FR3004538A1 - Procede pour determiner la quantite reelle d'un produit actif entrant dans un dispositif de catalyse d'une ligne d'echappement d'un vehicule - Google Patents

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Abstract

La présente invention a pour objet un procédé pour déterminer une quantité réelle d'un produit actif (6) entrant dans un dispositif de catalyse d'une ligne d'échappement d'un véhicule, en réponse à l'introduction dans la ligne d'échappement d'une quantité théorique du produit actif commandée par une unité de contrôle du dispositif de catalyse, ce dernier comportant : • au moins une entrée pour un mélange contenant les gaz d'échappement et le produit actif, et • au moins une sortie pour les gaz d'échappement, le produit actif agissant à l'intérieur du dispositif de catalyse sur les gaz d'échappement en vue de diminuer ou de supprimer le taux d'un polluant déterminé, à la sortie du dispositif de catalyse, le taux du polluant étant mesuré dans les gaz d'échappement au moyen d'une sonde (8) de mesure sensible au polluant et au produit actif et disposée en sortie du dispositif de catalyse, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - (100) introduire dans le flux de gaz d'échappement en amont du dispositif de catalyse un débit actif (dNH3base) de produit actif (6) de telle sorte que le polluant et le produit actif soient absents à la sonde de mesure en sortie du dispositif de catalyse, - (200) augmenter le débit actif du produit actif, jusqu'à ce que la deuxième sonde mesure un taux donné de fuite (TNH3fuite) du produit actif, - (300) stabiliser ladite fuite du produit actif via la mesure fournie par la sonde, au taux donné de fuite, - (400a) commander ensuite l'introduction d'un débit test supplémentaire théorique (dNH3testtheo) du produit actif, dans le flux de gaz d'échappement en amont du dispositif de catalyse, au moyen de l'unité de contrôle du dispositif de catalyse, - (400b) attendre une stabilisation du taux global (TNH3tot) du produit actif mesuré en réponse, à la deuxième sonde, et (500) mesurer ce taux global stabilisé, - (600) déterminer le débit test supplémentaire réel (dNH3testréel) stabilisé du produit actif entrant dans le dispositif de catalyse, en soustrayant le taux donné de fuite stabilisé de produit actif du taux global stabilisé du produit actif et en appliquant un modèle de conversion du taux obtenu en débit de produit actif.

Description

La présente invention se rapporte à un procédé pour déterminer une quantité réelle d'un produit actif entrant dans un dispositif de catalyse d'une ligne d'échappement d'un véhicule, l'introduction dans la ligne d'échappement d'une quantité théorique dudit produit actif ou d'un produit source dudit produit actif étant commandée par une unité de contrôle du dispositif de catalyse, ce dernier comportant : - au moins une entrée pour un mélange contenant les gaz d'échappement et ledit produit actif, et - au moins une sortie pour les gaz d'échappement, ledit produit actif agissant à l'intérieur du dispositif de catalyse sur les gaz d'échappement en vue de diminuer ou de supprimer le taux d'au moins un polluant déterminé, à la sortie du dispositif de catalyse, le taux dudit au moins un polluant déterminé étant mesuré dans les gaz d'échappement au moyen d'une sonde de mesure sensible au dit au moins un polluant déterminé et au dit produit actif et disposée en sortie du dispositif de catalyse. Les gaz d'échappement d'un véhicule contiennent certains polluants qu'il est nécessaire de réduire voire de supprimer avant le rejet des gaz dans l'atmosphère. Les normes sont de plus en plus drastiques et le taux toléré de polluants dans les gaz d'échappement émis par les véhicules est toujours plus réduit. Il s'agit notamment des oxydes d'azote, généralement connus sous la dénomination NON, comprenant en particulier l'oxyde d'azote NO et le dioxyde d'azote NO2. Il existe actuellement sur la ligne d'échappement de certains véhicules un organe appelé pot catalytique dont la fonction est de diminuer le taux de composés NON dans les gaz d'échappement, voire de supprimer tout ou partie de ces composés, avant l'éjection des gaz d'échappement dans l'atmosphère. Pour cela, un pot catalytique utilisé est connu sous la dénomination de dispositif de réduction catalytique sélective ou en anglais SCR qui est l'acronyme de « Selective Catalytic Reduction ». On injecte généralement dans la ligne d'échappement des véhicules, en amont du dispositif de réduction catalytique sélective, un agent réducteur, produit actif sous forme d'ammoniac gazeux, ou un produit source du produit actif, par exemple de l'eau et de l'urée, par exemple commercialisé sous la dénomination Adblue®, DEF ou autres, dont la réaction avec les gaz d'échappement déclenche, avec l'évaporation de l'eau, une thermolyse et une hydrolyse de l'urée sous certaines conditions thermiques, pour former un produit actif composé d'ammoniac et d'acide isocyanique, ce dernier étant obtenu si la conversion en ammoniac est incomplète. L'ammoniac et l'acide isocyanique le cas échéant, par réaction dans le pot catalytique avec les gaz d'échappement, et tout particulièrement avec les oxydes d'azote qu'ils contiennent, forment en sortie de la vapeur d'eau et du diazote, l'acide isocyanique existant éventuellement à l'entrée du pot catalytique se transformant en ammoniac et en gaz carbonique dans le pot catalytique par réaction avec la vapeur d'eau. L'injection d'un produit source d'ammoniac, dans l'exemple le mélange d'eau et d'urée, est faite au moyen d'un injecteur spécifique disposé dans la ligne 5 d'échappement suffisamment en amont du pot catalytique pour que l'ammoniac ait le temps de se former au contact des gaz d'échappement et de bien se mélanger avant que le produit source entre dans le pot catalytique. Une sonde en sortie du pot catalytique, sensible aux oxydes d'azote, permet d'évaluer l'efficacité du pot catalytique et d'ajuster