WO2018096292A1 - Procédé d'optimisation d'une dépollution en oxydes d'azote des gaz dans une ligne d'échappement de moteur selon une réduction catalytique sélective - Google Patents

Procédé d'optimisation d'une dépollution en oxydes d'azote des gaz dans une ligne d'échappement de moteur selon une réduction catalytique sélective Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method for optimizing a nitrogen oxide pollution control of gases in an exhaust line of an internal combustion engine of a motor vehicle, the depollution of nitrogen oxides being carried out according to a catalytic reduction. selective injection of a quantity of reducing agent in the line followed by a set of nitrogen oxides per second at the exit of the exhaust line.
  • an exhaust line of an internal combustion engine with a selective catalytic reduction system with injection of reducing agent into the line, the unit control system receiving estimates or measurements of quantities of nitrogen oxides exiting the exhaust line at least downstream of the selective catalytic reduction system.
  • the selective catalytic reduction system may also be cited by its abbreviation RCS as the nitrogen oxides may be cited under their abbreviation NO x , ammonia under its chemical formula NH 3 and the carbon dioxide under its chemical formula of C0 2 .
  • a liquid reducing agent is used to be introduced in predefined quantities and by consecutive injections in an exhaust line of a motor vehicle.
  • This reducing agent depollution effects the treatment of NO x present in the exhaust line of the engine of the motor vehicle.
  • This reducing agent SCR is frequently ammonia or a precursor of ammonia, for example urea or a derivative of urea, especially a mixture known under the trademark Adblue®.
  • a SCR system typically has a reservoir containing an amount of liquid reducing agent, a pump for supplying liquid reducing agent of an exhaust line of a motor vehicle from an injector opening into the line of exhaust.
  • the liquid reducing agent is decomposed into gaseous ammonia, of chemical formula NH 3 .
  • NH 3 stores in a SCR catalyst to reduce NO x found in the gases evacuated by the exhaust line. This applies to both diesel and gasoline vehicles.
  • Such a RCS system can be doubled or associated with one or more active or passive NO x traps.
  • such traps store NO x at cooler exhaust temperatures. Then, the NO x are reduced, during a purge operation, under conditions of richness and heat in the presence of hydrocarbons in the exhaust. For higher temperatures, continuous fuel injection into the high frequency and high pressure exhaust line proved to be more efficient than typical alternating storage and purge operations.
  • a SCR system especially when the reducing agent is a derivative of urea such as AdBlue®, is effective between medium and high temperatures and can convert NO x continuously. Optimized control is also required to increase the NO x treatment efficiency and optimize fuel and reducing agent consumption, since these parameters all function, non-linearly, with prevailing exhaust and exhaust conditions. during catalysis.
  • the control of a RCS system can be divided into two parts: a nominal control and an adaptive control.
  • the nominal control sets the amount of reducing agent to be injected, which is calibrated according to the SCR system and the test vehicle used in the development.
  • the adaptive control sets a multiplicative factor of correction of the quantity of injection of reducing agent based on the vehicle on which the RCS system is actually associated, in order to adapt the system in series to deviations and dispersions that may come from the injector reducing agent, NO x sensor, the quality of reducing agent, the dosing system, the catalyst temperature, exhaust flow, etc.
  • the system can have an influence on the reduction process by causing more emissions of NO x or NH 3 , the NH 3 corresponding to the reducing agent converted but not used for the output catalysis. exhaust line.
  • the adaptive control uses an NH 3 and / or NO x sensor or works with an estimation at the output of a particulate filter impregnated with SCR or a SCR catalyst, this without taking into account the case where a auxiliary RCS system is present or if there is present a catalyst of oxidation of surplus NH 3 not used for the control of the catalysis at the end of the exhaust line in order to avoid rejecting NH 3 in the environment outside the vehicle automobile.
  • a control of a prior art RCS system makes it possible to adapt a predetermined NO x treatment efficiency to a volumetric ratio or a mass concentration or a NO x level in the exhaust line. for example a mass flow rate in gram / second. If it is not not expressly formulated in the state of the art, it is, however, obvious to modify an efficiency control in NO x in a control of the level of NO x in the exhaust line.
  • FIG. 1 shows a control flowchart of a RCS system whose steps 1 to 7 are known from the state of the art. For carrying out these steps, it is known to control a RCS system, which can be done by a control unit specifically associated with this RCS system.
  • the control unit operates by setting a setpoint of amount of nitrogen oxides per second at the exit of the exhaust line, referenced 1 in FIG.
  • the control unit of the RCS system also calculates a quantity of reducing agent 2 to be injected into the exhaust line according to parameters of the exhaust line and / or combustion parameters in the internal combustion engine, which is symbolized by reference 3 in Figure 1. This calculation can be done in an open loop, which is symbolized by reference 5 in FIG.
  • step 3 may be a quantity of nitrogen oxides measured or estimated upstream of the injection of reducing agent, advantageously measured by a dye oxide sensor.
  • nitrogen upstream of the reducing agent injection a temperature in the exhaust line, a gas flow in the exhaust line.
  • the amount of injected reducing agent can be modulated by a catalysis model, which is referenced 4 in FIG.
  • the control unit also receives estimates or measurements of amounts of nitrogen oxides exiting through the exhaust line at least downstream of the selective catalytic reduction system, which is referenced 6 in Figure 1. This can be done by a nitrogen oxide sensor disposed downstream of the catalyst of the SCR system.
  • the comparison between the quantity of oxides of nitrogen per second and the estimation or measurement of the quantity of nitrogen oxides leaving the exhaust line brought back per second allows the calculation of a deflection 7 serving to the correction of the amount of reducing agent 2. This can be done for example in grams per second.
  • the first method is called movable averaging windows also known by the abbreviation for MAW "moving averaging Windows”.
  • Such a first method evaluates the emissions on a representative C0 2 evaluation window, by integrating C0 2 and uses the C0 2 emissions given in gram per kilometer or g / km to normalize the results of actual driving emissions. excluding so-called aberrant values which are too low or too high by plus or minus 50% of the C0 2 emission values.
  • a second method uses the measured power for classification according to power classes that have predetermined weight factors.
  • Both methods provide NO x emissions in g / km, derived from NO x emissions in grams divided by the distance in kilometers in the case of the first method, and derived from emission of NO x expressed in grams per second and divided by an average speed in kilometers per second, both on power classes for the second method.
  • results of NO x is a function of a variation of an average vehicle speed on the associated range gate.
  • a more aggressive driving style can lead to higher flow rates and higher C0 2 and NO x emissions.
  • a higher average vehicle speed will result in lower NO x emissions and over-consumption of reducing agent.
  • a worst case scenario will be defined, typically statistically representative of at least 95% of all possible cases.
  • emissions in real driving as 100% of cases will never be covered.
  • This scenario will be calibrated in terms of concentration of NO x in the end milligram per second exhaust line or mg / sec to meet the requirements of emissions in real driving tests, for example lower average speeds combined with more heavy weight and aggressive driving.
  • Another problem relates to the engine and traction chain calibrations which must consider all the operating conditions that will be included in the actual driving conditions. All possible cycles can not be covered during development effectively, for example the worst case coverage of 95% of all possible driving cases. There is a risk that some of the actual driving emission cycles may exceed the NO x emission limits for some of the driving behaviors and random conditions or other conditions that may vary during the emissions test. real driving. This requires the creation of a safety margin leading to a higher consumption of reducing agent or the use of larger catalysts, for example.
  • the problem underlying the present invention is to adapt the control and control of the amounts of reducing agent to be injected into an exhaust line by a selective catalytic reduction system to the real operating conditions of the motor vehicle, in particular to meet the requirements of emissions testing in real driving.
  • the present invention relates to a method for optimizing a nitrogen oxide pollution control of gases in an exhaust line of an internal combustion engine of a motor vehicle, the depollution of nitrogen oxides being carried out according to a selective catalytic reduction by injection of a quantity of reducing agent in the line making it possible to follow a setpoint of quantity of nitrogen oxides per second at the exit of the exhaust line, characterized in that a readjustment of the reference quantity of oxides of nitrogen per second at the exit of the exhaust line is made at the end of successive rolling distance intervals, each distance interval being determined by integration of the speed of the vehicle in a period of time ending when a predetermined target quantity of cumulative carbon dioxide released into the exhaust line is reached, a quantity of nitrogen oxides at the outlet of the escape line per kilometer traveled is calculated for each interval from a cumulative amount of oxides of nitrogen measured at the outlet of the exhaust line and compared with a target quantity of nitrogen oxides per kilometer for the calculation of a first deviation for readjustment of the nitrogen oxides quantity per second at the exit
  • the technical effect is to allow regulation increasing or decreasing the NO x setpoint at the exit of the exhaust line, this according to distances traveled and no longer according to durations.
