FR2978984A3 - Gestion optimisee d'un catalyseur scr de vehicule automobile - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un procédé de gestion d'un catalyseur de réduction catalytique sélective (SCR) comprenant un procédé de régulation comprenant une étape de régulation (E3) de la quantité d'agent réducteur dans le catalyseur SCR à partir d'une valeur cible. Le procédé de régulation comprend les étapes préalables de détermination d'au moins un paramètre de fonctionnement en amont du catalyseur SCR suivant le sens de circulation des gaz d'échappement, et de définition de la valeur cible en fonction du paramètre de fonctionnement déterminé. Elle concerne aussi un dispositif de post-traitement et un véhicule automobile.

Description

Gestion optimisée d'un catalyseur SCR de véhicule automobile 5 Domaine technique de l'invention
L'invention concerne un dispositif de post-traitement comprenant un catalyseur de réduction catalytique sélective (SCR) pour le post-traitement de gaz d'échappement émis par un moteur interne d'un 10 véhicule automobile ainsi qu'un procédé de gestion de ce dispositif de post-traitement pour optimiser son fonctionnement. Elle concerne aussi un véhicule automobile en tant que tel équipé d'un tel dispositif de post-traitement.
15 État de la technique
Les moteurs à combustion interne génèrent principalement des oxydes d'azote (NOx, principalement NO et NO2), du monoxyde de carbone (CO), des hydrocarbures (HC) et des particules. Des systèmes de post- 20 traitement des gaz d'échappement de plus en plus complexes sont disposés dans les lignes d'échappement des moteurs à mélange pauvre pour répondre à la baisse des seuils admis pour les émissions de gaz polluants des véhicules automobiles.
25 Une des manières de réduire ces émissions polluantes est de disposer un catalyseur de réduction catalytique sélective (SCR) d'oxydes d'azote par un agent réducteur (comme par exemple de l'ammoniac NH3), injecté dans les gaz d'échappement. Un tel catalyseur fonctionne par injection d'une solution réductrice dans la ligne d'échappement en amont du 30 catalyseur, cette solution étant apte à former l'agent réducteur après réaction chimique. Une solution réductrice connue est l'urée dont la dénomination commerciale est AdBlue®.
Le dispositif de post-traitement nécessite en général l'adjonction d'un réservoir contenant la solution réductrice, d'un dispositif d'injection spécifique en amont du catalyseur et d'un dispositif permettant de mélanger la solution réductrice ou l'agent réducteur avec les gaz d'échappement afin d'homogénéiser le mélange entrant dans le catalyseur pour améliorer le traitement des oxydes d'azote.
L'optimisation d'un dispositif de post-traitement basé sur un catalyseur SCR nécessite une adaptation fine de la quantité d'agent réducteur (que celui-ci soit stocké ou injecté) par rapport à celle des oxydes d'azote à traiter. En effet, un surdosage d'agent réducteur conduit à augmenter les consommations de réducteur inutilement, ainsi que les émissions par exemple d'ammoniac à l'échappement qui est un composé fortement odorant et très toxique et cette situation n'est évidemment pas satisfaisante. Un sous-dosage au contraire ne permet pas d'éliminer tous les oxydes d'azote et le catalyseur SCR présente alors une efficacité insuffisante.
Ainsi, pour assurer une bonne efficacité de traitement des oxydes d'azote, il est nécessaire de réguler la masse d'agent réducteur dans le catalyseur SCR à un niveau résultant d'un compromis : suffisamment élevé pour garantir une bonne conversion des oxydes d'azote (éviter un sous-dosage), mais suffisamment faible pour éviter des fuites d'agent réducteur (situation de surdosage).
Or l'efficacité de traitement des oxydes d'azote et la quantité d'agent réducteur maximale (au-delà de laquelle les fuites d'agent réducteur apparaissent) qu'il est possible de stocker dans le catalyseur dépendent des conditions de température et de débit des gaz d'échappement dans le catalyseur SCR. Notamment, la courbe de la figure 4 représentative de la quantité d'agent réducteur maximale, en fonction de la température, présente une forme de cloche avec une partie décroissante pour les plus hautes températures. Il en résulte des risques de fuites d'agent réducteur en cas de dépassement de la quantité réelle d'agent réducteur au-delà de la quantité maximale selon la courbe de la figure 4, par exemple en cas d'augmentation de température des gaz (résultant par exemple d'une sollicitation accrue du moteur) dans un temps insuffisant pour permettre dans le même temps de diminuer suffisamment la quantité réelle d'agent réducteur dans le catalyseur pour ne pas dépasser la quantité maximale. En effet, le problème vient du fait que, même si aucune injection d'agent réducteur n'est réalisée pendant l'augmentation de température, la quantité d'agent réducteur stockée baisse lentement car elle ne dépend que de la quantité d'oxydes d'azote traités par le catalyseur SCR.
C'est pourquoi pour limiter de tels risques, la technique connue de régulation de la masse d'agent réducteur dans le catalyseur SCR passe par une estimation de la température des gaz dans le catalyseur, puis une détermination d'une valeur cible autour de laquelle la quantité d'agent réducteur dans le catalyseur SCR doit ensuite être régulée. Les valeurs cibles sont préétablies au cours d'essais préalables et correspondent, pour chaque température, à la quantité maximale d'agent réducteur à laquelle une marge suffisamment grande est soustraite pour éviter des dépassements de la quantité réelle d'agent réducteur au-delà des quantités maximales au cours de la dynamique d'évolution des températures des gaz dans le catalyseur SCR. Autrement dit, cette technique de régulation impose une marge importante entre la quantité d'agent réducteur maximale admissible et celle réellement présente dans le catalyseur, correspondant plus ou moins à la valeur cible.
