FR3069574B1 - Procede d'adaptation d'une quantite d'agent reducteur pour une depollution en oxydes d'azote des gaz dans une ligne d'echappement de moteur - Google Patents

Procede d'adaptation d'une quantite d'agent reducteur pour une depollution en oxydes d'azote des gaz dans une ligne d'echappement de moteur Download PDF

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Abstract

Dans un procédé d'adaptation d'une quantité d'agent réducteur pour une dépollution en oxydes d'azote des gaz dans une ligne d'échappement, il est effectué un premier alignement (1) des quantités d'oxydes d'azote mesurées (McamSD, MCavSD) par les capteurs amont et aval sans injection d'agent et avec un catalyseur du système vidé d'ammoniac. Il est effectué un deuxième alignement (2) de la réduction des oxydes d'azote estimée sur la réduction mesurée à travers une différence entre quantités d'oxydes d'azote amont (MCamSS) et aval (MCavSS) pendant une injection d'agent sous-stochiométrique sans création d'une réserve d'ammoniac dans un catalyseur du système avec une première correction de la quantité d'agent. Il est effectué un troisième alignement (3) d'une efficacité de retenue des oxydes d'azote estimée sur une efficacité mesurée par les capteurs, ce troisième alignement (3) se faisant par une deuxième correction de la quantité d'agent injectée en tant que correction adaptative (Coradap).

Description

La présente invention concerne un procédé d’adaptation d’une quantité d’agent réducteur pour une dépollution en oxydes d’azote des gaz dans une ligne d’échappement de moteur thermique d’un véhicule automobile, la dépollution en oxydes d’azote étant effectuée selon une réduction catalytique sélective par injection de la quantité d’agent réducteur dans la ligne.
Plus de 95% des moteurs Diesel seront équipés d’un dispositif de traitement des oxydes d’azote dans la ligne d’échappement. Ceci pourrait valoir dans un avenir très proche pour les moteurs à carburant essence.
Pour ce faire, dans des véhicules automobiles notamment à moteur Diesel, il est connu d’équiper une ligne d’échappement de moteur thermique d’un système de réduction catalytique sélective avec injection d’agent réducteur dans la ligne, une unité de contrôle commande recevant les estimations ou mesures de quantités d’oxydes d’azote sortant par la ligne d’échappement au moins en aval du système de réduction catalytique sélective.
Pour la dépollution des oxydes d’azote ou NOx, il est donc fréquemment utilisé un système de réduction catalytique sélective autrement connu sous l’abréviation française de RCS correspondant à l’abréviation anglaise de SCR pour « sélective catalytic réduction >>. Par la suite, dans la présente demande, le système de réduction catalytique sélective pourra aussi être cité par son abréviation RCS de même que les oxydes d’azote pourront être cités sous leur abréviation NOx et l’ammoniac sous sa formule chimique NH3.
Dans un système RCS, il est utilisé un agent réducteur liquide destiné à être introduit en quantités prédéfinies et par injections consécutives dans une ligne d’échappement d’un véhicule automobile. L’ajout de cet agent réducteur de dépollution effectue le traitement des NOx présents dans la ligne d’échappement du moteur thermique du véhicule automobile. Cet agent réducteur RCS est fréquemment de l’ammoniac ou un précurseur de l’ammoniac, par exemple de l’urée ou un dérivé de l’urée, notamment un mélange connu sous la marque Adblue®.
Un système RCS présente typiquement un réservoir contenant une quantité d’agent réducteur liquide, une pompe pour l’alimentation en agent réducteur liquide d’une ligne d’échappement d’un véhicule automobile à partir d’un injecteur débouchant dans la ligne d’échappement. L’agent réducteur liquide se décompose en ammoniac gazeux, de formule chimique NH3. Le NH3 se stocke dans un catalyseur RCS pour réduire les NOx se trouvant dans les gaz évacués par la ligne d’échappement. Ceci vaut aussi bien pour les véhicules Diesel que pour les véhicules à essence.
Un tel système RCS peut être doublé ou associé à un ou des pièges actifs ou passifs de NOx. Typiquement, de tels pièges stockent les NOX à des températures d’échappement plus froides. Pour les systèmes actifs, les NOx sont réduits, lors d’une opération de purge, dans des conditions de richesse et de chaleur en présence d’hydrocarbures dans l’échappement. Pour de plus hautes températures, une injection continue de carburant dans la ligne d’échappement à haute fréquence et sous haute pression s’est révélée plus efficiente que les typiques opérations de stockage et de purge en alternance.
Un système RCS, plus particulièrement quand l’agent réducteur est un dérivé de l’urée comme de l’AdBlue®, est efficace entre des températures moyennes et hautes et peut convertir les NOx de manière continue. Une commande optimisée est aussi requise pour augmenter l’efficacité de traitement des NOx et optimiser les consommations de carburant et d’agent réducteur, étant donné que ces paramètres sont tous fonction, de manière non linéaire, des conditions régnantes dans l’échappement et lors de la catalyse.
La commande d’un système RCS peut se diviser en deux parties : une commande nominale et une commande adaptative. La commande nominale fixe la quantité à injecter d’agent réducteur qui est calibrée en fonction du système RCS et du véhicule d’essai ayant servi lors du développement. La commande adaptative fixe un facteur multiplicatif de correction de la quantité à injecter d’agent réducteur basé pour le véhicule sur lequel est effectivement associé le système RCS, afin d’adapter le système en série à des déviations et dispersions pouvant provenir de l’injecteur d’agent réducteur, des capteurs NOx, de la qualité d’agent réducteur, du système de dosage, de la température de catalyse, du débit d’échappement, etc.