  • the implementation of the method according to the invention makes it possible to optimize the injection of reducing agent, if necessary by reducing the over-consumption of reducing agent as well as by reducing the size of the catalysts used with a margin of safety. Indeed, in the state of the art, it was necessary to provide a safety margin for the catalytic reduction to be effective even in the worst case of running the vehicle.
  • the injection closely follows the actual operating conditions of the vehicle as well as the external parameters affecting the reducing agent consumption, the actual conditions and the external parameters being taken into account for the determination of the quantity of target nitrogen oxides per kilometer.
  • the predetermined target quantity of cumulative carbon dioxide released into the exhaust line at each distance interval allows the determination of the end of the time interval for integration of the vehicle speed, this target quantity also being a function driving conditions of the vehicle.
  • the amount of nitrogen oxides target per kilometer is a function of at least one of the following parameters: driving style, estimation of the total weight of the vehicle, use of additional equipment in the vehicle such as air-conditioning, profile of road, engine temperature or coolant temperature, vehicle speed, combustion mode and atmospheric conditions such as outdoor temperature, ambient pressure, wind and / or altitude.
  • a cumulative amount of carbon dioxide is estimated by mapping established at least as a function of the engine speed and a fuel injection request by the driver and is compared with the predetermined amount of cumulative carbon dioxide.
  • the carbon dioxide or CO 2 model can be a basic map giving the CO 2 concentration, for example the mass concentration as a function of the torque and the engine speed. Additional maps depending on the temperature of the coolant, the mode of combustion and any other parameter having an effect on the C0 2 concentration can also be considered.
  • the CO 2 concentration at the exit of the exhaust line can be evaluated every second and can be multiplied by the exhaust mass flow rate to be expressed in milligrams per second, which can be integrated to obtain a mass of CO 2 in grams. over a period of time.
  • a monitoring of the emissions of nitrogen oxides is performed for evaluation windows over a predetermined rolling distance, the successive rolling distance intervals being between one twentieth and one tenth of the predetermined rolling distances of the windows. 'Evaluation.
  • a distance is determined by integrating the speed of the vehicle based on a model of maximum carbon dioxide production.
  • the carbon dioxide production model can be chosen to be adapted to the size of an emission evaluation window for an actual driving emission test, so to adapt the integrated distance interval so that it it is much smaller than the distance of an evaluation window, in order to allow a greater reactivity of the control-control of injection of reducing agent to the conditions of the test.
  • a test evaluation window can typically be of the order of 10 km and a range of distance according to the present invention can be from 500 m to 1 km, without this being limiting. Such a distance range makes it possible to appropriately control the NO x emissions according to the estimation method according to the present invention.
  • the amount of cumulative carbon dioxide released into the exhaust line is reset at the beginning of each rolling distance interval.
  • the distance intervals are thus independent of each other with final cumulation of the quantities of nitrogen oxides at the end of the exhaust line.
  • the quantity of injected reducing agent is calculated according to parameters of the exhaust and / or combustion line in the internal combustion engine taken individually or in combination, such as the quantity of nitrogen oxides measured or estimated upstream. of the reducing agent injection, the temperature in the exhaust line, the gas flow in the exhaust line and the catalysis model.
  • the calculation of the amount of reducing agent is done in an open loop.
  • the present invention it can thus be provided two deviations for the readjustment of the amount of reducing agent injected.
  • the first deviation an essential characteristic of the present invention, serves to readjust the nitrogen oxides quantity per second regulation at the outlet of the exhaust line over a distance interval, from a quantity of oxides. nitrogen in grams per kilometer.
  • the second deviation known from the state of the art, serves to readjust the amount of reducing agent injected over a period of time, for example a second, as a function of a quantity of nitrogen oxides over this period of time. output of the exhaust line, so for example in grams per second.
  • the combination of these two readjustments produces a synergy which allows a better control of the pollution control in oxides of nitrogen.
  • the second readjustment can be done more frequently than the first readjustment but does not it does not directly take into account driving conditions, especially external conditions and driving style, which is the first readjustment to increase or decrease the NO x emissions at the end of the exhaust line by readjusting the set point. There is therefore a very strong complementarity between these two types of readjustment of the amount of reducing agent injected.
  • the present invention also relates to a set of an exhaust line and a control unit for pollution control, the exhaust line comprising a selective catalytic reduction system with injection of reducing agent in the line, the control-command unit receiving estimates or measurements of quantities of nitrogen oxides leaving via the exhaust line at least downstream of the selective catalytic reduction system, characterized in that it implements such a method of optimizing the quantity of injected reducing agent, the control-command unit comprising means for integrating the speed of the vehicle to determine a distance interval, means for estimating or calculating a quantity of carbon dioxide; accumulated carbon discharged into the exhaust line, means for previously storing quantities of carbon dioxides and target nitrogen oxides at the outlet of the exhaust line per kilometer , means for calculating a first deviation between quantities of target and measured or estimated nitrogen oxides and means of readjustment of a quantity of nitrogen oxides per second at the outlet of the exhaust line; function of this first deviation.
  • Such an assembly according to the invention allows an injection of reducing agent according to the driving conditions relating to the operation of the engine or the external conditions affecting the consumption of reducing agent.
  • the solution is primarily software and does not involve the addition of new elements in the exhaust line.
  • the line comprises at least one of the following elements: an ammonia probe, an ammonia discharge catalyst, one of these elements or elements being arranged downstream of the selective catalytic reduction system, at least one passive or active sensor nitrogen oxide disposed downstream of the selective catalytic reduction system, a particulate filter and an oxidation catalyst when the engine is a diesel engine or a three-way catalyst when the engine is a gasoline engine.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a flowchart of an embodiment of a method for optimizing a nitrogen oxide pollution control of the gases in an exhaust line of an internal combustion engine according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagrammatic representation of two distribution curves respectively according to the present invention in full lines and according to the state of the art in dashed lines of control of nitrogen oxides at the outlet of a exhaust line of FIG. motor vehicle.
  • the method of optimizing a nitrogen oxide pollution control of the gases in an internal combustion engine exhaust line of a motor vehicle according to the present invention is carried out by a reduction catalytic selective injection of a quantity of reducing agent in the exhaust line.
  • the optimization method makes it possible to carry out the catalytic reduction by following a setpoint of quantity of nitrogen oxides per second at the outlet of the exhaust line.
  • the method according to the invention incorporates steps 1 to 7 of the state of the art but adds steps of readjustment of the nitrogen oxides quantity per second at the exit of the exhaust line starting from an emission control mode in grams per kilometer instead of gram per second. It is also taken into account a cumulated production of C0 2 in the exhaust line for the determination of the measurement interval and it is considered a quantity of NO x in gram produced per kilometer according to vehicle running conditions which will be hereinafter defined.
  • the readjustment of the quantity of oxides of nitrogen per second regulation at the outlet of the exhaust line is calculated at 18 and a new quantity of oxides of nitrogen per second at the outlet of exhaust line replaces in 1 the old set of quantity of oxides of nitrogen at each end of successive rolling distance intervals.
  • the calculation of the new setpoint may be increasing or decreasing from the previous setpoint by being absolute or relative. Its magnitude may be based on at least a portion of the parameters used to set the amount of target nitrogen oxides per kilometer.
  • the change may also be limited to one zone, since NO x emissions at the exit of the exhaust line may depend on several parameters, related to catalysis 4 such as temperature, or exhaust flow, the ratio N0 2 -NO x , soot load, NH 3 loading, etc., and / or the same parameters used to set the target nitrogen oxides per kilometer.
  • the expression of the distance per kilometer is not limiting but is however preferred because well suited to the path of a motor vehicle.
  • each distance interval is determined by integration of the speed of the vehicle in a time interval, which is referenced 1 1.
  • This time interval ends as soon as a predetermined target amount of cumulative carbon dioxide discharged into the exhaust line is reached, which is referenced in FIG. 1, this target amount of C0 2 being calibratable.
  • the calculation of the quantity of cumulated carbon dioxide actually discharged, referenced 14, can be obtained from the request for fuel injection made by the driver referenced 13, this injection request being able to be the pressure of his foot on a accelerator pedal.