la quantité de produit source injecté, par un contrôle en boucle géré au moyen de l'unité 10 électronique de contrôle du dispositif de catalyse. Cette sonde en sortie de pot catalytique est également sensible au produit actif et détecte l'ammoniac qui pourrait s'échapper du pot catalytique, fuite qu'il y a lieu généralement d'éviter en utilisation normale du véhicule, et l'unité de contrôle du dispositif de catalyse veille normalement à ce que le taux d'ammoniac en sortie de pot catalytique 15 soit réduit à néant. A cet effet, le dispositif de réduction catalytique sélective possède généralement la capacité de stocker une certaine quantité d'ammoniac tampon afin d'améliorer son efficacité aux faibles températures, par exemple inférieures à 200°C. Cette quantité d'ammoniac tampon est stockée par adsorption dans le pot catalytique, avec un niveau de stockage maximum qui baisse lorsque la température augmente et qui 20 dépend en outre d'autres conditions comme le débit volumique, le taux de NH3 dans les gaz d'échappement, etc. Si ces conditions changent, du NH3 peut être désorbé et apparaître à la sortie du catalyseur. L'unité de contrôle du dispositif de réduction catalytique sélective gère en permanence un taux approprié de stockage d'ammoniac dans ce dernier, déterminé par modèle, et/ou un taux de NON le plus bas possible en 25 sortie du dispositif de catalyse sans présence d'ammoniac dans les gaz d'échappement. Cette gestion est effectuée en boucle au moyen des informations transmises par la sonde en sortie du pot catalytique. Il peut arriver que l'injecteur du produit actif ou du produit source du produit actif dérive en cours d'utilisation, amenant à augmenter le temps d'ouverture de l'injecteur 30 pour obtenir la même efficacité en termes de réduction des composés NON en sortie de dispositif de catalyse, ceci avec une limite donnée par une dérive qui soit telle que la correction ne permette plus de réduire suffisamment le taux de composés NON. Le produit source est généralement composé de 32,5% d'urée et de 67,5% d'eau, ce qui représente la quantité d'urée optimale pour que ce produit source reste 35 liquide aux températures les plus basses possibles. L'unité de contrôle du dispositif de catalyse est élaborée sur la base d'un produit source donné. Il peut arriver également que le pourcentage d'urée contenue dans le produit source varie, entraînant des difficultés supplémentaires pour contrôler et obtenir une réduction suffisante des composés NO, en sortie du dispositif de catalyse. Il peut également arriver que le pot catalytique soit de mauvaise qualité et/ou subisse un vieillissement prématuré.
La boucle de contrôle subit ainsi toutes les sources de dérives du système (dérive de l'injecteur, mauvaise qualité du produit actif, catalyseur et/ou capteur défaillant, ...) qui pourraient impacter la conversion des composés NON. La boucle de contrôle va jusqu'à une certaine mesure pouvoir compenser ces sources de dérives. La législation OBD (diagnostic embarqué, pour « On Board Diagnostic » en 10 anglais) demande de surveiller cette conversion de composés NO, et d'alerter en cas de dysfonctionnement. En cas de dysfonctionnement, il est ainsi impossible actuellement de déterminer d'où vient le problème plus exactement. La présente invention propose un outil de diagnostic afin d'orienter les recherches d'un dysfonctionnement dans le système de réduction catalytique sélective. 15 Plus précisément, elle consiste en un procédé pour déterminer une quantité réelle d'un produit actif entrant dans un dispositif de catalyse d'une ligne d'échappement d'un véhicule, l'introduction dans la ligne d'échappement d'une quantité théorique dudit produit actif étant commandée par une unité de contrôle du dispositif de catalyse, ce dernier comportant : 20 - au moins une entrée pour un mélange contenant les gaz d'échappement et ledit produit actif, et - au moins une sortie pour les gaz d'échappement, ledit produit actif agissant à l'intérieur du dispositif de catalyse sur les gaz d'échappement en vue de diminuer ou de supprimer le taux ou proportion d'au moins un polluant 25 déterminé, à la sortie du dispositif de catalyse, le taux ou la proportion dudit au moins polluant déterminé étant mesuré dans les gaz d'échappement au moyen d'une sonde de mesure sensible au dit au moins polluant déterminé et au dit produit actif et disposée en sortie du dispositif de catalyse, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes suivantes : 30 - introduire dans le flux de gaz d'échappement en amont du dispositif de catalyse un débit actif dudit produit actif de telle sorte que ledit au moins un polluant déterminé et ledit produit actif soient absents à ladite sonde de mesure en sortie du dispositif de catalyse, - augmenter ledit débit actif du produit actif, jusqu'à ce que ladite sonde mesure un 35 taux donné de fuite dudit produit actif en sortie du dispositif de catalyse, correspondant à un débit de fuite du produit actif, - stabiliser ladite fuite du produit actif via la mesure fournie par ladite sonde, au dit taux donné de fuite, - commander ensuite l'introduction d'un débit test supplémentaire théorique dudit produit actif dans le flux de gaz d'échappement en amont du dispositif de catalyse, au moyen de l'unité de contrôle du dispositif de catalyse, - attendre une stabilisation du taux global du produit actif mesuré en réponse à la ladite sonde, - mesurer ledit taux global stabilisé dudit produit actif en sortie du dispositif de catalyse au moyen de ladite sonde de mesure, - déterminer le débit test supplémentaire réel stabilisé dudit produit actif entrant dans le dispositif de catalyse, en soustrayant ledit taux donné de fuite de produit actif dudit taux global stabilisé du produit actif et en appliquant un modèle de conversion du taux obtenu en débit de produit actif. L'invention propose ainsi un procédé de détermination du débit réel de produit actif entrant dans le