Il faut aussi tenir compte que le système peut avoir une influence sur le procédé de réduction en provoquant plus d’émissions de NOx ou de NH3, le NH3 correspondant à de l’agent réducteur transformé mais non utilisé pour la catalyse en sortie de ligne d’échappement. De manière générale, la commande adaptative utilise un capteur de NH3 et/ou de NOx ou travaille avec une estimation en sortie d’un filtre à particules imprégné de RCS ou d’un catalyseur RCS, ceci sans tenir compte du cas où un système RCS auxiliaire est présent ou si est présent un catalyseur d’oxydation du surplus de NH3 non utilisé pour le contrôle de la catalyse en fin de ligne d’échappement afin d’éviter de rejeter du NH3 dans l’environnement extérieur au véhicule automobile.
Une commande d’un système RCS selon l’état de la technique rend possible une adaptation d’une efficacité de traitement de NOx prédéterminé selon un rapport volumétrique ou une concentration massique ou d’un niveau de NOx dans la ligne d’échappement, par exemple un débit massique en gramme/seconde.
Fréquemment, un capteur d’oxydes d’azote ou capteur NOx présente une double sensibilité aux oxydes d’azote et au NH3. Ceci peut être le cas pour un capteur NOx disposé en aval du système RCS. Il n’est alors pas possible de savoir directement si ce sont des oxydes d’azote qui sont détectés, auquel cas la dépollution est déficiente et la quantité d’agent réducteur à injecter doit être augmentée ou si c’est du NH3 qui est détecté, auquel cas la quantité d’agent réducteur est trop forte et un surplus de NH3 non utilisé et non stocké se forme, ce qui devrait conduire à une commande de diminution de la quantité d’agent réducteur à injecter.
Assimiler une détection d’un surplus de NH3 à une présence d’oxydes d’azote dans la ligne d’échappement en aval du système RCS conduit à augmenter la quantité d’agent réducteur injecté et donc à créer encore plus de fuite de NH3. Ce phénomène est connu sous la dénomination d’emballement du système. D’autre part, si la commande adaptative de l’état de la technique est sensée tenir compte des dispersions de capteurs, dans certains cas de figure, cette commande adaptative ne peut pas donner satisfaction. Ainsi, la commande adaptative ne fonctionne pas en cas de dispersion négative du capteur NOx en aval. Une telle dispersion négative va conduire à une réduction de la quantité injectée et diminuer l’efficacité réelle du traitement de dépollution en NOx. D’une manière générale, une commande adaptative est faussée en cas de dispersions négatives ou positives entre les deux capteurs NOx amont et aval. L’efficacité mesurée ne tient pas compte de la dispersion, ce qui est problématique car dans la plupart des cas, la quantité injectée est basée sur les données du capteur amont, donc cela résultera soit en une fuite de NH3 ou en une fuite de NOx réelle.
Le problème à la base de la présente invention est d’élaborer une correction adaptative pour un système de réduction catalytique sélective qui tienne compte des dispersions des divers éléments rentrant en jeu lors de l’injection d’agent réducteur dans une ligne d’échappement de véhicule automobile et notamment les capteurs en amont et en aval du système ainsi que des possibles dispersions des éléments du système. A cet effet, la présente invention concerne un procédé d’adaptation d’une quantité d’agent réducteur pour une dépollution en oxydes d’azote des gaz dans une ligne d’échappement de moteur thermique d’un véhicule automobile, la dépollution en oxydes d’azote étant effectuée par un système selon une réduction catalytique sélective par injection de la quantité d’agent réducteur dans la ligne, la quantité d’agent réducteur à injecter étant prédéterminée par une commande nominale préétablie sur des caractéristiques du système et une motorisation du véhicule automobile en établissant un modèle de contrôle estimant une efficacité de conversion des oxydes d’azote par le système, cette commande nominale étant corrigée en fonctionnement du véhicule par une commande adaptative tenant compte d’une quantité d’oxydes d’azote mesurée avant et après le système par respectivement des capteurs d’oxydes d’azote amont et aval, la correction adaptative s’effectuant quand la quantité d’oxydes d’azote en aval du système est en dehors d’une plage de correction prédéterminée, caractérisé en ce que : • il est effectué un premier alignement des quantités d’oxydes d’azote mesurées par les capteurs d’oxydes d’azote amont et aval vers la plus grande quantité d’oxydes d’azotes mesurée par un des capteurs avec une calibration réajustée de l’autre capteur ayant mesurée la quantité d’oxydes d’azote la plus faible en fonction de cette plus grande quantité, ce premier alignement des capteurs se faisant quand aucune injection d’agent réducteur dans la ligne d’échappement est effective et avec un catalyseur du système vidé d’une réserve d’ammoniac en son intérieur, • ensuite, il est effectué un deuxième alignement de la réduction des oxydes d’azote estimée par le modèle de contrôle sur la réduction des oxydes d’azote mesurée par les capteurs amont et aval à travers une différence entre quantités d’oxydes d’azote amont et aval pendant une injection d’agent réducteur sous-stœchiométrique sans création d’une réserve d’ammoniac à l’intérieur du catalyseur du système, ce deuxième alignement se faisant par une première correction de la quantité d’agent réducteur injectée, • après et avec ces premier et deuxième alignements mis en œuvre, il est effectué un troisième alignement d’une efficacité de retenue des oxydes d’azote mesurée par le modèle de contrôle sur une efficacité de retenue des oxydes d’azote estimée par les capteurs, ce troisième alignement se faisant par une deuxième correction de la quantité d’agent réducteur injectée en tant que correction adaptative. L’effet technique est de corriger toutes les dispersions possibles dans les mesures des capteurs NOx en amont et aval et les éléments du système RCS tels que l’injecteur, par exemple le système de dosage d’agent réducteur ou la qualité d’agent réducteur, ainsi que de tenir compte du vieillissement du catalyseur RCS.
