FR3071010A1

FR3071010A1 - Procede de gestion d'un systeme de catalyseurs scr compose d'un premier et d'un second catalyseurs scr

Info

Publication number: FR3071010A1
Application number: FR1858093A
Authority: FR
Inventors: Frank Schweizer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2018-09-10
Publication date: 2019-03-15
Anticipated expiration: 2038-09-10
Also published as: US20190078481A1; CN109488421A; CN109488421B; DE102017216082A1; FR3071010B1; US10753255B2

Abstract

Procédé pour gérer un système de catalyseurs SCR composé d'un premier catalyseur SCR (12) et d'un second catalyseur SCR (13), comprenant une étape de régulation du débit massique NH3 en aval du premier catalyseur SCR (12).

Description

Domaine de l’invention

La présente invention se rapporte à un procédé de gestion d’un système de catalyseur SCR composé d’un premier catalyseur SCR et d’un second catalyseur SCR ainsi qu’un programme d’ordinateur et un support de mémoire lisible par une machine et un appareil de commande électronique pour la mise en oeuvre du procédé.

Etat de la technique

Pour respecter la régulation des émissions, de plus en plus stricte (Euroô, Tier2Bin5 et d’autres règlementations d’émission) il est nécessaire de réduire les oxydes d’azote (NOx) des gaz d’échappement des moteurs à combustion interne, notamment des moteurs diesel. Pour cela, il est connu d’installer un catalyseur SCR (catalyseur de réduction catalytique sélective) dans le système des gaz d’échappement des moteurs à combustion interne pour réduire les oxydes d’azote contenus dans les gaz d’échappement du moteur à combustion interne en présence d’un agent réducteur pour obtenir de l’azote. Cela permet de réduire considérablement la teneur en oxydes d’azote des gaz d’échappement. Pour effectuer la réduction, on utilise de l’ammoniac (NH3) que l’on mélange aux gaz d’échappement. On dose l’ammoniac NH3 ou des réactifs dégageant de l’ammoniac NH3 dans la conduite des gaz d’échappement. On utilise en général pour cela, une solution aqueuse d’urée appelée solution HWL que l’on injecte dans la conduite des gaz d’échappement en amont du catalyseur SCR. Cette solution développe de l’ammoniac servant d’agent réducteur. On connaît une telle solution aqueuse d’urée à 32,5 % commercialisée sous la marque AdBlue®. Pour un système de catalyseur SCR assurant un taux de conversion important des oxydes d’azote, il faut gérer le catalyseur SCR pour qu’il soit en permanence rempli jusqu’à un certain niveau avec l’agent réducteur ammoniac. Le rendement d’un catalyseur SCR dépend de la température, de la vitesse d’espace (RG) et de façon tout à fait décisive également du niveau de remplissage NH3.

Les catalyseurs SCR accumulent par absorption sur leur surface, une certaine quantité d’ammoniac. Ainsi, pour la réduction NOx en plus de l’ammoniac introduit directement par dosage (sous la forme de HWL) on dispose également d’ammoniac NH3 accumulé ce qui augmente le rendement par rapport à un système de catalyseurs vides. La capacité dépend de la température de fonctionnement respective du catalyseur. Plus la température est faible et plus importante sera la capacité de stockage. Lorsque le catalyseur a rempli complètement son accumulateur, on peut avoir un glissement d’ammoniac lors de variations brusques de charge, même si plus aucun agent réducteur n’est introduit par dosage. Dans le cas du glissement d’ammoniac, seule une partie de l’ammoniac contenu dans l’agent réducteur, en amont du catalyseur SCR dans les gaz d’échappement, sera transformée par le catalyseur SCR.

Pour arriver à un taux de conversion NOx aussi élevé que possible, il est indispensable de faire fonctionner le système SCR avec un niveau de remplissage NH3 élevé. Pour augmenter plus rapidement le rendement SCR après un démarrage à froid, c’est-à-dire neutre vis-àvis de CO2, on installe le catalyseur SCR plus près du moteur et on le regroupe en partie avec un filtre à particules diesel (filtre DPF) formant ainsi un catalyseur SCRF (dénomination d’un catalyseur SCR sur un filtre à particules diesel). Toutefois, aussi près du moteur, le gradient de température augmente et le niveau de température dans la plage de charge maximale atteint un niveau absolu, trop élevé pour le mode de fonctionnement SCR. C’est pourquoi, en général, on a un second catalyseur SCR qui est, le cas échéant, logé sous le plancher. Pour le fonctionnement d’un système SCRF / SCR, en particulier lorsqu’on utilise deux soupapes de dosage, il faut une coopération optimale entre le catalyseur SCRF et le second catalyseur SCR pour arriver à une efficacité très poussée de la séparation NOx. Dans le cas de deux soupapes de dosage, la première soupape de dosage est installée en amont du catalyseur SCRF et la seconde soupape de dosage est installée en aval du catalyseur SCR.

