FR3043429A1 - Procede de gestion d'un systeme de catalyseurs scr d'un moteur a combustion interne - Google Patents

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Abstract

Procédé de gestion d'un système de catalyseurs SCR d'un moteur à combustion interne comportant un catalyseur SCR (30) et un filtre à particules à revêtement SCR (20) en amont de celui-ci. Pour injecter de l'agent réducteur liquide pour le catalyseur SCR (30) et/ou le filtre à particules à revêtement SCR (20), on prévoit une première position d'injection en amont du filtre à particules à revêtement SCR (20) sous la forme d'une première installation de dosage (40) et une seconde position d'injection en amont du catalyseur SCR (30) et en aval du filtre à particules à revêtement SCR (20) sous la forme d'une seconde installation de dosage (50) ; les positions d'injection pour injecter de l'agent réducteur liquide sont choisies en fonction des états de fonctionnement du système de catalyseurs SCR.

Description

Domaine de ^invention
La présente invention se rapporte à un procédé de gestion d’un système de catalyseurs SCR d’un moteur à combustion interne, le système comportant au moins un catalyseur SCR en amont de celui-ci et au moins un filtre à particules à revêtement SCR. L’invention a également pour objet un système de catalyseurs SCR pour la mise en œuvre du procédé ainsi qu’un programme d’ordinateur sur un support de mémoire, lisible par une machine et un appareil de commande électronique pour la mise en œuvre du procédé. Etat de la technique
On connaît des procédés et des dispositifs de gestion d’un moteur à combustion interne, notamment d’un moteur équipant un véhicule automobile dont le système des gaz d’échappement est équipé d’un catalyseur SCR (c'est-à-dire d’un catalyseur assurant une réduction catalytique sélective) pour réduire les oxydes d’azote (NOx) contenus dans les gaz d’échappement du moteur à combustion interne avec un agent réducteur pour obtenir de l’azote. Pour effectuer la réaction, on utilise notamment comme agent réducteur, de l’ammoniac (NH3) ou par exemple de l’acide formique. L’agent réducteur ou un composant donnant cet agent, est ajouté aux gaz d’échappement en amont du catalyseur selon le sens de passage des gaz d’échappement ; cela consiste par exemple à injecter des réactifs dégageant de l’ammoniac NH3, notamment une solution aqueuse d’urée. L’ammoniac libéré dans la conduite des gaz d’échappement réagit à une température appropriée avec les oxydes d’azote, gênants, provenant de la combustion dans le catalyseur. La quantité de solution aqueuse d’urée nécessaire dépend en général de la charge appliquée au moteur à combustion interne et elle est injectée de façon appropriée dans la conduite des gaz d’échappement.
Les catalyseurs SCR connus actuellement stockent l’ammoniac NH3 à la surface du catalyseur. La conversion des oxydes d’azote NOx dans le catalyseur SCR est d’autant plus réussie que l’offre d’agent réducteur dans le catalyseur est importante. Aussi longtemps que la capacité de stockage d’ammoniac NH3 dans le catalyseur SCR n’est pas épuisée, l’agent réducteur, dosé en excédent, est stocké. Pour l’accumulation d’ammoniac NH3, on utilise l’expression de niveau de remplissage d’ammoniac NH3. Si l’on fournit moins d’agent réducteur que nécessaire pour la conversion des oxydes d’azote instantanément présents dans les gaz d’échappement, on consomme de l’agent réducteur accumulé pour assurer la conversion des oxydes d’azote et on diminue ainsi le niveau de remplissage d’ammoniac NH3.
Les stratégies de dosage connues actuellement pour les systèmes SCR disposent d’une régulation de niveau de remplissage qui règle le point de fonctionnement sous la forme d’une valeur de consigne du niveau de remplissage d’ammoniac NH3 dans le catalyseur SCR et on forme par exemple une consigne de niveau de remplissage dépendant de la température. Le point de fonctionnement est choisi pour que le niveau de remplissage d’ammoniac NH3 est suffisamment élevé pour garantir à la fois le taux de conversion d’oxydes d’azote NOx et aussi pour réaliser un tampon permettant d’absorber les pointes brèves d’oxydes d’azote NOx. Le niveau de remplissage doit par ailleurs être aussi écarté que possible de la capacité maximale de stockage pour éviter un glissement d’ammoniac NH3 dans le système.