La première mesure permet de recalibrer les capteurs NOx sur le capteur mesurant la plus grande quantité d’oxydes d’azote. Le fait que cet alignement sur ce capteur se fasse sans aucune injection d’agent réducteur dans la ligne d’échappement et avec un catalyseur du système vidé d’une réserve d’ammoniac en son intérieur implique qu’il n’y a pas de réduction de NOx dans la ligne d’échappement et que donc les mesures des capteurs NOx amont et aval devraient être exactement les mêmes.
La deuxième mesure permet de prendre en considération les dispersions s’étant créées dans le système RCS mais aussi compense un premier alignement des capteurs ne s’étant pas fait sur les valeurs nominales des capteurs, les valeurs nominales étant les valeurs déterminées lors du développement du véhicule. Après correction de la dispersion des capteurs NOx, la réduction des NOx estimée par le modèle de contrôle est réalignée sur la réduction des NOx mesurée par les capteurs amont et aval ainsi réalignés. Ceci est fait en injectant moins d’agent réducteur qu’estimé pour ne pas avoir formation d’une réserve d’ammoniac à l’intérieur du catalyseur.
Enfin, l’efficacité de retenue des oxydes d’azote estimée par le modèle de contrôle est corrigée par une troisième mesure en prenant en compte l’efficacité de retenue des oxydes d’azote mesurée par les capteurs avec leurs dispersions prises en compte. C’est l’ensemble de ces mesures qui permet de faire une adaptation réussie pour l’ensemble des dispersions, notamment celles du capteur NOx amont, du capteur NOx aval de l’injection de l’agent réducteur, du système de dosage ou et de la qualité d’agent réducteur et du vieillissement du catalyseur RCS, etc.
Après alignement des capteurs sur le capteur mesurant les plus fortes quantités de NOx, les capteurs sont utilisés pour procéder à la correction des dispersions du système. Il est à prendre en considération que le premier alignement des quantités d’oxydes d’azote mesurées par les capteurs d’oxydes d’azote amont et aval se fait vers la plus grande quantité d’oxydes d’azotes mesurée par un des capteurs et n’est pas une correction pour revenir au nominal. Par exemple, dans le cas de deux capteurs NOx dispersés à 0.9 et 0.9, ou 0.9 et 0.8, il n’est pas effectué une correction à 1 et 1 des capteurs mais à 0.9 et 0.9 des capteurs, c’est-à-dire un alignement sur le capteur ayant mesuré la plus grande quantité d’oxydes d’azote et non une correction au nominal.
Après cela, le deuxième alignement va effectuer une correction de la quantité sur 1,1 même s’il n'y pas d'autres dispersions dans le système : il peut ainsi compenser le premier alignement sur une valeur autre qu’une valeur nominale. Au final, l'ensemble des deux alignements donne une bonne adaptation.
Après l’application des premier et deuxième alignements, les risques d’emballement du procédé selon la présente invention par des corrections en sens inverse de ce qu’il faudrait faire, par exemple par ajout d’agent réducteur alors que la situation réelle est en surplus de NH3 ou inversement sont minimisés. La deuxième correction lors du troisième alignement est réduite et peut même être annulée par la mise en œuvre des premier et deuxième alignements.
Avantageusement, la commande nominale est corrigée par la correction adaptative selon un facteur de correction imposée à la quantité d’agent réducteur prédéterminée par la correction nominale. Il était connu de corriger la quantité d’agent réducteur prédéterminée avec la correction nominale par un facteur de correction selon l’état de la technique mais ce facteur de correction ne tenait pas compte des dispersions, d’une part, propres aux capteurs de NOx amont et aval et, d’autre part, propres au système de réduction RCS.
Avantageusement, le facteur de correction de la quantité d’agent réducteur prédéterminée par la correction nominale est un facteur multiplicatif.
Avantageusement, la plage de correction est déterminée pour que la commande nominale effectue uniquement une correction à la baisse de la quantité d’agent réducteur injectée dans la ligne à partir d’un point de la plage de correction correspondant à une quantité d’agent réducteur injectée conduisant à une quantité maximale d’ammoniac admissible en fuite par la ligne d’échappement.
Dans ce mode de réalisation, la mise au point du système RCS est faite avec un système avec une fuite maximale en NH3. Ainsi toutes les déviations et dispersions seront dans le sens de la fuite de NOx et non pas de la fuite de NH3, ce qui poserait soucis pour le contrôleur d’efficacité, étant donné qu’une fuite de NH3 peut être confondue par le capteur en aval à double sensibilité avec une fuite de NOx. La correction adaptative et le contrôleur d’efficacité corrigeront alors comme un surplus de NOx non traités et augmenteront la quantité d’agent réducteur injectée.