Dans les systèmes actuels pour un catalyseur SCRF on a deux niveaux de remplissage de consigne un écart minimum pour un rendement de NOx réduit sans glissement NH3 ou un certain glissement et un niveau de remplissage maximum pour une conversion élevée NOx pour un faible glissement NH3 jusqu’à environ 200 ppm. Tout d’abord on fait fonctionner le catalyseur SCRF avec un niveau de remplissage maximum, le rendement NOx est très élevé, et on absorbe le glissement NH3 généré à l’aide du second catalyseur SCR. Pour un faible glissement NOx mais un glissement NH3 élevé du catalyseur SCRF, le niveau de remplissage NH3 dans le second catalyseur SCR est atteint rapidement au-dessus du niveau minimum du second catalyseur SCR. Le niveau minimum de remplissage du second catalyseur SCR produit en soi une forte conversion NOx mais n’a pas encore la capacité du niveau de remplissage pour le glissement NH3 à partir du catalyseur SCRF. Si le niveau de remplissage NH3 dans le second catalyseur SCR est audessus du niveau de remplissage minimum et en-dessous du niveau de remplissage maximum, on réduit le niveau de remplissage de consigne NH3 dans le catalyseur SCRF en fonction d’un coefficient d’interpolation. Si le niveau de remplissage dans le second catalyseur SCR augmente jusqu’au niveau de remplissage maximum ou le dépasse, on abaisse le niveau de remplissage de consigne NH3 dans le catalyseur SCRF jusqu’au niveau de remplissage minimum pour ne pas avoir de glissement NH3. Le procédé décrit fonctionne bien et un système composé de deux catalyseurs SCR peut ainsi, en principe, être contrôlé. Mais, le procédé a l’inconvénient de ne réagir qu'après la réaction du glissement NH3, c’est-à-dire du niveau de remplissage NH3 du second catalyseur SCR et non dés qu’apparaît un écart entre le glissement NH3 actuel et le glissement NH3 souhaité. Cela signifie que le système de régulation a rapidement tendance à sur-osciller et faire perdre ainsi la bonne caractéristique NOx.

Exposé et avantages de l’invention

La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et a ainsi pour objet un procédé pour gérer un système de catalyseurs SCR composé d’un premier catalyseur SCR et d’un second catalyseur SCR, comprenant une étape de régulation du débit massique NH3 en aval du premier catalyseur SCR.

Les expressions « débit massique NH3 » et « glissement NH3 » sont synonymes. Avantageusement le glissement NH3 ou l’écart de glissement NH3 par rapport à une valeur de consigne en amont du second catalyseur SCR peut se détecter plus tôt ce qui permet d’influencer plus tôt l’évolution du niveau de remplissage NH3 du second catalyseur

SCR que si la régulation se faisait exclusivement selon le niveau de remplissage NH3 du second catalyseur SCR. Cette procédure évite un fort dépassement du niveau de remplissage NH3 dans le second catalyseur SCR et permet ainsi une régulation beaucoup plus précise et plus robuste.

Selon un autre développement préférentiel, la régulation du débit massique NH3 en aval du premier catalyseur SCR se fait par une première régulation de la valeur réelle du débit massique NH3 en aval du premier catalyseur SCR sur la valeur de consigne du débit massique NH3 en aval du premier catalyseur. Cette régulation se fait avantageusement par la régulation de la valeur réelle sur la valeur de consigne.

Comme en général il n’y a que des capteurs entre le premier catalyseur SCR et le second catalyseur SCR, l’expression « en aval du premier catalyseur SCR » est synonyme de l’expression « en amont du second catalyseur SCR ».

De manière préférentielle, on détermine la valeur de consigne du débit massique NH3 du premier catalyseur par un modèle du second catalyseur SCR. Pour déterminer la valeur de consigne du débit massique NH3 en amont du second catalyseur SCR, on utilise un modèle approprié de catalyseur qui est en mesure de calculer un débit massique NH3 conforme à la réalité. En variante ou en plus du modèle, on peut calculer de manière analytique la valeur de consigne du débit massique NH3.

Indépendamment du mode de calcul de la valeur de consigne du débit massique NH3, on peut rechercher le débit massique NH3 optimum. Pour des conditions stationnaires et un niveau de remplissage NH3 régulé dans le premier catalyseur SCR, le niveau de remplissage NH3 du second catalyseur SCR ne doit pas changer. Cela signifie que le débit massique NH3 dans le second catalyseur SCR qui est la somme du débit massique NH3 sortant du premier catalyseur SCR et de la quantité dosée en amont du premier catalyseur SCR, doit être stœchiométriquement égal à la consommation NH3 dans le second catalyseur SCR ; cette dernière est égale au produit du débit massique NOx en aval du premier catalyseur SCR et du rendement actuel du second catalyseur SCR.

Si l’on veut augmenter le niveau de remplissage NH3 du second catalyseur SCR, on peut le faire en augmentant le débit massique NH3 sortant du premier catalyseur SCR ou en injectant de l’ammoniac à l’aide d’une seconde soupape de dosage en amont du second catalyseur SCR s’il existe une telle seconde soupape de dosage.

Mais s’il faut diminuer le niveau de remplissage NH3 dans le second catalyseur SCR, il faut abaisser le glissement NH3 sortant du premier catalyseur SCR. Si l’on utilise la valeur de consigne NH3 du modèle SCR, on peut optimiser par itération les données du modèle à l’aide de procédés de simulation à partir de mesures. Il faut dans ce cas atteindre la performance globale NOx maximale possible pour un glissement NH3 acceptable en aval du second catalyseur SCR.

