FR3029571A3 - Procede de controle d'un dispositif de motorisation et dispositif de motorisation associe - Google Patents

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Abstract

Procédé de contrôle d'un dispositif de motorisation de véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne et un catalyseur SCRF monté dans le circuit d'échappement du moteur et regroupant dans une même enveloppe un filtre à particules et un catalyseur de réduction sélective des oxydes d'azote, ledit procédé comprenant : - une étape (100) de réglage nominal du dispositif de motorisation dans laquelle les émissions d'oxydes d'azote du moteur sont réglées à une valeur de concentration nominale, et de l'urée est injectée dans le catalyseur SCRF pour la réduction des oxydes d'azote du moteur ; - une étape (200) de détection d'un besoin de purge des suies du catalyseur SCRF ; une étape (300) d'interruption de l'injection d'urée dans le catalyseur SCRF pendant un temps d'attente (At) ; et, - une étape (600) de purge des suies après l'écoulement dudit temps d'attente (At), CARACTERISE EN CE QU' il comprend en outre, pendant le temps d'attente (At), une étape (400) de réglage dégradé du dispositif de motorisation, dans lequel les émissions d'oxydes d'azote du moteur sont réglées à une valeur de concentration supérieure à la concentration nominale.

Description

- 1 - PROCEDE DE CONTROLE D'UN DISPOSITIF DE MOTORISATION ET DISPOSITIF DE MOTORISATION ASSOCIE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION L'invention concerne un procédé de contrôle d'un dispositif de motorisation, plus particulièrement d'un dispositif comprenant un moteur à combustion interne fonctionnant en mélange pauvre associé à un filtre à particules et à un catalyseur de réduction sélective des oxydes d'azote montés à l'échappement dudit moteur. Elle concerne également un dispositif de motorisation pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. Elle trouve une application avantageuse sous la forme d'un procédé de contrôle embarqué dans un véhicule automobile.
ETAT DE LA TECHNIQUE De nombreux moteurs modernes à combustion interne, en particulier les moteurs diesel des véhicules automobiles, sont équipés à l'échappement à la fois d'un filtre à particules et d'un catalyseur de réduction sélective des oxydes d'azote, dit aussi catalyseur SCR (de l'acronyme en langue anglaise : Selective Catalytic Reduction), pour traiter plusieurs sortes d'émissions polluantes du moteur. De manière connue, un filtre à particules permet de brûler les suies présentes dans les gaz de combustion du moteur. Un tel filtre fonctionne de manière séquentielle : pendant le fonctionnement normal du moteur en mélange pauvre, il stocke les particules de suies sans les traiter. Périodiquement, par exemple quand la quantité de suies stockées s'approche de la capacité maximale du filtre, on procède à une purge du filtre en brûlant en son sein les suies qui s'y sont accumulées. Pour cela, il est courant de provoquer une augmentation de la température du filtre à particules au-dessus d'un seuil voisin de 650°C, par exemple en dégradant le rendement de combustion du moteur, et de réaliser un apport de carburant dans le filtre de manière à permettre de brûler les suies, par exemple en procédant à des injections tardives de carburant dans les cylindres du moteur qui ne participent pas à la combustion dans les cylindres et sont donc rejetées à l'échappement du moteur. De manière connue également, un catalyseur SCR permet de réduire en molécules inoffensives pour l'environnement les molécules d'oxydes d'azote (NOx) émises dans les gaz de combustion du moteur, sous l'action de réducteurs injectés de 3029571 - 2 - manière continue à l'entrée du catalyseur SCR. Ces réducteurs sont généralement issus d'une solution d'urée aqueuse connue sous la dénomination commerciale Adblue®. La solution d'urée se décompose au sein du catalyseur SCR en ammoniaque