Avantageusement, pour l’alignement des quantités d’oxydes d’azote mesurées par les capteurs d’oxydes d’azote amont et aval et la calibration réajustée du capteur ayant mesuré la quantité d’oxydes d’azote la plus faible, il est effectué une intégration des quantités d’oxydes d’azote pendant un kilométrage parcouru pour chacun des deux capteurs et, si une différence existe entre les intégrations des deux capteurs, il est déterminé un facteur de pondération fonction de cette différence pour réajuster la calibration du capteur ayant mesuré la quantité d’oxydes d’azote la plus faible. L’invention concerne aussi un ensemble d’un système de réduction catalytique sélective et d’une ligne d’échappement de gaz issus d’une combustion dans un moteur thermique de véhicule, la ligne logeant en son intérieur un catalyseur du système de réduction catalytique sélective et étant traversée par un injecteur d’agent réducteur en amont du catalyseur, la ligne intégrant un capteur d’oxydes d’azote en amont du catalyseur et un capteur d’oxydes d’azote en aval du catalyseur, le système de réduction catalytique sélective comprenant une unité de contrôle commande présentant des moyens de détermination d’une quantité nominale d’agent réducteur à injecter dans la ligne et des moyens de correction de la quantité nominale selon les mesures des capteurs reçues par des moyens de réception de l’unité de contrôle commande, caractérisé en ce que l’ensemble met en œuvre un tel procédé.
Avantageusement, le capteur aval est un capteur non sélectif d’oxydes d’azote et mesure aussi une quantité d’ammoniac non utilisée ou non stockée dans le catalyseur et étant rejetée dans la ligne d’échappement.
Comme la présente invention rend superflu l’utilisation comme capteur d’oxydes d’azote aval d’un capteur effectuant une différenciation entre une quantité d’oxydes d’azote et une quantité de fuite d’ammoniac non utilisée ou non stockée pour la catalyse après dégradation de l’agent réducteur en ammoniac et évacuée dans la ligne d’échappement, une économie est ainsi réalisée dans l’équipement de dépollution de la ligne d’échappement.
Avantageusement, la ligne comprend au moins un des éléments suivants : un catalyseur de rejet d’ammoniac disposé en aval du système de réduction catalytique sélective, au moins un piège passif ou un piège actif d’oxydes d’azote disposé en amont du système de réduction catalytique sélective et/ou un système de réduction catalytique auxiliaire intégré ou non à un filtre à particules et un catalyseur d’oxydation quand le moteur est un moteur Diesel ou un catalyseur trois voies quand le moteur est un moteur à essence. D’autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d’une vue en perspective d’un ensemble d’un module de commande nominale associé à un contrôleur d’efficacité, le procédé selon la présente invention pouvant être mis en œuvre pour cet ensemble, - la figure 2 est une représentation schématique d’un logigramme du procédé selon la présente invention, avec trois types d’alignement prenant en compte les dispersions des capteurs et du système de réduction catalytique sélective, - la figure 3 montre un processus du premier alignement des capteurs amont et aval sur le capteur mesurant la plus grande quantité d’oxydes d’azote en fonction du kilométrage parcouru, ce premier alignement se faisant selon un mode de réalisation préférentielle conformément à la présente invention, - la figure 4 montre un processus du troisième alignement des quantités d’azote mesurées et escomptées en fonction du kilométrage parcouru, ce troisième alignement se faisant selon un mode de réalisation préférentielle conformément à la présente invention, - la figure 5 montre un exemple d’ensemble d’un système de réduction catalytique sélective et d’une ligne d’échappement de gaz issus d’une combustion dans un moteur thermique de véhicule pour la mise en œuvre du procédé selon la présente invention.
La figure 1 montre une commande d’une quantité d’agent réducteur pour une dépollution en oxydes d’azote des gaz dans une ligne d’échappement de moteur thermique d’un véhicule automobile, la dépollution en oxydes d’azote étant effectuée selon une réduction catalytique sélective par injection de la quantité d’agent réducteur dans la ligne.
La quantité d’agent réducteur à injecter est prédéterminée par une commande nominale NH3nom essentiellement illustrée par les modules 8 à 13. Cette commande nominale NH3nom est préétablie sur des caractéristiques du système et une motorisation du véhicule automobile, caractéristiques référencées P qui sont stockées dans un modèle de stockage 12. Un modèle de contrôle représenté par le module 13 estime une quantité d’oxydes d’azote convertie en partant d’une efficacité estimée et une quantité amont d’oxydes d’azote mesurée ou estimée NOxam.
Il peut aussi être prévu un module stockant un modèle de température 11, un module de consigne d’une quantité de NH3 10 référencée NH3sp, qui la compare à la quantité de NH3 stockée estimée NH3C, issue du modèle de stockage 12, via un contrôleur 9. Ce contrôleur 9 peut ainsi augmenter ou diminuer la consigne nominale, somme des sorties du module de pré-contrôle 8 et du contrôleur 9. Le paramètre NH3F issu du module de pré-contrôle 8 correspond à la quantité de NH3 utilisée pour la conversion des NOx et majorée pour les pertes par oxydation ou fuite de NH3.
La commande nominale est corrigée en fonctionnement du véhicule par une commande adaptative issue essentiellement d’un contrôleur d’efficacité référencé 3 à la figure 1. Cette commande adaptative tient compte d’une quantité d’oxydes d’azote mesurée en amont NOxam et en aval NOxav du système par respectivement des capteurs d’oxydes d’azote amont et aval, la correction adaptative s’effectuant quand la quantité d’oxydes d’azote en aval NOxav du système est en dehors d’une plage de correction prédéterminée.