Selon un développement préférentiel, si le niveau de remplissage NH3 dans le premier catalyseur SCR est stationnaire et régulé, le niveau de remplissage NH3 dans le second catalyseur SCR est constant. Cela a l’avantage d’un état stationnaire que l’on peut atteindre comme déjà décrit ci-dessus.

Selon un autre développement préférentiel, on mesure la valeur réelle du débit massique NH3 en aval du premier catalyseur SCR entre ce premier catalyseur SCR et le second catalyseur SCR à l’aide d’un capteur. De façon préférentielle, le capteur est un capteur NH3. Ce qui a l’avantage de pouvoir déterminer très précisément le débit massique NH3.

En variante ou en plus, on peut déterminer le débit massique d’ammoniac entre les deux catalyseurs SCR à l’aide d’un capteur NOx (voir le document DE 10 2016 201 602 Al) ; ce document décrit un procédé pour déterminer le débit massique d’ammoniac entre deux catalyseurs SCR installés l’un derrière l’autre dans la conduite des gaz d’échappement. Cette solution a l’avantage d’économiser un capteur NH3. L’utilisation d’un capteur NH3 a l’avantage de donner une valeur très précise du glissement NH3 en amont du second catalyseur SCR et de pouvoir déterminer ainsi, à partir du signal somme du capteur NOx sensible transversalement à l’ammoniac NH3, le débit massique NOx en amont du second catalyseur SCR d’une façon également précise. Dans ce cas, on connaît les valeurs précises des débits massiques de NOx et NH3 en amont du second catalyseur SCR.

Suivant une autre caractéristique avantageuse, la valeur de consigne du débit massique NH3 en aval du premier catalyseur SCR est le produit du rendement actuel du modèle du second catalyseur SCR et du débit massique NOx en amont du second catalyseur SCR. Cette caractéristique a l’avantage que dans ce cas, le débit massique NH3 en aval du premier catalyseur SCR est exactement égal à la consommation NH3 modélisée dans le second catalyseur. Cette valeur de consigne du débit massique NH3 correspond à la consommation NH3 dans le second catalyseur SCR. Le débit massique NOx en amont du second catalyseur SCR est mesuré de préférence à l’aide d’un capteur NOx.

La valeur réelle NH3 peut être modifiée par exemple rapidement et simplement en fonction des demandes de rendement NOx du modèle de catalyseur pour le premier catalyseur SCR. Chaque catalyseur SCR, a une relation fixe entre la conversion NOx et le glissement NH3 pour un niveau de remplissage NH3 donné et une température SCR. Pour une demande en rendement NOx croissante, le catalyseur reçoit une plus forte quantité de dosage directement la quantité de commande préalable, augmentée et indirectement par le procédé de régulation qui, compare en permanence, le débit massique NOx en aval du second catalyseur SCR avec le modèle. Le glissement NH3 augmente en fonction du niveau de remplissage physique. On modifie la demande de rendement NOx pour le modèle analytique de catalyseur au mieux en modifiant le coefficient de fréquence de NOx. Le coefficient de fréquence peut servir de grandeur de réglage pour la régulation.

Selon un autre développement, en fonction de l’écart de régulation qui correspond à la différence entre la valeur réelle du débit massique NH3 en aval du premier catalyseur SCR et la valeur de consigne du débit massique NH3 en aval du premier catalyseur SCR, la sortie de régulation du premier régulateur modifie le rendement actuel du modèle du second catalyseur SCR. De façon préférentielle, la sortie de régulation règle un rendement actualisé du modèle en modifiant le coef ficient de fréquence utilisé dans le modèle pour NOx dans le premier catalyseur SCR.

Le coefficient de fréquence A de l’équation d’Arrhenius, selon la théorie des collisions, est le produit du nombre de collisions Z et du coefficient d’orientation P. Dans le cas particulier des réactions monomoléculaires, l’équation d’Arrhenius décrit en cinétique chimique la dépendance quantitative entre la constante de vitesse de réaction k et la température. Cette équation s’exprime comme suit :

F _Λ k = A e «'Τ’,

Dans cette formule :

Ea est l’énergie d’activation, R est la constante universelle des gaz parfaits, T est la température en K, et A est le facteur pré-exponentiel.

De façon préférentielle, si la température du premier catalyseur SCR est inférieure au seuil inférieur de température ou supérieur au seuil supérieur de température, la sortie de régulation de la première régulation ne change pas. Le seuil inférieur de température est de préférence égal à 250°C. Le seuil supérieur de température est de préférence de 550°C. Aux basses températures, par exemple aux températures inférieures à 250°C, on ne relève pas le niveau de remplissage NH3 dans le premier catalyseur SCR aussi fortement pour générer le glissement NH3, ce qui n’est pas non plus intéressant à cause de la réduction nécessaire du niveau de remplissage en cas de chauffe. D’autre part, pour des températures très élevées, par exemple supérieures à 550°C, des influences parasites résultent de l’oxydation. Pour ces motifs, la grandeur de correction doit être limitée dans une plage intermédiaire, ce qui se réalise avantageusement par les caractéristiques indiquées.