Cependant, cette régulation présente l'inconvénient de pénaliser fortement l'efficacité de traitement des oxydes d'azote. En effet, étant donné la limitation de la quantité d'agent réducteur stocké ou injecté (en raison de l'existence de la marge importante) pour limiter les risques de fuites d'agent réducteur, l'efficacité de traitement des oxydes d'azote se trouve concomitamment limitée.
Objet de l'invention Le but de la présente invention est de proposer une solution de post-traitement des gaz d'échappement à base de catalyseur SCR qui remédie aux inconvénients listés ci-dessus, permettant notamment un traitement optimisé et plus performant.
En particulier, un objet de l'invention consiste à fournir une régulation de la quantité d'agent réducteur dans le catalyseur SCR (par injection et éventuellement stockage dans le catalyseur) qui permette de s'affranchir des risques de fuites d'agent réducteur tout en améliorant l'efficacité de traitement.
Un premier aspect de l'invention concerne un procédé de gestion d'un catalyseur de réduction catalytique sélective comprenant un procédé de régulation comprenant une étape de régulation de la quantité d'agent réducteur dans le catalyseur à partir d'une valeur cible, caractérisé en ce que le procédé de régulation comprend les étapes préalables suivantes : - détermination d'au moins un paramètre de fonctionnement en amont du catalyseur suivant le sens de circulation des gaz d'échappement, - définition de la valeur cible en fonction du paramètre de fonctionnement déterminé.
L'agent réducteur est notamment de l'ammoniac.
L'étape de régulation de la quantité d'agent réducteur dans le catalyseur à partir de la valeur cible, peut comprendre une commande de l'injection d'agent réducteur en amont du catalyseur dépendant d'une consigne d'injection fonction de la valeur cible définie et de la quantité d'agent réducteur stockée dans le catalyseur.
La première étape du procédé de régulation peut comprendre une 10 mesure et/ou une évaluation de la température des gaz d'échappement en au moins un point en amont du catalyseur.
La température des gaz d'échappement peut être déterminée en sortie d'un moteur à combustion interne générant les gaz d'échappement et/ou 15 en amont d'un catalyseur d'oxydation et/ou en amont d'un filtre à particules et/ou en aval du filtre à particules.
Le procédé de régulation peut comprendre une détermination du débit des gaz d'échappement, la définition de la valeur cible dans la deuxième 20 étape étant fonction du débit déterminé.
Le procédé de régulation peut comprendre une détermination, par mesure et/ou évaluation, de la température des gaz d'échappement au niveau du catalyseur, la définition de la valeur cible dans la deuxième 25 étape résultant d'une pondération entre la température des gaz d'échappement au niveau du catalyseur et la température des gaz d'échappement déterminée en au moins un point en amont du catalyseur.
30 La pondération peut consister à déterminer une valeur cible nominale en fonction des conditions de température et de débit des gaz au niveau du catalyseur, puis à déterminer une valeur cible réelle en apportant une correction à la valeur cible nominale en fonction au moins de la température des gaz d'échappement déterminée en au moins un point en amont du catalyseur.
La pondération peut consister à évaluer une température anticipée des gaz au niveau du catalyseur en fonction de la température déterminée des gaz au niveau du catalyseur et de la température des gaz d'échappement déterminée en au moins un point en amont du catalyseur, puis à déterminer une valeur cible réelle en fonction de la température anticipée des gaz et du débit des gaz.
La deuxième étape du procédé de régulation peut comprendre la lecture d'un abaque prédéfini prenant en entrée la valeur de la température des gaz d'échappement en un point en amont du catalyseur et fournissant en sortie la valeur cible. La valeur cible fournie en sortie à chaque point de l'abaque correspond à la valeur maximale d'agent réducteur dans le catalyseur, au-delà de laquelle des fuites d'agent réducteur existent en sortie du catalyseur, à laquelle une marge prédéterminée est soustraite.
Le procédé de régulation peut comprendre une détermination de la quantité d'oxydes d'azote NOx présents dans les gaz d'échappement en amont et/ou en aval du catalyseur, la définition de la valeur cible dans la deuxième étape étant fonction de la quantité déterminée de NOx.
Un deuxième aspect de l'invention concerne un dispositif de post- traitement des gaz d'échappement d'un véhicule automobile, comprenant un catalyseur de réduction catalytique sélective, qui comprend au moins un capteur de mesure d'un paramètre de fonctionnement en amont du catalyseur sur la voie d'échappement, une unité de commande électronique qui met en oeuvre le procédé de gestion du catalyseur tel que mentionné ci-dessus, et un injecteur pour solution réductrice en amont du catalyseur.
Le capteur de mesure peut consister en un capteur de température des 5 gaz d'échappement en amont du catalyseur.
Le dispositif peut comprendre un catalyseur d'oxydation et un filtre à particules en amont du catalyseur SCR, au moins un capteur de température se situant en amont et/ou en aval du catalyseur d'oxydation 10 et/ou en amont et/ou en aval du filtre à particules.
