin d'empêcher dans la plus grande mesure possible le passage de substances nocives (CO et HC). La seconde phase peut notamment être avantageusement exécutée à un lambda de combustion de 0,95 à 0,995, et de préférence de 0,98 à 0,99. Puisque, à ce In the second subsequent phase, the combustion lambda is increased to a nearest lambda value just below one in order to prevent the passage of harmful substances (CO and HC). The second phase may especially be advantageously carried out at a combustion lambda of from 0.95 to 0.995, and preferably from 0.98 to 0.99. Since, at this
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moment là, le pré-catalyseur est pratiquement exempt d'oxygène et qu'il est alimenté avec une atmosphère de gaz d'échappement réductrice, la libération de soufre a lieu presque exclusivement sous forme d'H2S. En outre, puisque le stockage du soufre dans les composants accumulateurs
d'oxygène (OSC) ou dans les éléments de stockage de NOx du catalyseur principal nécessite une oxydation de l'H2S en S03 en passant par le S02 mais qu'il n'y a pas non plus d'oxygène disponible dans le catalyseur principal, un stockage de soufre peut tout au plus avoir lieu avec un très faible rendement. La désulfuration du pré-catalyseur a donc lieu en grande partie sans stockage supplémentaire de soufre dans le catalyseur principal. At this point, the pre-catalyst is substantially free of oxygen and fed with a reducing exhaust gas atmosphere, sulfur release takes place almost exclusively in the form of H 2 S. In addition, since the storage of sulfur in accumulator components
Oxygen (OSC) or in the NOx storage elements of the main catalyst requires oxidation of H2S to SO3 through SO2 but no available oxygen in the main catalyst. , a sulfur storage can at most take place with a very low yield. The desulphurization of the pre-catalyst therefore takes place largely without additional storage of sulfur in the main catalyst.
Selon un agencement particulièrement avantageux du procédé, il est prévu de maintenir le second lambda de combustion riche jusqu'à ce que le pré-catalyseur soit au moins en grande partie exempt de soufre, avant de terminer la seconde phase et de re-commuter le moteur à combustion interne en mode de fonctionnement ordinaire. A cet effet, on peut par exemple modéliser de manière continue l'entrée de soufre dans le pré-catalyseur et/ou la sortie de soufre hors du pré-catalyseur de manière à pouvoir calculer une charge totale (modélisée) de soufre dans le pré-catalyseur. According to a particularly advantageous arrangement of the process, it is intended to maintain the second rich combustion lambda until the pre-catalyst is at least largely free of sulfur, before completing the second phase and re-switching the internal combustion engine in ordinary operating mode. For this purpose, it is possible, for example, to model continuously the entry of sulfur into the pre-catalyst and / or the exit of sulfur from the pre-catalyst so as to be able to calculate a total (modeled) sulfur load in the pre-catalyst. -catalyst.
La fin de la seconde phase et la commutation du moteur à combustion interne en mode de fonctionnement ordinaire pauvre a alors avantageusement lieu lorsque le calcul de modélisation montre que la purge du soufre du précatalyseur est en grande partie complète ou a atteint un seuil prédéterminé. La modélisation de l'entrée de soufre et de la sortie de soufre peut avoir lieu de manière connue au moyen de paramètres de fonctionnement courants du moteur à combustion interne et notamment au moyen des paramètres de combustion. The end of the second phase and the switching of the internal combustion engine in ordinary lean operating mode then advantageously takes place when the modeling calculation shows that the sulfur purge of the precatalyst is substantially complete or has reached a predetermined threshold. The modeling of the sulfur inlet and the sulfur outlet can be carried out in known manner by means of current operating parameters of the internal combustion engine and in particular by means of the combustion parameters.
La température du pré-catalyseur peut soit être mesurée au moyen d'un capteur de température disposé en amont ou en aval du pré-catalyseur, soit être déterminée au The temperature of the pre-catalyst can either be measured by means of a temperature sensor disposed upstream or downstream of the pre-catalyst, or can be determined at
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moyen d'un calcul de modélisation en prenant en compte des paramètres de fonctionnement appropriés. En outre, selon un agencement particulièrement avantageux du procédé, une extrapolation (prévision) de la température de précatalyseur a lieu pour un certain laps de temps à venir. Si l'extrapolation permet de prévoir que la température de désorption du soufre sera atteinte dans le laps de temps considéré en vertu d'une augmentation particulièrement rapide de la température, la première phase de la désulfuration du pré-catalyseur peut être amorcée avant même que ce dernier ait atteint la température de désorption. Ainsi, l'élimination de l'oxygène de la première phase du procédé peut être réalisée partiellement, voire complètement, avant même qu'un ou tous les composants du pré-catalyseur atteignent la température de désorption. modeling calculation taking into account appropriate operating parameters. In addition, in a particularly advantageous arrangement of the process, an extrapolation (forecast) of the precatalyst temperature takes place for a certain period of time to come. If the extrapolation allows to predict that the desorption temperature of sulfur will be reached in the period of time considered by virtue of a particularly rapid increase of the temperature, the first phase of the desulphurisation of the pre-catalyst can be initiated even before the latter has reached the desorption temperature. Thus, the removal of oxygen from the first phase of the process can be carried out partially or completely before even one or all components of the pre-catalyst reach the desorption temperature.