De façon préférentielle, le procédé ci-dessus a une seconde régulation du niveau de remplissage NH3 du second catalyseur SCR. En général, le glissement NH3 en aval du premier catalyseur SCR est une grandeur de régulation rapide. Le niveau de remplissage NH3 significativement plus inerte en général du second catalyseur SCR est régulé de préférence par une seconde boucle de régulation. De façon préférentielle, la première régulation et la seconde régulation sont couplées l’une à l’autre.

Selon un développement préférentiel, la seconde régulation régule le niveau de remplissage du premier catalyseur SCR et du second catalyseur SCR entre un niveau de remplissage minimum et un niveau de remplissage maximum. Le niveau de remplissage du second catalyseur SCR est régulé son niveau de remplissage minimum si le premier catalyseur SCR est au niveau de remplissage maximum. De façon préférentielle, le premier catalyseur SCR est régulé en fonction du niveau de remplissage global du premier et du second catalyseur SCR qui est maximum si le premier catalyseur SCR est régulé sur le niveau de remplissage maximum et le second catalyseur SCR est régulé sur le niveau de remplissage minimum. Si le premier catalyseur SCR a un niveau de remplissage minimum et le second catalyseur SCR a un niveau de remplissage maximum, alors le rendement global est minimum.

Selon un mode de réalisation préférentiel, on gère le premier catalyseur SCR pour générer sur le plan stoechiométrique, un débit massique NOx aussi important que le débit massique NH3, ce qui a l’avantage de conserver un niveau de remplissage NHR constant dans le second catalyseur SCR.

Selon un autre mode de réalisation préférentiel, on multiplie la valeur de consigne du débit massique NH3 en aval du premier catalyseur SCR avec un coefficient de correction multiplicatif et on additionne un décalage. Ainsi, à la fois le coefficient de correction multiplicatif et le décalage sont choisis sur une courbe caractéristique. La courbe caractéristique du coefficient de correction multiplicatif ainsi que la courbe caractéristique du décalage ont comme paramètre un second écart de régulation qui correspond à la différence entre la valeur de consigne du niveau de remplissage NH3 du second catalyseur SCR et valeur réelle de son niveau de remplissage NH3. Les modifications évoquées dans le circuit de régulation c'est-à-dire la modification de la valeur de consigne du débit massique NH3 en aval du premier catalyseur

SCR dans le premier circuit de régulation par la multiplication avec le coefficient de correction et l’éventuelle addition du décalage s’obtient avantageusement en régulant le niveau de remplissage NH3 du second catalyseur SCR.

Selon un mode de réalisation préférentiel, si la valeur de consigne du niveau de remplissage NH3 du second catalyseur SCR est égale à la valeur réelle de son niveau de remplissage NH3, le coefficient de correction multiplicatif est égal à 1 et le décalage est nul. Dans ce cas, le niveau de remplissage NH3 du second catalyseur est régulé et il n’y a pas lieu d’intervenir plus longtemps dans la régulation du premier circuit de régulation ; c’est pourquoi le coefficient de correction multiplicatif est égal à 1 et le décalage est égal à 0.

Selon un autre mode de réalisation préférentiel, si la valeur de consigne du niveau de remplissage NH3 du second catalyseur SCR est supérieure à la valeur réelle du niveau de remplissage NH3 du second catalyseur SCR, le coefficient de correction multiplicatif est égal à 1 et le décalage est supérieur à 0. Dans ce cas, il faut augmenter le niveau de remplissage NH3 du second catalyseur. Pour cela, entre autres, on fixe le coefficient de correction multiplicatif à 1 et le décalage à une valeur supérieure à 0, ce qui permet avantageusement d’augmenter la valeur réelle du niveau de remplissage NH3.

Selon un autre mode de réalisation préférentiel, si la valeur de consigne du niveau de remplissage NH3 du second catalyseur SCR est inférieure à la valeur réelle du niveau de remplissage NH3 du second catalyseur SCR, il faut diminuer le coefficient de correction et appliquer un décalage égal à 0. Dans ce cas, il faut abaisser le niveau de remplissage du second catalyseur et pour cela, on choisit un coefficient de correction multiplicatif inférieur à 1 car cela abaisse avantageusement la valeur de consigne du débit massique NH3 en aval du premier catalyseur SCR.

Le programme d’ordinateur est conçu pour appliquer les étapes du procédé, notamment lorsque le programme est exécuté par un appareil de commande électronique ou un calculateur. Cela permet d’implémenter le procédé dans l’appareil de commande existant sans avoir à faire des modifications constructives. Pour cela le programme d’ordinateur est enregistré sur le support de mémoire lisible par une machine. L’exécution du programme d’ordinateur sur un appareil de commande électronique habituel permet de conserver l’appareil de commande électronique conçu pour gérer un système de catalyseurs SCR composé d’un premier catalyseur SCR et d’un second catalyseur SCR.

