FR3072419A1 - Procede de recalage d'une injection d'agent reducteur dans une ligne d'echappement d'un moteur thermique - Google Patents

Procede de recalage d'une injection d'agent reducteur dans une ligne d'echappement d'un moteur thermique Download PDF

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Abstract

L'invention porte principalement sur un procédé de recalage d'une injection d'agent réducteur dans une ligne d'échappement (1) d'un moteur thermique (2), notamment d'un véhicule automobile, ladite ligne d'échappement (1) comportant un systÚme de dépollution (3) des gaz d'échappement comprenant : - un systÚme de réduction d'oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement comportant un systÚme d'injection (5) d'agent réducteur et un catalyseur (6), et - une sonde combinée (10) placée en amont du catalyseur (6) et en aval du systÚme d'injection (5), caractérisé en ce que ledit procédé comporte: - une étape de basculement d'une information relative à une mesure d'oxydes d'azote issue de la sonde combinée (10) vers une information relative à une mesure d'ammoniac issue de la sonde combinée (10), - une étape de comparaison entre une quantité d'agent réducteur injectée et une quantité d'agent réducteur demandée, et - une étape d'ajustement de l'injection d'agent réducteur en fonction de cette comparaison.

Description

PROCEDE DE RECALAGE D'UNE INJECTION D'AGENT REDUCTEUR DANS UNE LIGNE D'ECHAPPEMENT D'UN MOTEUR THERMIQUE [0001] La présente invention porte sur un procédé de recalage d'une injection d'agent réducteur dans une ligne d'échappement d'un moteur thermique.
[0002] De façon connue en soi, les moteurs thermiques sont dépollués à l’aide de plusieurs éléments fonctionnels de dépollution. Ainsi, pour un moteur de type Diesel par exemple, il est possible d'installer sur la ligne d'échappement un catalyseur d’oxydation (ou DOC pour Diesel Oxidation Catalyst en anglais) permettant l'oxydation d'hydrocarbures (HC) et de monoxyde de carbone (CO) en dioxyde de carbone et en eau, ou un adsorbeur passif d'oxydes d'azote (ou PNA pour Passive NOx Adsorber en anglais) qui permet de réaliser les mêmes réactions qu’un catalyseur d'oxydation et dispose en outre d'une faculté à stocker les oxydes d'azote à basse température (lorsqu'un catalyseur SCR n’est pas actif) et à les déstocker à plus haute température (lorsque le catalyseur SCR est actif).
[0003] Le catalyseur de système de réduction catalytique sélective (ou SCR pour Sélective Catalytic Réduction en anglais) permet de stocker l'ammoniac issu d'une injection d'agent réducteur pour réduire les oxydes d'azote (NOx) contenus dans les gaz d'échappement. Un filtre à particules permet de piéger des particules contenues dans les gaz d'échappement, notamment sous forme de suies. Il est également possible de mettre en oeuvre un catalyseur de réduction (ou ASC pour Ammonia Slip Catalyst en anglais) pour supprimer l'ammoniac (NH3) en excès dans les gaz d'échappement.
[0004] Le fonctionnement du système SCR est basé sur une réaction chimique entre les oxydes d'azote et un réducteur prenant classiquement la forme d'ammoniac. L'injection de l'ammoniac dans la ligne d'échappement est généralement réalisée par l'intermédiaire d'une autre espèce chimique, telle qu'un agent réducteur à base d'urée qui se décompose en ammoniac et en dioxyde de carbone sous l'effet de la chaleur.
[0005] Une sonde de mesure des oxydes d'azote, dite sonde NOx, placée en amont du système SCR permet de calculer une quantité d'ammoniac à injecter dans la ligne d'échappement pour les traiter. Cette sonde NOx est remplacée par un modèle d’émissions d'oxydes d'azote en sortie du moteur dans certains cas de vie.