  • the quantity of cumulative carbon dioxide that is effectively discharged can be calculated from the fuel injection request made by the driver referenced 13 by a mapping established at least as a function of the engine speed and the fuel injection demand by the engine. conduct 13 in the calculation step referenced 14. This amount of carbon dioxide effectively rejected is then compared to the predetermined amount of cumulative carbon dioxide, referenced 15.
  • the distance interval is thus calculated at 12 from the distance calculated distance integration distance as was done at 11 and from the predetermined target amount of cumulative carbon dioxide calculated by stopping the integration of the distance. distance interval and delimiting its end.
  • a quantity of nitrogen oxides measured or estimated at the exit of the exhaust line per kilometer traveled is calculated. This quantity of nitrogen oxides is calculated for each distance interval calculated at 12 from a quantity of cumulated nitrogen oxides measured at the outlet of the exhaust line which has been measured at 8 according to a known step of the state of the art.
  • the amount of nitrogen oxides measured or estimated at the exit of the exhaust line per kilometer run calculated at 9 is compared at 16 with a quantity of nitrogen oxides target per kilometer for the calculation of a first deviation.
  • the quantity of target nitrogen oxides per kilometer has been estimated at reference 17.
  • a first deflection at the exit of step 16 is then obtained between the quantity of nitrogen oxides measured or estimated per kilometer and the quantity of target nitrogen oxides per kilometer.
  • the deviation previously mentioned in the introductory part of the present application calculated according to a method of the state of the art at the step referenced 7 will be further called second deviation so as not to be confused with the first deviation, an essential characteristic of the present invention. invention.
  • the first deflection at the output of step 16 is used in step 18 to calculate a new setpoint of quantity of nitrogen oxides per second at the exit of the exhaust line which replaces in 1 the old quantity setpoint. of nitrogen oxides per second at the outlet of the exhaust line for calculating the amount of reducing agent to be injected.
  • the amount of nitrogen oxides target per kilometer may be a function of at least one of the following parameters: driving style, estimated total weight of the vehicle, use of additional equipment in the vehicle as a air conditioning, road profile, engine temperature and in particular coolant temperature, vehicle speed, combustion mode and atmospheric conditions such as outside temperature, ambient pressure, wind and / or altitude.
  • driving style estimated total weight of the vehicle
  • additional equipment in the vehicle as a air conditioning
  • road profile engine temperature and in particular coolant temperature
  • vehicle speed in particular coolant temperature
  • combustion mode such as outside temperature, ambient pressure, wind and / or altitude.
  • atmospheric conditions such as outside temperature, ambient pressure, wind and / or altitude.
  • the quantity of nitrogen oxides target can be deduced from the use of several maps including correction factors dependent on the previously mentioned parameters.
  • One method of using the method for optimizing a nitrogen oxide pollution control of the gases in an exhaust line can be carried out as part of an emission test in real driving.
  • a monitoring of the emissions of nitrogen oxides can be performed for evaluation windows spread over a predetermined driving distance.
  • the successive rolling distance intervals calculated during the method according to the invention may be between one twentieth and one tenth of the predetermined rolling distances of the evaluation windows.
  • An evaluation window may for example be 10 to 20 km and a distance interval of 0.5 to 2 km. This adaptation of the distance intervals can be performed by calibrating the target amount of cumulative carbon dioxide released into the exhaust line according to the evaluation windows to always have smaller distance intervals than the evaluation windows.
  • the amount of cumulative carbon dioxide released into the exhaust line can be reset at the beginning of each rolling distance interval. This is done after the end of a distance interval made at reference 12.
  • the amount of reducing agent injected can be calculated according to parameters of the exhaust and / or combustion line in the internal combustion engine. Without being limiting, these parameters can be, taken individually or in combination: the quantity of nitrogen oxides measured or estimated upstream of the injection of reducing agent, the temperature in the exhaust line, the gas flow rate in the exhaust line and the catalysis model which is referenced in 4. In addition, as shown in reference 5, the calculation of the amount of reducing agent can be done in open loop.
  • the present invention in a preferred embodiment, retains the correction mode disclosed by the state of the art which is advantageously performed every second or each group of a few seconds but it adjusts the quantity of nitrogen oxides. per kilometer taking into account the driving conditions hitherto not taken into consideration by the state of the art for a readjustment of the setpoint of quantity of nitrogen oxides per second at the exit of the exhaust line.
  • the present invention also relates to a set of an exhaust line and a control unit control depollution.
  • the exhaust line comprises a selective catalytic reduction system with injection of reducing agent in the line.
  • the control unit receives estimates or measurements of quantities of nitrogen oxides exiting the exhaust line at least downstream of the selective catalytic reduction system. It is preferred, but not limiting, that the amounts of nitrogen oxides are measured by a NO x sensor downstream of the RCS system and therefore substantially at the end of the exhaust line.
  • the control and control unit comprises means for integrating the speed of the vehicle to determine a distance interval, means for estimating or calculating a quantity of cumulative carbon dioxide released into the exhaust line. This calculation can be done according to a map.
  • These means are means for pre-storing quantities of carbon dioxide and nitrogen oxides at the exit of the exhaust line per kilometer, means for calculating a first deviation between quantities of nitrogen oxides. target and measured or estimated and means for readjustment of a nitrogen oxides quantity per second setpoint at the exit of the exhaust line as a function of this first deviation.
  • the control-command unit may comprise or be associated with one or more maps, in particular a cartography established at least as a function of the engine speed and the fuel injection request by the driver, for the estimation of the quantity of carbon dioxide released and possibly the amount of nitrogen oxides at the exit of the exhaust line, although a measurement by nitrogen oxide sensor is preferred.
  • the RCS system has its own control unit and that this unit can take charge of controlling the process according to the invention instead of or in addition to a control unit of the control unit. exhaust line.
  • the line may comprise at least one of the following elements: an ammonia probe, an ammonia discharge catalyst, one of these elements or elements being arranged downstream of the selective catalytic reduction system, the surplus of ammonia being neutralized instead of being released into the atmosphere, at least one passive or active nitrogen oxide trap, at least one nitrogen oxide sensor disposed downstream of the selective catalytic reduction system, a particulate filter and a oxidation catalyst when the engine is a diesel engine or a three-way catalyst when the engine is a gasoline engine.
  • the NH 3 probe can have an additional function than the control of the NH 3 depollution. Indeed, the integration of an NO x sensor at the exit of the exhaust line can take into account the potential presence of NH 3 under certain conditions, because the NO x sensor can have a sensitivity to NH 3 and thus distort its measurement relative to the quantity of NO x . This can be done by adding a probe to NH 3 for additional clearance NH 3 with a detection function of NH 3 useful for calculating the amount of NOx at the outlet of the exhaust line.
  • the application of a method according to the present invention gives a statistical distribution "Dist stat" with a standard deviation constricted compared to a method of the state of the art. This results in a reduction of the reducing agent consumption symbolized by the highest arrow “Eco Ag red” pointing to the right.
  • the statistical distribution according to the present invention vanishes before the tolerable emission limit “Lim em” unlike the statistical distribution of the state of the art. There is therefore a reduction in the risk of exceeding the tolerable emission limit "Lim em", which is illustrated by the arrow “dim risq" pointing to the left.
  • the table below gives a comparison between a basic case and three scenarios.
  • the first case corresponds to a production of C0 2 on the increased flow rate or "C0 2 / deb +”
  • the second case corresponds to a mass of the vehicle augmented “mas +”
  • a production of C0 2 on the flow increased "C0 2 / deb +” and decreased or constant speed or "V- ".
  • the amount of C0 2 or C0 2 test is given in grams per kilometer or g / km.
  • the window C0 2 gives the mass of C0 2 .
  • the actual C0 2 is the percentage of C0 2 .
  • "Real NOx c" is the actual amount of NO x calculated in milligrams per second or mg / sec.
  • "Actual deb” and “actual v” are respectively the flow in the exhaust line in kilogram per hour and the speed of the vehicle in kilometers per hour, "fen” indicating an evaluation window expressed either in kilometers or minutes.
  • Res NOx is the result in NO x expressed in milligrams per kilometer or mg / km for the four cases. These results vary according to the conditions of each case.

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Abstract

La présente invention a pour objet un procédé d'optimisation d'une dépollution en oxydes d'azote des gaz dans une ligne d'échappement de moteur effectuée selon une réduction catalytique sélective par injection d'une quantité d'agent réducteur dans la ligne permettant de suivre une consigne de quantité d'oxydes d'azote par seconde (1) en sortie de ligne. Un réajustement (18) de la consigne se fait à chaque fin d'intervalles de distance de roulage successifs déterminé par intégration (11) de la vitesse (10) dans un intervalle de temps se terminant dès qu'une quantité cible prédéterminée de dioxyde de carbone cumulée rejetée est atteinte (15), une quantité d'oxydes d'azote en sortie par kilomètre parcouru étant calculée (9) pour chaque intervalle à partir d'une quantité d'oxydes d'azote cumulée mesurée en sortie (8) et comparée avec une quantité d'oxydes d'azote cible par kilomètre (17) pour le calcul d'une déviation (16) servant au réajustement (18) de la consigne.