Dessins

La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l’aide d’un exemple de réalisation d’un système de catalyseurs, représenté dans les dessins annexés dans lesquels :

la figure 1 est un schéma d’un système de catalyseurs SCR composé de deux catalyseurs SCR pour la mise en oeuvre du procédé de l’invention, la figure 2 montre les émissions NOx et NH3 en aval du catalyseur SCR d’un système de catalyseurs pour une certaine température et en fonction du niveau de remplissage NH3 du catalyseur SCR en décrivant différents points de fonctionnement du catalyseur utilisé selon le procédé de l’invention, la figure 3 montre un schéma du flux des signaux pour le fonctionnement d’un exemple de réalisation du procédé de l’invention, la figure 4 montre les résultats de mesures dans un système de catalyseurs SCR composé de deux catalyseurs SCR appliquant le procédé de l’invention, la figure 5 montre un ordinogramme simplifié du procédé de gestion d’un système de catalyseurs SCR.

Description de modes de réalisation

La figure 1 montre un exemple de la disposition des composants dans la conduite des gaz d’échappement d’un moteur à combustion interne équipé de deux catalyseurs SCR. Une telle installation de post-traitement des gaz d’échappement applique avantageusement le procédé de l’invention. Mais le procédé peut également être appliqué dans d’autres installations de post-traitement des gaz d’échappement qui comportent deux ou plus de catalyseurs SCR. Selon cette réalisation de l’installation de post-traitement des gaz d’échappement, dans la direction de passage des gaz d’échappement, il y a tout d’abord un cataly seur d’oxydation Diesel (DOC) 10 suivi en aval d’une installation de dosage 11 du réactif utilisé dans les installations SCR. En aval de celui-ci, selon le sens de passage des gaz d’échappement, un premier catalyseur SCR 12 fonctionne comme filtre à particules avec un revêtement SCR (revêtement SCRF). En aval du premier catalyseur SCR 12, il y a un second catalyseur SCR catalyseur 13. Enfin, il y a un autre catalyseur qui, dans ce cas, est un catalyseur de nettoyage (CuC) 14 pour terminer le post-traitement des gaz d’échappement. La flèche représente le sens de passage des gaz d’échappement. Différents capteurs sont prévus, notamment des capteurs d’oxydes d’azote 15, un capteur NH3 16 et des capteurs de température 17. Les valeurs saisies à l’aide des capteurs 15, 16, 17 sont utilisées pour la conduite du procédé.

La figure 2 montre le signal de capteur NOx 20 en aval du premier catalyseur SCR 12. Comme le capteur NOx est sensible transversalement à l’ammoniac NH3, le signal de capteur NOx 20 est la somme du signal simple 22 correspondant à NOx et du signal simple 24 pour NH3 ; ces signaux correspondent à une courbe en forme de parabole. Le signal simple 24 pour NH3 a été mesuré avec un capteur NH3. Le signal simple 22 pour NOx se calcule comme différence du signal de capteur NOx 20 et du signal simple 24 pour NH3. Le signal de capteur NOx 20 a un tracé caractéristique pour un catalyseur SCR usuel à une certaine température. Le signal de capteur NOx 20 est une fonction du niveau de remplissage NH3 du premier catalyseur SCR 12. Il est connu, selon l’état de la technique, de gérer un seul catalyseur SCR dans la plage D dans laquelle le catalyseur SCR a un faible niveau de remplissage NH3 de sorte qu’il n’y a pas de glissement NH3. Le point de fonctionnement est de manière certaine du côté NOx pour avoir une adaptation stable du système, c'est-à-dire de la régulation NOx. La valeur de consigne ou valeur du modèle est éloignée du minimum de la courbe-somme pour disposer de la réserve de régulation nécessaire.

En gérant un système avec deux catalyseurs SCR, lorsqu’on atteint les conditions de fonctionnement stationnaires, on peut régler le point de fonctionnement B pour lequel, en aval du premier catalyseur SCR 12, on génère de manière stoechiométrique autant d’oxydes d’azote NOx que le glissement NH3. Cela signifie que le niveau de remplissage NH3 ne changera pas dans le second catalyseur SCR 13 car les oxydes d’azote NOx et l’ammoniac NH3 sortant du premier catalyseur sont complètement transformés. Si à cause d’une modification dynamique ou d’un flux dans l’ensemble du système, il faut augmenter le niveau de remplissage NH3 dans le second catalyseur SCR 13, ce qui correspond à un refroidissement du second catalyseur SCR 13, on peut décaler le point de fonctionnement dans la direction C, ce qui consiste à fournir plus d’ammoniac NH3 que d’oxydes d’azote NOx.

S’il faut réduire le niveau de remplissage NH3 du second catalyseur SCR 13, ce qui correspond à une élévation de température du second catalyseur SCR 13, on peut décaler le point de fonctionnement dans la direction A pour disposer de plus d’oxydes d’azote NOx que d’ammoniac NH3.

L’avantage est qu’aux points de fonctionnement A, B ou C du premier catalyseur SCR 12 d’un système global composé de deux catalyseurs SCR, on augmente considérablement la performance NOx par rapport à celle du point de fonctionnement usuel D. En optimisant la conception, on peut sensiblement diviser par deux le glissement NOx, en général après le premier catalyseur SCR 12 par rapport au point de fonctionnement D utilisé dans le procédé habituel.