[0006] Une deuxième sonde NOx placée en aval du catalyseur SCR permet de réguler le système de dépollution et également de diagnostiquer son fonctionnement. Ainsi, si la production d'oxydes d'azote mesurée en sortie du système SCR n’est pas au niveau requis, le calculateur moteur ajuste la quantité d’agent réducteur injectée.
[0007] Toutefois, chacun de ces éléments est dispersé, c'est-à-dire imprécis par rapport au comportement attendu. Ces dispersions entraînent soit des cas d'émission en excès d'oxydes d'azote en aval du système SCR dû à des injections insuffisantes, soit des cas d'émission en excès d'ammoniac en aval du système SCR dû à des injections en excès.
[0008] Il existe des stratégies de corrections de ces dispersions en se basant sur l’information des deux sondes NOx. En effet, ces sondes mesurent les oxydes d'azote et l'ammoniac mais ne peuvent pas les distinguer lorsque ces deux espèces chimiques sont présentes simultanément.
[0009] Les stratégies connues corrigent l’effet global des dispersions prises individuellement ou simultanément. Un injecteur qui sur-injecte de X% ou une sonde NOx en amont du système SCR qui sur-mesure de X% vont créer le même phénomène de relargage en excès d'ammoniac. Ces stratégies peuvent le corriger mais sans différencier la source de la dispersion. De même, un injecteur qui sur-injecte de X% et une sonde NOx en amont du système SCR qui sur-mesure de X% vont créer encore plus de relargage d'ammoniac à l'échappement. Ces stratégies peuvent le corriger mais sans attribuer une correction spécifique à chacune des dispersions.
[0010] L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un procédé de recalage d'une injection d'agent réducteur dans une ligne d'échappement d'un moteur thermique, notamment d'un véhicule automobile, ladite ligne d'échappement comportant un système de dépollution des gaz d'échappement comprenant :
- un système de réduction d'oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement comportant un système d'injection d'agent réducteur et un catalyseur, et
- une sonde combinée placée en amont du catalyseur et en aval du système d'injection, caractérisé en ce que ledit procédé comporte:
- une étape de basculement d'une information relative à une mesure d'oxydes d'azote issue de la sonde combinée vers une information relative à une mesure d'ammoniac issue de la sonde combinée,
- une étape de comparaison entre une quantité d'agent réducteur injectée et une quantité d'agent réducteur demandée, et
- une étape d'ajustement de l'injection d'agent réducteur en fonction de cette comparaison.
[0011] L'invention permet ainsi d'effectuer une correction ciblée de la dispersion du système d'injection par rapport aux autres sources de dispersion. En particulier, cette correction est effectuée indépendamment de la dispersion des sondes NOx. L'invention permet également d'obtenir un meilleur compromis entre la maîtrise des oxydes d'azote à la canule pour respecter les exigences réglementaires (Homologation WLTC pour Worldwide harmonized Light vehicles Test Cycle en anglais et critère RDE pour Real Drive Emissions en anglais) et la réduction du relargage d'ammoniac qui engendre une odeur désagréable pour les piétons.
[0012] Selon une mise en œuvre, l'étape de comparaison est mise en œuvre lorsqu'un cumul d'agent réducteur injecté dépasse un seuil calibrable. Cela permet de limiter les erreurs de calcul.
[0013] Selon une mise en œuvre, l'étape de comparaison est effectuée en comparant un rapport entre un cumul d'agent réducteur injecté et un cumul d'agent réducteur demandé avec un seuil calibrable.
[0014] Selon une mise en œuvre, l'étape d'ajustement de l'injection d'agent réducteur est effectuée en adaptant un facteur de correction appliqué aux injections.
[0015] Selon une mise en œuvre:
- dans le cas où le rapport est supérieur au seuil calibrable, le facteur de correction est ajusté par retrait d'une valeur calibrable, et
- dans le cas où le rapport est inférieur au seuil calibrable, le facteur de correction est ajusté par ajout d'une valeur calibrable.
[0016] Selon une mise en œuvre, suite au basculement de la sonde combinée vers une information relative à une mesure d'ammoniac, le procédé comporte une étape d'estimation des oxydes d'azote à l'aide d'un modèle d’estimation d'émissions d'oxydes d'azote en sortie du moteur thermique.