L'extrapolation de la température du pré-catalyseur est de préférence effectuée en prenant en compte la position de l'indicateur de valeur de pédale (Pedalwertgeber, PWG) de l'accélérateur, la dynamique de l'indicateur de valeur de pédale, le régime du moteur, la quantité de carburant injectée, la température courante du pré-catalyseur, la dynamique de la température du pré-catalyseur, la charge de soufre du pré-catalyseur modélisée et/ou l'activité d'accumulation d'oxygène du pré-catalyseur. The extrapolation of the temperature of the pre-catalyst is preferably carried out taking into account the position of the pedal value indicator (Pedalwertgeber, PWG) of the accelerator, the dynamics of the pedal value indicator, the engine speed, the amount of fuel injected, the current temperature of the pre-catalyst, the temperature dynamics of the pre-catalyst, the sulfur load of the modeled pre-catalyst and / or the oxygen storage activity of the pre-catalyst.
Selon une réalisation particulièrement avantageuse du procédé, le premier et/ou le second lambda (s) de combustion riches peuvent être prédéterminés en fonction des paramètres mentionnés précédemment. En variante ou en plus, les lambdas de combustion de la première et de la seconde phases peuvent être prédéterminés en considérant l'état du catalyseur principal. Dans ce cas, on prend principalement en compte : la température et/ou la dynamique de la température, la charge de soufre modélisée, l'activité de conversion et/ou l'activité d'accumulation d'oxygène du catalyseur principal. According to a particularly advantageous embodiment of the method, the first and / or second lambda (s) rich combustion can be predetermined depending on the previously mentioned parameters. Alternatively or in addition, the combustion lambdas of the first and second phases may be predetermined by considering the state of the main catalyst. In this case, the main consideration is temperature and / or temperature dynamics, modeled sulfur load, conversion activity and / or oxygen storage activity of the main catalyst.
Puisque, lorsque l'on utilise de manière habituelle Since, when we use in the usual way
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des moteurs à combustion interne pouvant fonctionner avec un mélange pauvre, les périodes de fonctionnement riches sont régulièrement nécessaires pour des raisons diverses, il est de préférence prévu d'agencer une telle phase de fonctionnement riche naturelle pour la désulfuration selon l'invention du pré-catalyseur et conformément aux indications mentionnées, pour peu que la température de pré-catalyseur dépasse la température de désorption du soufre. Dans le cas d'un catalyseur principal agencé sous forme de catalyseur de stockage de Nos, il est notamment possible d'utiliser une période de régénération des oxydes d'azote NOx pour la désulfuration conforme à l'invention du pré-catalyseur. Mais il est également imaginable d'utiliser les périodes riches de ce qu'il est convenu d'appeler une amplitude forcée d'un fonctionnement stoechiométrique (1 1) dans les systèmes catalytiques à trois voies. internal combustion engines can operate with a lean mixture, the rich operating periods are regularly required for various reasons, it is preferably planned to arrange such a natural rich operating phase for the desulfurization according to the invention of the pre- catalyst and in accordance with the mentioned indications, provided that the pre-catalyst temperature exceeds the desorption temperature of sulfur. In the case of a main catalyst arranged in the form of Nos storage catalyst, it is in particular possible to use a period of regeneration of NOx nitrogen oxides for the desulfurization according to the invention of the pre-catalyst. But it is also conceivable to use the rich periods of so-called forced amplitude of stoichiometric operation (1 1) in three-way catalytic systems.
L'invention comprend en outre un dispositif de mise en oeuvre du procédé. Le dispositif prévoit des moyens avec lesquels il est possible d'exécuter les phases de procédé décrites. Ces moyens comprennent une unité centrale dans laquelle un algorithme de commande des phases de procédé est introduit sous forme numérique. Cette commande peut également être avantageusement intégrée dans un dispositif de commande du moteur du véhicule. The invention further comprises a device for implementing the method. The device provides means with which it is possible to execute the described process phases. These means comprise a central unit in which a control algorithm of the process phases is introduced in digital form. This control can also be advantageously integrated into a control device of the vehicle engine.