dispositif de catalyse, et donc de vérifier le système de dépollution en amont du dispositif de catalyse, comprenant l'ensemble système de dosage et injecteur, et produit actif ou produit source de produit actif, avec des moyens de mesure situés en aval du dispositif de catalyse. L'effet d'une éventuelle dérive du dispositif de catalyse ou catalyseur est donc découplé. Le débit réel de produit actif entrant dans le dispositif de catalyse fournit une information essentielle dans le système de dépollution à dispositif catalytique afin d'orienter les recherches de panne. Avec une sonde unique sensible à la fois au produit actif et au(x) polluant(s) que l'on cherche à réduire, qui est existante dans les systèmes d'échappement connus, le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre au moyen d'un simple logiciel implémenté dans l'unité de contrôle du dispositif de catalyse. Selon une caractéristique avantageuse, ledit produit actif est introduit indirectement par l'intermédiaire d'un produit source du produit actif. Le produit actif, par exemple l'ammoniac est peu pratique à utiliser tel quel dans la ligne d'échappement d'un véhicule. Il est plus pratique d'introduire un produit 30 source plus facile d'utilisation, à partir duquel l'ammoniac va se former au contact des gaz d'échappement. Selon une caractéristique avantageuse de la précédente, le procédé selon l'invention comprend en outre une étape consistant à déterminer ledit débit test supplémentaire théorique dudit produit actif entrant dans ledit dispositif de catalyse, à 35 partir d'une commande d'introduction d'un débit test supplémentaire théorique du produit source du produit actif dans le flux de gaz d'échappement en amont du dispositif de catalyse, et d'un modèle de calcul convertissant ledit débit test supplémentaire théorique du produit source en ledit débit test supplémentaire théorique du produit actif à l'entrée du dispositif de catalyse. L'unité de contrôle du dispositif de catalyse commande l'introduction d'un débit de produit source, le modèle du type connu de l'homme du métier permettant de convertir un débit de produit source en un débit de produit actif à l'entrée du dispositif de catalyse, à partir des informations de la composition dudit produit source et de l'agencement de l'injecteur de produit source par rapport au dispositif de catalyse. Selon une caractéristique avantageuse, ledit produit source dudit produit actif, est un mélange d'urée et d'eau.
Selon une caractéristique avantageuse, le procédé selon l'invention comprend en outre une étape consistant à comparer ledit débit test supplémentaire réel stabilisé dudit produit actif au dit débit test supplémentaire théorique dudit produit actif. Cette caractéristique permet de diagnostiquer si le système de dépollution présente un problème en amont du dispositif de catalyse. Si le débit test mesuré de produit actif est plus faible que le débit test théorique commandé de produit actif, cela peut signifier que l'injecteur comporte une certaine dérive et que son temps d'ouverture réel est inférieur au temps prévu, ou que le produit source est incorrectement dosé en produit apte à générer le produit actif, par exemple incorrectement dosé en urée (selon un dosage inférieur au dosage prévu). Si le débit test mesuré est plus élevé que le débit test théorique ou commandé, cela peut signifier que le produit source est incorrectement dosé en produit apte à générer le produit actif, par exemple incorrectement dosé en urée (selon un dosage supérieur au dosage prévu) ou que l'injecteur présente un dysfonctionnement d'un autre ordre. Un tel diagnostic permet ainsi d'orienter la recherche de panne, et en particulier d'éliminer avec de faibles moyens la possibilité d'un problème provenant éventuellement du dispositif de catalyse ou au contraire de focaliser la recherche de panne sur le dispositif de catalyse lui-même si le débit test stabilisé mesuré est égal ou sensiblement égal au débit test théorique. Selon une caractéristique avantageuse, ledit produit actif est de l'ammoniac, et ledit polluant déterminé est un oxyde d'azote, le dispositif de catalyse étant un dispositif 30 dit de réduction catalytique sélective. Selon une caractéristique avantageuse, ledit produit actif est un corps gazeux obtenu à partir d'un élément solide chauffé. Par exemple, l'ammoniac peut être stocké à l'état solide dans des sels solides lesquels, une fois chauffés, libèrent l'ammoniac à l'état gazeux. Suivant cette 35 configuration, il est difficile de déterminer la quantité d'ammoniac injecté dans les gaz d'échappement. Le procédé selon l'invention trouve dans ce cas une application privilégiée.
La présente invention se rapporte en outre à un dispositif pour déterminer une quantité réelle d'un produit actif entrant dans un dispositif de catalyse d'une ligne d'échappement d'un véhicule, en réponse à l'introduction dans la ligne d'échappement d'une quantité théorique dudit produit actif, comprenant : - une unité de contrôle du dispositif de catalyse apte à commander l'introduction dans la ligne d'échappement d'une quantité théorique dudit produit actif, - un dispositif de catalyse comportant : - au moins une entrée pour un mélange contenant les gaz d'échappement et ledit produit actif, et - au moins une sortie pour les gaz d'échappement, - une sonde de mesure disposée en sortie du dispositif de catalyse et sensible au dit au moins un polluant déterminé et au dit produit actif, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour la mise en oeuvre de chacune des étapes d'un procédé selon l'invention comme défini plus haut.
D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture qui suit d'un exemple de mode de réalisation d'un procédé selon l'invention, accompagnée des dessins annexés, exemple donné à titre illustratif non limitatif. La figure 1 représente un exemple de schéma de fonctionnement d'une ligne d'échappement de véhicule, selon l'art antérieur.
