FR3045104A1

FR3045104A1 - Procede de correction d'une valeur modelisee d'une concentration d'oxydes d'azote nox

Info

Publication number: FR3045104A1
Application number: FR1662050A
Authority: FR
Inventors: Frank Schweizer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-12-09
Filing date: 2016-12-07
Publication date: 2017-06-16
Also published as: DE102015224670A1; CN106948911B; CN106948911A

Abstract

Procédé de correction d'une valeur modélisée d'une masse NOx (mNOxUS,mod) en amont d'un catalyseur SCR (12) dans la conduite des gaz d'échappement (10) d'un véhicule automobile qui comporte un capteur NOx (172) en aval du catalyseur SCR (12) et un observateur de niveau de remplissage (161). Selon le procédé on surveille à la fois la demande spécifique d'agent de dosage (DBS) de l'observateur de niveau de remplissage (161) et aussi une information fournie par un capteur de qualité (162) qui surveille la qualité de l'agent de dosage (141) pour corriger la masse NOx (mNOxUS,mod) en amont du catalyseur SCR (12).

Description

Domaine de l’invention

La présente invention se rapporte à un procédé de correction de la valeur modélisée d’une masse d’oxydes d’azote NOx en amont d’un catalyseur SCR dans la conduite des gaz d’échappement d’un véhicule automobile. L’invention se rapporte également à un programme d’ordinateur exécutant les étapes du procédé lorsqu’il est appliqué par un calculateur ainsi que support de mémoire lisible par une machine comportant l’enregistrement du programme d’ordinateur ainsi qu'appareil de commande électronique pour appliquer le procédé de l’invention.

Etat de la technique

Le procédé SCR (procédé de réduction catalytique sélective) servant à réduire les oxydes d’azote (NOx) contenus dans les gaz d’échappement riches en oxygène repose sur la réduction catalytique sélective faite à l’aide d’une solution aqueuse d’urée (HWL) diffusée dans le commerce sous la dénomination AdBlue ®. Cette solution se compose d’un tiers d’urée comme réactif donnant de l’ammoniac et deux tiers d’eau. Une buse pulvérise le liquide directement en amont du catalyseur SCR dans la veine des gaz d’échappement. Il en résulte de l’urée qui donne l’ammoniac (NH3) nécessaire pour la réaction. Dans le catalyseur SCR, les oxydes d’azote des gaz d’échappement et l’ammoniac se combinent pour donner de l’eau et de l’azote. Le rendement du catalyseur SCR dépend de la température, de la vitesse d’espace et d’une manière particulièrement décisive, de la charge d’ammoniac. Les catalyseurs SCR stockent par adsorption à leur surface, une certaine masse d’ammoniac. Ainsi, pour la réduction des oxydes d’azote, en plus de la solution aqueuse d’urée, et de ce dosage direct on a de l’ammoniac accumulé ce qui augmente le rendement du catalyseur par rapport à celui d’un catalyseur vide.

Dans les systèmes SCR actuels on utilise un dispositif appelé observateur de niveau de remplissage de NH3 pour régler le niveau de remplissage d’agent réducteur du système SCR si l’on n’a pas de capteur d’oxydes d’azote NOx en amont du catalyseur SCR. Le document DE 10 2012 221 574 Al décrit, de manière détaillée, un observateur de niveau de remplissage.

Exposé et avantages de l’invention

La présente invention a pour objet un procédé de correction d’une valeur modélisée d’une masse NOx en amont d’un catalyseur SCR dans la conduite des gaz d’échappement d’un véhicule automobile qui comporte un capteur NOx en aval du catalyseur SCR et un observateur de niveau de remplissage, ce procédé étant caractérisé en ce qu’on surveille à la fois la demande spécifique d’agent de dosage par l’observateur de niveau de remplissage et aussi une information fournie par un capteur de qualité qui surveille la qualité de l’agent de dosage pour corriger la masse NOx en amont du catalyseur SCR.

Ce procédé est très avantageux car il supprime le capteur NOx en amont du catalyseur SCR.