Enfin un troisième aspect de l'invention concerne un véhicule automobile comprenant un groupe motopropulseur comportant un moteur à combustion interne, une voie d'échappement des gaz d'échappement 15 provenant du moteur. Le groupe motopropulseur comprend un dispositif de post-traitement tel que décrit ci-dessus, destiné à réduire la quantité des oxydes d'azote NOx contenus dans les gaz.
Description sommaire des dessins 20 D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés sur les dessins annexés, dans lesquels : 25 - les figures 1 et 2 représentent schématiquement un exemple de dispositif de post-traitement selon l'invention, - la figure 3 est un organigramme représentant les étapes d'un exemple de procédé de gestion selon l'invention, - la figure 4 illustre la courbe d'évolution connue de la quantité 30 maximale d'agent réducteur NH3 dans le catalyseur SCR, en fonction de la température des gaz d'échappement dans le catalyseur SCR, - et la figure 5 représente les courbes d'évolution dans le temps : des températures des gaz en amont (courbe Cl) et au niveau (courbe C2) du catalyseur SCR (partie haute), et (partie basse) de la quantité maximale d'agent réducteur NH3 (courbe C3), des valeurs cibles et quantité réelle (respectivement C4 et C5 pour la stratégie selon l'art antérieur, et C6 et C7 pour la stratégie selon l'invention).
Description de modes préférentiels de l'invention
L'invention sera décrite ci-dessous en application à un agent réducteur constitué par le cas particulier de l'ammoniac NH3 formé par exemple à partir d'une solution réductrice à base d'urée telle que le produit vendu sous la dénomination commerciale AdBlue® correspondant à la solution AUS32 à 32,5% d'urée. Il reste toutefois que l'invention peut être transposée à tout autre agent réducteur.
Les figures 1 et 2 représentent un dispositif de post traitement de véhicule automobile comprenant un catalyseur SCR repéré 10 monté sur une voie d'échappement 11 pour les gaz d'échappement afin de les évacuer depuis un moteur à combustion interne 12. Un dispositif d'injection 13 est monté en amont du catalyseur 10, suivant le sens d'écoulement 14 des gaz le long de la voie 11. Le dispositif d'injection 13 est alimenté par une entrée 15 en une solution aqueuse d'urée, l'urée ayant la propriété de se décomposer en ammoniac NH3 à haute température, de sorte à pouvoir injecter dans la voie d'échappement 11 la quantité d'ammoniac exigée par le catalyseur 10. L'entrée 15 est alimentée par un réservoir 16 contenant de la solution réductrice. Ce dispositif comprend de plus plusieurs capteurs : un capteur de température 17 configuré pour déterminer (par mesure ou évaluation) la température des gaz au niveau du catalyseur SCR, un capteur d'oxydes d'azote 18 en aval du catalyseur SCR 10. De préférence, ce capteur 18 peut avoir la propriété de mesurer aussi la concentration d'ammoniac NH3 dans les gaz d'échappement en aval du catalyseur SCR 10. Enfin, le dispositif comprend un catalyseur d'oxydation (DOC) repéré 19 et un filtre à particules 20 par exemple en amont du catalyseur SCR 10 sur la voie d'échappement 11, permettant de piéger d'autres éléments polluants des gaz d'échappement.
Le dispositif comprend de plus une unité de commande électronique (ECU) 21, composée d'éléments matériel (hardware) et/ou logiciel (software), qui se présente généralement sous la forme d'un ordinateur de bord. Cette unité ECU reçoit les données des mesures des différents capteurs du dispositif de post traitement. A partir de ces données et/ou de modèles mémorisés, l'unité ECU met en oeuvre un procédé de gestion du dispositif de post traitement, décrit ci-après. Notamment, l'unité ECU commande l'injection d'urée (limitation ou augmentation) afin de réaliser une régulation de la quantité ou stock-tampon d'ammoniac dans le catalyseur SCR.
Dans le cas où la solution réductrice à base d'urée telle que l'AdBlue est injectée dans la voie d'échappement 11 en amont du catalyseur SCR, celle-ci en s'évaporant se transforme en urée et en eau. La décomposition ultérieure de l'urée en ammoniac et en dioxyde de carbone s'effectue en deux étapes de thermolyse et d'hydrolyse. Puis l'ammoniac et les oxydes d'azote NOx interagissent dans le catalyseur SCR sous forme de réaction d'oxydoréduction, pour réduire toute ou partie des oxydes d'azote NOx. L'injection d'ammoniac dans la voie d'échappement 11 permet ainsi de réduire les oxydes d'azote NOx des gaz d'échappement par une réaction favorisée par le catalyseur SCR.
Les formules suivantes décrivent les réactions chimiques qui permettent de créer de l'ammoniac NH3 à partir de l'AdBlue : 1- Evaporation d'eau : AdBlue -* NH2-CO-NH2 + H2O 2- Pyrolyse Urée : NH2-CO-NH2 -* NH3 + HNCO 3- Hydrolyse de HCNO : HNCO + H2O -* NH3 + CO2
Cette formation d'ammoniac se décrit en 3 étapes : - d'abord, il s'agit d'évaporer l'AdBlue injecté afin de former de 10 l'Urée (NH2-CO-NH2) et de l'eau (H2O), - deuxièmement, on observe une réaction de pyrolyse de l'urée qui va se transformer en ammoniac (NH3) et en une autre molécule, HNCO, - la dernière étape consiste justement à transformer cette dernière molécule (HNCO) avec l'eau (H2O) en ammoniac (NH3) et dioxyde de 15 carbone (CO2).