La figure 2 montre que le glissement NH3 est la grandeur décisive pour déterminer où l’on se trouve réellement. Les points A, B, C n’ont que très peu de différence de rendement car le signal simple 22 représentant NOx est à cet endroit très plat. La différence entre le signal simple 24 pour NH3 et qui augmente fortement avec l’augmentation du niveau de remplissage NH3 est beaucoup plus significative. Cela signifie qu’en commutant entre les points A, B, C, le flux massique NH3 émis par le premier catalyseur SCR 12 peut varier très rapidement en pourcentage.

La figure 3 montre le fonctionnement de base du procédé de l’invention sous la forme d’une représentation du flux des signaux. La première régulation qui assure la régulation d’une valeur réelle 100 du débit massique NH3, en aval du premier catalyseur SCR 12 selon une valeur de consigne 101 du débit massique NH3 après le premier catalyseur, se réalise en déterminant l’écart de régulation 102 par l’opérateur « moins » 104 et ainsi on obtient la courbe caractéristique 106. Si, au préalable, on ne tient pas compte du second circuit de régulation 110, l’opérateur «moins» 104 retranche la valeur de consigne 101 du débit massique NH3 en aval du premier catalyseur SCR 12 par rapport à la valeur réelle 100 du débit massique NH3 après le premier catalyseur SCR 12, ce qui donne l’écart de régulation 102. La courbe caractéristique 106 attribue à l’écart de régulation 102 un nouveau rendement modèle 108 que l’on utilise ensuite principalement pour adapter la valeur de consigne 101 du débit massique NH3 en aval du premier catalyseur et ainsi la recalculer. La valeur de consigne 101 du débit massique NH3 en aval du premier catalyseur se calcule comme produit du débit massique NOx 112 en amont du second catalyseur 13 et du rendement modèle-actuel 114 du second catalyseur SCR 13. Le nouveau rendement modèle 108 est toutefois corrigé par une correction dépendant de la température 116 pour obtenir le nouveau rendement modèle 109. La correction 116 dépendant de la température a deux entrées pour une sortie d’une courbe caractéristique limite 118 pour un coefficient de correction maximum et pour une sortie d’une courbe caractéristique limite 120 pour un coefficient de correction minimum ; à la fois la courbe caractéristique limite 118 du coefficient de correction maximum et la courbe caractéristique limite 120 du coefficient de correction minimum ont chacune, comme grandeur d’entrée, la température moyenne 122 du premier catalyseur SCR 12. La correction 116 dépendant de la température fait qu’au-dessus d’un seuil supérieur de température et en dessous d’un seuil inférieur de température, le rendement modèle-actuel 114 ne continue pas de varier.

La seconde régulation 110 modifie la première régulation présentée ci-dessus de la manière suivante. L’opérateur « moins » 130 forme un second écart de régulation 136 comme différence entre la valeur de consigne 132 du niveau de remplissage NH3 dans le second catalyseur SCR 13 et la valeur réelle 134 du niveau de remplissage NH3 dans le second catalyseur SCR 13. La courbe caractéristique 140 applique un coefficient de correction multiplicatif 142 au second écart de régulation 136 et une courbe caractéristique 144 applique un décalage 146 au second écart de régulation 136. La valeur de consigne 101 du débit massique NH3 en aval du premier catalyseur SCR 12 est multiplié par le coefficient de correction multiplicatif 142 et au résultat obtenu, on additionne le décalage 146 ; on obtient ainsi une valeur de consigne corrigée 150 du débit massique NH3 en aval du premier catalyseur SCR

12.

En tenant compte de la seconde régulation 110, on forme l’écart de régulation 102 comme différence entre la valeur de consigne corrigée 150 du débit massique NH3 en aval du premier catalyseur SCR et la valeur réelle 100 du débit massique NH3 en aval du premier catalyseur SCR 12.

Chaque rendement modèle correspond à un certain coefficient de fréquence de l’équation d’Arrhenius pour NOx. Comme la régulation présentée ci-dessus modifie toutefois le rendement modèle, on n’obtient pas un coefficient de fréquence déterminé mais une plage de fréquence pour le premier catalyseur SCR 12. Cette plage de fréquence pourra être adaptée dans un autre circuit de régulation principal, lorsque se présente un glissement NH3 en aval du second catalyseur SCR sur la durée de vie du système global.

La figure 4 montre les mesures d’un procédé selon l’invention dans une situation critique. On saisit une série de grandeurs de mesure en fonction du temps. La figure 4 a quatre fenêtres de mesure 190. Dans la fenêtre de mesure 190 du haut, on a représenté la température 200 dans le premier catalyseur SCR 12 et la température 202 dans le second catalyseur SCR 13. Dans la seconde fenêtre de mesure 190, on a le niveau de remplissage NH3 minimum 204 dans le premier catalyseur SCR 12, le niveau de remplissage NH3 maximum 206 dans le premier catalyseur SCR 12, la valeur de consigne 208 du niveau de remplissage NH3 dans le premier catalyseur SCR 12 ainsi que son niveau de remplissage NH3 actuel 210. Dans la troisième fenêtre de mesure 190, on a représenté le niveau de remplissage NH3 212 minimum dans le second catalyseur SCR 13, le niveau de remplissage NH3 maximum 214 dans le second catalyseur SCR 13 ainsi que la valeur de consigne 132 du niveau de remplissage NH3 dans le second catalyseur SCR 13. Dans la quatrième fenêtre de mesure 190, on a représenté le glissement NH3 218 en aval du premier catalyseur SCR 12, la valeur de consigne 220 du glissement NH3 en aval du premier catalyseur SCR 12 et le coefficient de correction multiplicateur 222.