De façon préférentielle, à l’aide du capteur de qualité on détermine la concentration de la matière contenue dans l’agent de dosage, par exemple l’urée. Le signal fourni par le capteur de qualité est appliqué à un programme d’exploitation dans l’appareil de commande électronique du véhicule qui transforme ce signal de sortie fourni par le capteur de qualité en une concentration d’urée de l’agent de dosage. Avec la concentration d’urée, on pourra avantageusement déterminer, dans une autre étape du procédé, la masse d’urée dosée actuellement dans la conduite des gaz d’échappement.

De manière avantageuse, pour déterminer le coefficient de correction de la masse NOx en amont du catalyseur SCR, on utilise les masses d’ammoniac NH3 et d’oxydes d’azote NOx. Un avantage de ce procédé est qu’à l’aide du rapport des masses d’ammoniac NH3 et d’oxydes d’azote NOx on détermine la demande d’agent de dosage spécifique, connue, à l’aide de la relation suivante :

(1)

Dans cette formule uinh 3 DosAct représente la masse actuellement dosée d’ammoniac NH3, mNOxus,mod représente la masse modélisée non corrigée d’oxydes d’azote NOx en amont du catalyseur SCR et m.NOxDs,mod représente la masse modélisée d’oxydes d’azote NOx en aval du catalyseur SCR.

Selon un développement, on filtre les masses d’ammoniac NH3 et d’oxydes d’azote NOx pour déterminer le coefficient de correction. Pour cela, on intègre, dans un intégrateur qui leur est propre, les masses respectives d’ammoniac NH3 et d’oxydes d’azote NOx. Dès que l’un des intégrateurs atteint un seuil prédéfini, on multiplie tous les intégrateurs au même instant avec un coefficient. Ce coefficient est compris entre 0 et 1 ; il est de préférence égal à 0,9. En fonction du seuil, on obtient ainsi un filtrage plus ou moins important des valeurs dans les intégrateurs, c’est-à-dire les masses d’ammoniac NH3 et d’oxydes d’azote NOx et ainsi on aura le filtrage voulu.

En particulier, on optimise le filtrage des masses d’ammoniac NH3 et d’oxydes d’azote NOx pour apprendre le coefficient de correction après le démarrage du moteur et la libération de la régulation au cours d’une première durée prédéterminée et, dans les phases sans libération de la régulation, qui sont inférieures à une seconde durée prédéfinie, on continue de les appliquer. Cette procédure permet de disposer plus rapidement du coefficient de correction pour corriger la masse d’oxydes d’azote NOx en amont du catalyseur SCR ce qui est avantageux.

Le procédé selon l’invention se déroule notamment en plusieurs étapes. Tout d’abord on vérifie la qualité de l’agent de dosage à l’aide du capteur de qualité. La qualité de l’agent de dosage est la concentration d’une matière contenue dans l’agent de dosage. Ensuite, on détermine la demande spécifique de l’agent de dosage. Puis, on détermine le coefficient de correction C pour corriger la masse d’oxydes d’azote NOx en amont du catalyseur SCR. Un avantage de ce procédé est qu’à l’aide de la qualité connue de l’agent de dosage, et à partir de la masse d’ammoniac NH3 dosée actuellement dans la conduite des gaz d’échappement, comme cela était indiqué ci-dessus et avec la demande spécifique de l’agent de dosage (voir la formule 1) on détermine de manière simple le coefficient de correction comme suit :

(2)

Dans cette formule, mNH3Cnv est la masse modélisée d’oxydes d’azote NOx transformée ; mNoxDs,sen est la masse d’oxydes d’azote NOx mesurée en aval du catalyseur SCR.