Le procédé de gestion du catalyseur SCR met en oeuvre les étapes essentielles suivantes d'un procédé de régulation du stock-tampon d'agent réducteur dans le catalyseur SCR : 20 (El) - détermination d'au moins un paramètre de fonctionnement en amont du catalyseur SCR suivant le sens de circulation des gaz d'échappement, (E2) - définition d'une valeur cible d'agent réducteur en fonction du paramètre de fonctionnement déterminé, 25 (E3) puis régulation de la quantité d'agent réducteur dans le catalyseur SCR à partir de la valeur cible ainsi définie, l'objectif de cette régulation étant d'asservir la quantité réelle d'agent réducteur autour de la valeur cible de consigne.
30 Le principe de définir une valeur cible en fonction de conditions du dispositif de post-traitement en amont du catalyseur SCR a pour effet d'anticiper les variations de conditions de fonctionnement, notamment la température des gaz d'échappement, au niveau du catalyseur SCR, ces variations étant susceptibles de provoquer des fuites d'agent réducteur (par dépassement de la quantité réelle d'agent réducteur par rapport à la quantité maximale qui est fonction de la température) dans le cas où cette anticipation induite par les étapes El et E2 n'est pas accomplie.
A cet effet, le dispositif de post-traitement des gaz d'échappement d'un véhicule automobile, comprend au moins un capteur de mesure d'un paramètre de fonctionnement en un point en amont du catalyseur SCR sur la voie d'échappement 11, ce capteur de mesure étant connecté à l'unité de commande électronique 21 (ECU) qui met en oeuvre le procédé de gestion du catalyseur (SCR) décrit précédemment, et qui commande l'injection de solution réductrice en amont du catalyseur SCR.
Avantageusement, le capteur de mesure consiste en un capteur de température des gaz d'échappement en amont du catalyseur SCR.
Dans ce dernier cas, la première étape (El) du procédé de régulation peut comprendre une mesure et/ou une évaluation de la température des gaz d'échappement en au moins un point en amont du catalyseur SCR. La température des gaz d'échappement peut notamment être déterminée en sortie du moteur à combustion interne 12 générant les gaz d'échappement et/ou en amont du catalyseur d'oxydation 19 et/ou en amont du filtre à particules 20 et/ou en aval du filtre à particules 20.
Toutefois, ces dispositions n'excluent pas un aménagement du catalyseur d'oxydation 19 et/ou du filtre à particules 20 en aval du catalyseur SCR 10, la détermination selon l'étape El étant alors accomplie en un point intermédiaire de la conduite entre le moteur 12 et le catalyseur SCR.30 Plus précisément, dans le cas avantageux où le paramètre de fonctionnement mentionné dans l'étape El correspond à une température des gaz d'échappement en un point de la voie d'échappement en amont du catalyseur SCR, le principe de régulation exposé ci-dessus de la quantité d'agent réducteur dans le catalyseur SCR permet d'anticiper les variations de température à venir au niveau du catalyseur SCR, avant que celles-ci ne parviennent au catalyseur SCR. Ce principe repose sur le fait que la dynamique de la température des gaz d'échappement le long de la voie d'échappement est faible : ainsi en pratique, une augmentation de la température des gaz en sortie du moteur à combustion interne met plusieurs secondes à se propager jusqu'au catalyseur SCR. Dans le temps séparant la constatation d'une modification à venir de la température au niveau du catalyseur SCR (résultant de la détermination d'une modification réelle de la température en amont du catalyseur SCR) et le moment où cette modification de température s'opère concrètement, la valeur cible autour de laquelle la régulation de quantité d'agent réducteur s'opère est modulée immédiatement (étape E2). Par exemple, la valeur cible est diminuée dans le cas où il est anticipé une augmentation thermique à venir des gaz d'échappement au niveau du catalyseur SCR, avant même que cette augmentation ne se produise concrètement. Cela permet d'atteindre un meilleur compromis entre l'efficacité de traitement des différents polluants (NOx et NH3). En effet, par rapport à la technique de régulation connue dans l'art antérieur où la valeur cible de quantité d'agent n'est régulée qu'à partir du suivi de température au niveau du catalyseur SCR et non en amont de ce dernier, la marge appliquée entre la quantité maximale (fonction de la température) d'agent réducteur et la valeur cible définie et utilisée peut être considérablement abaissée, grâce au principe d'anticipation thermique. In fine, cela permet de faciliter la dépollution.
Selon un mode de réalisation, l'agent réducteur est de l'ammoniac.
L'étape de régulation E3 de la quantité d'agent réducteur dans le catalyseur SCR, réalisée à la suite des étapes préalables El et E2 à partir de la valeur cible définie, comprend une commande de l'injection d'agent réducteur en amont du catalyseur SCR dépendant d'une consigne d'injection fonction de la valeur cible définie à l'étape E2 et de la quantité d'agent réducteur stockée, i.e. déjà présente, dans le catalyseur SCR.
Le principe de gestion exposé ci-dessus permet de réguler tout type d'agent réducteur quel que soit le type de catalyseur SCR utilisé, notamment que ce dernier soit conçu ou non pour stocker de l'agent réducteur. Dans le cas où le catalyseur SCR n'est pas conçu pour réaliser un stockage proprement dit d'agent réducteur, le stock-tampon d'agent réducteur présent dans le catalyseur SCR est directement fonction de l'injection d'agent réducteur ou de solution réductrice en amont du catalyseur SCR. Au contraire dans le cas d'un stockage d'agent réducteur dans le catalyseur SCR, la régulation de la quantité réelle d'agent réducteur autour de la valeur cible préalablement définie passe par un contrôle du stock d'agent réducteur dans le catalyseur SCR en même temps qu'un contrôle de l'injection en amont de ce dernier.