Pour arriver à des taux de conversion plus élevés pour la réduction des oxydes d’azote dans la conduite des gaz d’échappement, on utilise déjà des systèmes avec deux installations distinctes de catalyseurs SCR. L’alimentation des installations de catalyseurs SCR, l’une derrière l’autre, prévoit habituellement une position d’injection d’agent réducteur en amont de la première installation de catalyseur SCR selon le sens de passage des gaz d’échappement. Une partie de l’agent réducteur ainsi fournie n’est pas consommée par la réaction de catalyse dans la première installation de catalyseurs SCR et n’y est pas non plus stockée de sorte que cette partie d’agent réducteur fournie quitte la première installation de catalyseurs SCR sous la forme d’un « glissement d’ammoniac NH3 ». Ce « glissement d’ammoniac NH3 » alimente la seconde installation de catalyseurs SCR en agent réducteur si bien que l’on aura suffisamment d’agent réducteur pour la seconde installation de catalyseurs SCR ; cela est par exemple décrit dans le document DE 10 2011 085 952 Al. De tels systèmes équipés de deux installations SCR se commandent pour la conduite du procédé, de manière habituelle, avec un programme dédoublé ; les grandeurs servant à la con duite du procédé sont prélevées pour chaque installation SCR, sur des modèles connus de catalyseurs. La modélisation de catalyseurs SCR peut s’implémenter dans les appareils de commande des véhicules automobiles actuels et cette modélisation traite à la fois cette conversion des oxydes d’azote NOx du catalyseur SCR et le glissement d’ammoniac NH3. Pour améliorer la double modélisation relativement compliquée et fragile, le document DE 10 2012 221 905 Al décrit un procédé de gestion d’un système de catalyseurs SCR équipé de deux installations SCR dont on règle la dépendance par rapport au degré de rendement global souhaité pour le dosage de l’agent réducteur en amont du premier catalyseur SCR en se fondant sur une commande préalable basée sur un modèle.
Le document DE 10 2013 217 169 Al décrit un procédé et un système de post-traitement des gaz d’échappement selon lequel dans la direction de passage des gaz d’échappement, le système comporte un catalyseur d’oxydation, une première installation de catalyseur SCR et une seconde installation de catalyseur SCR. Directement en amont de la première installation de catalyseur SCR, un injecteur introduit l’agent réducteur. Le cas échéant, on peut également avoir un ou plusieurs autres injecteurs répartis dans la conduite des gaz d’échappement et chacun d’eux se trouve par exemple entre la première installation de catalyseurs SCR et la seconde installation de catalyseurs SCR. Le document décrit un procédé de gestion de ce système de posttraitement des gaz d’échappement consistant à injecteur par à-coup, un multiple du dosage d’agent réducteur nécessaire instantanément. Exposé et avantages de l’invention L’invention a pour objet un procédé de gestion d’un système de catalyseurs SCR d’un moteur à combustion interne le système comportant au moins un catalyseur SCR et au moins un filtre à particules à revêtement SCR en amont, le procédé étant caractérisé en ce que pour injecter de l’agent réducteur liquide pour le catalyseur SCR et/ou le filtre à particules à revêtement SCR, on prévoit une première position d’injection en amont du filtre à particules à revêtement SCR sous la forme d’une première installation de dosage et une seconde position d’injection en amont du catalyseur SCR et en aval du filtre à particules à revêtement SCR sous la forme d’une seconde installation de dosage, les positions d’injection pour injecter de l’agent réducteur liquide étant choisies en fonction des états de fonctionnement du système de catalyseurs SCR.
En d’autres termes, le procédé selon l’invention a pour point de départ un système de catalyseurs SCR d’un moteur à combustion interne comportant au moins un catalyseur SCR et au moins un filtre à particules à revêtement SCR, en amont. La condition pour l’application du procédé de l’invention pour gérer un tel système de catalyseurs SCR consiste à injecter de l’agent réducteur à l’état liquide pour le catalyseur SCR et/ou pour le filtre à particules à revêtement SCR sous la forme d’une première injection en amont du filtre à particules à revêtement SCR par une première installation de dosage et par une seconde installation de dosage en amont du catalyseur SCR et en aval du filtre à particules à revêtement SCR sous la forme d’une seconde installation de dosage. Selon le cœur de l’invention, pour injecter de l’agent réducteur liquide, on choisit les positions d’injection c'est-à-dire l’injection par la première installation de dosage et/ou par la seconde installation de dosage selon les états de fonctionnement du système de catalyseurs SCR. Ce procédé permet une conduite particulièrement avantageuse d’un tel système de catalyseurs SCR qui permet un post-traitement optimum des gaz d’échappement tout en réduisant au minimum la consommation d’agent réducteur. En principe, le procédé selon l’invention n’est pas limité à un système de catalyseurs SCR comportant un catalyseur SCR et un filtre à particules à revêtement SCR en amont. Bien plus, le procédé selon l’invention peut, s’appliquer à d’autres système de catalyseurs SCR. Par exemple, le procédé peut s’appliquer à un système de catalyseurs