[0017] Selon une mise en œuvre, le procédé est mis en œuvre au début de chaque roulage.
[0018] Selon une mise en œuvre, le procédé est mis en œuvre à une fréquence kilométrique calibrable.
[0019] L'invention a également pour objet un calculateur moteur comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé de recalage d'une injection d'agent réducteur dans une ligne d'échappement d'un moteur thermique tel que précédemment défini.
[0020] L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.
[0021] La figure 1 est une représentation schématique d'un système de dépollution des gaz d'échappement apte à mettre en oeuvre le procédé selon l'invention de recalage d'une injection d'agent réducteur dans une ligne d'échappement;
[0022] La figure 2 est une représentation schématique des différentes fonctions implémentées dans le calculateur moteur et mises en oeuvre avec le procédé selon l'invention de recalage d'une injection d'agent réducteur dans la ligne d'échappement d'un moteur thermique.
[0023] La figure 1 représente une ligne d'échappement 1 d'un moteur thermique 2, notamment de véhicule automobile, sur laquelle est monté un système de dépollution 3 des gaz d'échappement.
[0024] Ce système de dépollution 3 comporte des éléments fonctionnels, tels qu'un catalyseur d'oxydation 4 Diesel (ou DOC pour Diesel Oxidation Catalyst) permettant l'oxydation d'hydrocarbures (HC) et de monoxyde de carbone (CO) en dioxyde de carbone et en eau.
[0025] Un système de réduction catalytique sélective (ou SCR pour Sélective Catalytic Réduction en anglais) comporte un système d'injection 5 pour injecter un agent réducteur dans la ligne d’échappement 1, tel que de l'urée, qui se décompose en ammoniac et en dioxyde de carbone sous l'effet de la chaleur. Un ou plusieurs catalyseurs 6 permettent de stocker l'ammoniac pour transformer les oxydes d'azote (NOx) contenus dans les gaz d'échappement en azote et en eau. Avantageusement, une boîte de mélange 7 favorise la décomposition de l'urée nécessaire aux réactions de traitement des oxydes d'azote.
[0026] Un filtre à particules 8 permet de piéger des particules solides ou liquides constituées essentiellement de suies à base de carbone, et/ou de gouttelettes d'huile. Ces particules ont typiquement une taille comprise entre quelques nanomètres et un micromètre.
[0027] En outre, un catalyseur 9 de réduction de type ASC (pour Ammonia Slip Catalyst en anglais) est apte à supprimer au moins en partie des particules d'ammoniac contenues dans les gaz d'échappement.
[0028] Une sonde de mesure combinée 10, disposée en amont du catalyseur SCR 6 et en aval du système d'injection 5, permet de fournir sélectivement une information INOx relative à une mesure d’oxydes d'azote ou une information l_NH3 relative à une mesure d'ammoniac. De préférence, la sonde 10 est positionnée en aval de la boîte de mélange 7. Une information fournie par la sonde 10 est par exemple un taux de ces substances dans les gaz d'échappement. Ce taux est par exemple exprimé en ppm (Partie Par Million) et pourra être transformé, le cas échéant, en un débit par le calculateur moteur 12. Cette sonde 10 n'est toutefois pas capable de fournir ces deux informations I NOx, l_NH3 en même temps. Cette sonde 10 est remplacée par un modèle d'estimation d’émissions d'oxydes d'azote en sortie du moteur 2 dans certains cas de vie, notamment lorsque l’information issue de la sonde 10 est indisponible, comme cela est expliqué plus en détails ci-après.
[0029] Une deuxième sonde 11 placée en aval du catalyseur SCR 6 permet de réguler le système de dépollution 3 et de diagnostiquer son fonctionnement. Ainsi, si la production d'oxydes d'azote mesurée en sortie du système SCR n’est pas au niveau requis, il est possible d'ajuster la quantité d’agent réducteur injectée.