Le procédé de régulation peut en outre comprendre une détermination du débit des gaz d'échappement, en amont et/ou au niveau et/ou en aval du catalyseur SCR, la définition de la valeur cible dans la deuxième étape E2 étant fonction du débit ainsi déterminé en plus du paramètre de fonctionnement déterminé dans l'étape E1.
Le procédé de régulation peut également comprendre une détermination, par mesure et/ou évaluation, de la température des gaz d'échappement au niveau du catalyseur SCR, la définition de la valeur cible dans la deuxième étape (E2) résultant d'une pondération entre la température des gaz d'échappement au niveau du catalyseur SCR et la température des gaz d'échappement déterminée en au moins un point en amont du catalyseur SCR.
Cette dernière variante est illustrée par l'organigramme de la figure 3 représentant les étapes d'un exemple de procédé de gestion selon l'invention. Ainsi, pendant une première phase P1, une température des gaz est estimée directement au niveau du catalyseur SCR grâce au capteur 17. Parallèlement durant une deuxième phase P2, antérieure, simultanée ou postérieure à la phase P1, une température des gaz est estimée en amont du catalyseur SCR. Cette deuxième phase P2 correspond à la première étape E1 décrite en relation avec le procédé de régulation. Puis dans une troisième phase P3, à partir de la température déterminée dans la première phase P1, une première valeur cible V1 de NH3 dans le catalyseur SCR est définie par l'unité de commande 21. Parallèlement, dans une quatrième phase P4, à partir de la température déterminée dans la deuxième phase P2, une deuxième valeur cible V2 de NH3 dans le catalyseur SCR est définie par l'unité de commande 21.
Ensuite, dans une cinquième phase P5, il est réalisé une définition d'une valeur cible réelle dans le catalyseur SCR par une pondération des valeurs cibles V1 et V2. Ces quatrième et cinquième phases P4 et P5 correspondent à la deuxième étape E2 décrite en relation avec le procédé de régulation. Puis dans une sixième phase P6, l'unité 21 détermine si la quantité de NH3 estimée comme présente dans le catalyseur SCR est supérieure à la valeur cible réelle définie dans la phase P5. Dans l'affirmative (branche de gauche), une septième phase P7 consiste ensuite à limiter l'injection de solution réductrice en amont du catalyseur SCR pour limiter l'injection de NH3 dans le catalyseur SCR.
Au contraire, dans la négative (branche de droite), une huitième phase P8 consiste ensuite à augmenter l'injection de solution réductrice en amont du catalyseur SCR pour augmenter l'injection de NH3 dans le catalyseur SCR. Les phases P6 à P8 correspondent à la troisième étape E3 décrite en relation avec le procédé de régulation.
Dans une variante, la pondération accomplie dans la phase P5 consiste à déterminer une valeur cible nominale en fonction des conditions de température et de débit des gaz au niveau du catalyseur SCR, puis à déterminer une valeur cible réelle en apportant une correction à la valeur cible nominale en fonction au moins de la température des gaz d'échappement déterminée en au moins un point en amont du catalyseur SCR.
Cette gestion peut se résumer ainsi : Consigne injection NH3 = fonction (Température catalyseur SCR, Débit de gaz) + correction en fonction (Température entrée catalyseur 19, Température entrée Filtre 20, Débit de gaz)
Dans une alternative, la pondération accomplie dans la phase P5 consiste à évaluer une température anticipée des gaz au niveau du catalyseur SCR en fonction de la température déterminée des gaz au niveau du catalyseur et de la température des gaz d'échappement déterminée en au moins un point en amont du catalyseur SCR, puis à déterminer une valeur cible réelle en fonction de la température anticipée des gaz et du débit des gaz.
Cette gestion peut se résumer ainsi :
1- Température anticipée SCR = fonction (Température catalyseur SCR, 30 Température entrée Filtre 20, Température entrée catalyseur 19) 2- puis Consigne injection NH3 = fonction (Température anticipée SCR selon 1, Débit de gaz)
Le procédé de régulation peut comprendre également une détermination de la quantité d'oxydes d'azote NOx présents dans les gaz d'échappement en amont et/ou en aval du catalyseur SCR (capteur 18), la définition de la valeur cible dans la deuxième étape (E2) étant fonction de la quantité déterminée de NOx en plus du paramètre de fonctionnement déterminé dans l'étape El et éventuellement du débit de gaz.
Enfin, pour éviter une trop grande anticipation thermique, la valeur cible de NH3 sera toujours saturée par la valeur maximale stockable par le catalyseur SCR à l'instant donné (cette valeur maximale étant fonction de la température actuelle du catalyseur SCR).
Un exemple va être décrit ci-dessous pour mieux comprendre l'invention. On se place dans une hypothèse d'une augmentation de température au niveau du catalyseur SCR, les gaz passant de 300°C à 450°C par exemple, à la suite d'une sollicitation du moteur 12. Il est présenté trois cas de figures : - Cas 1 : régulation de la quantité de NH3 dans le catalyseur SCR à une valeur cible égale à la quantité maximale admissible, - Cas 2 : régulation de la quantité de NH3 selon la technique de l'art antérieur, à partir d'une valeur cible définie à partir de la température des gaz dans le catalyseur, en appliquant une marge importante par rapport à la quantité maximale admissible, - Cas 3 : régulation selon le procédé de gestion objet de l'invention.