La figure 2 représente un logigramme d'un exemple de mode de réalisation d'un procédé selon l'invention, de détermination d'un débit réel d'un produit actif entrant dans un dispositif de catalyse d'une ligne d'échappement d'un véhicule. La figure 3 représente quatre courbes d'évolution de quatre paramètres dans la ligne d'échappement, respectivement, relatifs au dispositif de catalyse, selon l'exemple 25 de procédé de la figure 2. La figure 1 représente le schéma de fonctionnement d'une ligne d'échappement 2 de véhicule automobile (non représenté) par exemple. Les gaz d'échappement proviennent de l'échappement du moteur à combustion interne 11. Ces gaz d'échappement entrent dans un dispositif de catalyse 1, dans l'exemple un dispositif 30 de type SCR (Acronyme anglais de Selective Catalytic Reduction) par une entrée 4 de celui-ci en vue de leur dépollution en teneur de composés d'oxydes d'azote NON, notamment mais pas exclusivement réduction d'oxyde d'azote NO et de dioxyde d'azote NO2. Les gaz d'échappement ainsi dépollués sortent par une sortie 5 du dispositif de catalyse 1 pour être ensuite évacués à l'extérieur de la ligne d'échappement 2 dans 35 l'atmosphère 12. La ligne d'échappement 2 comprend dans l'exemple une réserve de produit source 7, par exemple un mélange d'eau et d'urée à 32,5% d'urée, à partir duquel un produit actif 6, dans l'exemple essentiellement de l'ammoniac de formule NH3 et le cas échéant de l'acide isocyanique de formule HNCO, sera formé par réaction avec les gaz d'échappement, avant d'entrer dans le dispositif de catalyse 1. A cet effet, de manière connue, le produit source 7 est introduit dans la ligne d'échappement 2 au moyen d'un injecteur 10 en amont de l'entrée 4 du dispositif de catalyse 1, à une distance suffisante de ce dernier pour que l'ammoniac NH3 soit formé à l'entrée 4 du dispositif de catalyse 1. Lorsque le produit source 7 contenant de l'urée de formule (NH2)2C0 entre en contact avec les gaz d'échappement, on a la réaction simplifiée suivante : (NH2)2C0 HNCO + NH3 dans laquelle l'urée se décompose en acide isocyanique HNCO et en ammoniac NH3, avec également la réaction suivante : HNCO + H2O -> NH3 + 002 dans laquelle l'acide isocyanique formé se transforme, au contact de l'eau, en ammoniac et en gaz carbonique, en amont du dispositif de catalyse, ou le cas échéant dans ce dernier si les conditions notamment de température dans la ligne d'échappement ne sont pas satisfaites.
La ligne d'échappement 2 comme représenté sur la figure 1 comporte une sonde unique 8 de type connu qui est sensible aux polluants NOx dont on cherche à réduire le taux dans les gaz d'échappement, et qui est également sensible au produit actif 6 ammoniac. Cette sonde unique 8 est disposée sensiblement à la sortie 5 du dispositif de catalyse 1, selon la place matériellement disponible pour l'installation de celle-ci. Une distance suffisante sur la ligne d'échappement 2 peut en outre être prévue entre la sortie 5 même du dispositif de catalyse 1 et l'emplacement de la sonde 8, permettant au flux de gaz d'échappement d'adopter un écoulement stabilisé afin que la sonde 8 effectue une mesure représentative du taux de composés NOx dans les gaz d'échappement. Une unité de contrôle 3 du dispositif de catalyse 1 permet en outre, de manière connue, à partir des informations transmises par la sonde 8 en sortie du dispositif de catalyse 1, de commander l'injection d'un débit approprié de produit source 7 en amont du dispositif de catalyse 1, comme représenté sur la figure 1, de telle sorte que la quantité de polluants NOx en sortie 5 de ce dispositif de catalyse 1 soit abaissée à un taux acceptable, ou supprimée, selon la norme en vigueur dans le pays dans lequel le véhicule est destiné à fonctionner. L'unité électronique de contrôle 3 du dispositif de catalyse 1 fonctionne ainsi en boucle fermée.
La figure 2 représente un logigramme de l'exemple de procédé selon l'invention décrit comme suit, qui est supporté par une ligne d'échappement, par exemple une ligne correspondant au schéma représenté sur la figure 1 : le procédé décrit permet de déterminer une quantité réelle du produit actif 6 ammoniac NH3 entrant dans le dispositif de catalyse 1 de la ligne d'échappement 2 d'un véhicule, sous la forme d'un débit réel de produit actif NH3. L'introduction dans la ligne d'échappement 2 d'une quantité théorique du produit source 7 du produit actif 6, sous la forme d'un débit théorique de ce produit source 7, est commandée par l'unité de contrôle 3 du dispositif de catalyse 1, ce dernier 10 comportant au moins une entrée 4 pour un mélange contenant les gaz d'échappement et le produit actif 6, et au moins une sortie 5 pour les gaz d'échappement, comme représenté sur la figure 1. Le produit actif 6 agit à l'intérieur du dispositif de catalyse 1 sur les gaz d'échappement en vue de diminuer ou de supprimer la quantité de polluants NON à la 15 sortie 5 du dispositif de catalyse 1, selon les besoins. La quantité de polluants NON est mesurée dans les gaz d'échappement au moyen de la sonde 8 de mesure, avantageusement sensible à la fois aux polluants NON et au produit actif 6, qui est disposée en sortie 5 du dispositif de catalyse 1. La mesure à la sonde 8 s'effectue généralement en taux de polluant(s) et de produit actif confondus, en ppm (partie par 20 million) volumique. Pour le procédé selon l'invention décrit, il y a lieu de placer le flux de gaz d'échappement dans des conditions optimales, c'est-à-dire des conditions de température dans lesquelles le taux d'oxydation de l'ammoniac est réduit, voire nul, à définir selon le pot catalytique utilisé, par exemple des températures inférieures à environ 350°C, et un 25 régime stable ou quasi-stable d'écoulement des gaz d'échappement surveillé à la sonde 8, selon l'étape 300 ci-dessous. Le procédé pour déterminer une quantité réelle de produit actif 6 entrant dans le dispositif de catalyse 1 de la ligne d'échappement 2 du véhicule, sous la forme d'un débit réel de produit