NH3 qui réagit avec les oxydes d'azote NOx pour les réduire en azote N2 5 et en eau H2O. Le débit d'urée est ajusté en permanence de manière à maintenir à l'intérieur du catalyseur SCR un stock tampon de réducteurs, dit aussi ASC (acronyme anglais pour : Ammonia Storage Capacity) prédéterminé. La valeur du stock doit être suffisamment élevée pour que l'efficacité de traitement des oxydes d'azote soit proche du maximum, mais elle ne doit pas être trop élevée pour ne pas entraîner de risques 10 de fuites d'ammoniaque à l'extérieur du catalyseur SCR pendant le roulage du véhicule sous l'effet de la température, cette molécule étant particulièrement malodorante. En résumé, la valeur du stock résulte généralement d'un compromis entre efficacité de traitement et risque de fuites d'ammoniaque. Les purges périodiques du filtre à particules, qui imposent une forte 15 augmentation de température à celui-ci, ont aussi pour conséquence d'augmenter fortement la température du catalyseur SCR après un certain laps de temps lié au temps de propagation de la chaleur. En effet le catalyseur SCR étant situé sur la même ligne d'échappement que le filtre à particules, il n'en est pas isolé thermiquement. Cela se traduit, si le stock tampon de réducteurs a été choisi trop 20 grand, c'est-à-dire en tenant compte uniquement de la température pendant les phases de fonctionnement normal du moteur (hors purge du filtre), par un dégazage brutal d'ammoniaque. On connaît de l'état de la technique plusieurs documents qui visent à résoudre ce problème. Par exemple, on connaît de la publication EP2143900-Al un procédé de 25 contrôle dans lequel, avant d'autoriser le lancement de la purge d'un filtre à particules, on arrête les injections d'urée dans le catalyseur SCR pendant une durée déterminée, de manière à ne plus renouveler le stock tampon d'ammoniaque. Comme le moteur continue à produire des oxydes d'azote dans ses gaz d'échappement, le catalyseur SCR se vide progressivement de son ammoniaque, le stock étant consommé par la 30 réduction des oxydes d'azote. On vise ainsi à diminuer le stock d'ammoniaque jusqu'à un stock-cible assez faible pour qu'il ne présente plus de risque de fuite à la température de régénération du filtre. Toutefois, le stock-cible est long à atteindre. Le lancement de la purge du filtre à particules doit être retardé à un point tel que le stock de suies peut créer une contre-pression importante dans la ligne d'échappement. Cela 35 peut entraîner une obturation du filtre à particules et une perte de performance du 3029571 - 3 - moteur. On connaît aussi de JP2006274844-A1 un procédé qui vise à éliminer les fuites d'ammoniaque d'un catalyseur SCR pendant la purge d'un filtre à particules, dans lequel on coupe les injections d'urée dans le catalyseur SCR et on dérègle le 5 moteur de manière à augmenter les quantités d'oxydes d'azote dans les gaz d'échappement. Mais l'accélération de la baisse du stock d'ammoniaque qui en est attendue n'est pas suffisante pour éviter les risques de fuite. En effet, quand la purge a déjà démarré, l'augmentation de température du filtre se transmet au catalyseur SCR en moins de temps qu'il n'en faut pour éliminer l'ammoniaque. Ce problème est 10 particulièrement critique pour les nouvelles architectures de lignes d'échappement des moteurs diesel, dans lesquelles on combine à l'intérieur d'un seul et même dispositif catalytique les fonctions de filtre à particules et de catalyseur SCR, pour des raisons d'encombrement et de meilleure efficacité de traitement grâce à une meilleure exposition thermique au moteur. Un tel dispositif est connu sous la dénomination 15 catalyseur SCRF. S'agissant ici d'un dispositif unique, une purge du SCRF pour brûler les suies s'accompagne instantanément d'une augmentation brutale de température qui entraîne immédiatement le dégazage du stock d'ammoniaque quelles que soient les mesures de diminution du stock envisagées.