D'autres agencements avantageux de l'invention résultent des autres particularités mentionnées ci-après. Other advantageous arrangements of the invention result from the other features mentioned below.
L'invention est expliquée ci-après en détail au moyen de modes de réalisation et de dessins associés parmi lesquels : la figure 1 est un schéma de principe d'un moteur à combustion interne comportant un dispositif d'échappement ; la figure 2 représente la courbe, en fonction du temps, de divers paramètres relatifs au fonctionnement et aux gaz du dispositif d'échappement selon la figure 1, et ce, The invention is explained below in detail by means of embodiments and associated drawings among which: Figure 1 is a block diagram of an internal combustion engine having an exhaust device; FIG. 2 represents the curve, as a function of time, of various parameters relating to the operation and the gases of the exhaust device according to FIG. 1, and
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pendant le fonctionnement classique du dispositif d'échappement, et la figure 3 représente la courbe, en fonction du temps, de divers paramètres relatifs au fonctionnement et aux gaz du dispositif d'échappement selon la figure 1, et ce, pendant une désulfuration conforme à l'invention d'un pré-catalyseur. during the conventional operation of the exhaust system, and FIG. 3 represents the curve, as a function of time, of various parameters relating to the operation and gases of the exhaust device according to FIG. 1, and this, during a desulphurization according to FIG. the invention of a pre-catalyst.
Un dispositif d'échappement désigné globalement par le repère 12 est associé au moteur à combustion interne 10 représenté à la figure 1. Le dispositif d'échappement 12 comprend un canal d'échappement des gaz 14 dans lequel sont disposés, à proximité du moteur, un pré-catalyseur de petit volume 16-typiquement un catalyseur à trois voies-, ainsi que, sous le plancher du véhicule, un catalyseur de stockage de NOx 18 de grand volume. Outre le système catalytique 16,18, le canal d'échappement des gaz 14 contient ordinairement divers capteurs de gaz et/ou de température, non représentés en détail, destinés au réglage du moteur à combustion interne 10. Dans le cas présent, seul un dispositif de mesure 20 sensible à l'oxygène installé en aval du catalyseur de stockage de NO, 18 est représenté. Le dispositif de mesure 20 peut, par exemple, être une sonde lambda ou un capteur de NOx équipé d'une fonction de mesure de lambda. Dans chacun des cas, le dispositif de mesure 20 transmet un signal en fonction de la proportion d'oxygène dans les gaz d'échappement à un dispositif de commande de moteur 22 dans lequel il est numérisé et traité. Une unité centrale 24, dans laquelle un algorithme de mise en oeuvre d'un procédé de désulfuration du pré-catalyseur 16 est introduit, est intégrée au dispositif de commande de moteur 22. Le dispositif de commande de moteur 22 et l'unité centrale 24 sont en mesure d'influer sur au moins un paramètre de fonctionnement du moteur à combustion interne 10, notamment sur un mélange air-carburant (lambda de combustion), d'une manière que An exhaust system generally indicated by the reference numeral 12 is associated with the internal combustion engine 10 shown in FIG. 1. The exhaust device 12 comprises a gas exhaust channel 14 in which are disposed near the engine, a small volume pre-catalyst 16-typically a three-way catalyst-, as well as, under the floor of the vehicle, a large volume NOx storage catalyst 18. In addition to the catalytic system 16, 18, the gas exhaust channel 14 ordinarily contains various gas and / or temperature sensors, not shown in detail, for the adjustment of the internal combustion engine 10. In the present case, only one An oxygen-sensitive measuring device 20 installed downstream of the NO storage catalyst 18 is shown. The measuring device 20 may, for example, be a lambda probe or a NOx sensor equipped with a lambda measuring function. In either case, the measuring device 20 transmits a signal as a function of the proportion of oxygen in the exhaust gas to a motor controller 22 in which it is digitized and processed. A central unit 24, in which an algorithm for implementing a pre-catalyst desulfurization process 16 is introduced, is integrated in the motor control device 22. The motor control device 22 and the central unit 24 are able to influence at least one operating parameter of the internal combustion engine 10, especially on an air-fuel mixture (combustion lambda), in a way that
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l'on va expliquer. we will explain.