La figure 4 illustre la courbe d'évolution connue de la quantité maximale d'agent réducteur NH3 dans le catalyseur SCR, en fonction de la température des gaz d'échappement dans le catalyseur SCR. Cette courbe présente une forme de cloche avec une première partie croissante pour les plus basses températures et une deuxième partie décroissante pour les plus hautes températures. Les première et deuxièmes parties sont raccordées par un point d'inflexion correspondant à une abscisse d'environ 300°C et à une ordonnée de 0,8g environ de NH3. Cette courbe illustre que dans l'hypothèse de l'exemple, l'augmentation de température des gaz à 450°C s'accompagne d'une baisse de la quantité maximale admissible de NH3 de 0,8g à 0,7g.
Dans le cas 1, à l'instant « t » avant l'augmentation de température, les conditions sont par exemple les suivantes : - la température est de 300°C dans le catalyseur SCR, - la quantité maximale admissible de NH3 dans le catalyseur SCR est de 0,8g, - la quantité de NH3 réellement présente dans le catalyseur est par exemple de 0,78 g. - dans ces conditions, il n'y a pas de fuite de NH3 à la sortie du catalyseur (puisque l'on n'a pas atteint la quantité maximale de NH3 admissible).
Ensuite, le conducteur accélère fortement : ceci crée une augmentation de la température en entrée de la ligne d'échappement qui se répercute quelques secondes plus tard sur l'entrée du catalyseur SCR.
Toujours dans le cas 1, à l'instant t + At, les nouvelles conditions sont donc les suivantes : - la température est passée de 300°C à 450°C dans le catalyseur SCR, - la quantité maximale admissible de NH3 dans le catalyseur SCR est 30 passée à 0,7 g, - la quantité de NH3 réellement présente dans le catalyseur est passée de 0,78 g à 0,73 g (évolution subie par la quantité de NOx arrivant dans le catalyseur SCR) Par conséquent, les 0,03 g de NH3 en trop (0,73g - 0,7g) ne peuvent plus être stockés par le catalyseur SCR et sont donc relargués à l'échappement sous forme de fuites de NH3, créant des odeurs non tolérables pour les usagers de la route.
C'est pourquoi il a déjà été imaginé dans l'art antérieur la technique associée au cas 2. Les problèmes de fuites de NH3 du cas 1 sont contournés en prenant une marge importante entre la quantité de NH3 maximale et celle réellement visée par la régulation. Cette marge est par exemple de 0,2g, ce qui implique qu'à l'instant t, la quantité réelle de NH3 est de l'ordre de 0,6g. Ainsi, en dépit de l'augmentation de la température à 450 degrés, les risques de fuites sont fortement limités. En effet, dans le cas d'une forte augmentation de la température, la quantité (masse) réelle de NH3 sera alors supérieure à la quantité maximale soustraite de la marge, soit 0,5g (égal à 0,7g - la marge de 0,2g), mais reste inférieure malgré tout à la quantité maximale de 0,7g. Cependant, cette marge importante de 0,2g a le désavantage de pénaliser fortement l'efficacité de traitement des Nox.
Le cas 3 correspondant à la régulation selon le procédé de gestion objet de l'invention répond aux deux problématiques des cas 1 et 2. Avec la stratégie résultant du procédé de régulation objet de l'invention, il peut être visé une valeur cible de 0.7g à 300°C au lieu de 0,6g dans le cas 2, réduisant la marge à 0.1 g. Par contre, s'il est observé que : - la température des gaz en sortie du moteur 12 (en amont ou en aval du turbocompresseur si le moteur est turbocompressé), - et/ou la température des gaz en amont du catalyseur d'oxydation 19, - et/ou la température des gaz en amont du filtre 20, - et/ou la température en aval du filtre 20, - ou toute autre paramètre de fonctionnement en amont du catalyseur SCR permettant d'estimer la température et le débit des gaz d'échappement (par exemple un modèle mathématique fonction de la charge moteur 12 et des conditions extérieures ...), augmente fortement (sans que la température du catalyseur SCR ne soit encore impactée), alors la valeur cible de NH3 à partir de laquelle la régulation est opérée est réduite (et ce, même si la température du catalyseur SCR n'a pas encore augmenté) en prévision de la future augmentation thermique. Notamment, entre l'instant t et l'instant t + At, la valeur cible peut être abaissée à 0.6 g. On s'affranchit donc des risques de fuites comme dans le cas 2, tout en augmentant l'efficacité de traitement des NOx en diminuant la marge de 0,2g (cas 2) à 0,1 g (cas 3).
La figure 5 représente l'ensemble des situations des cas 2 et 3 par l'intermédiaire de différentes courbes d'évolution dans le temps : - en partie haute de la figure 5, la courbe Cl illustre l'évolution de la température des gaz en amont du catalyseur SCR la courbe C2 illustre l'évolution de la température des gaz au niveau du catalyseur SCR, - en partie basse de la figure 5, la courbe C3 illustre l'évolution de la quantité maximale de NH3 dans le temps suite à la variation de température de 300°C à 450°C. La courbe C4 illustre l'évolution de la valeur cible dans la technique du cas 2 (art antérieur) et la courbe C5 illustre la quantité réelle de NH3 suite à la régulation à partir de C4. La courbe C6 illustre l'évolution de la valeur cible dans la technique du cas 3 (solution de régulation selon l'invention) et la courbe C7 illustre la quantité réelle de NH3 suite à la régulation à partir de C6.