SCR qui, à la place du filtre à particules à revêtement SCR, comporte un filtre à particules usuel et en plus un catalyseur SCR usuel installé en amont. Ce système comporte également un filtre à particules, usuel, et à la fois en amont et en aval du filtre à particules, chaque fois un catalyseur SCR usuel. Dans le sens de la description de l’invention donnée ci-après, le filtre à particules avec le catalyseur SCR installé en amont est synonyme de filtre à particules à revêtement SCR, et le procédé est adapté de manière appropriée. La description donnée ci-après permet également de remplacer le filtre à particules à revêtement SCR par un filtre à particules classique précédé d’un catalyseur SCR. L’agent réducteur est de préférence une solution aqueuse d’urée, par exemple une solution connue sous la marque AdBlue. De manière correspondante, on peut également utiliser d’autres agents réducteurs permettant une réduction sélective dans les installations de catalyseurs SCR. Les installations de dosage peuvent être des soupapes de dosage usuelles. L’utilisation de deux positions d’injection pour doser l’agent réducteur destiné aux installations de catalyseurs SCR permet de faire fonctionner de manière optimale un tel système de catalyseurs SCR. Selon un développement particulièrement préférentiel du procédé de l’invention, dans un état de fonctionnement dans lequel la température du filtre à particules à revêtement SCR est supérieure à un seuil prédéfini, on injecte l’agent réducteur liquide principalement par la seconde position d’injection c'est-à-dire la seconde installation de dosage. L’expression « principalement » signifie que l’injection se fait surtout dans chaque cas à plus de 50 % et aussi à jusqu’à 100 % par la seconde installation de dosage dans la mesure où les installations de dosage fonctionnent indépendamment l’une de l’autre. Si le système est conçu pour ne commander que l’une ou l’autre des installations de dosage, cela signifie que selon le procédé, l’injection se fait exclusivement par la seconde installation de dosage. Cette forme de réalisation du procédé de l’invention repose sur le fait qu’à partir d’une certaine température du filtre à particules à revêtement SCR, une partie de l’ammoniac NH3 à doser est oxydée dans le filtre à particules à revêtement SCR sans servir à la conversion des oxydes d’azote. C’est pourquoi il est très avantageux du point de vue de la consommation d’agent réducteur de commuter dans de tels cas sur la seconde installation de dosage.
Dans l’état de fonctionnement évoqué, dans lequel la température du filtre à particule à revêtement SCR est supérieure à un seuil prédéfini, il peut notamment s’agir d’un état de fonctionnement correspondant à une régénération du filtre à particules à revêtement SCR. Les températures pendant la régénération du filtre à particules à revêtement SCR peuvent atteindre dans le filtre à particules par exemple jusqu’à 1 000 °C si bien qu’il n’y aura aucune conversion d’oxydes d’azote dans le filtre à particules. Les émissions d’oxydes d’azote NOx en aval du filtre à particules à revêtement SCR sont de ce fait très élevées pendant la régénération du filtre à particules. L’injection selon l’invention, d’agent réducteur en aval du filtre à particules à revêtement SCR peut également alimenter suffisamment en agent réducteur le catalyseur SCR en aval de sorte que la réduction des oxydes d’azote dans le catalyseur SCR sera suffisante.
Selon un développement préférentiel, au démarrage du moteur à combustion interne, notamment d’un démarrage à froid, l’injection de l’agent réducteur se fait principalement c'est-à-dire essentiellement par la première installation de dosage et l’injection d’agent réducteur se fait également exclusivement par la première installation de dosage. Cela résulte de ce que le catalyseur en amont, c'est-à-dire le filtre à particules à revêtement SCR, est plus près du moteur à combustion interne et arrive ainsi plus rapidement à sa température de fonctionnement. Ainsi, la conversion des oxydes d’azote NOx en phase directe après le démarrage du moteur à combustion interne se fait principalement dans le premier catalyseur SCR, c'est-à-dire dans le filtre à particules à revêtement SCR, si bien qu’il est avantageux d’injecter en amont de ce filtre à particules à revêtement SCR.
En mode de fonctionnement normal du moteur à combustion interne, on injecte de préférence au moins par phase, par la seconde installation de dosage car le filtre à particules à revêtement SCR se charge plus lentement avec du noir de fumée s’il n’y a pas de conversion d’oxydes d’azote NOx dans le filtre à particules à revêtement SCR. Cet effet appelé « effet NO2 » dans le filtre à particules à revêtement SCR produit l’oxydation du noir de fumée dans le filtre à particules qui est ainsi consommé. Cet effet NO2 dépend tout particulièrement de la concentration en oxydes d’azote NO2 dans le filtre à particules. S’il n’y a pas de conversion d’oxydes d’azote NOx dans le filtre à particules, la concentration d’oxydes NO2 augmente dans le filtre à particules et permet de brûler le noir de fumée. De façon préférentielle, dans les phases du fonctionnement normal, si la composition de gaz d’échappement le permet, il est préférable d’injecter l’agent réducteur seulement en aval du filtre à particules à revêtement SCR.