20 RESUME DE L'INVENTION L'invention propose de remédier aux défauts des procédés de réglage connus. Elle propose pour cela un procédé de contrôle d'un dispositif de motorisation de véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne et un catalyseur 25 SCRF monté dans le circuit d'échappement du moteur et regroupant dans une même enveloppe un filtre à particules et un catalyseur de réduction sélective des oxydes d'azote, ledit procédé comprenant : Une étape de réglage nominal du dispositif de motorisation dans laquelle les émissions d'oxydes d'azote du moteur sont réglées à une valeur de concentration 30 nominale, et de l'urée est injectée dans le catalyseur SCRF pour la réduction des oxydes d'azote du moteur ; Une étape de détection d'un besoin de purge des suies du catalyseur SCRF ; Une étape de détection d'interruption de l'injection d'urée dans le catalyseur SCRF pendant un temps d'attente ; et, 35 Une étape de purge des suies après l'écoulement dudit temps d'attente, 3029571 - 4 - ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre, pendant le temps d'attente, une étape de réglage dégradé du dispositif de motorisation, dans lequel les émissions d'oxyde d'azote du moteur sont réglées à une valeur de concentration supérieure à la concentration nominale.
5 BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés 10 sur lesquels : la figure 1 représente un exemple de dispositif de motorisation apte à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; et, la figure 2 est un logigramme des étapes d'un procédé de contrôle du dispositif de motorisation conforme à l'invention.
15 DESCRIPTION DETAILLEE DES FIGURES Sur la figure 1, on a représenté un dispositif de motorisation apte à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Il comprend un moteur 1 à combustion interne, 20 par exemple un moteur diesel de véhicule automobile, qui se présente ici sous la forme d'un moteur à quatre cylindres en ligne suralimenté. Le moteur 1 est alimenté en air par un circuit d'admission d'air 2, et en carburant, par exemple du gazole, par une pluralité d'injecteurs 3 montés sur une rampe commune 4 d'alimentation en carburant.
25 Le circuit d'admission d'air 2 comporte d'amont en aval, c'est-à-dire dans le sens de circulation de l'air, une conduite d'admission d'air 5, un compresseur 6 d'un turbocompresseur 7 du moteur 1, une conduite de liaison compresseur - collecteur d'admission 8 et un collecteur d'admission 8. Bien entendu, le circuit d'admission 2 peut comporter d'autres composants non représentés ici, par exemple un filtre à air, 30 un refroidisseur d'air suralimenté, une vanne de réglage du débit admis dans le collecteur d'admission 8, un débitmètre, etc. Le moteur 1 est aussi équipé d'un circuit d'échappement 10 des gaz d'échappement, comprenant d'amont en aval, c'est-à-dire dans le sens de circulation des gaz, un collecteur d'échappement 11, une turbine 12 du turbocompresseur 7, un 35 pot catalytique 13 comportant par exemple un catalyseur d'oxydation diesel 13, une 3029571 - 5 - conduite de liaison 14 pot catalytique - catalyseur SCRF, un dispositif catalytique combiné de dépollution 15, dit aussi catalyseur SCRF 15, regroupant dans une même enveloppe un filtre à particules et un catalyseur de réduction sélective des oxydes d'azote, et une conduite d'échappement 16. L'enveloppe est généralement une 5 enveloppe métallique de forme sensiblement cylindrique, connue sous la dénomination anglo-saxonne « canning ». La flèche représentée sur la turbine 12 signale qu'il s'agit d'une turbine dont les ailettes sont inclinables. En d'autres termes le turbocompresseur 7 se présente ici sous la forme d'un turbocompresseur 7 à géométrie variable. Bien entendu, dans une 10 variante non représentée, le turbocompresseur 7 peut être un turbocompresseur à géométrie fixe. Le circuit d'échappement 10 comprend par ailleurs ici deux circuits de recirculation partielle des gaz d'échappement à l'admission : un premier circuit de recirculation partielle des gaz d'échappement à haute pression 17, dit aussi circuit 15 EGR HP 17 (de l'acronyme en langue anglaise pour : Exhaust Gas Recycling) prend naissance en un point du