Pour illustrer le problème qui est à la base de l'invention, on peut voir à la figure 2 différents paramètres de fonctionnement et de gaz d'échappement du dispositif représenté à la figure 1, lesquels correspondent à un fonctionnement classique. En l'occurrence, la courbe du lambda de combustion du moteur à combustion interne 10 est représentée sur le diagramme inférieur de la figure 1 par le graphe 100. Le diagramme central montre des paramètres relatifs au pré-catalyseur 16. Plus précisément, le graphe 102 représente la courbe de la charge d'oxygène du pré-catalyseur 16. Le graphe 104 donne le rapport de la proportion de 802 dans le gaz d'échappement en amont du pré-catalyseur 16 sur la proportion en aval . Les valeurs situées au-dessus de l'axe des temps t traduisent un dépôt de soufre dans le pré-catalyseur 16, tandis que les valeurs situées au-dessous de l'axe des temps t indiquent une sortie de soufre. D'une manière analogue à ce qui précède, le graphe 106 représente le rapport de l'hydrogène sulfuré H2S en amont et en aval du pré-catalyseur 16. Enfin, le diagramme supérieur montre des paramètres du catalyseur principal ou catalyseur de stockage de NOx 18. Le graphe 108 y donne la charge d'oxygène et le graphe 110 le rapport
S02 amont sur aval du catalyseur de stockage de NOX 18. To illustrate the problem that is the basis of the invention, we can see in Figure 2 different operating parameters and exhaust gas of the device shown in Figure 1, which correspond to a conventional operation. In this case, the curve of the combustion lambda of the internal combustion engine 10 is represented in the lower diagram of FIG. 1 by the graph 100. The central diagram shows parameters relating to the pre-catalyst 16. More precisely, the graph 102 shows the curve of the pre-catalyst oxygen load 16. Chart 104 gives the ratio of the proportion of 802 in the exhaust gas upstream of the pre-catalyst 16 to the downstream proportion. Values above the time axis t reflect a sulfur deposition in the pre-catalyst 16, while values below the time axis t indicate a sulfur output. In a manner analogous to the above, graph 106 represents the ratio of hydrogen sulfide H 2 S upstream and downstream of pre-catalyst 16. Finally, the upper diagram shows parameters of the main catalyst or NOx storage catalyst. 18. The graph 108 gives the oxygen charge and the graph 110 the ratio
Upstream S02 downstream of the NOX storage catalyst 18.
Jusqu'à un instant désigné par t1, le moteur à combustion interne 10 est alimenté avec un lambda de combustion pauvre IM (graphe 100). En raison de la proportion élevée d'oxygène dans les gaz d'échappement au cours de cette phase, la capacité d'accumulation d'oxygène du pré-catalyseur 16 mais aussi du catalyseur de stockage de NOx 18 est complètement utilisée à tel point que les graphes 102 et 108 sont à leur valeur maximale. Until a time designated by t1, the internal combustion engine 10 is fed with a poor combustion lambda IM (graph 100). Due to the high proportion of oxygen in the exhaust gas during this phase, the oxygen storage capacity of the pre-catalyst 16 but also of the NOx storage catalyst 18 is completely used to such an extent that graphs 102 and 108 are at their maximum value.
Simultanément a lieu un stockage continu de S02 dans les deux catalyseurs 16,18 (graphes 104,110). En l'occurrence, une partie du S02 émis par le moteur à combustion interne 10 est stockée sur les composants en At the same time, a continuous storage of SO 2 in the two catalysts 16, 18 (graphs 104, 110) takes place. In this case, a part of the SO 2 emitted by the internal combustion engine 10 is stored on the components in question.
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métal précieux du pré-catalyseur 16 ainsi que dans les composants accumulateurs d'oxygène (OSC) du pré-catalyseur 16. Presque tout le reste de la proportion de S02 qui traverse le pré-catalyseur 16 est stocké sous forme de
sulfate par l'accumulateur de NOx du catalyseur de stockage de NOx 18. A l'instant tl, le moteur à combustion interne 10 est commuté dans une phase de fonctionnement riche Tp
avec un lambda de combustion IF < 1. Ceci a par exemple lieu pour effectuer une régénération des oxydes d'azote NOx du catalyseur de stockage 18 dont la nécessité est établie au moyen du dispositif de mesure (du capteur de Noix) 20. precious metal of the pre-catalyst 16 as well as in the oxygen storage components (OSC) of the pre-catalyst 16. Almost all the remainder of the proportion of SO 2 that passes through the pre-catalyst 16 is stored in the form of
by the NOx accumulator of the NOx storage catalyst 18. At time t1, the internal combustion engine 10 is switched into a rich operating phase Tp
with a combustion lambda IF <1. This is for example to carry out a regeneration of NOx nitrogen oxides storage catalyst 18 whose need is established by means of the measuring device (Nut sensor) 20.