Le contrôleur d’efficacité 3 comprend un module de calcul de l’efficacité de la réduction des NOx 4 et un module de contrôle d’efficacité de la réduction des NOx 5 en fonction des données du module de calcul de l’efficacité de la réduction des NOx 4 qui lui sont transmises. Le module de contrôle d’efficacité de la réduction des NOx 5 envoie une correction adaptative, le cas échéant, modifiée par addition d’une correction issue d’un moniteur d’adaptation 7 et d’un adaptateur d’injection sur le long terme 6 en fonction des données qui leur sont transmises par le module de contrôle d’efficacité de la réduction des NOx 5. La correction adaptative, le cas échéant modifiée, est envoyée en fin de commande nominale pour corriger la quantité d’agent réducteur injectée Injcor. Il est avantageusement utilisé un facteur de correction multiplicatif pour corriger la quantité d’agent réducteur injectée Injcor.
Les caractéristiques essentielles de la présente invention vont maintenant être décrites en regard de la figure 2.
Dans le procédé d’adaptation d’une quantité d’agent réducteur pour une dépollution en oxydes d’azote des gaz dans une ligne d’échappement de moteur thermique d’un véhicule automobile, il est effectué un premier alignement des quantités d’oxydes d’azote mesurées McamSD, MCavSD par les capteurs d’oxydes d’azote amont et aval. Ceci est illustré par le module 1 de la figure 2.
Ce premier alignement s’effectue vers la plus grande quantité d’oxydes d’azotes mesurée par un des capteurs avec une calibration réajustée de l’autre capteur ayant mesurée la quantité d’oxydes d’azote la plus faible en fonction de cette plus grande quantité. Le résultat de cet alignement est référencé ALC à cette figure 2 pour alignement des capteurs. L’alignement des capteurs se fait quand aucune injection d’agent réducteur dans la ligne d’échappement n’est effective et avec un catalyseur du système RCS vidé d’une réserve d’ammoniac en son intérieur en donnant respectivement une mesure du capteur amont sans injection ou dépollution McamSD et une mesure du capteur aval sans injection ou dépollution McavSD. Dans ces conditions, aucune dépollution n’est assurée du fait de l’absence d’agent réducteur dans la ligne et les mesures des deux capteurs McamSD et McavSD devraient être les mêmes.
Si ce n’est pas le cas, il est procédé à l’alignement du capteur amont ou aval ayant détecté la quantité la plus faible de NOx dans la ligne sur le capteur aval ou amont ayant détecté la quantité la plus forte de NOx dans la ligne pour l’alignement des deux capteurs.
Ensuite, il est effectué un deuxième alignement de la réduction des oxydes d’azote estimée par le modèle de contrôle sur la réduction des oxydes d’azote mesurée par les capteurs amont et aval. Ceci est référencé par le module 2 et s’effectue à travers une différence entre mesures de quantités d’oxydes d’azote amont et aval relevées McamSS et MCavSS respectivement par les capteurs précédemment réalignés.
Cette différence entre les quantités d’oxydes d’azote amont et aval relevées McamSS et MCavSS se fait pendant une injection d’agent réducteur sous-stœchiométrique sans création d’une réserve d’ammoniac à l’intérieur du catalyseur du système. Ceci signifie que, l’injection étant sous-stœchiométrique, toute la quantité d’agent réducteur sert à et est consommée pour une dépollution en oxydes d’azote et peut être même insuffisante pour réduire de manière satisfaisante tous les NOx, ce dernier but n’étant pas le but recherché pour ce deuxième alignement 2, ce deuxième alignement 2 servant seulement à réduire les dispersions dans le système RCS et aussi à corriger les valeurs des capteurs quand ceux-ci n’ont pas été alignés sur une valeur nominale.
Un tel deuxième alignement permet de réduire les dispersions existantes dans le système de réduction, par exemple notamment les dispersions de l’injecteur, de la quantité d’agent réducteur injectée, du vieillissement du catalyseur RCS, ce qui n’est pas limitatif. Une telle réduction des dispersions du système est référencée ALS pour alignement du système. Le deuxième alignement se fait par une première correction de la quantité d’agent réducteur injectée tenant alors compte des dispersions dans le système RCS.
Après et avec ces premier et deuxième alignements 1,2 mis en œuvre qui ont corrigé, d’une part, les dispersions entre capteurs de NOx amont et aval et, d’autre part, les dispersions dans le système RCS en ayant, le cas échéant, pris en compte un alignement des capteurs sur une valeur non nominale, il est effectué un troisième alignement 3 d’une efficacité de retenue des oxydes d’azote mesurée par le modèle de contrôle sur une efficacité de retenue des oxydes d’azote estimée par les capteurs, le modèle de contrôle faisant partie du contrôleur d’efficacité référencé 3 aux figures 1 et 2.
Ce troisième alignement 3, similaire à ce qu’effectue un contrôleur d’efficacité à la différence près qu’il travaille sur des paramètres avec des dispersions corrigées, se fait par une deuxième correction de la quantité d’agent réducteur injectée en tant que correction adaptative référencée Coradap. Il est alors comparé la différence d’efficacité mesurée ΔΝΟχΜ et d’efficacité souhaitée ΔΝΟχΤ issue du modèle d’efficacité 13 et du module de calcul d’efficacité 4 référencés à la figure 1 et procédé à une correction adaptative Coradap quand ces deux différences ΔΝΟχΜ et ΔΝΟχΤ ne sont pas similaires.
