FR2963058A1 - Procede de gestion d'un systeme de dosage regule en pression d'un catalyseur scr - Google Patents

Abstract

Procédé de gestion d'un système de dosage régulé en pression pour un catalyseur SCR (12). Le système de dosage comporte une soupape de dosage (13) et un actionneur (16) tels qu'un moteur de pompe pour doser une solution liquide d'agent réducteur dans la conduite des gaz d'échappement (10) d'un moteur à combustion interne (11) en amont du catalyseur SCR (12). Selon le procédé on applique une commande préalable adaptative.

Description

1 Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé de gestion d'un système de dosage régulé en pression d'un catalyseur SCR, et comportant au moins une soupape de dosage et un actionneur notamment un moteur de pompe pour doser une solution d'agent réducteur à l'état liquide dans la conduite des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne en amont du catalyseur SCR. Etat de la technique On connaît des procédés et des dispositifs de gestion d'un moteur à combustion interne notamment de véhicules automobiles dont le système des gaz d'échappement est équipé d'un catalyseur SCR (catalyseur à réduction catalytique sélective) qui réduit en azote les oxydes d'azote NOx contenus dans les gaz d'échappement du moteur en présence d'un agent réducteur. La teneur en oxydes d'azote dans les gaz d'échappement peut être ainsi réduite de manière considérable. Pour la réaction il faut de l'ammoniac (NH3) que l'on ajoute aux gaz d'échappement. L'ammoniac NH3 ou des agents donnant NH3 constituent l'agent réducteur. Pour cela en général on utilise une solution aqueuse d'urée que l'on introduit par dosage dans la conduite des gaz d'échappement en amont du catalyseur SCR. Cette solution donne l'ammoniac NH3 comme agent réducteur. La solution d'urée est stockée dans un réservoir d'agent réducteur équipé habituellement d'une conduite d'aspiration pour aspirer la solution d'urée dans le réservoir. La solution d'urée est transférée par une pompe à travers une conduite pour injecter la solution aqueuse d'urée sous pression dans la conduite des gaz d'échappement à l'aide d'une ou plusieurs soupapes de dosage telles que par exemple des soupapes d'injection (ou des injecteurs électromagnétiques).

La solution d'agent réducteur doit être injectée d'une manière très précise et exacte en fonction des besoins. La commande régulée de la soupape de dosage se fait avec la pression de l'agent réducteur. Le système de dosage qui fonctionne comme un système hydraulique est régulé sur une pression de consigne prédéfinie comme grandeur d'actionnement pour commander le moteur de la pompe ou

2 d'un autre actionneur. Pour raccourcir le temps de régulation on peut faire une commande préalable du moteur de la pompe en fonction de la quantité dosée (ou dose). La grandeur d'entrée est le signal de commande de la soupape de dosage notamment son rapport de travail.

La commande du moteur de la pompe notamment le rapport de travail du moteur de la pompe, est réglée en fonction des exigences présentes (exigences actuelles) concernant la durée d'ouverture de la soupape de dosage. Les exigences enregistrées pour la commande préalable en vue de l'actionnement sont habituellement contenues dans un tableau avec des valeurs constantes. La précommande permet d'améliorer la qualité de régulation assurée par le régulateur de pression lors de variations de la commande de la soupape de dosage et de raccourcir le temps de régulation. Toutefois la commande préalable utilisée ne fonctionne pas de manière optimale dans toutes les conditions. Comme la commande nécessaire du moteur de la pompe dépend fortement de différents facteurs tels que par exemple la température de l'agent réducteur ou la pression atmosphérique, les temps de régulation peuvent être très longs si bien que le post-traitement des gaz d'échappement ne se fait pas toujours dans les conditions optimales.

But de l'invention La présente invention a pour but de développer un procédé de gestion d'un système de dosage régulé en pression pour un catalyseur SCR en l'améliorant et en optimisant notamment la qualité de la régulation assurée par le régulateur de pression pour éviter des temps de régulation longs, par exemple lors d'excursions de pression vers le haut ou vers le bas, très importantes lors de grandes variations de la quantité dosée. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention a pour objet un procédé du type 30 défini ci-dessus caractérisé en ce qu'on applique une commande préalable adaptative. Cette commande préalable adaptative ou avec apprentissage permet d'apprendre le signal de réglage du moteur de la pompe pour des commandes différentes de la soupape de dosage et 35 partant de deux ou plusieurs points appris, on détermine le signal