circuit d'échappement 10 situé entre le collecteur d'échappement 11 et la turbine 12. Son autre extrémité débouche dans la conduite de liaison compresseur - collecteur d'admission 8. Il est équipé d'une vanne de recirculation partielle des gaz d'échappement à haute pression 18, dite aussi vanne 20 EGR HP 18, dont le réglage permet d'ajuster la proportion de gaz recyclés à l'admission. Un second circuit de recirculation des gaz d'échappement des gaz d'échappement à basse pression 19, dit aussi circuit EGR BP 19, prend naissance en aval du pot catalytique 13, en un point du circuit d'échappement situé sur la conduite 25 de liaison 14 pot catalytique - catalyseur SCRF. Son autre extrémité débouche dans la conduite d'admission d'air 5, en amont du compresseur 6. Il est équipé d'une vanne de recirculation partielle des gaz d'échappement à basse pression 20, dite aussi vanne EGR BP 20, dont le réglage permet d'ajuster la proportion de gaz recyclés. Bien entendu, d'autres variantes de réalisation du dispositif de motorisation 30 sont possibles sans nuire à la généralité de l'invention. Par exemple, le circuit d'échappement peut ne comporter qu'un seul des deux circuits EGR 17,19. Par exemple, on peut prévoir que le circuit EGR BP 19 puisse prendre naissance en un point situé en aval du catalyseur SCRF 15. On peut aussi prévoir d'autres modes de réglage de la proportion de gaz recyclés. Par exemple, la proportion de gaz 35 d'échappement recyclés à basse pression peut être ajustée en réglant une vanne 3029571 - 6 - d'étranglement de la conduite d'échappement 16, etc. Le catalyseur SCR est alimenté en agents réducteurs, provenant d'une solution d'urée aqueuse (Adblue®) à partir d'un réservoir 21. La solution est pompée par une pompe 22 et introduite en amont du catalyseur SCRF 15 en un point de la conduite de 5 liaison 14 pot catalytique - catalyseur SCRF grâce à un dispositif d'introduction 23, par exemple un mixeur 23 ou un injecteur d'urée 23. Le catalyseur SCRF 15 est équipé à son entrée et à sa sortie (dans le sens de circulation des gaz d'échappement) de deux capteurs de pression amont et aval 24,25 aptes à mesurer respectivement la pression en amont et en aval du catalyseur SCRF 10 15. De manière connue, l'écart entre ces deux pressions, c'est-à-dire la pression différentielle aux bornes du catalyseur SCRF 15, correspond sous un débit donné au stock de suies accumulées lors du fonctionnement normal du moteur. Lorsque la pression différentielle atteint un seuil correspondant à un stock de suies voisin de la capacité maximale du catalyseur SCRF 15, une purge des suies est lancée. Le débit 15 des gaz d'échappement peut par exemple être mesuré par un débitmètre (non représenté sur la figure 1). Le seuil est par exemple cartographié en fonction du débit et stocké dans une mémoire du calculateur. Le dispositif de motorisation comprend des moyens de contrôle (non représentés), par exemple un calculateur électronique, apte à piloter le réglage des 20 paramètres de fonctionnement du dispositif de motorisation, notamment du moteur 1 et du catalyseur SCRF 15, grâce aux différents capteurs et actionneurs du dispositif de motorisation. Ainsi le dispositif de motorisation comprend, de manière non limitative : des moyens de réglage de l'admission d'air ; des quantités de gaz d'échappement à haute pression et/ou à haute pression recyclés à l'admission ; de l'injection de 25 carburant dans le moteur ; du débit d'urée dans le SCRF1 ; de mesure de la pression en amont et en aval du catalyseur SCR 15 ; de détermination de la pression différentielle aux bornes dudit catalyseur SCRF 15 ; de déclenchement des purges du catalyseur SCRF 15. En fonctionnement normal, c'est-à-dire en l'absence de requête de purge du 30 catalyseur SCRF 15, le réglage du dispositif de motorisation est un réglage nominal. La concentration en oxydes d'azote émis dans les gaz d'échappement, qui correspond à la concentration d'oxydes d'azote entrant [NOx]in dans le catalyseur SCRF 15, est réglée à une valeur nominale [NOx];nNom assez basse de façon que, après traitement par le catalyseur SCRF 15, les émissions du véhicule respectent les normes légales.