Une variante de formule pour calculer le coefficient de correction C par rapport à la formule (2) donnée ci-dessus est la suivante :

(3)

Dans cette formule mNOxus,mod,corr, est la masse modélisée d’oxydes d’azote NOx, déjà corrigée, en amont du catalyseur SCR et k est une constante prédéfinie qui correspond à un coefficient d’amplification. Dans ce cas, on détermine ainsi le coefficient de correction C en ce que l’on divise la masse d’oxydes d’azote NOx, modélisée, non corrigée, en amont du catalyseur SCR par la masse d’oxydes d’azote NOx, modélisée, corrigée dans l’étape suivante, avant le catalyseur SCR. Dans une première étape on obtient le coefficient de correction C égal à l’unité car dans la première étape on prend pour la masse d’oxydes d’azote NOx modélisée, corrigée, en amont du catalyseur SCR, la masse d’oxydes d’azote NOx modélisée non corrigée en amont du catalyseur SCR, c’est-à-dire la valeur qu’un modèle donne pour la masse d’oxydes d’azote NOx en amont du catalyseur SCR. Un avantage de ce procédé est de pouvoir calculer de façon simple le coefficient de correction C.

En particulier, avant de déterminer la demande spécifique d’agent de dosage on modélise la valeur de la masse d’oxydes d’azote NOx à la fois en amont et en aval du catalyseur SCR. A partir de la différence des masses modélisées d’oxydes d’azote NOx en aval et en amont du catalyseur SCR on obtient avantageusement la masse transformée d’oxydes d’azote NOx c’est-à-dire mNH3Cnv, du modèle.

Selon un développement, avant de déterminer le coefficient de correction pour corriger la masse d’oxydes d’azote NOx en amont du catalyseur SCR, on mesure la masse des oxydes d’azote NOx en aval du catalyseur SCR à l’aide d’un capteur d’oxydes d’azote NOx (capteur NOx). Cette procédure est très avantageuse car la masse mesurée d’oxydes d’azote mNoxDs,sen en aval du catalyseur SCR est utilisée pour calculer le coefficient de correction.

Selon un développement de l’invention, avant de déterminer la demande spécifique d’agent de dosage, on détermine la masse actuellement dosée d’oxydes d’azote NH3. Cette masse se détermine à l’aide de la masse de l’agent de dosage qui a été dosée dans le système de dosage et la qualité de l’agent de dosage que l’on aura déterminée au préalable. La masse actuellement dosée d’ammoniac NH3 (uinh3 DosAct) est avantageusement utilisée pour calculer la demande spécifique de l’agent de dosage et ainsi pour calculer le coefficient de correction.

De façon préférentielle, on applique le coefficient de correction obtenu à la valeur modélisée de la masse d’oxydes d’azote NOx en amont du catalyseur SCR. Ainsi, on corrige avantageusement la valeur modélisée de la masse NOx et la masse de commande préalable d’urée, correspondante, pour le catalyseur SCR.

Selon un développement de l’invention, après un cycle de conduite du véhicule, on enregistre le coefficient de correction dans une mémoire, ce qui permet d’utiliser le coefficient de correction au début du cycle de fonctionnement suivant pour corriger la masse d’oxydes NOx en amont du catalyseur SCR car on ne pourra déterminer de manière utile la demande spécifique d’agent de dosage nécessaire à déterminer le coefficient de correction qu’à partir d’un certain temps à compter du démarrage à froid du véhicule.

Selon un autre développement de l’invention, on répartit l’écart de la demande d’agent de dosage en une partie affectée à un défaut d’oxydes NOx en amont du catalyseur SCR et en un défaut de masse de dosage. Ce procédé permet de constater avantageusement pour quel pourcentage le modèle est responsable d’une imprécision de la masse d’oxydes NOx et à quel pourcentage cette imprécision du module de dosage joue un rôle. Pour déterminer l’erreur de dosage, on utilise les tolérances partielles du système de dosage fournies par son fabriquant. L’invention concerne en outre un programme d’ordinateur pour exécuter les étapes du procédé de l’invention, notamment lorsque ce programme est appliqué par un appareil de calcul ou un appareil de commande électronique, ce qui permet d’implémenter le procédé de l’invention avec un appareil de commande électronique sans avoir à effectuer des modifications constructives. L’invention porte en outre sur un support de mémoire lisible par une machine qui contient l’enregistrement du programme ainsi que sur un appareil de commande électronique pour appliquer le programme.