3 d'actionnement nécessaire du moteur de la pompe. Dans la description suivante on utilisera le moteur de la pompe comme grandeur de réglage pour le système de dosage régulé en pression. Mais on peut également utiliser d'autres actionneurs du système de dosage en procédant de manière appropriée. Le procédé selon l'invention permet en particulier de réduire avantageusement l'amplitude des excursions de pression vers le haut ou vers le bas. Cela permet en outre de réduire considérablement le temps de régulation en particulier pour de fortes variations de la quantité dosée ou de manière générale pour les variations de la commande de la soupape de dosage. La commande préalable adaptative selon un développement du procédé de l'invention utilise une courbe caractéristique de la relation entre le signal de réglage du moteur de la pompe ou de la commande du moteur de la pompe ou d'un autre actionneur et de la commande de la soupape de dosage. Suivant une caractéristique particulièrement avantageuse du procédé de l'invention, le système de dosage applique un champ de caractéristiques représentant la relation entre le signal de réglage du moteur de la pompe et la commande de la soupape de dosage pour différentes conditions de fonctionnement. Cela permet de tenir compte par exemple de différentes températures de fonctionnement ou de différents rapports de pressions par exemple liés à la pression atmosphérique pour l'application du procédé de l'invention. Partant de la courbe caractéristique prédéfinie ou du champ de caractéristiques prédéfini, selon l'invention on apprend une courbe caractéristique adaptée ou un champ de caractéristiques adapté en passant par différents points de fonctionnement. La courbe caractéristique prédéfinie ou le champ de caractéristiques prédéfini, indiquent tout d'abord les valeurs de consignes avec lesquelles on commande le moteur de la pompe. Les écarts entre la pression souhaitée occasionnés par exemple par des grandeurs perturbatrices ou autres défauts sont éliminés par la régulation à l'aide d'un régulateur principal. Les points de la courbe caractéristique observés une fois la régulation faite ou les points du champ de caractéristiques pour le signal de réglage du moteur de la

4 pompe sont utilisés selon l'invention pour actualiser la courbe caractéristique ou le champ de caractéristiques. Pour l'apprentissage d'une courbe caractéristique adaptée ou le champ de caractéristiques adapté on peut tout d'abord prédéfinir une courbe caractéristique typique ou un champ de caractéristiques typique pour le système de dosage respectif. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la courbe caractéristique prédéfinie ou le champ de caractéristiques prédéfini contiennent des valeurs nulles. Dans ce cas, on fait fonctionner le système jusqu'à la première adaptation de la courbe caractéristique ou du champ de caractéristiques utilisé pour la commande préalable, seul avec le régulateur. Après avoir prédéfini la courbe caractéristique ou le champ de caractéristiques, on prend les différents points de la courbe caractéristique ou du champ de caractéristiques observés aux différents points de fonctionnement. Les points observés concernent la commande du moteur de la pompe qui s'établit en relation avec la régulation. A partir des points actualisés, on établit une courbe caractéristique adaptée ou un champ de caractéristiques adapté. Pour cela on peut utiliser différentes approximations de la courbe caractéristique ou du champ de caractéristiques. Dans le cas le plus simple on utilise une évolution linéaire ou autre évolution par approximation entre deux points obtenus. Entre plusieurs points observés ou obtenus on établit une courbe caractéristique ou un champ de caractéristiques avec un tracé en partie rectiligne ou en partie en appliquant une autre approximation. Les différents points de fonctionnement servant à déterminer les points actualisés de la courbe caractéristique ou du champ de caractéristiques peuvent être prédéterminés ou se déterminer de manière dynamique pendant le fonctionnement. Les différents points de fonctionnement peuvent être par exemple utilisés directement dans la phase d'apprentissage du système et les points ainsi observés, servir à l'adaptation de la courbe caractéristique ou du champ de caractéristiques. Suivant un autre développement du procédé de 35 l'invention, les différents points de fonctionnement par lesquels on passe pendant le fonctionnement courant du système seront utilisés. A côté d'une commande ciblée des points de fonctionnement on peut également utiliser les points de fonctionnement par lesquels on est passé pendant le fonctionnement pour assurer l'actualisation. Pour cela 5 on utilise les points observés pour actualiser lorsque la régulation est faite c'est-à-dire lorsque l'évolution de pression atteinte est suffisamment stable. Avec les points actualisés de la courbe caractéristique ou du champ de caractéristiques on établit une courbe caractéristique adaptée ou un champ de caractéristiques adapté. La courbe caractéristique prédéfinie ou le champ de caractéristiques prédéfini qui constituaient le point de départ dans la phase d'apprentissage seront remplacés par la courbe caractéristique adaptée ou par le champ de caractéristiques adapté. La conversion pour passer de la courbe caractéristique de départ ou du champ de caractéristiques de départ à la courbe caractéristique adaptée ou au champ de caractéristiques adapté se fait de manière permanente et on peut prévoir que pendant la phase d'apprentissage, la courbe caractéristique ou le champ de caractéristiques soient adaptés plusieurs fois pour avoir une commande préalable optimale. A titre d'exemple la courbe caractéristique de départ peut être remplacée par une courbe caractéristique adaptée déjà si l'on est passé seulement par deux points de fonctionnement pour établir la courbe caractéristique adaptée. Au cours de la poursuite de la phase d'apprentissage, lorsqu'on est passé par d'autres points de fonctionnement on peut poursuivre l'optimisation de la courbe caractéristique adaptée (ou du champ de caractéristiques) et remplacer ainsi la courbe caractéristique adaptée précédente. Cette procédure est notamment avantageuse si la courbe caractéristique de départ ou le champ de caractéristiques de départ contiennent des valeurs nulles.