Par suite du manque d'oxygène régnant alors dans les gaz d'échappement, la purge de l'accumulateur d'oxygène du précatalyseur 16 commence juste après ce changement (graphe 102). Si-comme on le présuppose ici-la température du pré-catalyseur correspond au moins à la température de désorption du soufre, la sortie du soufre stocké sous forme de S02 dans le pré-catalyseur 16 commence avec le passage en mode de fonctionnement riche Tp et continue tant que l'accumulateur d'oxygène n'est pas complètement purgé
(graphe 104). Au cours de cette phase, l'accumulateur d'oxygène du catalyseur de stockage de NOx 18 (graphe 108) est encore presque complètement rempli. Ceci est dû à la durée de parcours des gaz d'échappement, à la capacité d'accumulation d'oxygène du catalyseur principal 18, globalement beaucoup plus élevée, ainsi qu'à la libération de moyens d'oxydation par les processus ayant lieu au niveau du pré-catalyseur 16. La présence d'oxygène a pour effet un stockage presque complet du S02 émis par le précatalyseur 16 dans le catalyseur principal 18 (graphe 110). Due to the lack of oxygen then prevailing in the exhaust gas, the purge of the oxygen accumulator of the precatalyst 16 begins just after this change (graph 102). If-as presupposes here-the temperature of the pre-catalyst corresponds at least to the sulfur desorption temperature, the output of the sulfur stored as SO 2 in the pre-catalyst 16 begins with the transition to the rich operating mode Tp and continues until the oxygen accumulator is completely drained
(graph 104). During this phase, the oxygen accumulator of the NOx storage catalyst 18 (graph 108) is still almost completely filled. This is due to the travel time of the exhaust gas, to the oxygen storage capacity of the main catalyst 18, which is generally much higher, and to the release of oxidation means by the processes taking place at Pre-catalyst level 16. The presence of oxygen results in an almost complete storage of the SO 2 emitted by the precatalyst 16 in the main catalyst 18 (graph 110).
Dès que l'accumulateur d'oxygène du pré-catalyseur 16 est complètement vidé (graphe 102), la libération de S02 par le pré-catalyseur 16 cesse (graphe 104) puisqu'une
oxydation en S02 des constituants soufrés déposés n'est désormais plus possible. Mais puisque le pré-catalyseur 16 dépasse toujours la température de désorption du soufre, la As soon as the oxygen accumulator of the pre-catalyst 16 is completely emptied (graph 102), the release of SO 2 by the pre-catalyst 16 ceases (graph 104) since a
S02 oxidation of the sulfur-containing constituents deposited is no longer possible. But since the pre-catalyst 16 still exceeds the desorption temperature of sulfur, the
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libération du soufre stocké commence alors sous forme d'hydrogène sulfuré H2S (graphe 106). Tant que la moindre quantité d'oxygène reste stockée au niveau du catalyseur principal 18, il se produit une oxydation de l'H2S émis par le pré-catalyseur 16 ainsi que son dépôt pratiquement complet dans l'accumulateur de NOx mais aussi dans les composants de stockage d'oxygène (OSC) du catalyseur de stockage 18 (graphe 110). C'est n'est qu'après la purge complète de l'accumulateur d'oxygène qu'un léger passage
dIH2S à travers le catalyseur de stockage de NOx 18 est à noter à la fin de la régénération des NOx IF-Cette proportion d'H2S qui passe est indiquée à l'aide de la zone hachurée 112 du graphe 106. A l'issue de la régénération des NOX, à l'instant t2 auquel le moteur à combustion interne 10 est de nouveau commuté en mode de fonctionnement pauvre avec ÂM > 1, un nouveau remplissage de l'accumulateur d'oxygène du pré-catalyseur 16 (graphe 102) débute, et par conséquent une baisse puis la cessation de l'émission d'H2S (graphe 106). Le dépôt de 802 recommence dans les deux catalyseurs 16,18 (graphes 104, 110). The release of stored sulfur then begins as H2S hydrogen sulfide (graph 106). As long as the least amount of oxygen remains stored in the main catalyst 18, oxidation of the H2S emitted by the pre-catalyst 16 as well as its substantially complete deposition in the NOx accumulator but also in the components occurs. oxygen storage (OSC) storage catalyst 18 (graph 110). It is only after the complete purging of the oxygen accumulator that a slight passage
dIH2S through the NOx storage catalyst 18 should be noted at the end of the regeneration of the NOx IF-This proportion of H 2 S that passes is indicated using the hatched area 112 of the graph 106. At the end of the regeneration of the NOX, at time t2 at which the internal combustion engine 10 is switched back to lean operating mode with ÂM> 1, a new filling of the oxygen accumulator of the pre-catalyst 16 (graph 102) begins, and therefore a decline and cessation of the emission of H2S (graph 106). The deposition of 802 starts again in the two catalysts 16, 18 (graphs 104, 110).