Ceci est fait avec des capteurs alignés ALC et un système RCS aligné ALS, c’est-à-dire un système dans lequel il a été tenu compte des principales dispersions et dans des conditions de dépollution préétablies par la commande nominale.
Ainsi, pour l’élaboration de la correction adaptative Coradap émise par la commande adaptative pour corriger la commande nominale, il est possible de tenir compte et de de corriger toutes les dispersions possibles dans les mesures des capteurs NOx en amont et aval et les éléments du système RCS tels que l’injecteur, le système de dosage d’agent réducteur ou la qualité d’agent réducteur ainsi que de tenir compte du vieillissement du catalyseur RCS.
La commande nominale peut être corrigée par la correction adaptative Coradap selon un facteur de correction imposée à la quantité d’agent réducteur prédéterminée par la correction nominale. Le facteur de correction de la quantité d’agent réducteur prédéterminée par la correction nominale peut être un facteur multiplicatif.
La plage de correction de la commande nominale peut être déterminée pour que la commande nominale effectue uniquement une correction à la baisse de la quantité d’agent réducteur injectée dans la ligne à partir d’un point de la plage de correction correspondant à une quantité d’agent réducteur injectée conduisant à une quantité maximale d’ammoniac admissible en fuite par la ligne d’échappement.
En effet, il est fréquent que le capteur de NOx aval ait une sensibilité mélangée au NH3 et aux NOx, auquel cas la commande est dans l’impossibilité de savoir s’il y a effectivement une fuite en NH3 ou si la dépollution des NOx est déficiente. Or, cela représente des diagnostics opposés et des solutions à mettre en œuvre totalement inverses, une fuite en NH3 requérant une diminution de la quantité d’agent réducteur à injecter tandis qu’une dépollution insatisfaisante en NOx requiert une augmentation de la quantité d’agent réducteur à injecter. Ceci pourrait conduire à un emballement du système, la commande injectant de plus en plus d’agent réducteur pour réduire une supposée quantité de NOx non réduite qui est non réellement existante alors que la commande devrait traiter une fuite en NH3 non reconnue.
Ainsi, la présente invention peut permettre de ne pas utiliser de capteur d’oxydes d’azote aval effectuant une différenciation entre une quantité d’oxydes d’azote et une quantité de fuite d’ammoniac non utilisée ou non stockée pour la catalyse après dégradation de l’agent réducteur en ammoniac et évacuée dans la ligne d’échappement.
La figure 3 montre un processus d’alignement des capteurs de NOx amont et aval l’un par rapport à l’autre pendant une distance D en kilomètre km avec en ordonnée une quantité en gramme g de NOx dans la ligne. Pour le premier alignement qui est celui des capteurs NOx, ce premier alignement se fait sans mise en œuvre d’une dépollution en NOx dans la ligne d’échappement, c’est-à-dire sans injection d’agent réducteur dans la ligne ni rétention antérieure d’agent réducteur dans le catalyseur : les valeurs de quantité de NOx détectées par les capteurs amont et aval devraient donc être les mêmes dans ce cas de figure. A la figure 3, c’est le capteur amont dont les mesures sont représentées par les courbes AM avec des points qui détectent des valeurs inférieures de quantités de NOx à celles détectées par le capteur aval dont les mesures sont représentées par des courbes AV en trait plein. Ceci n’est pas limitatif et le contraire peut aussi être possible.
Pour l’alignement des quantités d’oxydes d’azote respectivement mesurées par les capteurs d’oxydes d’azote amont et aval et la calibration réajustée du capteur ayant mesuré la quantité d’oxydes d’azote la plus faible, à la figure 3 le capteur de NOx en amont, il est effectué une intégration des quantités d’oxydes d’azote pendant un kilométrage parcouru D pour chacun des deux capteurs.
Si une différence existe entre les intégrations des deux capteurs, ce qui est le cas à la figure 3, il est déterminé un facteur de pondération fonction de cette différence pour réajuster la calibration du capteur ayant mesuré la quantité d’oxydes d’azote la plus faible. Ce facteur de pondération peut être un facteur de pondération diviseur.
Cette calibration se fait progressivement et de manière convergente comme montré par les trois paires de courbes correspondant aux capteurs amont et aval qui se rapprochent progressivement l’une de l’autre à la figure 3.
En analogie à ce qui a été montré pour l’alignement des deux capteurs NOx, un processus similaire peut être mis en œuvre pour la première correction de la quantité d’agent réducteur injectée, la première correction se faisant en conditions sous-stœchiométriques c’est-à-dire en conditions de manque d’agent réducteur dans la ligne et la deuxième correction en conditions fixées par la commande nominale, donc en théorie en conditions optimales de fonctionnement de la dépollution en NOx de la ligne d’échappement.
Ceci est montré à la figure 4 et est sensiblement similaire à ce qui a été montré à la figure 3. A la figure 4, il est montré trois paires convergentes de quantités de NOx mesurées, illustrées par des courbes à points, et escomptées, par la commande nominative pour la deuxième correction, en étant illustrées par des courbes en trait plein. L’abscisse est une distance D en kilomètre km et l’ordonnée une consigne d’oxydes d’azote NOx cns en gramme g.
Ainsi, pour la première correction de la quantité d’agent réducteur injectée lors du deuxième alignement, il peut être effectué des intégrations respectives des quantités d’oxydes d’azote réduites estimées ou escomptées et des quantités d’oxydes d’azote réduites mesurées pendant un kilométrage parcouru.