Cela permet d'établir très rapidement une première courbe caractéristique adaptée ou un premier champ de caractéristiques adapté ce qui assure une qualité de régulation améliorée de manière significative. Suivant un autre développement du procédé de 35 l'invention, la commutation pour passer de la courbe caractéristique de

6 départ ou du champ de caractéristiques de départ sur la courbe caractéristique adaptée ou le champ de caractéristiques adapté peut se faire de manière brusque ou discontinue. Par exemple on pourra commuter si un nombre prédéfini de points de fonctionnement a été utilisé pour établir la courbe caractéristique actualisée ou le champ de caractéristiques actualisé. Selon un autre développement du procédé, on commute entre une régulation pure sans commande préalable et une régulation avec commande préalable en particulier avec une commande préalable adaptative. A titre d'exemple on peut renoncer à la commande préalable si la variation de la quantité dosée c'est-à-dire la variation de la commande de la soupape de dosage ne dépasse pas une valeur prédéfinie. Dès qu'une modification plus importante de la quantité de dosage est demandée on active la commande préalable. Pour cela on peut prédéfinir un seuil pour la différence des signaux de commande appliqué à la soupape de dosage. Si la différence des signaux de commande pendant le fonctionnement c'est-à-dire pendant la variation de la quantité de dosage dépasse le seuil, la commande préalable est activée ou sera activée alors que si la différence des signaux de commande est en dessous du seuil, la commande préalable ne sera pas activée ou sera neutralisée. L'invention a également pour objet un programme d'ordinateur qui exécute toutes les étapes du procédé décrit ci-dessus lorsque le programme est appliqué par un calculateur ou un appareil de commande. Enfin l'invention a pour objet un produit-programme d'ordinateur avec un code programme enregistré sur un support lisible par une machine pour appliquer le procédé selon l'invention lorsque le programme est exécuté par un calculateur ou un appareil de commande. L'appareil de commande est par exemple l'appareil de commande gérant le moteur à combustion interne. Il peut également s'agir d'une unité de commande de l'installation de dosage du catalyseur SCR. La réalisation du procédé selon l'invention comme programme d'ordinateur ou comme produit-programme d'ordinateur a l'avantage que ce programme, permet d'appliquer le procédé selon l'invention à des véhicules existants sans avoir à installer d'autres

7 composants. Cela permet d'améliorer la qualité de la régulation du dosage de l'agent réducteur du système de catalyseur SCR sans nécessiter la mise en oeuvre de moyens importants, même dans le cas de véhicules existants en améliorant considérablement cette qualité et assurer un post-traitement optimum des gaz d'échappement. La phase d'apprentissage pour l'adaptation de la commande préalable peut se faire par exemple à un instant prédéfini tel que le début d'un cycle de conduite. Au cours de cette phase limitée dans le temps, on passe par les différents points de fonctionnement nécessaires et on actualise la courbe caractéristique ou le champ de caractéristiques. La phase d'apprentissage peut également s'exécuter de manière répartie dans tout le cycle de conduite en ce que l'on passe par les différents points de fonctionnement qui de toute façon seront utilisés pendant le fonctionnement pour ainsi actualiser les points de la courbe caractéristique ou du champ de caractéristiques. La phase d'apprentissage peut être répétée à différents instants prédéfinis. Dans d'autres formes de réalisation, on peut également prévoir d'adapter en permanence la courbe caractéristique ou le champ de caractéristiques pendant le fonctionnement.

Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un procédé de gestion d'un système de dosage régulé en pression d'un catalyseur SCR selon l'invention représenté dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique des composants d'une installation de dosage d'un système de catalyseur SCR selon l'état de la technique, - la figure 2 montre un ordinogramme schématique du procédé de l'invention.

Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre schématiquement les composants connus d'une installation de dosage dans un système de catalyseur SCR. La conduite des gaz d'échappement 10 d'un moteur à combustion interne 11 est équipée d'un catalyseur SCR 12 qui réduit sélectivement les oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement par une

8 réduction catalytique sélective (réduction SCR). La réaction utilise de l'ammoniac NH3 comme agent réducteur. Comme l'ammoniac est une substance toxique, il est obtenu à partir d'une substance de support non toxique qui est l'urée. L'urée est injectée à l'état de solution aqueuse d'urée, par l'intermédiaire d'une soupape de dosage 13 dans la conduite des gaz d'échappement 10 en amont du catalyseur SCR 12. La solution aqueuse d'urée est contenue dans un réservoir d'agent réducteur 14. Le prélèvement de la solution aqueuse d'urée est fait par l'intermédiaire d'une conduite d'aspiration 15 et d'une pompe de transfert 16 qui prélève l'agent réducteur dans le réservoir 14 et le fournit sous pression dans la conduite de pression 17 à la soupape de dosage 13. La solution aqueuse d'urée est injectée de manière précise et en fonction de la demande dans la conduite des gaz d'échappement 10. La pression de l'agent réducteur dans la conduite de pression 17 joue un rôle déterminant. La pression de l'agent réducteur est régulée sur une pression de consigne prédéfinie. La conduite de pression 17 est équipée d'un capteur de pression 18 pour saisir la pression réelle. Le capteur fournit des signaux de pression transmis à un appareil de commande 19. La pompe de transfert ou pompe d'alimentation 16 est commandée comme organe de réglage par un signal fourni par l'appareil de commande 19 pour être régulée sur une pression de consigne prédéfinie. La commande de la soupape de dosage 13 se fait également en fonction de la demande par le signal fourni par l'appareil de dosage 19.

Selon l'invention on améliore la qualité de la régulation du système de dosage par une commande préalable adaptative du dosage de la solution d'urée dans la conduite des gaz d'échappement 10. Le signal de réglage de la soupape de dosage 13 constitue la grandeur d'entrée. Selon les exigences actuelles concernant la durée d'ouverture de la soupape de dosage 13 on règle de manière correspondante la commande de la pompe de transfert 16. Une phase d'apprentissage concerne l'apprentissage du signal d'actionnement du moteur de la pompe pour différentes commandes de la soupape de dosage et partant de deux ou plusieurs points appris on établit une courbe caractéristique ou un champ de caractéristiques utilisé pour

9 l'adaptation de la commande préalable. Pour cela on peut d'une manière particulièrement avantageuse, réduire les dépassements vers le haut ou vers le bas de la courbe de pression. Le temps de réglage jusqu'à obtenir une pression prédéfinie, stable peut ainsi être réduit de façon importante. Ces avantages du procédé de l'invention apparaissent tout particulièrement pour de fortes variations des quantités dosées c'est-à-dire pour les variations de la commande de la soupape de dosage. La figure 2 explicite de manière schématique les points lo essentiels de l'exécution du procédé de l'invention. Après le départ du système (étape 20) il y a l'apprentissage de la courbe caractéristique (étape 30). Ensuite on peut faire fonctionner le système avec la précommande adaptative dans l'étape 40. Pendant le fonctionnement courant on peut continuer à actualiser la courbe caractéristique (étape 15 50) de sorte que pendant le fonctionnement courant (étape 40) on aura une adaptation continue de la commande préalable. Suivant un développement particulièrement préférentiel du procédé de l'invention, au lieu de la courbe caractéristique on utilise un champ de caractéristiques qui tient compte non seulement de la 20 relation entre le signal de réglage de la soupape de dosage et la commande du moteur de la pompe mais également d'autres grandeurs telles que par exemple la température ambiante et/ou la température de l'agent réducteur utilisé et qui ont une influence sur la précision du dosage. 25 Un autre exemple une autre grandeur est la pression atmosphérique qui a également une influence sur la précision du dosage de l'agent réducteur. Le champ de caractéristiques peut être adapté en continu pendant le fonctionnement du moteur à combustion interne en tenant compte des informations correspondantes. Par 30 exemple on peut tenir compte de la température ambiante fournie par un capteur de température ou encore utiliser d'autres données ou valeurs. L'actualisation de la commande du moteur de pompe pour certains points de fonctionnement se fera dans ce mode de réalisation par exemple en fonction de la température ambiante respective pour 35 adapter le champ de caractéristiques. Cela permet de tenir compte de la