Il ressort clairement de tout cela que, dans le cas du fonctionnement classique, la quasi-totalité du 802 émis par le moteur à combustion interne 10 est stocké par le système catalytique 16,18 non seulement au cours des phases de fonctionnement pauvres mais aussi dans les phases de fonctionnement riches. Alors que le pré-catalyseur 16 connaît tout compte fait encore une certaine désulfuration à température appropriée au cours des phases de fonctionnement riches ïp, on aboutit à une sulfuration croissante du catalyseur principal 18 du fait du transfert de soufre du pré-catalyseur au catalyseur principal. La conséquence en est une réduction de l'activité de conversion ainsi que, dans le cas des catalyseurs de
stockage de NOx une réduction de l'activité d'accumulation de NO.. Du fait du transfert presque complet du soufre émis par le pré-catalyseur 16 dans le catalyseur principal 18, It is clear from all this that, in the case of conventional operation, almost all of the 802 emitted by the internal combustion engine 10 is stored by the catalytic system 16, 18 not only during the poor operating phases but also in the rich operating phases. While the pre-catalyst 16 still has some desulphurization at the appropriate temperature during the rich operating phases, there is an increasing sulfurization of the main catalyst 18 due to the transfer of sulfur from the pre-catalyst to the main catalyst. . The consequence is a reduction in the conversion activity as well as, in the case of
storage of NOx a reduction of the NO accumulation activity. Due to the almost complete transfer of the sulfur emitted by the pre-catalyst 16 into the main catalyst 18,
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les intervalles, dans lesquels la mise en oeuvre active de désulfurations du catalyseur principal 18, devient nécessaire se réduisent. Puisque ces désulfurations du catalyseur principal 18 nécessitent des températures de catalyseur très élevées (dans le cas des catalyseurs de stockage de Nos, des températures supérieures ou égales à 650 OC), ceci va de pair avec un accroissement élevé de la consommation de carburant. intervals, in which the active implementation of desulfurization of the main catalyst 18, becomes necessary are reduced. Since these desulphurizations of the main catalyst 18 require very high catalyst temperatures (in the case of Nos storage catalysts, temperatures greater than or equal to 650 ° C.), this goes hand in hand with a high increase in fuel consumption.
Afin de maîtriser ou, tout au moins, d'atténuer ce problème, on propose ci-après la manière de procéder suivante représentée par la figure 3 :
La figure 3 montre les mêmes paramètres que la figure 2, mais cette fois-ci au cours du procédé de désulfuration selon l'invention du pré-catalyseur 16. Le moteur à combustion interne 10 fonctionne d'abord en mode pauvre avec AM > 1. A un instant tl, la nécessité de régénérer les NOx du catalyseur de stockage de NOx 18 est établie, par exemple, en s'appuyant sur la mesure du passage de NOx' Simultanément, la température du pré-catalyseur est mesurée au moyen d'un capteur de température ou bien elle est calculée par l'unité centrale 24 en fonction de paramètres de fonctionnement appropriés à l'aide de modèles théoriques ou de matrices de données mémorisées. Cette manière de procéder est familière à l'homme de l'art et, dans le cas présent, ne nécessite pas d'explications détaillées. Ensuite, on contrôle si la température du pré-catalyseur dépasse la température de désorption du soufre d'au moins un des composants accumulateurs de soufre du pré-catalyseur 16. La température de désorption est d'environ 450 OC pour les composants accumulateurs d'oxygène (OSC) et d'environ 500 OC pour les composants en métal précieux du revêtement catalytique. Si l'existence d'une température suffisamment élevée est établie, la désulfuration conforme à l'invention du pré-catalyseur 16 est déclenchée. Pour cela, le système
catalytique est alimenté dans une première phase TF1 avec une atmosphère de gaz d'échappement riche avec F1 < 1. Les In order to control or, at least, to mitigate this problem, the following way of proceeding represented by FIG. 3 is proposed below:
FIG. 3 shows the same parameters as in FIG. 2, but this time during the desulfurization process according to the invention of the pre-catalyst 16. The internal combustion engine 10 operates first in a lean mode with AM> 1 At a time t1, the need to regenerate the NOx of the NOx storage catalyst 18 is established, for example, based on measurement of the NOx flow. Simultaneously, the temperature of the pre-catalyst is measured by means of a temperature sensor or it is calculated by the central unit 24 according to appropriate operating parameters using theoretical models or stored data matrices. This way of proceeding is familiar to those skilled in the art and, in this case, does not require detailed explanations. Then, it is checked whether the temperature of the pre-catalyst exceeds the sulfur desorption temperature of at least one of the sulfur accumulator components of the pre-catalyst 16. The desorption temperature is about 450 ° C. for the accumulator components. oxygen (OSC) and about 500 OC for the precious metal components of the catalytic coating. If the existence of a sufficiently high temperature is established, the desulfurization according to the invention of the pre-catalyst 16 is triggered. For this, the system