Un point de charge ou point de fonctionnement élevé ou une régénération dans le catalyseur accumulateur d’oxydes d’azote (encore appelé catalyseur NSC) développe un fort gradient de température. Ce seuil de température se répercute sur le premier catalyseur SCR 12 et augmente d’environ 25 secondes la température du premier catalyseur SCR 12 qui est juste au-dessus de 200°C jusqu’à environ 400°C. Cette augmentation de température abaisse tout d’abord la valeur de consigne 208 du niveau de remplissage NH3 dans le premier catalyseur SCR 12 et de façon retardée également la valeur de consigne 132 du niveau de remplissage NH3 dans le second catalyseur SCR 13. La valeur de consigne 220 du glissement NH3 en aval du premier catalyseur SCR 12 se détermine pour que le niveau de remplissage NH3 du second catalyseur SCR 13 reste si possible dans les limites entre le niveau de remplissage NH3 minimum 212 et le niveau de remplissage NH3 maximum 214. Si la température 200 du premier catalyseur SCR 12 est inférieure à 280°C, la valeur de consigne 220 du glissement NH3 et la valeur réelle 218 du glissement NH3 sont pratiquement nulles (voir la température 200) et le glissement NH3 218 en aval du premier catalyseur SCR 12 et la valeur de consigne 220 du glissement NH3 en aval du premier catalyseur SCR 12 se situent dans une plage comprise entre 1675 et 1725 secondes. A partir d’environ 280°C dans le premier catalyseur SCR 12, la courbe caractéristique limite 120 permet un coefficient de correction minimum du régulateur de glissement NH3. Dans la suite (voir la plage après 1725 secondes), le glissement NH32I8 après le premier catalyseur SCR 12 suit la valeur de consigne 220 du glissement NH3 en aval de ce premier catalyseur SCR 12.

La figure 5 montre un procédé 300 de gestion d’un système de catalyseurs SCR composé d’un premier catalyseur SCR 12 et d’un second catalyseur SCR 13. Dans la première étape 310, on régule le débit massique NH3 en aval du premier catalyseur SCR 12. Ainsi, dans une première régulation, on régule la valeur réelle 100 du débit massique NH3 en aval du premier catalyseur SCR 12 sur la valeur de consigne 101 du débit massique NH3 en aval du premier catalyseur 12.

La valeur de consigne 101 du débit massique NH3 en aval du premier catalyseur SCR 12 se détermine à l’aide d’un modèle du second catalyseur SCR 13.

La valeur de consigne 101 du débit massique NH3 en aval du premier catalyseur SCR 12 se calcule comme produit du rendement modèle 114 actuel du second catalyseur SCR 13 et du débit massique NOx 112 en amont du second catalyseur SCR 13.

Dans une seconde étape 320, en fonction de l’écart de régulation 102 qui est la différence entre la valeur réelle 100 du débit massique NH3 en aval du premier catalyseur SCR 12 et de la valeur de consigne 101 du débit massique NH3 en aval de ce premier catalyseur SCR 12, la sortie de régulateur 108 de la première régulation modifie le rendement modèle actuel du modèle du second catalyseur SCR 13.

Si la température du premier catalyseur SCR 12 est inférieure au seuil inférieur de température ou supérieure au seuil supérieur de température, la sortie de régulation 108 du premier régulateur reste inchangée.

Selon une autre étape 330, la seconde régulation 110 régule le niveau de remplissage NH3 du second catalyseur SCR 13. La seconde régulation 110 régule les niveaux de remplissage du premier catalyseur SCR 12 et du second catalyseur SCR 13 entre chaque fois un niveau de remplissage minimum 204, 212 et un niveau de remplissage maximum 206, 214 ; si le premier catalyseur SCR 12 est au niveau de remplissage maximum 206, le niveau de remplissage du second catalyseur SCR 13 sera réglé sur le niveau de remplissage minimum 212 de ce second catalyseur SCR 13.

En aval du premier catalyseur SCR 12, on multiplie la valeur de consigne 101 du débit massique NH3 par le coefficient de correction multiplicatif 142 et on ajoute un décalage 146 ; à la fois le coefficient de correction multiplicatif 142 et aussi le décalage 146 seront choisis à l’aide d’une courbe caractéristique 140, 144 ; à la fois la courbe caractéristique 140 pour le coefficient de correction multiplicatif 142 et aussi la courbe caractéristique 144 pour le décalage 146 seront considérées comme paramètres d’un second écart de régulation 136 représentant la différence entre la valeur de consigne 132 du niveau de remplissage NH3 du second catalyseur SCR 13 et de la valeur réelle 134 du niveau de remplissage NH3 du second catalyseur SCR 13.

NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX

Catalyseur d’oxydation Diesel

Premier catalyseur SCR

Second catalyseur SCR

Catalyseur de nettoyage

Capteur d’oxydes d’azote

Capteur NH3

Capteur de température

Signal de capteur NOx

Signal simple de NOx

Signal simple de NH3

100 Valeur réelle du débit massique NH3 en aval du premier catalyseur SCR 12

101 Valeur de consigne du débit massique NH3 en aval du premier catalyseur SCR 12

102 Ecart de régulation

104 Opérateur « moins »

106 Courbe caractéristique

109 Rendement du modèle

110 Second circuit de régulation

112 Débit massique NOx en amont du second catalyseur SCR 13

114 Rendement actuel du modèle

116 Coefficient de correction dépendant de la température

118 Courbe caractéristique de limitation

120 Courbe caractéristique de limitation

122 Température moyenne du premier catalyseur SCR 12

130 Opérateur « moins »

132 Valeur de consigne du niveau de remplissage NH3 du second catalyseur SCR 13

136 Second écart de régulation

140 Courbe caractéristique

142 Coefficient multiplicateur

144 Courbe caractéristique du second écart de régulation 136

146 Décalage

150

190

200

202

212

214

218

220 ο

222

300

Valeur de consigne corrigée du débit massique NHR Quatrième fenêtre de mesure

Température dans le premier catalyseur SCR 12

Température dans le second catalyseur SCR 13

Niveau de remplissage NH3 minimum en aval du premier catalyseur SCR 12

Niveau de remplissage maximum

Valeur réelle du glissement NH3

Valeur de consigne pour le glissement NH3 après le premier catalyseur SCR 12

Coefficient de correction multiplicatif

Procédé de gestion d’un système de catalyseur

310,320, Etapes du procédé 300 de gestion d’un système de

330 catalyseurs SCR

Claims

REVENDICATIONS

1°) Procédé (300) pour gérer un système de catalyseurs SCR composé d’un premier catalyseur SCR (12) et d’un second catalyseur SCR (13), procédé caractérisé en ce qu’ il comprend une étape de régulation (310) du débit massique NH3 en aval du premier catalyseur SCR (12).
2°) Procédé (300) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la régulation du débit massique NH3 en aval du premier catalyseur SCR (12) comprend une première régulation d’une valeur réelle (100) du débit massique NH3 en aval du premier catalyseur SCR (12) sur une valeur de consigne (101, 150) du débit massique NH3 en aval du premier catalyseur (12).
3°) Procédé (300) selon la revendication 2, caractérisé en ce qu’ on détermine la valeur de consigne (101, 150) du débit massique NH3 en aval du premier catalyseur (12) par un modèle du second catalyseur SCR (13).
4°) Procédé (300) selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu’ on calcule la valeur de consigne (101, 150) du débit massique NH3 en aval du premier catalyseur SCR (12) comme produit du rendement actuel du modèle (114) du second catalyseur SCR (13) et du débit massique NOx (112) en amont du second catalyseur SCR (13).
5°) Procédé (300) selon la revendication 4, caractérisé en ce qu’ en fonction d’un écart de régulation (102) qui correspond à la différence de la valeur réelle (100) du débit massique NH3 en aval du premier catalyseur SCR (12) et de la valeur de consigne (101, 150) du débit massique NH3 en aval du premier catalyseur SCR (12), on modifie (320) la sortie de régulation (108, 109) de la première régulation selon le rendement actuel du modèle du second catalyseur SCR (13).
6°) Procédé (300) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que si la température du premier catalyseur SCR (12) est inférieure à un seuil inférieur de température ou supérieure à un seuil supérieur de température, on ne modifie pas la sortie de régulation (108, 109) de la première régulation.
7°) Procédé (300) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé par une seconde régulation (110) qui régule (330) le niveau de remplissage NH3 du second catalyseur SCR (13).
8°) Procédé (300) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la seconde régulation (110) régule le niveau de remplissage du premier catalyseur SCR (12) et du second catalyseur SCR (13) chaque fois entre un niveau de remplissage minimum (204, 212) et un niveau de remplissage maximum (206, 214), et dans le cas où le premier catalyseur SCR (12) a un niveau de remplissage maximum (206), on régule le niveau de remplissage du second catalyseur SCR (13) sur le niveau de remplissage minimum (212) du second catalyseur SCR (13).
9°) Procédé (300) selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu’ on multiplie la valeur de consigne (101) du débit massique NH3 en aval du premier catalyseur SCR (12) par un coefficient de correction multiplicatif (142) et on ajoute un décalage (146), le coefficient de correction multiplicatif (142) et le décalage (146) étant choisis respectivement sur une courbe caractéristique (140, 144), et à la fois la courbe caractéristique (140) pour le coefficient de correction multiplicatif (142) et la courbe caractéristique (144) pour le décalage (146) ont comme paramètre un second écart de régulation (136) qui correspond à la différence de la valeur de consigne (132) 5 du niveau de remplissage NH3 du second catalyseur SCR (13) et de la valeur réelle (134) du niveau de remplissage NH3 du second catalyseur SCR (13).
10°) Programme d’ordinateur conçu pour exécuter les étapes du procédé 10 (300) selon l’une des revendications 1 à 9, et support de mémoire lisible par une machine comportant le programme d’ordinateur, et appareil de commande électronique pour gérer à l’aide du procédé (300) selon l’une des revendications 1 à 9, un système de catalyseurs SCR composé d’un premier catalyseur SCR (12) et d’un second catalyseur SCR (13).