actif 6, en réponse à l'introduction dans la ligne d'échappement d'un 30 débit théorique de produit actif 6 commandée par une unité de contrôle 3 du dispositif de catalyse 1, comprend au moins les étapes suivantes : - étape 100: introduire dans le flux de gaz d'échappement en amont du dispositif de catalyse 1 un débit actif dNH3base de produit actif 6, de telle sorte que les polluants NON dont on cherche à réduire ou supprimer le taux dans les gaz 35 d'échappement, par exemple les composés NO et NO2, soient absents à la sonde 8 unique de mesure en sortie du dispositif de catalyse 1, qui est sensible aux dits polluants NON, et de telle sorte que le produit actif 6 soit également absent à la sonde 8 unique de mesure en sortie du dispositif de catalyse 1 qui est sensible au dit produit actif 6 ; le débit dNH3base est donc un équilibre qui permet de réduire complètement les polluants NO, à la sonde 8 sans pour autant entraîner une fuite de produit actif NH3 à la sonde 8 ; - étape 200 : augmenter le débit actif dNH3base de produit actif, jusqu'à ce que la sonde 8 unique mesure un taux donné de fuite TNH3fuite de produit actif 6 en sortie du dispositif de catalyse 1, correspondant à un débit de fuite dNH3fuite du produit actif 6 ; - étape 300: stabiliser le débit de fuite dNH3fuite de produit actif 6 via la mesure fournie par la sonde 8 unique, au dit taux donné de fuite TNH3fuite stabilisé TNH3fuite stab ; - étape 400a : commander ensuite l'introduction d'un débit test supplémentaire théorique dNH3testtheo de produit actif 6, dans le flux de gaz d'échappement en amont du dispositif de catalyse 1, au moyen de l'unité de contrôle 3 du dispositif de catalyse 1, ce débit test s'ajoutant au débit de produit actif 6 ayant donné lieu au taux mesuré de fuite TNH3fuite stabilisé TNH3fuite stab ; - étape 400b : attendre une stabilisation du taux global TNH3tot de produit actif 6, TNH3tot stab, mesuré en réponse à la sonde unique 8 en sortie du dispositif de catalyse 1 ; - étape 500: mesurer ce taux global TNH3tot stabilisé TNH3tot stab de produit actif 6 en sortie du dispositif de catalyse 1 au moyen de la sonde unique 8 de mesure ; - étape 600 : déterminer le débit test supplémentaire réel stabilisé dNH3testréel du produit actif 6 entrant dans le dispositif de catalyse 1, en soustrayant le taux donné de fuite TNH3fuite stabilisé TNH3fuite stab de produit actif du taux global TNH3tot stabilisé TNH3tot stab de produit actif et en appliquant un modèle a de conversion du taux obtenu en débit de produit actif ; on a ainsi : dNH3testréel = a (TNH3tot stab - TNH3fuite stab).
Les quantités de produit source 7 injectées dans la ligne d'échappement 2 sous forme de débits sont pilotées de manière connue par l'unité électronique de contrôle 3 du dispositif de catalyse 1, et le procédé décrit ci-dessus peut être mis en oeuvre par un logiciel implémenté dans l'unité de contrôle 3 du dispositif de catalyse.
Dans le cas d'une injection de produit actif 6 via un produit source 7, le procédé décrit avec l'aide des figures 1 à 3 comprend une étape consistant à déterminer le débit test supplémentaire théorique dNH3testtheo du produit actif 6 entrant dans le dispositif de catalyse 1, à partir d'une commande d'introduction d'un débit test supplémentaire théorique du produit source 7 du produit actif 6 et d'un modèle de calcul conventionnel du produit actif 6 incident formé à l'entrée du dispositif de catalyse 1 qui est 5 établi de manière connue à partir de la composition du produit source utilisé et de l'agencement de l'injection de ce produit source dans la ligne d'échappement. On sait par exemple que 1 mg de produit source de type Adblue® contient 0.325 mg d'urée (en moyenne). On sait que 1 mol d'urée donne en théorie 2 mol de NH3. Donc, après conversion avec les masses molaires, on obtient 0.184 mg de NH3 pour 1 mg de produit 10 Adblue®. Ce modèle est implémenté dans l'unité de contrôle 3 du dispositif de catalyse qui donne ainsi le débit théorique de produit actif 6 entrant dans le dispositif de catalyse 1, par exemple le débit test dNH3testtheo. Par ailleurs, le modèle a de conversion du taux obtenu de produit actif par 15 différence des taux mesurés à la sonde 8, en débit de produit actif, est également implémenté dans l'unité de contrôle 3 du dispositif de catalyse afin que les résultats des mesures à la sonde 8 puissent être exprimés directement en débit, par exemple en milligrammes par seconde. Sur la figure 3, on a représenté quatre courbes 20, 21, 22, et 23, 20 schématiques, sur un diagramme dont l'axe des abscisses représente le temps t et l'axe des ordonnées représente la mesure y du paramètre étudié de chacune des courbes 20, 21, 22, et 23, comme suit : - la courbe 20 représente le taux de polluants ou composés NOx dans les gaz d'échappement en amont du dispositif de catalyse 1, par exemple de manière 25 conventionnelle en ppm (partie par million) volumique ; ce taux de polluants NOx est donné de manière connue soit par un modèle issu de la combustion, soit par une sonde (non représentée) sensible aux composés NOx disposée en amont du dispositif de catalyse 1 ; le taux de polluants NOx en amont est représenté ici à titre simplement indicatif comme tendance figurative de ce paramètre à cet 30 endroit de la ligne d'échappement, et n'est pas nécessaire pour la mise en oeuvre du procédé décrit ; - la courbe 21 représente le taux de polluants NOx et de produit actif 6 confondus dans les gaz d'échappement en aval du dispositif de catalyse 1, mesuré par la sonde 8 unique disposée en sortie 5 du dispositif de catalyse 1, par exemple de 35 manière conventionnelle en ppm (partie par million) volumique ; cette courbe 21 représente distinctement également le taux d'ammoniac NH3 présent à cet endroit de la ligne d'échappement 2, à partir du moment où le taux de polluants NON est nul, soit à partir de l'étape 200, car cette sonde 8 unique est également sensible au produit actif 6 ; il est à noter que l'on a indiqué de manière schématique