catalytic is fed in a first phase TF1 with a rich exhaust gas atmosphere with F1 <1. The
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processus provoqués de cette façon dans le pré-catalyseur et le catalyseur principal ressemblent pour l'instant à ceux de la figure 2 : l'accumulateur d'oxygène du précatalyseur 16 est purgé (graphe 102) et le soufre stocké dans le pré-catalyseur 16 est libéré sous forme de 802 (graphe 104) et il est presque complètement stocké dans le catalyseur de stockage de NOx 18 qui n'est pas encore exempt d'oxygène (graphe 110). La valeur de richesse lambda ÂF1 est maintenue jusqu'à ce que le dispositif de mesure 20 sensible à l'oxygène disposé en aval du catalyseur de stockage de NOx 18 détecte une atmosphère de gaz d'échappement riche et par conséquent la purge complète de l'oxygène du système catalytique, catalyseur de stockage 18 compris. A cet effet, on peut prédéfinir comme critère une valeur lambda appropriée, ou bien une tension de sonde, en tant que valeur limite. Pendant cette première phase TF1, on peut opter, par comparaison aux procédés de régénération des NOx classiques, pour une valeur de richesse lambda inférieure, c'est-à-dire plus riche. Notamment, une valeur de richesse lambda Â, pi de 0,8 à 0,9 s'est avérée être avantageuse. Ainsi, on accélère la purge de l'oxygène du système catalytique 16,18 et on favorise la formation d'H2S au niveau du pré-catalyseur 16. The processes provoked in this way in the pre-catalyst and the main catalyst are similar for the moment to those of FIG. 2: the oxygen accumulator of the precatalyst 16 is purged (graph 102) and the sulfur stored in the pre-catalyst 16 is released as 802 (graph 104) and is almost completely stored in the NOx storage catalyst 18 which is not yet oxygen-free (graph 110). The value of lambda wealth ΔF1 is maintained until the oxygen-sensitive measuring device 20 disposed downstream of the NOx storage catalyst 18 detects a rich exhaust gas atmosphere and therefore the full purge of the exhaust gas. oxygen of the catalytic system, including storage catalyst 18. For this purpose, a suitable lambda value, or a probe voltage, can be predefined as the limit value. During this first phase TF1, one can opt, compared to the conventional NOx regeneration processes, for a lower lambda value rich, that is to say, richer. In particular, a value of lambda λ, pi of 0.8 to 0.9 has proved to be advantageous. Thus, the oxygen purge of the catalytic system 16, 18 is accelerated and the formation of H2S at the level of the pre-catalyst 16 is promoted.
Après la détection des gaz d'échappement riches par le dispositif de mesure 20, le lambda de combustion est augmenté jusqu'à une seconde valeur de richesse lambda IF2 qui n'est que légèrement inférieure à un (graphe 100). IF2 vaut de préférence 0,98 à 0,99. L'approche par la valeur lambda d'une composition de gaz d'échappement stoechiométrique sert à éviter des passages de substances nocives telles que l'oxyde de carbone et les hydrocarbures imbrûlés. Le soufre qui continue à être émis sous forme d'H2S par le pré-catalyseur 16 au cours de cette seconde
phase TF2 peut tout au plus être stocké avec un faible rendement par le catalyseur de stockage de Nox 18 puisque, pour le stockage du soufre au niveau des éléments de After detection of the rich exhaust gas by the measuring device 20, the combustion lambda is increased to a second lambda value IF2 which is only slightly less than one (graph 100). IF2 is preferably 0.98 to 0.99. The lambda value approach of a stoichiometric exhaust gas composition serves to prevent passage of harmful substances such as carbon monoxide and unburned hydrocarbons. The sulfur which continues to be emitted in the form of H2S by the pre-catalyst 16 during this second
TF2 phase can at most be stored with a low yield by the Nox storage catalyst 18 since, for the storage of sulfur at the level of the elements of
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stockage d'oxygène ou de Nos, une oxydation de l'H2S en 803 en passant par le 802 est nécessaire pour pouvoir former des sulfates (SO'). Cependant, aucun oxygène n'est à disposition pour ces réactions, de telle sorte que le soufre est émis en grande partie sans être stocké. Seul un stockage insignifiant de l'H2S sous forme de sulfures S2peut se produire sur les composants en métal précieux du catalyseur de stockage de NOX 18. La surface hachurée 112 du graphe 106, qui indique les quantités de soufre
traversant le catalyseur de stockage de NOx 18, permet de voir que, selon l'invention, une grande partie du soufre stocké dans le pré-catalyseur 16 est expulsée sans subir aucun nouveau stockage dans le catalyseur principal 18.