Description

Procédé d'optimisation d'une dépollution en oxydes d'azote des gaz dans une ligne d'échappement de moteur selon une réduction catalytique sélective
La présente invention concerne un procédé d'optimisation d'une dépollution en oxydes d'azote des gaz dans une ligne d'échappement de moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, la dépollution en oxydes d'azote étant effectuée selon une réduction catalytique sélective par injection d'une quantité d'agent réducteur dans la ligne avec suivi d'une consigne de quantité d'oxydes d'azote par seconde en sortie de ligne d'échappement.
Plus de 95% des moteurs Diesel seront équipés d'un dispositif de traitement des oxydes d'azote dans la ligne d'échappement. Ceci vaudra 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 à combustion interne d'un système de réduction catalytique sélective avec injection d'agent réducteur dans la ligne, l'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, l'ammoniac sous sa formule chimique NH3 et le dioxyde de carbone sous sa formule chimique de C02.
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. Ensuite, 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.
II 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. Si ce dernier n'est pas expressément formulé dans l'état de la technique, il est cependant évident de modifier une commande d'efficacité en NOx en une commande du niveau de NOx dans la ligne d'échappement.
En se référant à la figure 1 , celle-ci montre un logigramme de commande d'un système RCS dont les étapes 1 à 7 sont connues de l'état de la technique. Pour la réalisation de ces étapes, il est connu de commander un système RCS, ce qui peut être fait par une unité de contrôle-commande spécifiquement associée à ce système RCS.
L'unité de contrôle-commande fonctionne en fixant une consigne de quantité d'oxydes d'azote par seconde en sortie de ligne d'échappement, référencée 1 la figure 1 . L'unité de contrôle-commande du système RCS calcule aussi une quantité d'agent réducteur 2 à injecter dans la ligne d'échappement selon des paramètres de la ligne d'échappement et/ou des paramètres de combustion dans le moteur à combustion interne, ce qui est symbolisé par la référence 3 à la figure 1 . Ce calcul peut se faire en boucle ouverte, ce qui est symbolisé par la référence 5 à la figure 1 .
Ces paramètres, à l'étape 3, pouvant être pris unitairement ou en combinaison, peuvent être une quantité d'oxydes d'azote mesurée ou estimée en amont de l'injection d'agent réducteur, avantageusement mesurée par un capteur d'oxydes d'azote en amont de l'injection d'agent réducteur, une température dans la ligne d'échappement, un débit de gaz dans la ligne d'échappement. En complément, la quantité d'agent réducteur injectée peut être modulée par un modèle de catalyse, ce qui est référencé 4 à la figure 1 .
L'unité de contrôle-commande reçoit aussi 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, ce qui est référencé 6 à la figure 1 . Ceci peut être effectué par un capteur d'oxydes d'azote disposé en aval du catalyseur du système RCS.
La comparaison entre la consigne de quantité d'oxydes d'azote par seconde et l'estimation ou la mesure de la quantité d'oxydes d'azote sortant par la ligne d'échappement ramenée par seconde permet le calcul d'une déviation 7 servant à la correction de la quantité d'agent réducteur 2. Ceci peut être fait par exemple en gramme par seconde.
Pour des normes législatives à venir prochainement, des mesures d'émissions en conditions réelles de conduite vont être introduites. En particulier, pour des véhicules Diesel, les émissions mesurées par un système de mesure d'émissions portable, aussi connu sous l'acronyme anglo-saxon de PEMS, vont être possibles pour un véhicule suivant des cycles de conduite aléatoires sous certaines conditions les rendant représentatives de conditions de conduite normale. Cependant, en comparaison avec les anciennes normes législatives pour lesquelles seulement des essais sur banc de roulage en conditions ambiantes standard à un poids minimum et en suivant un profil de vitesse prédéfini étaient requises, les nouvelles normes introduisent beaucoup plus de conditions opératives en termes de vitesse en impliquant des niveaux de vitesse et des variations de vitesse, des conditions ambiantes variées, par exemple froide, chaude ou en altitude, des paramètres dynamiques variant, comme le vent, la déclivité de la route, l'air conditionné, etc., de même que des variations de poids de véhicule variant d'un poids minimum à un poids atteignant 90% du poids maximal requis par le constructeur, etc.
Ceci ne peut pas être suivi avec une unité de contrôle- commande selon l'état de la technique précédemment décrite.
Par exemple, en prenant comme exemple non limitatif une norme d'émissions en conduite réelle ECR connue sous l'abréviation anglo-saxonne de RDE pour « Real Driving Emissions », cette nouvelle norme, entrant en vigueur en Europe, propose de calculer les émissions de polluants, principalement les oxydes d'azote NOx, le monoxyde de carbone ou CO, le dioxyde de carbone ou C02 et des particules de différentes espèces et de différents diamètres regroupées sous l'abréviation PM selon un comportement de conduite normale conformément à deux procédés différents.
Le premier procédé est appelé par fenêtres de moyennage déplaçables aussi connue sous l'abréviation anglo-saxonne de MAW pour "moving averaging Windows". Un tel premier procédé évalue les émissions sur une fenêtre d'évaluation représentative du C02, par intégration du C02 et utilise les émissions en C02 données en gramme par kilomètre ou g/km pour normaliser les résultats d'émissions en conduite réelle en excluant les valeurs dites aberrantes trop faibles ou trop élevées de plus ou moins 50% des valeurs d'émissions en C02.
Un deuxième procédé utilise la puissance mesurée pour un classement selon des classes de puissance qui ont des facteurs de poids prédéterminés.
Les deux procédés donnent des émissions en NOx exprimées en g/km, dérivées d'émissions de NOx en gramme divisées par la distance en kilomètre dans le cas du premier procédé, et dérivées d'émissions en NOx exprimées en gramme par seconde et divisées par une vitesse moyenne en kilomètre par seconde, les deux sur des classes de puissance pour le deuxième procédé.
En se référant au premier procédé qui semble actuellement le procédé retenu pour les tests d'émissions en conduite réelle, une concentration légèrement plus élevée ou plus faible ou un débit massique d'échappement de C02 n'impactera pas les résultats de NOx en g/km, étant donné que cela modifie la distance proportionnellement à la variation en masse de NOx sur la distance. Tous les éléments de dispersion, comme le vent, la déclivité de la route, le style de conduite, le poids du véhicule, le fonctionnement de la climatisation, etc., aura, en addition aux émissions de C02 et au débit de gaz d'échappement, un impact sur les émissions relevées de NOx. Cependant, comme les émissions de NOx en sortie de ligne d'échappement sont contrôlées à un point donné en gramme par seconde ou g/sec conformément à l'état de la technique relatif au contrôle des NOx, ces éléments de dispersion n'impacteront pas les résultats de NOx en g/km.
Cependant les résultats en NOx sont fonction d'une variation d'une vitesse de véhicule moyenne sur la fenêtre de distance associée. Par exemple, un style de conduite plus agressif peut amener des débits plus forts ainsi que des émissions de C02 et de NOx plus fortes. Par contre, une plus haute vitesse moyenne du véhicule résultera en des émissions plus faibles de NOx et à une surconsommation d'agent réducteur.
D'autre part, un poids plus élevé peut amener un plus haut débit de gaz d'échappement et des plus hautes émissions de C02 et de NOx à une plus faible vitesse moyenne qui résultera en une plus grande concentration en NOx, en d'autres termes en ne remplissant pas les exigences des normes législatives.
Ainsi, conformément à l'approche selon l'état de la technique et en considérant les influences précédemment mentionnées, on définira, dans le pire des cas, un scénario, typiquement statistiquement représentatif d'au moins 95% de tous les cas possibles d'émissions en conduite réelle, étant donné que 100% des cas ne seront jamais couverts. Ce scénario sera calibré en termes de concentration de NOx en fin de ligne d'échappement en milligramme par seconde ou mg/sec pour remplir les exigences des tests d'émissions en conduite réelle, par exemple des vitesses moyennes plus faibles combinées avec de plus fort poids et une conduite agressive.