Si une différence respective existe entre les intégrations des deux quantités d’oxydes d’azote escomptées et mesurées, ce qui est le cas à la figure 4, la quantité mesurée étant plus forte que la quantité escomptée par la commande nominale, il peut être déterminé un facteur de pondération fonction de cette différence pour corriger la réduction des oxydes d’azote estimée par le module de contrôle. Ce facteur de pondération peut être un facteur de pondération multiplicatif.
La correction des quantités mesurées et escomptées vers un rapprochement de ces deux quantités peut se faire progressivement et de manière convergente comme montré par les trois paires de courbes correspondant aux capteurs amont et aval qui se rapprochent progressivement l’une de l’autre à la figure 4.
Comme montré à la figure 5, l’invention concerne aussi un ensemble d’un système 17 de réduction catalytique sélective et d’une ligne 23 d’échappement de gaz issus d’une combustion dans un moteur 14 thermique de véhicule. La ligne 23 loge en son intérieur un catalyseur du système 17 de réduction catalytique sélective et est traversée par un injecteur d’agent réducteur en amont du catalyseur, non représenté à la figure 5. La ligne 23 intègre un capteur d’oxydes d’azote en amont 18 du catalyseur et un capteur d’oxydes d’azote en aval 19 du catalyseur.
Le système 17 de réduction catalytique sélective comprend une unité de contrôle commande 20 présentant des moyens de détermination d’une quantité nominale d’agent réducteur à injecter dans la ligne 23 et des moyens de correction de la quantité nominale selon les mesures des capteurs 18, 19 reçues par des moyens de réception de l’unité de contrôle commande 20. L’ensemble met en œuvre un procédé tel que précédemment décrit.
Le capteur aval 19 peut être un capteur non sélectif d’oxydes d’azote et mesurer aussi une quantité d’ammoniac non utilisée ou non stockée dans le catalyseur et étant rejetée dans la ligne 23 d’échappement.
La ligne 23 d’échappement peut comprendre au moins un des éléments suivants : un catalyseur de destruction de rejet d’ammoniac 21 disposé en aval du système 17 de réduction catalytique sélective, au moins un piège passif ou un piège actif d’oxydes d’azote 22 disposé en amont du système 17 de réduction catalytique sélective et/ou un système de réduction catalytique auxiliaire intégré ou non à un filtre à particules 16 et un catalyseur d’oxydation 15 quand le moteur 14 est un moteur Diesel ou un catalyseur trois voies quand le moteur 14 est un moteur à essence.
Il peut par exemple y avoir deux catalyseurs RCS consécutifs dans la ligne 23 d’échappement avec un raccord d’échappement reliant les deux catalyseurs RCS. Il peut y avoir aussi un piège à oxydes d’azote associé à un catalyseur RCS ou un catalyseur RCS associé à un filtre à particules 16 comme premier et deuxième éléments de dépollution.
Le catalyseur de destruction des rejets d’ammoniac de formule chimique NH3, aussi dénommé « Clean Up Catalyst >> ou « Ammonia Slip Catalyst >> en langue anglo-saxonne, élimine le surplus de NH3 non utilisé pour la réduction catalytique sélective dans au moins un catalyseur RCS présent dans la ligne 23 d’échappement. Dans ce cas, le catalyseur de destruction des rejets d’ammoniac est disposé le plus en aval dans la ligne 23 d’échappement que les autres éléments de dépollution, ceci étant pris selon un parcours des gaz d’échappement dans l’ensemble.
Il peut aussi être utilisé un piège 15 à oxydes d’azote actif sans additif du type LNT ou « Lean NOx Trap >> en langue anglo-saxonne. Un tel piège 15 élimine les NOx via un bref passage en richesse un ou supérieure dans les gaz en sortie du moteur 14. Les hydrocarbures en surplus réagissent avec les NOx stockés et les neutralisent en les transformant en gaz azote.
Il peut aussi être utilisé un autre système sous forme d’un piège passif à oxydes d’azote en tant qu’absorbeur d’oxydes d’azote passif, piège qui est aussi connu sous la dénomination de PNA pour « Passive NOx Adsorber » en langue anglo-saxonne. Ce piège est dit passif parce qu’il n’y a pas de passage en richesse un ou supérieure pour son épuration en NOx.
De tels pièges passifs ou actifs à NOx peuvent être utilisés en association avec le système 17 de réduction catalytique sélective déjà présent sur la ligne 23. Ceci permet d’augmenter l’efficacité d’élimination des oxydes d’azote par adsorption des oxydes d’azote à température basse et désorption des oxydes une fois que le catalyseur du système 17 de réduction est actif. Le catalyseur du système 17 RCS est fréquemment placé en aval du piège à NOx 15, qu’il soit actif ou passif. D’autres capteurs comme un capteur de pression aux bornes du filtre à particules 16, une sonde à oxygène ou un capteur de suie et un mélangeur d’agent réducteur dans la ligne 23 peuvent aussi être présents.