La commande des installations de dosage dans le cadre du procédé de l’invention distingue principalement deux cas qui dépendent de la réalisation pratique de chacun des systèmes de catalyseurs SCR. Dans le premier cas, les deux installations de dosage ne sont pas activées simultanément car elles sont alimentées par exemple par une pompe commune. Dans ce cas, on commande soit seulement la première installation de dosage, soit seulement la seconde installation de dosage. Dans le second cas, on peut faire fonctionner les deux installations de dosage indépendamment l’une de l’autre si bien que l’une ou l’autre installation de dosage ou les deux installations de dosage seront commandées simultanément, le cas échéant selon un rapport différent. Le premier cas est particulièrement économique car, par comparaison avec les systèmes usuels, seule une installation de dosage est prévue pour alimenter les deux installations de catalyseurs SCR ; ici il s’agit seulement d’une installation de dosage supplémentaire, c'est-à-dire d’une soupape de dosage supplémentaire ou d’un injecteur supplémentaire avec une conduite, par exemple avec une pièce en forme de T. Pour réaliser le procédé de l’invention, on peut alors prévoir un programme de commande par lequel on injecte dans les deux installations de dosage. Si les deux installations de dosage sont commandées simultanément, il n’y aura pas de commutation entre les deux installations de dosage et la commande des différents états de dosage se fera en parallèle.
La description suivante concerne tout d’abord le cas dans lequel les deux installations de dosage ne sont pas activées simultanément. Il faut ainsi commuter entre les deux installations de dosage. En principe, cela permet deux états. Dans l’état « soupape de dosage 1 », le dosage se fait par la première installation de dosage. Dans l’état « soupape de dosage 2 », le dosage se fait par la seconde installation de dosage. Un programme de commande approprié du procédé de l’invention permet d’activer un automate d’état avec les deux états. De façon préférentielle, au début d’un cycle de conduite, c'est-à-dire après le démar rage du moteur à combustion interne, on active l’état « soupape de dosage 1 ». La commutation sur l’état « soupape de dosage 2 » pourra se faire s’il est assuré que la seconde installation de dosage n’est pas défaillante et si en plus au moins l’une des conditions suivantes est remplie : il y a régénération du filtre à particules à revêtement SCR et la température dans le filtre à particules à revêtement SCR est supérieure à un seuil prédéfini Tl et la température dans le catalyseur SCR est supérieure à un seuil prédéfini T2 ; - la température dans le filtre à particules à revêtement SCRF est supérieure à un seuil prédéfini T3 et la température dans le catalyseur SCR est supérieure à un seuil prédéfini T4 ; - la charge en ammoniac NH3 du catalyseur SCR est inférieure à un seuil prédéfini mNH3_l et la différence entre la charge d’ammoniac NH3 du filtre à particules SCRF par rapport à la valeur de consigne est inférieure en amplitude à un seuil prédéfini dmNH3_l et la température dans le catalyseur SCR est inférieure à un seuil prédéfini T5 et le débit massique d’oxydes d’azote NOx est inférieur à un seuil dmNOx_l ; - la première installation de dosage est considérée comme défectueuse.
Les seuils Tl-T5 ci-dessus se définissent comme suit :
Le seuil T1 concerne une requête de sécurité pour le filtre à particules à revêtement SCR ; il décrit la température à laquelle l’ammoniac commence à oxyder. En fonction des données respectives du système, la température Tl peut par exemple être inférieure à environ 350°C.
La température T2 correspond à une interrogation de sécurité pour le catalyseur SCR et elle décrit la température en dessous de laquelle l’urée ne peut pas être stockée et ne se décompose pas complètement en ammoniac. En fonction des données respectives du système, la température Tl se situe par exemple à environ 180°C.
La température T3 est un seuil de température pour le filtre à particules à revêtement SCR en mode de fonctionnement normal ; si l’on dépasse ce seuil, l’ammoniac NH3 commence à oxyder. De façon préférentielle, la température T3 est inférieure ou égale à la température Tl. En fonction des données respectives du système, la température T3 se situe par exemple à environ 350°C.