En résumé, les problèmes restants sont, comme il a été mentionné précédemment, de couvrir au moins 95% des cas en termes de respect des conditions d'émissions en NOx, ce qui conduit à une surconsommation d'agent réducteur.
Un autre problème est relatif aux calibrations du moteur et de la chaîne de traction qui doivent considérer toutes les conditions opératoires qui seront comprises dans les conditions d'émissions en conduite réelle. Tous les cycles possibles ne peuvent pas être couverts lors du développement de façon efficace, par exemple le pire des cas de couverture de 95% de tous les cas possibles de conduite. Il y a alors un risque que certains des cycles d'émissions en conduite réelle puissent excéder les limites d'émission en NOx pour certains des comportements de conduite et des conditions aléatoires ou d'autres conditions pouvant varier lors des tests d'émissions en conduite réelle. Cela nécessite la création d'une marge de sécurité conduisant à une plus forte consommation d'agent réducteur ou à l'utilisation de catalyseurs de plus grande dimension par exemple. Le problème à la base de la présente invention est d'adapter le contrôle et la commande des quantités d'agent réducteur à injecter dans une ligne d'échappement par un système de réduction catalytique sélective aux conditions réelles de fonctionnement du véhicule automobile, notamment pour remplir les exigences des tests d'émissions en conduite réelle.
A cet effet, la présente invention concerne un procédé d'optimisation d'une dépollution en oxydes d'azote des gaz dans une ligne d'échappement de moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, la dépollution en oxydes d'azote étant effectuée selon une réduction catalytique sélective par injection d'une quantité d'agent réducteur dans la ligne permettant de suivre une consigne de quantité d'oxydes d'azote par seconde en sortie de ligne d'échappement, caractérisé en ce qu'un réajustement de la consigne de quantité d'oxydes d'azote par seconde en sortie de ligne d'échappement se fait à chaque fin d'intervalles de distance de roulage successifs, chaque intervalle de distance étant déterminé par intégration de la vitesse du véhicule dans un intervalle de temps se terminant dès qu'une quantité cible prédéterminée de dioxyde de carbone cumulée rejetée dans la ligne d'échappement est atteinte, une quantité d'oxydes d'azote en sortie de ligne d'échappement par kilomètre parcouru étant calculée pour chaque intervalle à partir d'une quantité d'oxydes d'azote cumulée mesurée en sortie de la ligne d'échappement et comparée avec une quantité d'oxydes d'azote cible par kilomètre pour le calcul d'une première déviation servant au réajustement de la consigne de quantité d'oxydes d'azote par seconde en sortie de ligne d'échappement.
L'effet technique est de permettre une régulation augmentant ou diminuant la consigne de NOx en sortie de ligne d'échappement, ceci selon des distances parcourues et non plus en fonction de durées.
En prenant en compte les conditions réelles de conduite, notamment par la prise en compte de quantités de dioxyde de carbone et d'oxydes d'azote cible par kilomètre, la mise en œuvre du procédé selon l'invention permet de d'optimiser l'injection d'agent réducteur, le cas échéant en réduisant les surconsommations d'agent réducteur ainsi qu'en réduisant la taille des catalyseurs utilisés avec une marge de sécurité. En effet, dans l'état de la technique, il était nécessaire de prévoir une marge de sécurité pour que la réduction catalytique soit efficace même dans le pire des cas de figure de roulage du véhicule.
Comme différents cas de figure peuvent être différenciés par le procédé conforme à l'invention, l'injection suit au plus près les conditions réelles de fonctionnement du véhicule de même que les paramètres extérieurs influant sur la consommation d'agent réducteur, les conditions réelles et les paramètres extérieurs étant pris en compte pour la détermination de la quantité d'oxydes d'azote cible par kilomètre. La quantité cible prédéterminée de dioxyde de carbone cumulée rejetée dans la ligne d'échappement à chaque intervalle de distance permet la détermination de la fin de l'intervalle de temps servant à l'intégration de la vitesse du véhicule, cette quantité cible étant aussi fonction des conditions de roulage du véhicule.
Avantageusement, la quantité d'oxydes d'azote cible par kilomètre est fonction d'au moins un des paramètres suivants : style de conduite, estimation du poids total du véhicule, utilisation d'un équipement additionnel dans le véhicule comme une climatisation, profil de la route, température du moteur ou température du liquide de refroidissement, vitesse du véhicule, mode de combustion et conditions atmosphériques comme la température extérieure, la pression ambiante, le vent et/ou l'altitude.
Avantageusement, une quantité de dioxyde de carbone cumulée est estimée par cartographie établie au moins en fonction du régime moteur et d'une demande d'injection de carburant par le conducteur et est comparée à la quantité prédéterminée de dioxyde de carbone cumulée.
Le modèle en dioxyde de carbone ou C02 peut être une cartographie de base donnant la concentration en C02, par exemple la concentration massique en fonction du couple et du régime moteur. Des cartographies additionnelles fonctions de la température du fluide de refroidissement, du mode de combustion et de n'importe quel autre paramètre ayant un effet sur la concentration en C02 peuvent aussi être considérées.
La concentration de C02 en sortie de ligne d'échappement peut être évaluée chaque seconde et peut être multipliée par le débit massique d'échappement pour être exprimée en milligramme par seconde, ce qui peut être intégré pour obtenir une masse de C02 en gramme sur une période de temps donnée.
Avantageusement, un suivi des émissions d'oxydes d'azote est effectué pour des fenêtres d'évaluation sur une distance de roulage prédéterminée, les intervalles de distance de roulage successifs étant compris entre le vingtième et le dixième des distances de roulage prédéterminées des fenêtres d'évaluation.
Ceci est particulièrement avantageux pour remplir des conditions requises lors de tests avec émissions en conduite réelle. Il est déterminé une distance en intégrant la vitesse du véhicule en la basant sur un modèle de production de dioxyde de carbone maximal. Le modèle de production de dioxyde de carbone peut être choisi pour être adapté à la taille d'une fenêtre d'évaluation d'émission pour un test d'émissions en conduite réelle, donc pour adapter l'intervalle de distance intégré afin qu'il soit nettement inférieur à la distance d'une fenêtre d'évaluation, ceci afin de permettre une plus grande réactivité du contrôle-commande d'injection d'agent réducteur aux conditions du test.
C'est le choix de la quantité cible prédéterminée de dioxyde de carbone cumulée rejetée dans la ligne d'échappement qui permet de sélectionner des intervalles de distance en adéquation avec une fenêtre d'évaluation de test, ces intervalles de distance représentant avantageusement une fraction de la fenêtre d'évaluation de test.
Une fenêtre d'évaluation de test peut être typiquement de l'ordre de 10 km et un intervalle de distance selon la présente invention peut être de 500 m à 1 km, sans que cela soit limitatif. Un tel intervalle de distance permet de contrôler de manière appropriée les émissions de NOx selon le procédé d'estimation selon la présente invention.
Avantageusement, la quantité de dioxyde de carbone cumulée rejetée dans la ligne d'échappement est remise à zéro au commencement de chaque intervalle de distance de roulage. Les intervalles de distance sont ainsi indépendants les uns des autres avec cumul final des quantités d'oxydes d'azote en fin de ligne d'échappement.
Avantageusement, la quantité d'agent réducteur injectée est calculée selon des paramètres de la ligne d'échappement et/ou de combustion dans le moteur à combustion interne pris unitairement ou en combinaison comme la quantité d'oxydes d'azote mesurée ou estimée en amont de l'injection d'agent réducteur, la température dans la ligne d'échappement, le débit de gaz dans la ligne d'échappement et le modèle de catalyse.
Avantageusement, le calcul de la quantité d'agent réducteur se fait en boucle ouverte.
Avantageusement, parallèlement au réajustement de la consigne de quantité d'oxydes d'azote par seconde en sortie de ligne d'échappement, pour une même consigne de quantité d'oxydes d'azote par seconde en sortie de ligne d'échappement, il est procédé au calcul d'une deuxième déviation entre la consigne de quantité d'oxydes d'azote par seconde et une quantité d'oxydes d'azote mesurée ou estimée en sortie de la ligne d'échappement par seconde, la quantité d'agent réducteur injectée étant aussi corrigée selon cette deuxième déviation.