sur cette courbe 21 où le débit réel dNH3testréel se situe, provenant des informations TNH3tot et TNH3fuite comme indiqué plus haut ; - la courbe 22 représente la charge réelle d'ammoniac NH3charge stockée dans le dispositif catalytique 1, illustrant le comportement de ce dernier, par exemple en milligrammes ; - la courbe 23 représente symboliquement le débit de produit actif 6, qui est injectée dans les gaz d'échappement via le produit source 7 en amont du dispositif de catalyse 1, sur commande de l'unité de contrôle 3 du dispositif de catalyse 1, par exemple en milligrammes par seconde. Les quatre courbes 20, 21, 22, et 23 utilisent la même échelle de temps et sont synchronisées par rapport à cette échelle de temps. Sur l'axe des ordonnées y, les échelles de grandeur ne sont bien sûr pas comparables entre elles pour des paramètres différents, et ces derniers ont été représentés sur le même diagramme afin d'illustrer l'évolution des paramètres visés, corrélée dans le temps. Concernant les courbes 20 et 21 représentant des paramètres identiques, à savoir au moins en partie le taux de polluants NON, ces courbes 20, 21 ont été décalées verticalement le long de l'axe y pour rendre la figure 3 plus claire en partie basse ; ces courbes 20 et 21 restent cependant comparables en termes d'évolution figurative corrélée. Les étapes 100, 200, 300, 400a et 400b, 500 et 600 du procédé selon la figure 2, telles que décrites ci-dessus, ont été repérées sur l'échelle de temps t de la figure 3. L'équation (30) ci-dessous, comptabilisant les variations (A) de flux ou de débit (dNH3) de quantité d'ammoniac NH3 entre l'entrée 4 dans le dispositif de catalyse 1 25 et la sortie 5 de ce dernier, et entre deux instants donnés sur l'échelle de temps, peut s'écrire de la manière suivante : (30) AdNH3entrée = AdNH3conso + AdNH3charge + AdNH3sortie + AdNH3oxy, 30 avec, tous les membres AdNH3 de l'équation étant par exemple en mg/sec : AdNH3entrée = variation de flux de NH3 entrant dans le dispositif de catalyse 1, AdNH3conso = variation de flux de NH3 transformée dans le dispositif de catalyse 1, AdNH3charge = variation du gradient de la charge en NH3 stockée dans le dispositif catalytique en fonction du temps (le gradient de la charge en NH3 est la dérivée dans le 35 temps de la charge en NH3 du dispositif catalytique 1), AdNH3sortie = variation de flux de NH3 sortant du dispositif de catalyse 1, AdNH3oxy = variation de flux de NH3 oxydé.
Si l'on fait le bilan des variations de flux de quantité d'ammoniac NH3 entre la fin de l'étape 300 et l'étape 400b, cette équation (30) devient (par exemple selon un flux de gaz d'échappement stable à une température des gaz inférieure à 350°C) : AdNH3entrée = AdNH3sortie. En effet, comme représenté sur la figure 3, en se rapportant en particulier à la courbe 21 illustrant le taux de NOx/NH3 mesuré à la sonde 8 : - à l'étape 100, le taux de NOx en sortie du dispositif de catalyse 1, mesuré à la sonde 8, est amené à zéro ; - à l'étape 200, la charge de NH3 retenue dans le dispositif de catalyse 1 augmente sous l'effet d'une injection accrue de produit source 7 de produit actif 6 dans la ligne d'échappement, conformément aux courbes 22 et 23, la sonde 8 indiquant en conséquence un taux de NOx et de NH3 maintenu égal à zéro.
Lorsque la capacité de chargement maximale du dispositif de catalyse 1 est atteinte, une quantité de NH3 commence à atteindre la sortie 5 de celui-ci puis la sonde 8 qui indique cette fuite de composé NH3 en aval du dispositif de catalyse 1, le taux de NOx restant nul, ce que traduit sensiblement la fin de l'étape 200 sur la courbe 21 de la figure 3 avec un taux de fuite d'ammoniac TNH3fuite qui décolle ; - à l'étape 300, ce débit de fuite de composé NH3 est stabilisé ; cette stabilisation est par exemple obtenue en s'assurant que ce débit de fuite est stable durant un laps de temps donné, par exemple quelques secondes ou minutes, par un taux TNH3fuite mesuré stable à la sonde 8, TNH3fuite stab. On remarque également sur la courbe 22 de la figure 3 que durant cette étape 300 la charge d'ammoniac NH3charge se maintient constante et donc le gradient de la charge dNH3charge est égal à 0 pendant cette étape 300, et donc également à la fin de cette étape 300 ; - à l'étape 400a, rappelons que l'on commande ensuite l'introduction d'un débit test supplémentaire théorique dNH3testtheo du produit actif 6, dans le flux de gaz d'échappement en amont du dispositif de catalyse 1, comme représenté sur la courbe 23 de la figure 3, au moyen de l'unité de contrôle 3 du dispositif de catalyse ; l'injection de ce débit additionnel (débit test) se fait de préférence sans modification des conditions d'écoulement des gaz d'échappement. Par contre, l'injection d'une quantité supplémentaire de produit actif est susceptible de modifier les conditions de rétention de l'ammoniac à l'intérieur du dispositif catalytique, et donc NH3charge augmente pendant le temps de la stabilisation ; - à l'étape 400b, après stabilisation du taux de NH3 mesuré à la sonde 8, donc en fin d'étape 400b, on obtient le bilan de l'équation (30) suivant par rapport à la fin de l'étape 300 : - AdNH3conso = 0 avec un taux de NON en sortie du dispositif de catalyse 1, mesuré à la sonde 8, amené à zéro à l'étape 100 ; en effet, le régime d'écoulement des gaz d'échappement étant stable ou quasi-stable lors de l'application du procédé, il n'y a pas de création de NON supplémentaire lors de l'accroissement du débit de produit actif, donc pas de réduction supplémentaire de NON ; - AdNH3charge = 0 en régime stabilisé, car le dispositif de catalyse 1 possède une charge en NH3 stabilisée dans les deux cas (dNH3charge égale 0 en fin d'étape 300 comme à l'étape 400b) ; - ANH3 oxy = 0, car T < 350°C et donc il n'y a pas d'oxydation de l'ammoniac NH3 ; l'équation (30) donne ainsi : AdNH3entrée = AdNH3sortie = dNH3testthéo dans le cas d'espèce. La commande d'un débit test supplémentaire théorique donné de produit source 7 est donc opérée