35 De manière connue, un taux élevé de gaz d'échappement à haute et/ou à basse 3029571 - 7 - pression recyclés à l'admission favorise une faible concentration en oxydes d'azote. Inversement, il est aisé d'augmenter considérablement la concentration d'oxydes d'azote [NOx]in par rapport à la concentration nominale, en diminuant la proportion de gaz recyclés par rapport au réglage nominal. On peut augmenter soit la proportion des 5 gaz recyclés à haute pression, soit la proportion des gaz recyclés à basse pression, soit les deux proportions en combinaison. D'autres modifications sont envisageables, comme par exemple la dégradation du rendement de combustion, qui peut être obtenue en modifiant les paramètres d'injection de carburant dans les cylindres. Le dispositif de motorisation comprend des moyens de basculement de son réglage, 10 depuis le réglage nominal vers un réglage dégradé dans lequel le moteur émet davantage d'oxydes d'azote. La figure 2 est un logigramme des étapes du procédé de contrôle du dispositif de motorisation selon un mode de réalisation de l'invention. Le procédé débute par une étape 100 dans laquelle le dispositif de 15 motorisation est réglé dans un mode de réglage nominal, dans lequel la concentration en oxydes d'azote dans les gaz de combustion du moteur est réglée à une valeur de concentration nominale. Par ailleurs, dans ce réglage nominal, le catalyseur SCRF 15 stocke les suies émises dans les gaz de combustion du moteur sans les brûler, et des injections d'urée sont réalisées en continu dans le catalyseur SCRF 15 de manière à 20 traiter les oxydes d'azote tout en maintenant un stock tampon d'ammoniaque procurant une bonne efficacité au catalyseur SCRF 15. Le procédé se poursuit par une étape 200 dans laquelle le calculateur identifie un besoin de purger les suies du catalyseur SCRF 15. Par exemple, le calculateur calcule la différence entre la pression en amont du catalyseur SCRF 15, mesurée par 25 le capteur amont 24, et la pression en aval du catalyseur SCRF 15, mesurée par le capteur aval 25. Pour le débit des gaz constaté, par exemple grâce à un débitmètre, il compare cette différence avec un seuil de pression différentielle représentatif de la capacité de stockage en suies maximale du catalyseur SCRF 15. Si ladite différence est supérieure audit seuil, le besoin de purge est établi.
30 Le procédé se poursuit alors par une étape 300 dans laquelle les injections d'urée dans le catalyseur SCRF 15 sont interrompues, et par une étape 400 dans laquelle le calculateur bascule le réglage du dispositif de motorisation, depuis le mode de réglage nominal vers le mode de réglage dégradé dans lequel les émissions d'oxydes d'azote du moteur sont augmentées par rapport à celles du réglage nominal.
35 De préférence, le moteur peut diminuer, voire supprimer, le recyclage des gaz 3029571 - 8 - d'échappement à haute et/ou à basse pression à l'admission. Le procédé se poursuit par une étape d'attente 500. Le temps d'attente At correspond à la durée d'interdiction du lancement de la purge des suies, pendant laquelle on répète les étapes 300 et 400.
5 Lorsque le temps d'attente At est écoulé, le procédé se poursuit par une étape 600 dans laquelle la purge des suies est effectivement lancée, par élévation de la température du catalyseur SCRF 15 et apport de carburant du moteur. Elle se termine par une étape de fin 700 dans laquelle le réglage du dispositif de motorisation redevient le même qu'à l'étape 100.