Selon la présente invention, il peut ainsi être prévu deux déviations pour le réajustement de la quantité d'agent réducteur injectée. La première déviation, caractéristique essentielle de la présente invention, sert à un réajustement de la consigne de quantité d'oxydes d'azote par seconde en sortie de ligne d'échappement sur un intervalle de distance, à partir d'une quantité d'oxydes d'azote en gramme par kilomètre. La deuxième déviation, connue de l'état de la technique, sert à un réajustement de la quantité d'agent réducteur injectée sur une durée, par exemple une seconde, en fonction d'une quantité d'oxydes d'azote sur cette durée en sortie de la ligne d'échappement, donc par exemple en gramme par seconde.
Par contre l'association de ces deux réajustements produit une synergie qui permet un meilleur contrôle de la dépollution en oxydes d'azote. Le deuxième réajustement peut se faire plus fréquemment que le premier réajustement mais ne tient pas compte directement des conditions de roulage, notamment des conditions extérieures et du style de conduite, ce que fait le premier réajustement permettant d'augmenter ou de diminuer les émissions de NOx en sortie de ligne d'échappement par réajustement de la consigne. Il y a donc une complémentarité très forte entre ces deux types de réajustement de la quantité d'agent réducteur injectée.
La présente invention concerne aussi un ensemble d'une ligne d'échappement et d'une unité de contrôle-commande de dépollution, la ligne d'échappement comportant un système de réduction catalytique sélective avec injection d'agent réducteur dans la ligne, l'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, caractérisé en ce qu'il met en œuvre un tel procédé d'optimisation de la quantité d'agent réducteur injectée, l'unité de contrôle- commande comprenant des moyens d'intégration de la vitesse du véhicule pour déterminer un intervalle de distance, des moyens d'estimation ou de calcul d'une quantité de dioxyde de carbone cumulée rejetée dans la ligne d'échappement, des moyens de mémorisation préalable de quantités de dioxydes de carbone et d'oxydes d'azote cible en sortie de la ligne d'échappement par kilomètre, des moyens de calcul d'une première déviation entre quantités d'oxydes d'azote cible et mesurée ou estimée et des moyens de réajustement d'une consigne de quantité d'oxydes d'azote par seconde en sortie de ligne d'échappement en fonction de cette première déviation.
Un tel ensemble selon l'invention permet une injection d'agent réducteur selon les conditions de roulage relatives au fonctionnement du moteur ou aux conditions extérieures influant sur la consommation en agent réducteur. Ceci conduit à une injection d'agent réducteur ciblée et permet, d'une part, une économie de la consommation d'agent réducteur dans certains cas tout en assurant, d'autre part, une dépollution efficace en oxydes d'azote dans d'autres cas. La solution est principalement logicielle et n'implique pas l'ajout de nouveaux éléments dans la ligne d'échappement.
Avantageusement, la ligne comprend au moins un des éléments suivants : une sonde à ammoniac, un catalyseur de rejet d'ammoniac, un de ces éléments ou ces éléments étant disposés en aval du système de réduction catalytique sélective, au moins un capteur passif ou actif d'oxydes d'azote disposé en aval du système de réduction catalytique sélective, 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'un logigramme d'un mode de réalisation d'un procédé d'optimisation d'une dépollution en oxydes d'azote des gaz dans une ligne d'échappement de moteur à combustion interne selon la présente invention,
- la figure 2 est une représentation schématique de deux courbes de distribution respectivement selon la présente invention en trait plein et selon l'état de la technique en traits pointillés de contrôles d'oxydes d'azote en sortie d'une ligne d'échappement de véhicule automobile.
En se référant à la figure 1 , le procédé d'optimisation d'une dépollution en oxydes d'azote des gaz dans une ligne d'échappement de moteur à combustion interne d'un véhicule automobile selon la présente invention s'effectue par une réduction catalytique sélective avec injection d'une quantité d'agent réducteur dans la ligne d'échappement.
Le procédé d'optimisation permet d'effectuer la réduction catalytique en suivant une consigne de quantité d'oxydes d'azote par seconde en sortie de ligne d'échappement. Le procédé selon l'invention reprend les étapes 1 à 7 de l'état de la technique mais y ajoute des étapes de réajustement de la consigne de quantité d'oxydes d'azote par seconde en sortie de ligne d'échappement en partant d'un mode de contrôle des émissions en gramme par kilomètre au lieu de gramme par seconde. Il est aussi pris en compte une production cumulée de C02 dans la ligne d'échappement pour la détermination de l'intervalle de mesure et il est considéré une quantité de NOx en gramme produite par kilomètre selon des conditions de roulage du véhicule qui seront ci-après définies.
Comme montré à la figure 1 , le réajustement de la consigne de quantité d'oxydes d'azote par seconde en sortie de ligne d'échappement est calculé en 18 et une nouvelle consigne de quantité d'oxydes d'azote par seconde en sortie de ligne d'échappement remplace en 1 l'ancienne consigne de quantité d'oxydes d'azote à chaque fin d'intervalles de distance de roulage successifs.
Le calcul de la nouvelle consigne peut être en augmentation ou en diminution de la consigne précédente en étant absolu ou relatif. Son amplitude peut être basée sur au moins une partie des paramètres utilisés pour fixer la quantité d'oxydes d'azote cible par kilomètre. Le changement peut aussi être limité à une zone, étant donné que les émissions de NOx en sortie de la ligne d'échappement peuvent dépendre de plusieurs paramètres, reliés à la catalyse 4 comme la température, ou le débit d'échappement, le rapport N02-NOx, la charge en suie, la charge en NH3, etc., et/ou des mêmes paramètres utilisés pour fixer la quantité d'oxydes d'azote cible par kilomètre. L'expression de la distance par kilomètre n'est pas limitative mais est cependant préférée car bien adaptée au parcours d'un véhicule automobile.
A partir de la vitesse du véhicule, référencée 10 à la figure 1 , chaque intervalle de distance est déterminé par intégration de la vitesse du véhicule dans un intervalle de temps, ce qui est référencé 1 1 .
Cet intervalle de temps se termine dès qu'une quantité cible prédéterminée de dioxyde de carbone cumulée rejetée dans la ligne d'échappement est atteinte, ce qui est référencé 15 à la figure 1 , cette quantité cible en C02 pouvant être calibrée. Le calcul de la quantité de dioxyde de carbone cumulée effectivement rejetée, référencé 14, peut être obtenue à partir de la demande d'injection de carburant effectuée par le conducteur référencée 13, cette demande d'injection pouvant être la pression de son pied sur une pédale d'accélérateur.
La quantité de dioxyde de carbone cumulée effectivement rejetée peut être calculée à partir de la demande d'injection de carburant effectuée par le conducteur référencée 13 par une cartographie établie au moins en fonction du régime moteur et de la demande d'injection de carburant par le conducteur 13 dans l'étape de calcul référencée 14. Cette quantité de dioxyde de carbone effectivement rejetée est ensuite comparée à la quantité prédéterminée de dioxyde de carbone cumulée, référencée en 15.
L'intervalle de distance est donc calculé en 12 à partir de la distance calculée par intégration de la distance comme il a été fait en 1 1 et de la quantité cible prédéterminée de dioxyde de carbone cumulée calculée en 15 arrêtant l'intégration de l'intervalle de distance et délimitant sa fin.
A la référence 9, il est calculé une quantité d'oxydes d'azote mesurée ou estimée en sortie de ligne d'échappement par kilomètre parcouru. Cette quantité d'oxydes d'azote est calculée pour chaque intervalle de distance calculé en 12 à partir d'une quantité d'oxydes d'azote cumulée mesurée en sortie de la ligne d'échappement qui a été mesurée en 8 selon une étape connue de l'état de la technique.
La quantité d'oxydes d'azote mesurée ou estimée en sortie de ligne d'échappement par kilomètre parcouru calculée en 9 est comparée en 16 avec une quantité d'oxydes d'azote cible par kilomètre pour le calcul d'une première déviation. La quantité d'oxydes d'azote cible par kilomètre a été estimée à la référence 17. Il est alors obtenu une première déviation en sortie de l'étape 16 entre la quantité d'oxydes d'azote mesurée ou estimée par kilomètre et la quantité d'oxydes d'azote cible par kilomètre.
La déviation précédemment mentionnée dans la partie introductive de la présente demande calculée selon un procédé de l'état de la technique à l'étape référencée 7 sera plus loin dénommée deuxième déviation pour ne pas être confondue avec la première déviation, caractéristique essentielle de la présente invention. La première déviation en sortie de l'étape 16 sert à l'étape 18 au calcul d'une nouvelle consigne de quantité d'oxydes d'azote par seconde en sortie de ligne d'échappement qui remplace en 1 l'ancienne consigne de quantité d'oxydes d'azote par seconde en sortie de ligne d'échappement servant au calcul de la quantité d'agent réducteur à injecter.