Claims (3)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé d’adaptation d’une quantité d’agent réducteur pour une dépollution en oxydes d’azote des gaz dans une ligne (23) d’échappement de moteur (14) thermique d’un véhicule automobile, la dépollution en oxydes d’azote étant effectuée par un système (17) selon une réduction catalytique sélective par injection de la quantité d’agent réducteur dans la ligne (23), la quantité d’agent réducteur à injecter étant prédéterminée par une commande nominale préétablie sur des caractéristiques du système (17) et une motorisation du véhicule automobile en établissant un modèle de contrôle estimant une efficacité de conversion des oxydes d’azote par le système (17), cette commande nominale étant corrigée en fonctionnement du véhicule par une commande adaptative tenant compte d’une quantité d’oxydes d’azote mesurée avant et après le système (17) par respectivement des capteurs d’oxydes d’azote amont (18) et aval (19), la correction adaptative (Coradap) s’effectuant quand la quantité d’oxydes d’azote en aval du système (17) est en dehors d’une plage de correction prédéterminée, caractérisé en ce que : • il est effectué un premier alignement (1) des quantités d’oxydes d’azote mesurées (McamSD, MCavSD) par les capteurs d’oxydes d’azote amont (18) et aval (19) vers la plus grande quantité d’oxydes d’azotes mesurée par un des capteurs (18, 19) avec une calibration réajustée de l’autre capteur ayant mesurée la quantité d’oxydes d’azote la plus faible en fonction de cette plus grande quantité, ce premier alignement (1) des capteurs (18, 19) se faisant quand aucune injection d’agent réducteur dans la ligne (23) d’échappement est effective et avec un catalyseur du système (17) vidé d’une réserve d’ammoniac en son intérieur, • ensuite, il est effectué un deuxième alignement (2) de la réduction des oxydes d’azote estimée par le modèle de contrôle sur la réduction des oxydes d’azote mesurée par les capteurs amont (18) et aval (19) à travers une différence entre quantités d’oxydes d’azote amont (MCamSS) et aval (MCavSS) pendant une injection d’agent réducteur sous-stochiométrique sans création d’une réserve d’ammoniac à l’intérieur du catalyseur du système (17), ce deuxième alignement (2) se faisant par une première correction de la quantité d’agent réducteur injectée, • après et avec ces premier et deuxième alignements (1,2) mis en œuvre, il est effectué un troisième alignement (3) d’une efficacité de retenue des oxydes d’azote mesurée par le modèle de contrôle sur une efficacité de retenue des oxydes d’azote estimée par les capteurs, ce troisième alignement (3) se faisant par une deuxième correction de la quantité d’agent réducteur injectée en tant que correction adaptative (Coradap).
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, la commande nominale est corrigée par la correction adaptative (Coradap) selon un facteur de correction imposée à la quantité d’agent réducteur prédéterminée par la correction nominale. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le facteur de correction de la quantité d’agent réducteur prédéterminée par la correction nominale est un facteur multiplicatif. 4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la plage de correction est déterminée pour que la commande nominale effectue uniquement une correction à la baisse de la quantité d’agent réducteur injectée dans la ligne (23) à partir d’un point de la plage de correction correspondant à une quantité d’agent réducteur injectée conduisant à une quantité maximale d’ammoniac admissible en fuite par la ligne (23) d’échappement. 5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le capteur d’oxydes d’azote aval (19) n’effectue pas de différenciation entre une quantité d’oxydes d’azote et une quantité de fuite d’ammoniac non utilisée ou non stockée pour la catalyse après dégradation de l’agent réducteur en ammoniac et évacuée dans la ligne (23) d’échappement. 6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel pour la première correction de la quantité d’agent réducteur injectée, il est effectué des intégrations respectives des quantités d’oxydes d’azote réduites estimées et des quantités d’oxydes d’azote réduites mesurées pendant un kilométrage parcouru (D) et, si une différence respective existe entre les intégrations des deux quantités d’oxydes d’azote estimées et mesurées, il est déterminé un facteur de pondération fonction de cette différence pour corriger la réduction des oxydes d’azote estimée par le modèle de contrôle. 7. Ensemble d’un système (17) de réduction catalytique sélective et d’une ligne (23) d’échappement de gaz issus d’une combustion dans un moteur (14) thermique de véhicule, la ligne (23) logeant en son intérieur un catalyseur du système (17) de réduction catalytique sélective et étant traversée par un injecteur d’agent réducteur en amont du catalyseur, la ligne (23) intégrant un capteur d’oxydes d’azote en amont (18) du catalyseur et un capteur d’oxydes d’azote en aval (19) du catalyseur, le système (17) de réduction catalytique sélective comprenant une unité de contrôle commande (20) présentant des moyens de détermination d’une quantité nominale d’agent réducteur à injecter dans la ligne (23) et des moyens de correction adaptative (Coradap) de la quantité nominale selon les mesures des capteurs (18, 19) reçues par des moyens de réception de l’unité de contrôle commande (20) en fonctionnement du système (17), caractérisé en ce que l’ensemble met en œuvre un procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes.
  3. 8. Ensemble selon la revendication précédente, dans lequel le capteur aval (19) est un capteur non sélectif d’oxydes d’azote et mesure aussi une quantité d’ammoniac non utilisée ou non stockée dans le catalyseur et étant rejetée dans la ligne (23) d’échappement. 9. Ensemble selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel la ligne (23) comprend au moins un des éléments suivants : un catalyseur de rejet d’ammoniac (21) disposé en aval du système (17) de réduction catalytique sélective, au moins un piège passif ou un piège actif d’oxydes d’azote (22) disposé en amont du système (17) de réduction catalytique sélective et/ou un système de réduction catalytique auxiliaire intégré ou non à un filtre à particules (16) et un catalyseur d’oxydation (15) quand le moteur (14) est un moteur Diesel ou un catalyseur trois voies quand le moteur (14) est un moteur à essence.
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