10 Le temps d'attente At peut être calibré à l'avance à une valeur maximale qui permette de ne pas obturer le filtre à particules et/ou diminuer excessivement les performances du moteur. Avantageusement, cette valeur calibrée et stockée dans une mémoire du calculateur permet d'adapter finement le réglage dégradé du dispositif de motorisation, plus précisément, d'ajuster l'augmentation de la concentration en oxydes 15 d'azote nécessaire pour que le stock d'ammoniaque présent dans le catalyseur SCRF 15 à l'étape 200 diminue jusqu'à la valeur du stock-cible (ne présentant pas de risque de fuite à la température de purge des suies) en une durée égale au temps d'attente On peut par exemple procéder de la façon suivante : 20 Le stock-cible est prédéterminé par des essais, en amenant le catalyseur SCRF 15 plus ou moins chargé à une température de l'ordre de 650°C représentative de la purge des suies. Le stock réel d'ammoniaque est déterminé par un modèle. On se réfèrera par exemple à la publication FR2988305-B1, dans laquelle on utilise pour ce faire des 25 mesures de débit des gaz, de température et de concentration en oxydes d'azote à l'entrée et à la sortie du catalyseur de réduction sélective des oxydes d'azote. Les capteurs correspondants ne sont pas représentés sur la figure 1. La différence entre le stock-cible et le stock réel d'ammoniaque lors de l'étape 200 correspond à la masse d'ammoniaque à consommer. Cette masse, multipliée par 30 l'efficacité de traitement et par un facteur de conversion ammoniaque / oxydes d'azote, donne la quantité d'oxydes d'azote à fournir utile à la consommation du stock d'ammoniaque à éliminer. En calibrant un temps d'attente At maximal, on détermine un débit d'oxydes d'azote moyen à atteindre. Enfin, un modèle embarqué dans le calculateur corrige les paramètres de 35 réglage du dispositif de motorisations de manière à atteindre un tel débit. Par exemple, 3029571 - 9 - en ce qui concerne le cas du recyclage des gaz d'échappement à l'admission, et de manière préférentielle le recyclage à basse pression, le calculateur ajuste le degré d'ouverture de la vanne de recirculation 20 en fonction de la consigne de débit d'oxydes d'azote et d'autres paramètres de fonctionnement du moteur comprenant de 5 manière non exhaustive : le régime ; la charge ou le débit de carburant ; la température du liquide de refroidissement ; le rapport de boîte de vitesses engagé. Une cartographie de valeurs est établie à l'avance au banc d'essais et stockée dans une mémoire du calculateur. Bien entendu, d'autres méthodes peuvent être envisagées pour régler le débit 10 d'oxydes d'azote sans sortir du cadre de l'invention. De manière non limitative, on pourra agir par exemple sur l'avance à l'injection, les lois de distribution, le refroidissement de l'air, etc.

Claims (5)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle d'un dispositif de motorisation de véhicule automobile comprenant un moteur (1) à combustion interne et un catalyseur SCRF (15) monté dans le circuit d'échappement (10) du moteur et regroupant dans une même enveloppe un filtre à particules et un catalyseur de réduction sélective des oxydes d'azote, ledit procédé comprenant : une étape (100) de réglage nominal du dispositif de motorisation dans laquelle les émissions d'oxydes d'azote du moteur sont réglées à une valeur de concentration nominale ([NOx]inNom), et de l'urée est injectée dans le catalyseur SCRF (15) pour la réduction des oxydes d'azote du moteur ; - une étape (200) de détection d'un besoin de purge des suies du catalyseur SCRF (15) ; - une étape (300) d'interruption de l'injection d'urée dans le catalyseur SCRF (15) pendant un temps d'attente (At) ; et, - une étape (600) de purge des suies après l'écoulement dudit temps d'attente (At), CARACTERISE EN CE QU' il comprend en outre, pendant le temps d'attente (At), une étape (400) de réglage dégradé du dispositif de motorisation, dans lequel les émissions d'oxydes d'azote du moteur sont réglées à une valeur de concentration supérieure à la concentration nominale ([NOx]InNOM)-
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la détection d'un besoin de purge des suies est effectuée à partir de la comparaison de la pression différentielle aux bornes du catalyseur SCRF (15) avec un seuil, pour un débit de gaz d'échappement du moteur donné.
  3. 3. Procédé de contrôle selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on diminue la concentration en oxydes d'azote lors de l'étape de réglage dégradé (400) en diminuant une proportion de gaz d'échappement recyclés à l'admission du moteur (1) par un circuit de recirculation partielle des gaz d'échappement (17,19) à haute pression et/ou à basse pression.
  4. 4. Procédé de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le temps d'attente (At) peut être calibré à l'avance. 3029571
  5. 5. Procédé de contrôle selon la revendication 4, caractérisé en ce que lors de l'étape de réglage dégradé (400), la concentration en oxydes d'azote est ajustée en fonction du temps d'attente (nt).
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