La température T4 correspond à un seuil de température du catalyseur SCR en mode de fonctionnement normal, seuil en dessous duquel l’urée ne peut se stocker et ne se décompose pas complètement en ammoniac. De façon préférentielle, la température T4 correspond à la valeur de la température T2. En fonction des données respectives du système, la température T4 se situe par exemple à environ 180°C.
La température T5 décrit une température optimale pour le catalyseur SCR permettant d’arriver à des taux de conversion élevés. Les températures optimales en pratique dépendent des réalisations respectives du catalyseur, surtout du point de vue du revêtement du catalyseur et du volume. La température optimale se situe par exemple à environ 225°C.
Suivant une autre caractéristique avantageuse, on commute en retour sur la première installation de dosage si celle-ci n’est pas défectueuse et si au moins l’une des conditions suivantes est remplie : il n’y a pas de régénération du filtre à particules à revêtement SCRF et la température dans le catalyseur SCR est inférieure à un seuil prédéfini T6, la température dans le filtre à particules à revêtement SCRF étant comprise entre les seuils prédéfinis T7 et T8 ; la différence de la charge en ammoniac NH3 du filtre à particules à revêtement SCRF diffère de la valeur de consigne d’une amplitude supérieure à un seuil prédéfini dmNH3_2 et la température dans le filtre à particules à revêtement SCRF est comprise entre les seuils prédéfinis T9 et T10 ; la seconde installation de dosage est considérée comme défectueuse.
Les seuils T6-T10 ci-dessus se définissent dans une certaine mesure comme suit :
Le seuil T6 correspond à la température du catalyseur SCR à partir de laquelle on peut avoir des diminutions de conversion car le catalyseur SCR, notamment en comparaison avec le filtre à particules à revêtement SCR, est trop froid. En fonction des données du système de catalyseur, la température est par exemple à environ 250°C.
Les températures T7 et T8 désignent les limites de température pour le filtre à particules à revêtement SCR entre lesquelles on peut s’attendre à une bonne conversion NOx sans oxyder de l’ammoniac en excédent. En fonction des données du système, la température T7 se situe par exemple à environ 180°C et T8 se situe par exemple à environ 350°C.
Les températures T9 et T10 sont les limites de température pour le filtre à particules à revêtement SCR entre lesquelles on aura une bonne conversion des oxydes d’azote NOx sans oxyder trop d’ammoniac. Les températures T9 et T10 peuvent légèrement différer des températures T7 et T8 pour optimiser lTiystérésis de commutation entre les états « soupape de dosage 1 » et « soupape de dosage 2 » pour éviter un basculement entre ces états. En fonction des données du système, la température T9 sera par exemple de l’ordre de 180°C et la température T10 sera par exemple de l’ordre de 325°C.
Les seuils des températures, la charge en ammoniac NH3 et les débits massiques sont de préférence réglés selon des paramètres de fonctionnement et/ou de l’état et des données du catalyseur SCR et/ou du filtre à particules à revêtement SCR et sont ainsi adaptés à la réalisation pratique de chaque système.
Les seuils dmNH3_l et dmNH3_2 peuvent se présenter notamment sous la forme de courbes caractéristiques dépendant de la température respective du catalyseur. De façon préférentielle, le seuil mNH3_l dépend notamment de l’âge du catalyseur. D’une manière particulièrement avantageuse, les différents seuils peuvent, si nécessaire, dépendre de la température des gaz d’échappement, des débits massiques d’oxydes d’azote NOx et des gaz d’échappement, du rapport NO2, de l’état de vieillissement, de l’encrassage par le noir de fumée et de la charge en noir de fumée et/ou en hydrocarbures des installations de catalyseurs. Cela se fait par exemple à l’aide d’un champ de caractéristiques à une ou plusieurs dimensions.
Un avantage particulier du procédé est que pour le système de catalyseurs SCR avec des installations de dosage, en cas de défaillance de l’une deux installations de dosage, en cas de défaillance de l’une des installations de dosage, l’autre installation de dosage peut injecter l’agent réducteur, le cas échéant assurer complètement cette injection si bien que le procédé de post-traitement des gaz d’échappement sera garanti dans les catalyseurs SCR.
De façon préférentielle, les conditions de commutation évoquées ci-dessus sont débloquées les unes par rapport aux autres.
Selon un développement préférentiel du procédé de l’invention, après commutation entre les installations de dosage, on peut bloquer toute autre commutation pendant une durée prédéfinie Tl. La durée prédéfinie se situe par exemple dans une plage de quelques secondes, par exemple cette durée est comprise entre 5-20 s, par exemple cette plage correspond à 10 s. Cela a l’avantage que le blocage dans le temps permet au système hydraulique de se stabiliser en amortissant.