10 dépendance du système de dosage par rapport à de telles autres conditions pour la commande préalable et de minimiser ainsi leur influence. Cela optimise encore plus l'ensemble de la qualité de la régulation du système de dosage.

A côté de l'amélioration de la qualité de la régulation du système de dosage par rapport aux procédés connus, le procédé de l'invention a en outre l'avantage de permettre un calibrage du système de dosage, par exemple après la fabrication du véhicule et cela en mettant en oeuvre des moyens réduits car le calibrage se fera principalement par la commande préalable adaptative selon l'invention pendant le fonctionnement du véhicule.15

11 NOMENCLATURE 10 conduite des gaz d'échappement 11 moteur à combustion interne 12 catalyseur SCR 13 soupape de dosage 14 réservoir d'agent réducteur 15 conduite d'aspiration 16 pompe de transfert 17 conduite de pression 18 capteur de pression 19 appareil de commande 20 démarrage du système 30 étape d'apprentissage de la courbe caractéristique/champ de caractéristiques 40 commande préalable adaptée 50 actualisation de la courbe caractéristique20

Claims (1)

1. REVENDICATIONS1°) Procédé de gestion d'un système de dosage régulé en pression d'un catalyseur SCR (12), le système de dosage comportant au moins une soupape de dosage (13) et un actionneur (16) notamment un moteur de pompe pour doser une solution d'agent réducteur à l'état liquide dans la conduite des gaz d'échappement (10) d'un moteur à combustion interne (11) en amont du catalyseur SCR (12), procédé caractérisé en ce qu' on applique une commande préalable adaptative. 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la commande préalable adaptative applique une courbe caractéristique prédéfinie ou un champ de caractéristiques prédéfini représentant par exemple la relation entre la commande d'au moins une soupape de dosage (13) et la commande de l'actionneur (16) et on fait l'apprentissage d'une courbe caractéristique adaptée ou d'un champ de caractéristiques adapté en passant par différents points de 20 fonctionnement. 3°) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la courbe caractéristique prédéfinie ou champ de caractéristiques 25 prédéfini sont une courbe caractéristique typique ou un champ de caractéristiques typique. 4°) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que 30 la courbe caractéristique prédéfinie ou le champ de caractéristiques prédéfini contient des valeurs nulles. 5°) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que 13 les différents points de fonctionnement sont prédéfinis et/ou sont déterminés de manière dynamique en cours de fonctionnement. 6°) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que on passe de manière ciblée sur différents points de fonctionnement et on actualise la courbe caractéristique ou le champ de caractéristiques pour les points de fonctionnement ainsi observés. 7°) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que on passe sur les différents points de fonctionnement pendant le fonctionnement courant du système et on actualise la courbe caractéristique ou le champ de caractéristiques pour les points observés. 8°) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que on utilise les points actualisés pour établir une courbe caractéristique 20 adaptée ou un champ de caractéristiques adapté. 9°) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' on commute par une commutation continue de la courbe 25 caractéristique prédéfinie ou du champ de caractéristiques prédéfini sur la courbe caractéristique adaptée ou le champ de caractéristiques adapté. 10°) Procédé selon la revendication 2, 30 caractérisé en ce qu' on commute par une commutation discontinue de la courbe caractéristique prédéfinie ou du champ de champ de caractéristiques prédéfini sur la courbe caractéristique adaptée ou le champ de caractéristiques adapté. 35 14 11 °) Programme d'ordinateur et produit-programme d'ordinateur comportant un code programme enregistré sur un support lisible par une machine pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 lorsque le programme est exécuté par un calculateur ou un appareil de commande (19).