Dessins

La présente invention sera décrite ci-après, de manière plus détaillée, à l’aide d’exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est le schéma d’un système de catalyseur SCR et, la figure 2 est l’ordinogramme d’un exemple de réalisation du procédé de l’invention.

Description de modes de réalisation

La figure 1 montre la conduite des gaz d’échappement 10 d’un moteur à combustion interne 11 d’un véhicule habituel. La conduite des gaz d’échappement 10 comporte un catalyseur SCR 12. Le catalyseur SCR 12 est alimenté par un module de dosage 13 avec une solution d’agent de dosage 141 d’un réservoir 14.

Dans l’exemple de réalisation décrit, le moyen de dosage est une solution aqueuse d’urée (HWL). Le module de dosage 13 comporte une pompe de transfert 131 qui prélève la solution d’agent de dosage 141 du réservoir 14 par une conduite d’aspiration 15. La solution d’agent de dosage 141 est transmise à une soupape électromagnétique de dosage 133 par une conduite de pression 132. La soupape de dosage 133 injecte la solution d’agent de dosage 141 dans la conduite des gaz d’échappement 10 entre le moteur à combustion interne 11 et le catalyseur SCR 12. La pompe de transfert 131 et la soupape de dosage 133 sont commandées par un appareil de commande électronique 16 qui comporte un observateur de niveau de remplissage 161. Un capteur d’oxydes d’azote NOx 172 installé en aval du catalyseur SCR 12 dans la conduite des gaz d’échappement 10 fournit les données de mesure relatives à la masse d’oxydes d’azote NOx dans la conduite des gaz d’échappement 10 à l’appareil de commande 16 qui traite ces données entre autres dans l’observateur de niveau de remplissage 161. Le fond du réservoir 14 comporte un capteur de qualité 142 qui surveille la qualité de la solution d’agent de dosage 141. Dans cet exemple de réalisation, le capteur de qualité 142 est sous la forme d’un capteur à ultrasons. Les données fournies en sortie par le capteur de qualité 142 sont transmises à un programme d’exploitation 162 de l’appareil de commande électronique 16. Celui-ci détermine la concentration d’urée de la solution d’agent de dosage 141 à partir des données fournies par le capteur à ultrasons 142. Dans cet exemple de réalisation, la qualité de la solution d’agent de dosage 141 est la concentration en urée.

La figure 2 montre l’ordinogramme d’un exemple de réalisation du procédé de l’invention. Après le démarrage du procédé dans l’étape 20, on modélise tout d’abord dans l’étape 21, la masse d’oxydes d’azote NOx en amont mNOxus,mod et celle en aval mNOxDs,mod du catalyseur SCR 12. Dans l’étape 22 suivante on vérifie la qualité de la solution d’agent de dosage 141. Pour cela, avec le capteur à ultrasons 142 on mesure le temps de parcours du signal d’ultrasons dans la solution d’agent de dosage 141 à partir de laquelle on détermine ensuite dans l’unité d’exploitation 162, la concentration en urée de la solution d’agent de dosage 141.

Dans l’étape 23 suivante on détermine la masse d’ammoniac NH3 actuellement dosée m.NH3DosAct à partir de la masse dosée de solution d’agent de dosage et de la qualité déterminée de la solution d’agent de dosage 141. La demande spécifique d’agent de dosage DBS se détermine ensuite dans l’étape 24 à l’aide de la formule (1). Pour déterminer la demande spécifique d’agent de dosage DBS on utilise la masse d’ammoniac NH3 et la masse d’oxydes d’azote NOx filtrée préalablement. Pour cela, on intègre chaque masse dans un intégrateur et dès que l’un des intégrateurs atteint un seuil prédéfini, on multiplie tous les intégrateurs au même instant avec un coefficient. Dans l’exemple de réalisation décrit, ce coefficient est égal à 0,9. Ainsi, à partir des masses modélisées d’oxydes d’azote NOx et de la qualité obtenue de la solution d’agent de dosage 141, on détermine la demande spécifique d’agent de dosage DBS.