Si l’injection de l’agent réducteur se fait par la première installation de dosage, la commande du système est faite de préférence sous la forme d’une précommande fondée sur un modèle, en particulier le niveau de remplissage de consigne des filtres à particules à revêtement SCR réagit à la charge d’ammoniac NH3 du catalyseur SCR, de façon comparable au procédé connu selon le document DE 10 2012 221 905 Al. Cela peut également se faire si l’injection ne se fait que préférentiellement et non pas complètement par la première installation de dosage. Si l’injection se fait complètement ou au moins en grande partie par la seconde installation de dosage, les fonctions de commande peuvent être dédoublées dans le programme de commande, notamment du point de vue de la précommande et du régulateur du niveau de remplissage. Dans ce cas, comme dans un système SCR usuel, l’injection sera régulée en fonction du niveau de remplissage de consigne et du régulateur d’état de remplissage.
Selon un développement du système de catalyseurs SCR dans lequel les deux installations de dosage sont commandées indépendamment l’une de l’autre et qui peuvent aussi être commandées simul tanément, il n’y a pas de commutation entre les deux installations de dosage. Dans cette réalisation du système de catalyseurs, les commandes des deux états, c'est-à-dire pour une injection par la première installation de dosage et pour une injection par la seconde installation de dosage, pourront se faire en parallèle. L’invention a également pour objet un système de catalyseurs d’un moteur à combustion interne, le système comportant au moins un catalyseur SCR et au moins un filtre à particules à revêtement SCR installé en amont. Pour injecter de l’agent réducteur liquide pour le catalyseur SCR et/ou pour le filtre à particules à revêtement SCR, il est prévu une première installation de dosage en amont du filtre à particules à revêtement SCR et une seconde installation de dosage en amont du catalyseur SCR mais en aval du filtre à particules à revêtement SCR, c'est-à-dire que cette seconde installation se trouve entre le filtre à particules à revêtement SCR et le catalyseur SCR. Selon l’invention, ce système de catalyseurs SCR est conçu pour exécuter le procédé décrit ci-dessus.
Le filtre à particules à revêtement SCR peut être précédé d’un catalyseur d’oxydation. Le catalyseur SCR peut être suivi d’un catalyseur de nettoyage. Les deux installations de dosage peuvent être commandées indépendamment l’une de l’autre, ou activées simultanément car elles sont alimentées par une pompe commune fournissant l’agent réducteur. Vis-à-vis des caractéristiques du système de catalyseurs SCR, on se reportera à la description donnée ci-dessus. L’invention a également pour objet un programme d’ordinateur pour la mise en œuvre des étapes du procédé de l’invention. L’invention a également pour objet un support de mémoire lisible par une machine et sur lequel est enregistré le programme d’ordinateur ainsi qu’un appareil de commande électronique pour la mise en œuvre des étapes du procédé décrit. La réalisation du procédé de l’invention sous la forme d’un programme d’ordinateur ou d’un support de mémoire lisible par une machine ou encore d’un appareil de commande électronique présente l’avantage particulier que le procédé de l’invention peut ainsi être utilisé par des véhicules déjà fabriqués et qui sont équipés d’un système de catalyseurs SCR comportant deux installations de catalyseurs SCR et deux installations de dosage pour l’agent réducteur requis. Cela permet de concevoir des véhicules existant pour le procédé selon l’invention et d’utiliser ainsi les avantages du procédé.
Description de modes de réalisation
La figure unique montre schématiquement un exemple de réalisation d’un système de catalyseurs pour la mise en œuvre du procédé de l’invention. La figure montre la conduite des gaz d’échappement d’un moteur à combustion interne non détaillé ; cette conduite est traversée par les gaz d’échappement dans la direction de la flèche. Le système de post-traitement des gaz d’échappement comporte un catalyseur d’oxydation Diesel DOC 10, suivi d’un filtre à particules à revêtement SCR (SCRF) 20. Ensuite, en aval, il y a un catalyseur SCR (SCR) 30, lui-même suivi d’un catalyseur de nettoyage CUC (non représenté). Entre le catalyseur d’oxydation Diesel 10 et le filtre à particules à revêtement SCR 20, il y a une première installation de dosage 40 pour doser une solution liquide d’agent réducteur. Cette installation de dosage 40 se trouve ainsi en amont du filtre à particules SCRF 20. En aval du filtre à particules SCRF 20 et en même temps en amont du catalyseur SCR 30, il y a une seconde installation de dosage 50 pour doser la solution liquide d’agent réducteur. Les installations de dosage 40 et 50 sont des soupapes de dosage ou injecteurs usuels. Les installations de dosage 40 et 50 permettent d’introduire une solution d’agent réducteur liquide, par exemple une solution aqueuse d’urée (par exemple connue sous la marque AdBlue) ou un agent réducteur comparable. Différents capteurs, en particulier pour les composants NOx, NH3 et les températures, sont prévus. Ces capteurs non représentés fournissent des signaux servant à la commande du procédé de post-traitement des gaz d’échappement.