La figure 5 permet d'observer que le procédé de régulation objet de l'invention : - permet de rester à une quantité réelle (masse selon C7) de NH3 supérieure (par rapport à C5) avant le transitoire thermique de 300°C à 450°C, par réduction (de 0,2g à 0,1 g) de la marge soustraite à la courbe C3 entre les courbes C4 et C6. - fait diminuer la quantité réelle de NH3 dès que la température en amont du catalyseur SCR change, c'est-à-dire, en raison de l'inertie thermique, bien avant que la température du catalyseur SCR ne change (en effet Cl évolue bien avant la courbe C2) : la courbe C5 diminue dès que la courbe Cl augmente. - permet malgré tout de rester en dessous de la limite maximale avant fuite selon C3, malgré la marge avantageusement réduite à 0,lg grâce à l'anticipation thermique induite par la régulation selon l'invention, - enfin permet d'avoir une quantité de NH3 supérieure à l'ancienne stratégie après le transitoire thermique à 450°C.
La deuxième étape (E2) du procédé de régulation peut en outre comprendre la lecture d'un abaque prédéfini prenant en entrée la valeur de la température des gaz d'échappement en un point en amont du catalyseur SCR et fournissant en sortie la valeur cible. La valeur cible fournie en sortie à chaque point de l'abaque correspond à la valeur maximale d'agent réducteur dans le catalyseur SCR, au-delà de laquelle des fuites d'agent réducteur existent en sortie du catalyseur SCR, à laquelle une marge prédéterminée est soustraite. L'avantage de l'invention décrite précédemment est que la marge utilisable est nettement inférieure à la marge utilisée dans les techniques de régulation selon l'art antérieur, améliorant ainsi l'efficacité de traitement des oxydes d'azote NOx.
Un exemple de ce principe, en application à la figure 3, est décrit maintenant : Pour définir la valeur cible V1 en fonction de chaque température de catalyseur SCR et la valeur cible V2 en fonction de chaque température en amont de celui-ci, par exemple en amont du filtre 20, la méthode suivante peut être utilisée : - on se place sur un point où la température du catalyseur SCR est de 200 °C, - puis on observe la température du filtre 20 : par exemple 230°C (on ne peut pas en effet choisir les deux températures indépendamment), - puis on augmente la quantité de NH3 depuis 0g jusqu'à ce qu'apparaisse la fuite de NH3 à l'échappement, - dès que la fuite est apparue, la quantité maximale de NH3 stockable est déterminée (par exemple 0,8 g), - pour le point de température de catalyseur SCR de 200°C, la valeur cible V1 sera par exemple de 0,6 g (marge de 0.2 g) - pour le point de température de filtre 20 de 230°C, la valeur cible V2 sera par exemple de 0.6 g (marge de 0.2 g)
Ces opérations sont répétées pour chacune des températures envisageables au niveau du catalyseur SCR. La valeur de la marge peut varier suivant les besoins et la configuration du dispositif de post-traitement. Cela permet d'établir un premier abaque prenant en entrée la valeur de la température des gaz d'échappement au niveau du catalyseur SCR et fournissant en sortie la valeur cible V1, et un deuxième abaque prenant en entrée la valeur de la température des gaz d'échappement en un point amont du catalyseur SCR et fournissant en sortie la valeur cible V2. Le premier abaque est utilisé au passage de la phase P1 à la phase P3. Le deuxième abaque est utilisé au passage de la phase P2 à la phase P4.
L'utilisation des informations de température en amont du catalyseur peut être encore plus complexe : au lieu de corriger en fonction de l'une de ces informations, on peut corriger en fonction de toutes les températures en même temps.
L'invention fonctionne d'autant mieux que l'onde thermique met du temps à se propager. Il doit donc être pris soin que les matériaux et les volumes des catalyseurs et filtres de post-traitement placés en amont du catalyseur SCR filtrent suffisamment la température.
Pour l'application de l'invention, la stratégie d'anticipation thermique est particulièrement avantageuse, en raison de la grande inertie. L'invention reste toutefois transposable à tout paramètre d'influence physique du catalyseur SCR (débit d'échappement, débit de NOx, etc), dès lors qu'il permet d'anticiper des évolutions du stock-tampon d'agent réducteur: pour ces phénomènes, sans pour autant nécessiter des marges de sécurité trop élevées entre la quantité maximale et la valeur cible utilisée pour la régulation.
L'invention a été décrite dans le cas d'un catalyseur SCR d'un véhicule automobile, ce dernier devant s'entendre au sens très large. En effet, la stratégie de régulation décrite fonctionne dans le cadre de tous les moteurs à combustion interne utilisant comme système de post-traitement un catalyseur SCR. Il est possible de l'utiliser dans le cadre d'une application pour un poids lourd ou pour un moteur statique ou un système statique.
Enfin, l'invention porte sur un véhicule automobile comprenant un groupe motopropulseur comportant un moteur à combustion interne 12, une voie d'échappement 11 des gaz d'échappement provenant du moteur 12, dans lequel le groupe motopropulseur comprend un dispositif de post- traitement tel que décrit précédemment, destiné à réduire la quantité des oxydes d'azote NOx contenus dans les gaz.