par l'unité de contrôle 3 à l'étape 400a, comme illustré sur la courbe 23 de la figure 3, formant à l'entrée 4 du dispositif de catalyse 1 le débit test supplémentaire théorique de produit actif 6 dNH3testtheo correspondant. Le débit test supplémentaire théorique de produit source 7 est par exemple injecté par une commande d'ouverture de l'injecteur de produit source pendant un laps de temps donné correspondant à la quantité de produit source 7 que l'on cherche théoriquement à injecter dans les gaz d'échappement pour réaliser le test ; - à l'étape 500, on mesure ainsi ensuite directement à la sonde 8 le taux total TNH3tot stabilisé TNH3tot stab du produit actif 6 présent en réponse en sortie du dispositif de catalyse 1 ; - à l'étape 600, comme expliqué plus haut, on obtient ainsi le débit test supplémentaire réel stabilisé dNH3testréel de produit actif 6 entrant dans le dispositif de catalyse 1. A titre d'exemple, avec un débit test supplémentaire de produit source (contenant 32.5% d'urée) d'une valeur de 1 mg/sec, le débit d'urée est de 0.325 mg/sec, et dNH3testtheo adopte une valeur de 0.184 mg/sec (voir paragraphe ci-dessous), entraînant un TNH3tot à la sonde 8 d'une valeur de 11 ppm environ pour un écoulement 35 de gaz d'échappement de 100 kg/heure, et environ 22 ppm à la sonde 8 pour un écoulement de gaz d'échappement de 50 kg/heure, à une température de 250°C environ.
Le débit dNH3testtheo du produit actif 6 sera avantageusement comparée au débit dNH3testréel mesuré, lors d'une étape supplémentaire comme décrit ci-dessous. Le procédé décrit comprend ainsi en outre de préférence une étape consistant à comparer le débit test supplémentaire réel stabilisé dNH3testréel du produit actif 6 au débit test supplémentaire théorique dNH3testtheo du produit actif 6. Cette comparaison qui est réalisée au moyen de l'unité de contrôle 3 du dispositif de catalyse 1, permet de procéder aux diagnostics suivants, bien sûr lorsque le réservoir de produit source 7, la pompe à injection de ce dernier, et l'unité de contrôle 3 du dispositif de catalyse 1 sont opérationnels : - problème provenant du système d'injection du produit source ou de la composition de ce produit source, lorsqu'un écart existe entre dNH3testréel et dNH3testtheo, - problème provenant du dispositif de catalyse 1 en l'absence d'écart entre dNH3testréel et dNH3testtheo.
Dans le premier cas, on peut distinguer les deux sous cas suivants : - dNH3testréel > dNH3testtheo : le système d'injection injecte trop ou le produit source ne correspond pas au modèle (dosage d'urée dans le mélange eau/urée, supérieur au modèle par exemple), - dNH3testréel < dNH3testtheo : le système d'injection n'injecte pas assez, pouvant avoir pour cause une dérive de cet injecteur, ou le produit source ne correspond pas au modèle (dosage d'urée dans le mélange eau/urée, inférieur au modèle par exemple). Dans les deux sous cas ci-dessus, le procédé selon l'invention permet de découpler le système en amont de l'injection du système en aval de celle-ci et de diagnostiquer plus précisément un problème avec le système d'injection ou le produit source. Ce diagnostic précis peut donc éviter par exemple un changement de dispositif catalytique qui fonctionne correctement. L'écart éventuellement constaté entre dNH3testréel et dNH3testtheo pourrait servir à recaler la quantité injectée de NH3 (adaptation), afin de vérifier si le système en aval se comporte correctement avec une quantité de NH3 injectée corrigée, par exemple vérifier si le dispositif catalytique retrouve une efficacité correcte. Si ce n'est pas le cas, cela indiquerait qu'il y a également un problème avec le système en aval (dispositif catalytique, capteurs, mixeur,...). Ensuite, cet écart éventuellement constaté entre dNH3testréel et dNH3testtheo 35 pourrait servir à vérifier le modèle de calcul de la charge en NH3 du dispositif catalytique, c'est-à-dire à l'adapter en fonction de la quantité réelle de NH3 injecté, par exemple en recalculant ce modèle de calcul de la charge NH3 dans le dispositif catalytique entre l'étape 300 et la fin du procédé décrit plus haut avec la quantité de NH3 corrigée, afin de vérifier que la charge calculée de NH3 se stabilise à la fin de l'étape 300 et à la fin de l'étape 400b (à l'instar de la charge réelle représentée par la courbe 22). Si ce n'est pas le cas, cela indiquerait qu'il y a également un problème avec les autres entrées du modèle (dispositif catalytique, capteurs,...). Dans la mesure où une sonde évaluant la qualité du produit source est utilisée, il pourrait être possible de découpler le diagnostic obtenu afin de distinguer la provenance du problème entre la composition du produit source d'une part, et le système d'alimentation et d'injection en produit source d'autre part. La sonde de qualité du produit source permet dans ce cas de fournir une information précise sur la qualité et le dosage du produit source. Le diagnostic utilisant le procédé suivant l'invention permettrait d'éviter l'utilisation d'un tel capteur de qualité de produit source qui est onéreux, dans la mesure où les diagnostics (moins onéreux) thermique, hydraulique et électrique du système 15 d'injection sont suffisamment précis. L'exemple de procédé selon l'invention décrit ci-dessus peut être mis en oeuvre au moyen d'un logiciel implémenté dans l'unité de contrôle du dispositif de catalyse, soit par exemple l'unité de contrôle moteur ou ECU pour « Engine Control Unit » en anglais équipant de manière conventionnelle un véhicule, par exemple un véhicule 20 automobile. Dans l'exemple décrit, le produit source 7 est un mélange d'urée et d'eau liquide, avantageusement dosé à 32,5 % d'urée qui représente le dosage eutectique en vue d'un maintien à l'état liquide du produit source à la température la plus basse possible. Le procédé selon l'invention est toutefois applicable lorsque le produit actif est 25 un corps gazeux obtenu à partir d'un élément solide chauffé, directement introduit dans la ligne d'échappement.