La mise en œuvre du procédé de l’invention ne se limite pas à une telle installation. En principe l’invention peut également s’appliquer à d’autres systèmes de post-traitement des gaz d’échappement dans la mesure où ils comportent au moins deux installations de catalyseurs SCR (par exemple les catalyseurs SCRF 20 et SCR 30) ainsi que deux installations de dosage pour l’agent réducteur nécessaire, la première installation de dosage étant en amont de la première installation de catalyseurs SCR (par exemple l’installation SCRF 20) et la seconde installation de dosage étant entre la première installation de catalyseurs SCR (par exemple SCRF 20) et la seconde installation de catalyseurs (par exemple SCR 30). Le système est conçu pour que les deux installations de dosage 40 puissent fonctionner indépendamment l’une de l’autre ou dans le cas d’un système plus économique, pour ne pas être actionnées simultanément en étant par exemple alimentées par une pompe commune.
Le fonctionnement selon l’invention, d’un tel système de catalyseurs SCR, peut utiliser un programme de commande, par exemple un automate, à deux états. Dans l’état « soupape de dosage 1 », le dosage de l’agent réducteur se fait avec la première installation de dosage 40 et dans l’état « soupape de dosage 2 », le dosage de l’agent réducteur se fait par la seconde installation de dosage 50. Au début d’un cycle de conduite, l’état « soupape de dosage 1 » sera activé. On commutera sur l’état « soupape de dosage 2 » si l’installation de dosage 50 n’est pas défectueuse et si en plus, l’une des conditions suivantes est remplie : on est en régénération du filtre à particules SCRF 20 et la température dans le filtre SCRF 20 dépasse un seuil Tl et la température dans le filtre SCR 30 dépasse un seuil T2, la température dans le filtre à particules à revêtement SCRF 20 est supérieure à un seuil T3 et la température dans le catalyseur SCR 30 est supérieure à un seuil T4, la charge en ammoniac NH3 du catalyseur SCR 30 est inférieure à un seuil mNH3_l et l’écart de la charge du filtre à particules SCRF 20 par rapport à un seuil est inférieur en amplitude à un seuil dmNH3_l. La température dans le catalyseur SCR 30 dépasse un seuil T5 et le débit massique d’oxydes d’azote NOx est inférieur à un seuil dmNOx_l, l’installation de dosage 40 est considérée comme défectueuse.
On aura une commutation en retour sur l’état « soupape de dosage «2 » si l’installation de dosage 40 n’est pas défectueuse et en plus, si l’une des conditions suivantes est remplie : le filtre à particules à revêtement SCRF 20 n’est pas en régénération et la température dans le catalyseur SCR 30 est inférieure à un seuil T6 ; la température dans le filtre à particules SCRF 20 est comprise entre les seuils T7 et T8, la différence de la charge en ammoniac NH3 du filtre à particules SCRF 20 par rapport à une charge de consigne est supérieure en amplitude à dmNH3_2 et la température dans le filtre SCRF 20 est comprise entre les seuils T9 et T10.
De façon préférentielle, toutes ces conditions de commutation sont sans interférence dans le temps. En outre, il est avantageux, après une opération de commutation, de bloquer d’autres demandes de commutation pendant une durée déterminée T1 pour permettre au système hydraulique de s’amortir.
NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX
10 Catalyseur d’oxydation Diesel DOC
20 Filtre à particules à revêtement SCR, filtre SCRF
30 Catalyseur SCR 40 Installation de dosage 50 Installation de dosage

Claims (13)

  1. REVENDICATIONS 1°) Procédé de gestion d’un système de catalyseurs SCR d’un moteur à combustion interne le système de catalyseurs SCR comportant au moins un catalyseur SCR (30) et au moins un filtre à particules à revêtement SCR (20) en amont de celui-ci, procédé caractérisé en ce que pour injecter de l’agent réducteur liquide pour le catalyseur SCR (30) et/ou le filtre à particules à revêtement SCR (20), on prévoit une première position d’injection en amont du filtre à particules à revêtement SCR (20) sous la forme d’une première installation de dosage (40) et une seconde position d’injection en amont du catalyseur SCR (30) et en aval du filtre à particules à revêtement SCR (20) sous la forme d’une seconde installation de dosage (50), les positions d’injection pour injecter de l’agent réducteur liquide étant choisies selon des états de fonctionnement du système de catalyseurs SCR.