[0030] Le calculateur moteur 12 (ou ECU pour Engine Control Unit en anglais) assure notamment la commande du moteur thermique 2, ainsi qu'une gestion des différents éléments fonctionnels 4, 5, 6, 8, 9, 10, 11.
[0031] On décrit ci-après, en référence avec la figure 2, le procédé de gestion des différentes fonctions mises en oeuvre par le calculateur moteur 12 en fonction du basculement de la sonde combinée 10 d'un mode de mesure d'oxydes d'azote M_mes_NOx vers un mode de mesure d'ammoniac M_mes_NH3.
[0032] Dans le mode de mesure des oxydes d'azote M_mes_NOx, la sonde combinée 10 fournit l'information I NOx relative à la mesure d'oxydes d'azote Mes_NOx pour permettre la mise en oeuvre de la fonction de traitement des oxydes d'azote Trait_NOx. Cette fonction Trait_NOx calcule la quantité d'ammoniac à injecter en fonction de l'information I NOx relative à la mesure d'oxydes d'azote Mes_NOx retournée par la sonde 10.
[0033] La fonction d’estimation des oxydes d'azote Est_NOx sur la base d'un modèle Mod_NOx ainsi que la fonction de correction Corrsysjnj de la dispersion du système d’injection 5 sont désactivées.
[0034] Dans le mode de mesure d'ammoniac M_mes_NH3, la sonde combinée 10 fournit une information l_NH3 relative à la mesure d'ammoniac Mes_NH3 pour permettre la mise en œuvre de la fonction de correction Corr sysjnj de la dispersion du système d’injection 5. Cette fonction Corr sysjnj permet de mesurer l'ammoniac réellement injecté et de le comparer à l'ammoniac demandé par le système d’injection 5. Les dispersions du système d'injection 5 sont alors corrigées en fonction de cette comparaison.
[0035] A cet effet, on prévoit un facteur de correction K inj, qui est appliqué en permanence aux injections et qui est sauvegardé entre chaque roulage dans une mémoire du calculateur moteur 12. Ce facteur K inj vaut 1 au début de vie du véhicule.
[0036] Plus précisément, lors de l'activation de la fonction Corr sysjnj, la quantité d'ammoniac demandée par le système SCR ainsi que la quantité d'ammoniac réellement injectée par le système SCR sont intégrées en fonction du temps. Si le cumul d'ammoniac à injecter dépasse un seuil calibrable S_NH3, le calculateur 12 effectue un calcul de détection de défaut. Le seuil calibrable S_NH3 est suffisamment élevé pour réduire les erreurs de calcul. Le seuil S_NH3est par exemple compris entre 100 mg et 1 g.
[0037] Suivant le calcul de détection de défaut, le calculateur 12 détermine le rapport R entre le cumul d'ammoniac injecté et le cumul d'ammoniac demandé.
[0038] Si ce rapport R est supérieur à un seuil calibrable S_max, cela signifie que le système d’injection 5 sur-injecte de l'ammoniac par rapport à la quantité nécessaire au traitement des oxydes d'azote. Le facteur de correction K inj est alors ajusté en lui retranchant une certaine valeur calibrable. Cette valeur calibrable peut par exemple présenter un pas de travail compris entre 0,01 et 0,1. Plus le pas de travail est petit, plus l'ajustement est précis.
[0039] Si ce rapport R est inférieur à un seuil calibrable S_min, le système d’injection 5 sous-injecte de l'ammoniac par rapport à la quantité nécessaire pour le traitement des oxydes d'azote. Le facteur de correction K inj est alors ajusté en lui ajoutant une certaine valeur calibrable. Cette valeur calibrable peut par exemple présenter un pas de travail compris entre 0,01 et 0,1. Plus le pas de travail est petit, plus l'ajustement est précis.
[0040] Dans le cas où le rapport R est compris entre S_min et S_max, le facteur de correction K inj est inchangé. On définit ainsi une bande morte pour éviter un recalage intempestif du système d'injection d'agent réducteur 5.