A l'étape 17, la quantité d'oxydes d'azote cible par kilomètre peut être fonction d'au moins un des paramètres suivants : style de conduite, poids total estimé du véhicule, utilisation d'un équipement additionnel dans le véhicule comme une climatisation, profil de la route, température du moteur et notamment température du liquide de refroidissement, vitesse du véhicule, mode de combustion et conditions atmosphériques comme la température extérieure, la pression ambiante, le vent et/ou l'altitude. L'utilisation d'autres paramètres que ceux précédemment mentionnés est aussi possible.
La quantité d'oxydes d'azote cible, avantageusement exprimée en gramme par kilomètre, peut être déduite de l'utilisation de plusieurs cartographies incluant des facteurs de correction dépendantes des paramètres précédemment mentionnés.
Un mode d'utilisation du procédé d'optimisation d'une dépollution en oxydes d'azote des gaz dans une ligne d'échappement peut s'effectuer dans le cadre d'un test d'émissions en conduite réelle. Dans ce cas, selon le test, un suivi des émissions d'oxydes d'azote peut être effectué pour des fenêtres d'évaluation s'étalant sur une distance de roulage prédéterminée. Les intervalles de distance de roulage successifs calculés lors du procédé selon l'invention peuvent être compris entre le vingtième et le dixième des distances de roulage prédéterminées des fenêtres d'évaluation.
Ceci est donc fait avec des intervalles de distance présentant un kilométrage moindre que celui des fenêtres d'évaluation. Ceci permet un réajustement de la consigne de quantité d'oxydes d'azote par seconde en sortie de ligne d'échappement pendant ce test pour une meilleure adaptation du contrôle-commande de la quantité d'agent réducteur injectée lors de ce test. Une fenêtre d'évaluation peut par exemple être de 10 à 20 km et un intervalle de distance de 0,5 à 2 km. Cette adaptation des intervalles de distance peut être effectuée par calibration de la quantité cible de dioxyde de carbone cumulée rejetée dans la ligne d'échappement en fonction des fenêtres d'évaluation pour avoir toujours des intervalles de distance plus faibles que les fenêtres d'évaluation.
La quantité de dioxyde de carbone cumulée rejetée dans la ligne d'échappement peut être remise à zéro au commencement de chaque intervalle de distance de roulage. Ceci est fait après la fin d'un intervalle de distance opérée à la référence 12.
Comme il a été mentionné dans l'état de la technique, ce qui est aussi utilisé dans la présente invention, à la référence 3, la quantité d'agent réducteur injectée peut être calculée selon des paramètres de la ligne d'échappement et/ou de combustion dans le moteur à combustion interne. Sans être limitatif, ces paramètre peuvent être, pris unitairement ou en combinaison : la quantité d'oxydes d'azote mesurée ou estimée en amont de l'injection d'agent réducteur, la température dans la ligne d'échappement, le débit de gaz dans la ligne d'échappement et le modèle de catalyse qui est référencé en 4. De plus, comme il est montré à la référence 5, le calcul de la quantité d'agent réducteur peut se faire en boucle ouverte.
En association et parallèlement au réajustement de la consigne de quantité d'oxydes d'azote par seconde en sortie de ligne d'échappement qu'effectue la présente invention, pour une même consigne de quantité d'oxydes d'azote par seconde en sortie de ligne d'échappement, il peut être procédé au calcul d'une deuxième déviation entre la consigne de quantité d'oxydes d'azote par seconde et une quantité d'oxydes d'azote mesurée ou estimée en sortie de la ligne d'échappement par seconde. La quantité d'agent réducteur injectée peut être corrigée selon cette deuxième déviation. Ceci a été détaillé dans la partie introductive de la présente demande et concernait les étapes 2, 6 et 7.
Ainsi la présente invention, dans un mode préférentiel, conserve le mode de correction divulgué par l'état de la technique qui s'effectue avantageusement chaque seconde ou chaque groupe de quelques secondes mais lui adjoint un contrôle de la quantité d'oxydes d'azote par kilomètre en tenant compte des conditions de roulage jusqu'alors non prises en considération par l'état de la technique pour un réajustement de la consigne de quantité d'oxydes d'azote par seconde en sortie de ligne d'échappement.
La présente invention concerne aussi un ensemble d'une ligne d'échappement et d'une unité de contrôle-commande de dépollution. Dans cet ensemble, la ligne d'échappement comporte un système de réduction catalytique sélective avec injection d'agent réducteur dans la ligne. L'unité de contrôle-commande reçoit 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. Il est préféré mais non limitatif que les quantités d'oxydes d'azote soient mesurées par un capteur NOx en aval du système RCS donc sensiblement en fin de ligne d'échappement.
Selon l'invention, pour la mise en œuvre d'un procédé d'optimisation de la quantité d'agent réducteur injectée tel que précédemment décrit, l'unité de contrôle- commande comprend des moyens d'intégration de la vitesse du véhicule pour déterminer un intervalle de distance, des moyens d'estimation ou de calcul d'une quantité de dioxyde de carbone cumulée rejetée dans la ligne d'échappement. Ce calcul peut se faire selon une cartographie. Ces moyens sont des moyens de mémorisation préalable de quantités de dioxyde de carbone et d'oxydes d'azote cibles en sortie de la ligne d'échappement par kilomètre, des moyens de calcul d'une première déviation entre quantités d'oxydes d'azote cible et mesurée ou estimée et des moyens de réajustement d'une consigne de quantité d'oxydes d'azote par seconde en sortie de ligne d'échappement en fonction de cette première déviation.
L'unité de contrôle-commande peut comprendre ou être associée à une ou des cartographies, notamment une cartographie établie au moins en fonction du régime moteur et de la demande d'injection de carburant par le conducteur, ceci pour l'estimation de la quantité de dioxyde de carbone rejetée et éventuellement de la quantité d'oxydes d'azote en sortie de la ligne d'échappement, bien qu'une mesure par capteur d'oxydes d'azote soit préférée.
Il est à garder à l'esprit que le système RCS présente une propre unité de contrôle commande et que cette unité peut se charger du contrôle du procédé selon l'invention à la place ou en complément d'une unité de contrôle-commande de la ligne d'échappement.
La ligne peut comprendre au moins un des éléments suivants : une sonde à ammoniac, un catalyseur de rejet d'ammoniac, un de ces éléments ou ces éléments étant disposés en aval du système de réduction catalytique sélective, le surplus d'ammoniac devant être neutralisé au lieu d'être rejeté dans l'atmosphère, au moins un piège à oxydes d'azote passif ou actif, au moins un capteur d'oxydes d'azote disposé en aval du système de réduction catalytique sélective, 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.
La sonde à NH3 peut avoir une fonction supplémentaire que le contrôle de la dépollution en NH3. En effet, l'intégration d'un capteur NOx en sortie de ligne d'échappement peut tenir compte de la présence potentielle de NH3 dans certaines conditions, du fait que le capteur NOx peut avoir une sensibilité au NH3 et donc fausser sa mesure relative à la quantité de NOx. Ceci peut être fait par l'ajout d'une sonde à NH3 additionnel servant à la dépollution en NH3 avec une fonction de détection de NH3 utile pour le calcul de la quantité de NOx en sortie de ligne d'échappement.
En effet, certains capteurs NOx à sensibilité au NH3 peuvent conduire à une évaluation moins précise des NOx en sortie de ligne d'échappement car surestimée par la présence de NH3. Cependant, avec l'utilisation du procédé d'optimisation selon la présente invention, un surplus de NH3 non utilisé pour la catalyse devrait être considérablement réduit par la mise en œuvre du procédé selon la présente invention. La figure 2 montre une distribution statistique « Dist stat » des contrôles d'émission de NOx lors de fenêtres d'évaluation pour un procédé conforme à l'état de la technique selon une courbe en pointillés et un procédé conforme à la présente invention selon une courbe en trait plein. Une asymptote verticale symbolise la limite d'émission tolérable ou « Lim em » à ne pas dépasser.
L'application d'un procédé selon la présente invention donne une distribution statistique « Dist stat » avec un écart type resserré par rapport à un procédé de l'état de la technique. Ceci se traduit par une diminution de la consommation d'agent réducteur symbolisé par la flèche « Eco Ag red » la plus haute pointant vers la droite. La distribution statistique selon la présente invention s'annule avant la limite d'émission tolérable « Lim em » contrairement à la distribution statistique de l'état de la technique. Il y a donc diminution du risque de dépassement de la limite d'émission tolérable « Lim em », ce qui est illustré par la flèche « dim risq » pointant vers la gauche.