Dans l’étape 25 du procédé, à l’aide du capteur d’oxydes d’azote NOx 172, on mesure la masse d’oxydes d’azote NOx mNOxDs,sen des gaz d’échappement en aval du catalyseur SCR 12.

Dans l’étape 26 suivante, à l’aide de la demande spécifique d’agent de dosage DBs et de la masse d’oxydes d’azote NOx, mesurée en aval du catalyseur SCR 12 on calcule le coefficient de correction C pour corriger la masse modélisée d’oxydes d’azote NOx en amont du catalyseur SCR 12 selon la formule (2).

Dans l’étape 27 on applique le coefficient de correction C à la valeur modélisée de la masse d’oxydes d’azote NOx en amont du catalyseur SCR 12 de façon à avoir une meilleure commande préalable de la masse d’ammoniac NH3 à doser dans l’étape 28 en se fondant sur la masse corrigée d’oxydes d’azote NOx mNOxus,mod,corr en amont du catalyseur SCR 12.

Selon un mode de réalisation, on enregistre le coefficient de correction C dans une mémoire après un cycle de fonctionnement du véhicule pour disposer du coefficient de correction C au début du cycle de conduite suivant pour effectuer la correction.

Selon un autre développement, on répartit l’écart déterminé de la demande d’agent de dosage DBS en une partie concernant l’erreur des oxydes d’azote NOx en amont du catalyseur SCR et en une erreur de dosage. Pour déterminer l’erreur de dosage (erreur de la quantité dosée) on utilise les tolérances partielles du système de dosages, fournies par son fabricant.

Selon un autre développement, on optimise le filtrage de la masse d’ammoniac NH3 et de la masse d’oxydes d’azote NOx pour apprendre le coefficient de correction C après le démarrage du moteur et la libération de la régulation au cours d’une première durée prédéfinie et pour continuer à l’appliquer dans les phases sans libération de la régulation, et dont la durée est inférieure à une seconde durée prédéfinie.

La figure 3 montre, à titre d’exemple, la courbe de différents signaux massiques d’oxydes d’azote NOx en grammes par unité de temps (secondes). L’expression mNOxus,true correspond au tracé du signal massique "vrai" des oxydes d’azote NOx en amont du catalyseur SCR 12, c’est-à-dire un signal massique mesuré, d’oxydes d’azote NOx qui, avec le tracé portant la référence NOx mNOxus,mod,corr correspond à une valeur modélisée, corrigée, mNOxus,mod du signal massique des oxydes d’azote NOx en amont du catalyseur SCR 12 et le tracé portant la référence m.NOxus,mod correspond à une valeur modélisée, non corrigée, m.NOxus,mod du signal massique des oxydes d’azote NOx en amont du catalyseur SCR 12. Par cette représentation on explicite à la fois l’application du procédé pour corriger la valeur modélisée mNOxus,mod de la masse des oxydes d’azote NOx en amont du catalyseur SCR 12. La « valeur vraie » du signal massique d’oxydes d’azote NOx (courbe m.NOxus,vrai) a été réduite d’au moins 30% dans une simulation (tracé m.NOxUS,mo d) pour représenter faussement une valeur modélisée trop faible mNOxus,mod du signal massique des oxydes d’azote NOx en amont du catalyseur SCR 12. Cette valeur modélisée mNOxus.mod, trop basse (courbe mNOxus,mod) a été corrigée avec le coefficient de correction C fondé sur la demande spécifique d’agent de dosage DBS. Le résultat est la courbe portant la référence mNOxus,mod,corr qui représente l’évolution de la valeur modélisée corrigée mNOxus,mod,corr du signal massique des oxydes d’azote NOx en amont du catalyseur SCR 12. La figure 3 montre clairement que l’évolution de la valeur modélisée corrigée est m.NOxus,mod,corr du signal de mesure NOx est plus proche du tracé de la valeur "vrai" du signal massique mNOxus,vrai que le tracé de la valeur modélisée non corrigée mNOx mNOxus,mod du signal massique d’oxydes d’azote NOx.

NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 10 Conduite des gaz d’échappement 11 Moteur à combustion interne

12 Catalyseur SCR 13 Module de dosage 131 Pompe de transfert 132 Conduite sous pression 133 Soupape de dosage 14 Réservoir 141 Solution d’agent de dosage 142 Capteur de qualité 15 Conduite d’aspiration 161 Observateur de niveau de remplissage 162 Unité d’exploitation 172 Capteur d’oxydes d’azote NOx 20-28 Etapes de l’ordinogramme mettant en œuvre le procédé

Claims

REVENDICATIONS 1°) Procédé de correction d’une valeur modélisée d’une masse NOx (m.NOxus,mod) en amont d’un catalyseur SCR (12) dans la conduite des gaz d’échappement (10) d’un véhicule automobile qui comporte un capteur NOx (172) en aval du catalyseur SCR (12) et un observateur de niveau de remplissage (161), procédé caractérisé en ce qu’ on surveille à la fois la demande spécifique d’agent de dosage (DBS) de l’observateur de niveau de remplissage (161) et aussi une information fournie par un capteur de qualité (162) qui surveille la qualité de l’agent de dosage (141) pour corriger la masse NOx (mNOxus,mod) en amont du catalyseur SCR (12).
2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’ à l’aide du capteur de qualité (162) on détermine la concentration de la matière contenue dans l’agent de dosage (141).
3°) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que pour déterminer un coefficient de correction (C) de la masse NOx (m.NOxus,mod) en amont du catalyseur SCR (12) on utilise les masses de NH3 et de NOx.
4°) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que pour déterminer le coefficient de correction (C) on filtre les masses de NH3 et de NOx.
5°) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu’ on optimise le filetrage des masses NH3 et NOx pour apprendre le coefficient de correction (C) après le démarrage du moteur et la libération de la régulation dans une durée prédéfinie et continuer à les appliquer dans des phases sans libération de la régulation qui sont moins longues qu’une durée prédéfinie.
6°) Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes suivantes : a. vérifier (22) la qualité de l’agent de dosage (141) à l’aide du capteur de qualité (162), b. déterminer (24) la demande spécifique d’agent de dosage (DBS), c. déterminer (26) le coefficient de correction (C).
7°) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu’ avant de déterminer la demande spécifique d’agent de dosage (DBS) on modélise (21) la valeur de la masse d’oxydes d’azote NOx à la fois en amont (mNOxus,mod) et aussi en aval (mNOxDs,mod) du catalyseur SCR (12).
8°) Procédé selon les revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu’ avant de déterminer le coefficient de correction (C) on mesure (25) la masse NOx (mNOxDs,sen) en aval du catalyseur SCR (12) à l’aide du cat-peur NOx (172).
9°) Procédé selon l’une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu’ avant de déterminer (24) la demande spécifique d’agent de dosage (DBS) on détermine (23) la masse actuellement dosée NH3 (m.NH3DosAct) à l’aide de la masse de l’agent de dosage (24) qui a été dosé dans le système de dosage (13) et la qualité d’agent de dosage (141) déterminée au préalable.
10°) Procédé selon l’une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu’ on applique (27) le coefficient de correction déterminé (C) à la valeur modélisée de la masse NOx (mNOxus,mod) en amont du catalyseur SCR (12).
11°) Procédé selon l’une des revendications 3 à 10, caractérisé en ce qu’ on enregistre le coefficient de correction (C) dans une mémoire après un cycle de conduite du véhicule.
12°) Procédé selon l’une des revendications 3 à 11, caractérisé en ce qu’ on répartit l’écart de la demande de dosage en une partie affectée à l’erreur de NOx en amont du catalyseur SCR (12) et en une erreur de quantité dosée.
13°) Programme d’ordinateur pour exécuter chaque étape du procédé selon l’une des revendications 1 à 12, ainsi que support de mémoire lisible par une machine comportant ce programme d’ordinateur et appareil de commande électronique (16) pour exécuter le procédé selon l’une des revendications 1 à 12.