Claims (16)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de gestion d'un catalyseur de réduction catalytique sélective (SCR) comprenant un procédé de régulation comprenant une étape de régulation (E3) de la quantité d'agent réducteur dans le catalyseur SCR à partir d'une valeur cible, caractérisé en ce que le procédé de régulation comprend les étapes préalables suivantes : (El) - détermination d'au moins un paramètre de fonctionnement en amont du catalyseur SCR suivant le sens de circulation des gaz d'échappement, (E2) - définition de la valeur cible en fonction du paramètre de fonctionnement déterminé.
  2. 2. Procédé de gestion selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent réducteur est de l'ammoniac.
  3. 3. Procédé de gestion selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'étape de régulation de la quantité d'agent réducteur dans le catalyseur à partir de la valeur cible, comprend une commande de l'injection d'agent réducteur en amont du catalyseur SCR dépendant d'une consigne d'injection fonction de la valeur cible définie et de la quantité d'agent réducteur stockée dans le catalyseur SCR.
  4. 4. Procédé de gestion selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la première étape (El) du procédé de régulation comprend une mesure et/ou une évaluation de la température des gaz d'échappement en au moins un point en amont du catalyseur SCR.
  5. 5. Procédé de gestion selon la revendication 4, caractérisé en ce que la température des gaz d'échappement est déterminée en sortie d'un moteur à combustion interne générant les gaz d'échappement et/ou en amont d'un catalyseur d'oxydation (DOC) et/ou en amont d'un filtre à particules et/ou en aval du filtre à particules.
  6. 6. Procédé de gestion selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le procédé de régulation comprend une détermination du débit des gaz d'échappement, la définition de la valeur cible dans la deuxième étape (E2) étant fonction du débit déterminé.
  7. 7. Procédé de gestion selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le procédé de régulation comprend une détermination, par mesure et/ou évaluation, de la température des gaz d'échappement au niveau du catalyseur SCR, la définition de la valeur cible dans la deuxième étape (E2) résultant d'une pondération entre la température des gaz d'échappement au niveau du catalyseur SCR et la température des gaz d'échappement déterminée en au moins un point en amont du catalyseur SCR.
  8. 8. Procédé de gestion selon la revendication 7, caractérisé en ce que la pondération consiste à déterminer une valeur cible nominale en fonction des conditions de température et de débit des gaz au niveau du catalyseur SCR, puis à déterminer une valeur cible réelle en apportant une correction à la valeur cible nominale en fonction au moins de la température des gaz d'échappement déterminée en au moins un point en amont du catalyseur SCR.
  9. 9. Procédé de gestion selon la revendication 7, caractérisé en ce que la pondération consiste à évaluer une température anticipée des gaz auniveau du catalyseur SCR en fonction de la température déterminée des gaz au niveau du catalyseur et de la température des gaz d'échappement déterminée en au moins un point en amont du catalyseur SCR, puis à déterminer une valeur cible réelle en fonction de la température anticipée des gaz et du débit des gaz.
  10. 10. Procédé de gestion selon l'une des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que la deuxième étape (E2) du procédé de régulation comprend la lecture d'un abaque prédéfini prenant en entrée la valeur de la température des gaz d'échappement en un point en amont du catalyseur SCR et fournissant en sortie la valeur cible.
  11. 11. Procédé de gestion selon la revendication 10, caractérisé en ce que la valeur cible fournie en sortie à chaque point de l'abaque correspond à la valeur maximale d'agent réducteur dans le catalyseur SCR, au-delà de laquelle des fuites d'agent réducteur existent en sortie du catalyseur SCR, à laquelle une marge prédéterminée est soustraite.
  12. 12. Procédé de gestion selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le procédé de régulation comprend une détermination de la quantité d'oxydes d'azote NOx présents dans les gaz d'échappement en amont et/ou en aval du catalyseur SCR, la définition de la valeur cible dans la deuxième étape (E2) étant fonction de la quantité déterminée de NOx.
  13. 13. Dispositif de post-traitement des gaz d'échappement d'un véhicule automobile, comprenant un catalyseur de réduction catalytique sélective (SCR), caractérisé en ce qu'il comprend au moins un capteur de mesure d'un paramètre de fonctionnement en amont du catalyseur SCR sur la voie d'échappement, une unité de commande électronique (ECU) qui meten oeuvre le procédé de gestion du catalyseur (SCR) selon l'une des revendications précédentes, et un injecteur pour solution réductrice en amont du catalyseur SCR.
  14. 14. Dispositif de post-traitement des gaz d'échappement d'un véhicule automobile selon la revendication 13, caractérisé en ce que le capteur de mesure consiste en un capteur de température des gaz d'échappement en amont du catalyseur SCR.
  15. 15. Dispositif de post-traitement des gaz d'échappement d'un véhicule automobile selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend un catalyseur d'oxydation et un filtre à particules en amont du catalyseur SCR, et en ce qu'au moins un capteur de température se situe en amont et/ou en aval du catalyseur d'oxydation et/ou en amont et/ou en aval du filtre à particules.
  16. 16. Véhicule automobile comprenant un groupe motopropulseur comportant un moteur à combustion interne, une voie d'échappement des gaz d'échappement provenant du moteur, caractérisé en ce que le groupe motopropulseur comprend un dispositif de post-traitement selon l'une des revendications 13 à 15, destiné à réduire la quantité des oxydes d'azote NOx contenus dans les gaz.20
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