  2. 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de catalyseurs SCR comporte, à la place du filtre à particules à revêtement SCR (20), un filtre à particules avec un catalyseur SCR installé en amont de celui-ci.
  3. 3°) Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que dans un deuxième état de fonctionnement dans lequel la température du filtre à particules à revêtement SCR (20) est supérieure à un seuil prédéfini, on injecte de l’agent réducteur liquide, principalement par la seconde installation de dosage (50).
  4. 4°) Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que dans un état de fonctionnement dans lequel on régénère le filtre à particules à revêtement SCR (20), on injecte de l’agent réducteur liquide essentiellement à l’aide de la seconde installation de dosage (50).
  5. 5°) Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’ au démarrage du moteur à combustion interne, notamment en cas de démarrage à froid, on injecte de l’agent réducteur liquide essentiellement à l’aide de la première installation de dosage (40).
  6. 6°) Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’ en mode de fonctionnement normal, on injecte de l’agent réducteur liquide au moins par phase, de préférence par la seconde installation de dosage (50).
  7. 7°) Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’ au démarrage du moteur à combustion interne, on effectue une injection par la première installation de dosage (40) et on commute sur la seconde installation de dosage (50) si la seconde installation de dosage (50) n’est pas défectueuse et si au moins l’une des conditions suivantes est remplie : il y a régénération du filtre à particules à revêtement SCR (20) et sa température est supérieure à un seuil prédéfini Tl et la température dans le catalyseur SCR (30) est supérieure à un seuil prédéfini T2 ; - la température dans le filtre à particules à revêtement SCRF (20) est supérieure à un seuil prédéfini T3 et la température dans le catalyseur SCR (30) est supérieure à un seuil prédéfini T4 ; - la charge en ammoniac NH3 du catalyseur SCR (30) est inférieure à un seuil prédéfini mNH3_l et la différence entre la charge d’ammoniac NH3 du filtre à particules SCRF (20) par rapport à la valeur de consigne est inférieure en amplitude à un seuil prédéfini dmNH3_l et la température dans le catalyseur SCR (30) est in férieure à un seuil prédéfini T5 et le débit massique d’oxydes d’azote NOx est inférieur à un seuil dmNOx_l ; - la première installation de dosage (40) est considérée comme défectueuse.
  8. 8°) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu’ on commute en retour sur la première installation de dosage (40) si la première installation de dosage (40) n’est pas défectueuse et si au moins l’une des conditions suivantes est remplie : il n’y a pas de régénération du filtre à particules à revêtement SCRF (20), la température dans le catalyseur SCR (30) est inférieure à un seuil prédéfini T6 et la température dans le filtre à particules à revêtement SCRF (20) est comprise entre les seuils prédéfinis T7 et T8 ; la différence de la charge en ammoniac NH3 du filtre à particules à revêtement SCRF (20) diffère de la valeur de consigne d’une amplitude supérieure à un seuil prédéfini dmNH3_2 et la température dans le filtre à particules à revêtement SCRF (20) est comprise entre les seuils prédéfinis T9 et T10 ; la seconde installation de dosage (50) est considérée comme défectueuse.
  9. 9°) Procédé selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé en ce qu’ après la commutation entre les installations de dosage (40, 50), on bloque toute commutation ultérieure pendant une durée prédéfinie Tl.
  10. 10°) Procédé selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu’ pour une injection par la première installation de dosage (40), on commande le système de catalyseurs SCR par une précommande basée sur un modèle.
  11. 11°) Système de catalyseurs SCR pour un moteur à combustion interne comportant au moins un catalyseur SCR (30) et au moins un filtre à particules à revêtement SCR (20) en amont, système caractérisé en ce que pour injecter l’agent réducteur de liquide pour le catalyseur SCR (30) et/ou pour le filtre à particules à revêtement SCR (20), il comporte une première installation de dosage (40) en amont du filtre à particules à revêtement SCR (20) et une seconde installation de dosage (50) en amont du catalyseur SCR (30) et en aval du filtre à particules à revêtement SCR (20), le système de catalyseurs SCR étant conçu pour exécuter un procédé selon l’une des revendications 1 à 9.
  12. 12°) Système de catalyseurs SCR selon la revendication 11, caractérisé en ce qu’ à la place du filtre à particules à revêtement SCR (20), il comporte un filtre à particules avec en amont de celui-ci, un catalyseur SCR.
  13. 13°) Programme d’ordinateur conçu pour exécuter les étapes d’un procédé selon l’une des revendications 1 à 10 et support de mémoire lisible par une machine comportant un tel programme d’ordinateur ainsi qu'appareil de commande électronique pour exécuter les étapes du procédé selon l’une des revendications 1 à 10.
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