Le tableau ci-après donne une comparaison entre un cas de figure de base et trois cas de figure. Le premier cas de figure correspond à une production de C02 sur le débit augmentée ou « C02/deb + », le deuxième cas de figure correspond à une masse du véhicule augmentée « mas + », une production de C02 sur le débit augmentée « C02/deb + » et une vitesse diminuée ou restant constante ou « V- = ». Le troisième cas de figure correspond à une conduite agressive « cond Ag », une production de C02 sur le débit augmentée « C02/deb + » et une vitesse augmentée ou restant constante « V = + ».
La quantité de C02 ou test de C02 est donnée en gramme par kilomètre ou g/km. La fenêtre C02 donne la masse de C02. Le C02 réel est le pourcentage de C02. « NOx réel c » est la quantité de NOx réelle calculée en milligramme par seconde ou mg/sec. « deb réel » et « v réelle » sont respectivement le débit dans la ligne d'échappement en kilogramme par heure et la vitesse du véhicule en kilomètre par heure, « fen » indiquant une fenêtre d'évaluation exprimée soit en kilomètre ou en minute. « Res NOx » est le résultat en NOx exprimé en milligramme par kilomètre ou mg/km pour les quatre cas de figure. Ces résultats varient en fonction des conditions de chaque cas de figure.
Si la quantité de C02 augmente sur une distance courte, il n'y a pas d'impact sur la quantité de NOx par kilomètre. Si la quantité de C02 augmente ainsi que le débit de gaz d'échappement, il n'y a pas d'impact sur la quantité de NOx par kilomètre.
Si la vitesse moyenne du véhicule décroît, il y a augmentation de la quantité de NOx par kilomètre et donc la quantité d'agent réducteur calculée par l'état de la technique à injecter n'est pas suffisante.
En cas de conduite agressive, la quantité de C02 et le débit de gaz d'échappement augmentent. Il n'y a pas d'impact sur la quantité de NOx par kilomètre. Si la vitesse moyenne du véhicule augmente, il y a diminution de la quantité de NOx par kilomètre et donc la quantité d'agent réducteur calculée par l'état de la technique à injecter est trop importante par rapport à celle effectivement nécessaire.
Base mas + C02/deb +, V - =
125 g/km test C02 125 g/km test C02
1250 g fen C02 1250 g fen C02
10 % C02 réel 12 % C02 réel
NOx réel
1,55 mg/sec NOx réel c 1,55 mg/sec c
50 kg/h deb réel 60 kg/h deb réel
70 km/h v réelle 68 km/h v réelle
2,11 g/sec C02 réel 3,03 g/sec C02 réel
9,9 min fen 6,9 min fen
11,5 km fen 7,8 km fen
0,92 g fen NOx 0,64 g fen NOx
80 mg/km es NOx 82 mg/km Res NOx
/deb + Cond Ag C02/deb +, V= +
125 g/km test C02 125 g/km test C02
1250 g fen C02 1250 g fen C02
12 /o C02 réel 12 /o C02 réel
NOx réel
1,55 mg/sec NOx réel c 1,55 mg/sec c
60 kg/h deb réel 60 kg/h deb réel
70 km/h v réelle 72 km/h v réelle
3,03 g/sec C02 réel 3,03 g/sec C02 réel
6,9 min fen 6,9 min fen
8,0 km fen 8,2 km fen
0,64 g fen NOx 0,64 g fen NOx
80 mg/km Res NOx 78 mg/km Res NOx

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé d'optimisation d'une dépollution en oxydes d'azote des gaz dans une ligne d'échappement de moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, la dépollution en oxydes d'azote étant effectuée selon une réduction catalytique sélective par injection d'une quantité d'agent réducteur dans la ligne permettant de suivre une consigne de quantité d'oxydes d'azote par seconde (1 ) en sortie de ligne d'échappement, caractérisé en ce qu'un réajustement (18) de la consigne de quantité d'oxydes d'azote par seconde en sortie de ligne d'échappement se fait à chaque fin d'intervalles de distance de roulage successifs, chaque intervalle de distance étant déterminé par intégration (1 1 ) de la vitesse (10) du véhicule dans un intervalle de temps se terminant dès qu'une quantité cible prédéterminée de dioxyde de carbone cumulée rejetée dans la ligne d'échappement est atteinte (15), une quantité d'oxydes d'azote en sortie de ligne d'échappement par kilomètre parcouru étant calculée (9) pour chaque intervalle à partir d'une quantité d'oxydes d'azote cumulée mesurée en sortie de la ligne d'échappement (8) et comparée avec une quantité d'oxydes d'azote cible par kilomètre (17) pour le calcul d'une première déviation (16) servant au réajustement (18) de la consigne de quantité d'oxydes d'azote par seconde en sortie de ligne d'échappement.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel la quantité d'oxydes d'azote cible par kilomètre est fonction d'au moins un des paramètres suivants : style de conduite, estimation du poids total du véhicule, utilisation d'un équipement additionnel dans le véhicule comme une climatisation, profil de la route, température du moteur ou température du liquide de refroidissement, vitesse du véhicule, mode de combustion et conditions atmosphériques comme la température extérieure, la pression ambiante, le vent et/ou l'altitude.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel une quantité de dioxyde de carbone cumulée est estimée par cartographie (14) établie au moins en fonction du régime moteur et d'une demande d'injection de carburant par le conducteur (13) et est comparée à la quantité prédéterminée de dioxyde de carbone cumulée (15).
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un suivi des émissions d'oxydes d'azote est effectué pour des fenêtres d'évaluation sur une distance de roulage prédéterminée, les intervalles de distance de roulage successifs étant compris entre le vingtième et le dixième des distances de roulage prédéterminées des fenêtres d'évaluation.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la quantité de dioxyde de carbone cumulée rejetée dans la ligne d'échappement est remise à zéro au commencement de chaque intervalle de distance de roulage.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la quantité d'agent réducteur injectée est calculée (17) selon des paramètres (3) de la ligne d'échappement et/ou de combustion dans le moteur à combustion interne pris unitairement ou en combinaison comme la quantité d'oxydes d'azote mesurée ou estimée en amont de l'injection d'agent réducteur, la température dans la ligne d'échappement, le débit de gaz dans la ligne d'échappement et le modèle de catalyse (4).
7. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le calcul de la quantité d'agent réducteur se fait en boucle ouverte (5).
8. Procédé selon l'une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel, parallèlement au réajustement (18) de la consigne de quantité d'oxydes d'azote par seconde en sortie de ligne d'échappement, pour une même consigne de quantité d'oxydes d'azote par seconde (1 ) en sortie de ligne d'échappement, il est procédé au calcul d'une deuxième déviation (7) entre la consigne de quantité d'oxydes d'azote par seconde (1 ) et une quantité d'oxydes d'azote mesurée ou estimée en sortie de la ligne d'échappement par seconde (6), la quantité d'agent réducteur injectée étant aussi corrigée selon cette deuxième déviation (7).
9. Ensemble d'une ligne d'échappement et d'une unité de contrôle-commande de dépollution, la ligne d'échappement comportant un système de réduction catalytique sélective avec injection d'agent réducteur dans la ligne, l'unité de contrôle-commande recevant les estimations ou mesures de quantités d'oxydes d'azote en sortie de la ligne d'échappement au moins en aval du système de réduction catalytique sélective, caractérisé en ce qu'il met en œuvre un tel procédé d'optimisation de la quantité d'agent réducteur injectée, l'unité de contrôle-commande comprenant des moyens d'intégration de la vitesse du véhicule pour déterminer un intervalle de distance, des moyens d'estimation ou de calcul d'une quantité de dioxyde de carbone cumulée rejetée dans la ligne d'échappement, des moyens de mémorisation préalable de quantités de dioxyde de carbone et d'oxydes d'azote cible en sortie de la ligne d'échappement par kilomètre, des moyens de calcul d'une première déviation (16) entre quantités d'oxydes d'azote cible et mesurée ou estimée et des moyens de réajustement d'une consigne de quantité d'oxydes d'azote par seconde (1 ) en sortie de ligne d'échappement en fonction de cette première déviation (16).
10. Ensemble selon la revendication précédente, dans lequel la ligne comprend au moins un des éléments suivants : une sonde à ammoniac, un catalyseur de rejet d'ammoniac, un de ces éléments ou ces éléments étant disposés en aval du système de réduction catalytique sélective, au moins un capteur passif ou actif d'oxydes d'azote disposé en aval du système de réduction catalytique sélective, 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.
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