[0041 ] Il est à noter que lorsque la sonde combinée 10 mesure l'ammoniac pour permettre le fonctionnement de la fonction de correction Corrsysjnj de la dispersion du système d'injection 5, la sonde 10 ne peut plus mesurer les oxydes d'azote et ne fournit donc plus l'information INOx à la fonction de traitement des oxydes d'azote Trait_NOx.
[0042] Toutefois, il est indispensable de continuer les injections d'ammoniac pour poursuivre le traitement des oxydes d'azote. En conséquence, dans le mode de mesure de l'ammoniac M_mes_NH3, le calculateur 12 active la fonction d’estimation des émissions d'oxydes d'azote Est_NOx en sortie du moteur 2 pour fournir une estimation de l'information I NOx à la fonction de traitement des oxydes d'azote Trait_NOx.
[0043] Cette estimation Est_NOx basée sur un modèle Mod_NOx implémenté dans le calculateur moteur 12 est moins précise que la mesure Mes_NOx effectuée par la sonde 10, mais cela ne pose pas de problème de gestion des oxydes d'azote, dans la mesure où son utilisation est temporaire et ne dure que le temps de corriger la dispersion du système d'injection 5.
[0044] Le système d’injection 5 est dispersé dès la sortie d’usine à cause des dispersions de fabrication. Cette dispersion évolue également au cours du temps. Il est donc utile de lancer cette stratégie de correction de la dispersion pendant la vie du véhicule. La fonction de correction Corr sysjnj de la dispersion du système d'injection 5 pourra ainsi être activée au début de chaque roulage et/ou à une fréquence kilométrique calibrable.

Claims (9)

1. Procédé de recalage d'une injection d'agent réducteur dans une ligne d'échappement (1) d'un moteur thermique (2), notamment d'un véhicule automobile, ladite ligne d'échappement (1) comportant un système de dépollution (3) des gaz d'échappement comprenant :
- un système de réduction d'oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement comportant un système d'injection (5) d'agent réducteur et un catalyseur (6), et
- une sonde combinée (10) placée en amont du catalyseur (6) et en aval du système d'injection (5), caractérisé en ce que ledit procédé comporte:
- une étape de basculement d'une information (I NOx) relative à une mesure d'oxydes d'azote (Mes_NOx) issue de la sonde combinée (10) vers une information (l_NH3) relative à une mesure d'ammoniac (Mes_NH3) issue de la sonde combinée (10),
- une étape de comparaison entre une quantité d'agent réducteur injectée et une quantité d'agent réducteur demandée, et
- une étape d'ajustement de l'injection d'agent réducteur en fonction de cette comparaison.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de comparaison est mise en œuvre lorsqu'un cumul d'agent réducteur injecté dépasse un seuil calibrable (S_NH3).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape de comparaison est effectuée en comparant un rapport (R) entre un cumul d'agent réducteur injecté et un cumul d'agent réducteur demandé avec un seuil calibrable (S_max, S_min).
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étape d'ajustement de l'injection d'agent réducteur est effectuée en adaptant un facteur de correction (KJnj) appliqué aux injections.
5. Procédé selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que:
- dans le cas où le rapport (R) est supérieur au seuil calibrable (S_max), le facteur de correction (KJnj) est ajusté par retrait d'une valeur calibrable, et
- dans le cas où le rapport (R) est inférieur au seuil calibrable (S_min), le facteur de correction (KJnj) est ajusté par ajout d'une valeur calibrable.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que suite au basculement de la sonde combinée (10) vers une information (l_NH3) relative à une mesure d'ammoniac (Mes_NH3), le procédé comporte une étape d'estimation (Est_NOx) des oxydes d'azote à l'aide d'un modèle (Mod_NOx) d’estimation d'émissions d'oxydes
5 d'azote en sortie du moteur thermique (2).
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre au début de chaque roulage.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre à une fréquence kilométrique calibrable.
10 9. Calculateur moteur (12) comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé de recalage d'une injection d'agent réducteur dans une ligne d'échappement (1) d'un moteur thermique (2) tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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