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé pour déterminer une quantité réelle d'un produit actif (6) entrant dans un dispositif de catalyse (1) d'une ligne d'échappement (2) d'un véhicule, en réponse à l'introduction dans la ligne d'échappement d'une quantité théorique dudit produit actif (6) commandée par une unité de contrôle (3) du dispositif de catalyse (1), ce dernier 5 comportant : - au moins une entrée (4) pour un mélange contenant les gaz d'échappement et ledit produit actif (6), et - au moins une sortie (5) pour les gaz d'échappement, ledit produit actif (6) agissant à l'intérieur du dispositif de catalyse (1) sur les gaz 10 d'échappement en vue de diminuer ou de supprimer le taux d'au moins un polluant déterminé, à la sortie (5) du dispositif de catalyse (1), le taux dudit au moins un polluant déterminé étant mesuré dans les gaz d'échappement au moyen d'une sonde (8) de mesure sensible au dit au moins un polluant déterminé et au dit produit actif et disposée en sortie du dispositif de catalyse (1), ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il 15 comprend au moins les étapes suivantes : - (100) introduire dans le flux de gaz d'échappement en amont du dispositif de catalyse (1) un débit actif (dNH3base) dudit produit actif (6) de telle sorte que ledit au moins un polluant déterminé et ledit produit actif (6) soient absents à ladite sonde (8) de mesure en sortie du dispositif de catalyse (1), 20 - (200) augmenter ledit débit actif (dNH3base) du produit actif, jusqu'à ce que ladite sonde (8) mesure un taux donné de fuite (TNH3fuite) dudit produit actif (6) en sortie du dispositif de catalyse (1), correspondant à un débit de fuite (dNH3fuite) du produit actif, - (300) stabiliser ladite fuite du produit actif (6) via la mesure fournie par ladite 25 sonde (8), au dit taux donné de fuite (TNH3fuite), - (400a) commander ensuite l'introduction d'un débit test supplémentaire théorique (dNH3testtheo) dudit produit actif (6), dans le flux de gaz d'échappement en amont du dispositif de catalyse (1), au moyen de l'unité de contrôle (3) du dispositif de catalyse, 30 - (400b) attendre une stabilisation du taux global du produit actif (6) mesuré en réponse, à ladite sonde (8), - (500) mesurer ledit taux global (TNH3tot) stabilisé dudit produit actif (6) en sortie du dispositif de catalyse (1) au moyen de ladite sonde de mesure (8),- (600) déterminer le débit test supplémentaire réel (dNH3testréel) stabilisé dudit produit actif (6) entrant dans le dispositif de catalyse (1), en soustrayant ledit taux donné de fuite (TNH3fuite) stabilisé de produit actif dudit taux global (TNH3tot) stabilisé du produit actif, et en appliquant un modèle de conversion du taux obtenu en débit de produit actif.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit produit actif (6) est introduit indirectement par l'intermédiaire d'un produit source (7) du produit actif (6).
  3. 3. Procédé selon la revendication 2, comprenant en outre une étape consistant à déterminer ledit débit test supplémentaire théorique (dNH3testtheo) dudit produit actif (6) entrant dans ledit dispositif de catalyse (1), à partir d'une commande d'introduction d'un débit test supplémentaire théorique du produit source (7) du produit actif dans le flux de gaz d'échappement en amont du dispositif de catalyse, et d'un modèle de calcul convertissant ledit débit test supplémentaire théorique du produit source (7) en ledit débit test supplémentaire théorique (dNH3testtheo) du produit actif à l'entrée du dispositif de catalyse.
  4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, dans lequel ledit produit source (7) dudit produit actif (6), est un mélange d'urée et d'eau.
  5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant en outre une étape consistant à comparer ledit débit test supplémentaire réel stabilisé 20 (dNH3testréel) dudit produit actif (6) au dit débit test supplémentaire théorique (dNH3testtheo) dudit produit actif (6).
  6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel ledit produit actif (6) est de l'ammoniac, et ledit au moins un polluant déterminé est un oxyde d'azote (N0x), le dispositif de catalyse (1) étant un dispositif dit de réduction catalytique 25 sélective.
  7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel ledit produit actif est un corps gazeux obtenu à partir d'un élément solide chauffé.
  8. 8. Dispositif pour déterminer une quantité réelle d'un produit actif (6) entrant dans un dispositif de catalyse (1) d'une ligne d'échappement (2) d'un véhicule, en 30 réponse à l'introduction dans la ligne d'échappement d'une quantité théorique dudit produit actif (6), comprenant : - une unité de contrôle (3) du dispositif de catalyse (1) apte à commander l'introduction dans la ligne d'échappement d'une quantité théorique dudit produit actif (6), 35 - un dispositif de catalyse (1) comportant :- Au moins une entrée (4) pour un mélange contenant les gaz d'échappement et ledit produit actif (6), et - Au moins une sortie (5) pour les gaz d'échappement, - une sonde (8) de mesure disposée en sortie du dispositif de catalyse (1) et sensible au dit au moins un polluant déterminé et au dit produit actif, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour la mise en oeuvre de chacune des étapes d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 7.
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