Oxygen storage or Nos, 802 oxidation of H2S through 802 is necessary to form sulfates (SO '). However, no oxygen is available for these reactions, so that sulfur is emitted largely without being stored. Only an insignificant storage of H2S in the form of S2 sulphides can occur on the precious metal components of the NOX storage catalyst 18. The shaded area 112 of graph 106, which indicates the amounts of sulfur
passing through the NOx storage catalyst 18, allows to see that, according to the invention, a large part of the sulfur stored in the pre-catalyst 16 is expelled without undergoing any new storage in the main catalyst 18.
Ceci permet de freiner le lent empoisonnement du catalyseur principal 18 par l'acide sulfhydrique et, par conséquent, d'augmenter les intervalles de temps entre les mesures de désulfuration actives du catalyseur principal 18, lesquelles sont consommatrices de carburant. Le stockage du soufre dans le pré-catalyseur 16 et son transfert hors de ce dernier sont avantageusement modélisés de façon continue en s'appuyant sur des paramètres de fonctionnement appropriés du moteur à combustion interne 10 et du dispositif d'échappement 12 de sorte que la seconde phase IF2 soit interrompue et qu'un retour au fonctionnement normal avec XM > 1 ait lieu si la désulfuration du précatalyseur 16 est en grande partie complète selon ce calcul de modélisation. This makes it possible to slow down the slow poisoning of the main catalyst 18 with hydrogen sulfide and, consequently, to increase the time intervals between the active desulfurization measurements of the main catalyst 18, which are fuel-consuming. The storage of sulfur in the pre-catalyst 16 and its transfer from the latter are advantageously modeled continuously on the basis of appropriate operating parameters of the internal combustion engine 10 and the exhaust device 12 so that the second phase IF2 is interrupted and a return to normal operation with XM> 1 takes place if the desulfurization of the precatalyst 16 is largely complete according to this modeling calculation.
Bien que l'invention ait été particulièrement montrée et décrite en se référant à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il sera compris aisément par les personnes expérimentées dans cette technique que des modifications dans la forme et dans des détails peuvent être effectuées sans sortir de l'esprit ni du domaine de l'invention. Although the invention has been particularly shown and described with reference to a preferred embodiment thereof, it will be readily understood by those skilled in the art that changes in form and detail can be made without out of the mind or the field of invention.
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LISTE DES REPERES 10 moteur à combustion interne 12 dispositif d'échappement 14 canal d'échappement des gaz 16 pré-catalyseur 18 catalyseur principal ou catalyseur de stockage de NOx 20 dispositif de mesure sensible à l'oxygène 22 dispositif de commande de moteur 24 unité centrale 100 lambda de combustion 102 charge d'oxygène, pré-catalyseur 104 rapport proportion de 802 dans les gaz d'échappement en amont du pré-catalyseur sur proportion en aval 106 rapport proportion d'H2S dans les gaz d'échappement en amont du pré-catalyseur sur proportion en aval 108 charge d'oxygène, catalyseur principal 110 rapport proportion de SO2 dans les gaz d'échappement en amont du catalyseur principal sur proportion en aval 112 passage d'H2S, catalyseur principal ÂM valeur de pauvreté lambda ÂF valeur de richesse lambda t temps TF phase de fonctionnement richeLIST OF REFERENCES 10 internal combustion engine 12 exhaust system 14 exhaust gas channel 16 pre-catalyst 18 main catalyst or NOx storage catalyst 20 oxygen-sensitive measuring device 22 motor control unit 24 unit central 100 lambda combustion 102 oxygen charge, pre-catalyst 104 ratio proportion of 802 in the exhaust gas upstream of the pre-catalyst on downstream proportion 106 ratio proportion of H2S in the exhaust gas upstream of the pre-catalyst on downstream proportion 108 oxygen load, main catalyst 110 ratio SO2 ratio in the exhaust gas upstream of the main catalyst on downstream proportion 112 H2S passage, main catalyst ΔM poverty value lambda ΔF value of wealth lambda t time TF rich operating phase
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