Brevet FR2765270A1 — publié le 19981231

L'invention concerne des procédés de surveillance de l'apport dosé d'agent réducteur dans un moteur à combustion interne Diesel ou une installation de combustion Diesel, selon lesquels la température des gaz d'échappement est détectée au moyen d'un capteur de température et, au-dessus d'une température limite, un agent réducteur est envoyé sous pression aux gaz d'échappement au moyen d'un dispositif de dosage, en un emplacement situé en amont d'un catalyseur de réduction catalytique sélective disposé dans le courant de gaz d'échappement et, éventuellement, d'un mélangeur de gaz chauffé électriquement servant à mélanger les gaz d'échappement à l'agent réducteur. Une nette réduction des émissions de NOx d'un moteur à combustion interne Diesel ou d'une installation de combustion Diesel peut s'obtenir en utilisant ce qu'il est convenu d'appeler le procédé SCR (sigle de l'anglais "Selective-Catalytic-Reduction" = réduction catalytique sélective). Dans le procédé SCR, un agent réducteur est injecté dans les gaz d'échappement (ou les gaz brûlés) en un emplacement situé en amont d'un catalyseur SCR, de sorte que, sur ce catalyseur, il peut notamment se dérouler les réactions chimiques: 4NO + 4NH3 + 02 -* 4N2 + 6H20, 2NO2 + 4NH3 + 02 -> 3N2 + 6H20. Un agent réducteur approprié est pas exemple l'ammoniac. Pour des raisons de facilité de manipulation, on dose de l'ammoniac en solution aqueuse ou on dose une solution aqueuse d'urée qui, après hydrolyse, fournit de l'ammoniac pour le procédé SCR. L'apport dosé s'effectue en commandant la durée d'ouverture d'une valve de dosage. La solution d'agent réducteur est fournie à la valve sous une pression définie à partir d'une pompe et d'un régulateur de pression. L'apport dosé d'agent réducteur doit être surveillé en continu, étant donné qu'un sur- dosage provoque un dégagement d'ammoniac, mais qu'en revanche, un sousdosage entraîne une production élevée de NOx. Des capteurs de gaz d'échappement peuvent être utilisés pour la régulation du système de réduction des NOx. Ces capteurs ne peuvent toutefois détecter des perturbations dans le apport dosé qu'au moyen d'une mesure de la concentration des NOx et de NH3 en aval du catalyseur SCR, uniquement avec retard, étant donné qu'en fonction de l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne, le catalyseur retarde, du fait de sa capacité d'accumulation, la répercussion de la perturbation sur la concentration des NOx ou de NH3 en aval du catalyseur. Un procédé permettant de réduire la concentration des oxydes d'azote dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne au moyen d'un détecteur disposé dans la ligne de gaz d'échappement en aval du catalyseur SCR est décrit dans DE 43 34 071 Cl. Le détecteur comporte un élément capteur sensible aussi bien au monoxyde d'azote qu'à l'ammoniac. La résistance dépendant de la concentration du monoxyde d'azote et de l'ammoniac ou la conductibilité électrique de l'élément capteur est mesurée et il est ajouté aux gaz d'échappement une quantité d'agent réducteur pour laquelle la résistance électrique de l'élément capteur est la plus grande ou la conductibilité électrique la plus petite. Par DE 42 17 552 Cl, on connaît un dispositif de traitement des gaz d'échappement, pour moteur à combustion, comportant un catalyseur servant à la réaction catalytique sélective des oxydes d'azote provenant des gaz d'échappement, notamment des gaz d'échappement de moteurs Diesel pour véhicule automobile, avec une addition sur- stoechiométrique de composés libérant NH3 ou NH3-. Il comporte un premier capteur, détectant la concentration de NH3 contenue dans les gaz d'échappement, qui interrompt l'addition de la quantité de NH3 lorsqu'est atteinte une valeur de seuil supérieure préfixée. Un second capteur détecte le NH3 adsorbé dans le catalyseur. Lorsqu'une valeur de seuil inférieure préfixée est atteinte, l'addition de NH3 est de nouveau permise. L'invention a pour but de fournir des procédés au moyen desquels l'apport dosé d'agent réducteur puisse être surveillé en continu. L'invention a pour objet un procédé, du type générique défini en introduction, caractérisé en ce que: - l'agent réducteur est acheminé jusqu'au voisinage direct du capteur de température, de façon telle qu'au moins une partie de l'agent réducteur parvient sur le capteur de température, - la variation de température s'établissant grâce à la chaleur de vaporisation en fonction de l'apport dosé d'agent réducteur est détectée au moyen du capteur de température, et - un témoignage concernant l'efficacité de fonctionnement du dispositif de dosage est déduit de la variation de température. Ce procédé conforme à l'invention peut aussi présenter une ou plusieurs des particularités suivantes: - les valeurs de température sont détectées avant et après l'addition d'agent réducteur, une différence de température est formée à partir de ces valeurs de température, la différence de température est comparée à une valeur de seuil préfixée et, lors d'un franchissement de la valeur de seuil vers le haut, il est constaté que l'apport dosé d'agent réducteur est réussi, - la valeur de température avant addition n'est détectée qu'après l'écoulement d'un temps de retard après le début de l'apport dosé et la valeur de température après addition n'est détectée qu'après l'écoulement d'un temps de retard après la fin de l'apport dosé, - le temps de retard est choisi en fonction d'au moins l'une des grandeurs que sont le temps de réaction d'une valve de dosage injectant l'agent réducteur, le temps de trajet du jet d'agent réducteur, le temps de réaction du capteur de température, - la variation de température pendant l'opération d'apport dosé est exploitée en tant que mesure pour la durée de l'opération d'apport dosé et il en est déduit la quantité injectée d'agent réducteur en supposant une pression d'injection constante lors de l'addition d'agent réducteur, - des valeurs correspondant à la durée d'impulsion d'apport dosé ou à quantité d'agent réducteur injectée sont disposées en dans une table caractéristique d'une mémoire d'une unité de commande commandant l'opération d'apport dosé, en fonction de la différence de température. L'invention a également pour objet un procédé du type générique défini en introduction, selon lequel un mélangeur de gaz chauffé électriquement sert à mélanger les gaz d'échappement à l'agent réducteur, caractérisé en ce que: - l'agent réducteur est acheminé jusqu'au voisinage direct du dispositif de chauffage électrique du mélangeur de gaz, - la résistance électrique du dispositif de chauffage s'établissant en fonction de la chaleur de vaporisation pendant l'apport dosé d'agent réducteur est détectée, et - un témoignage concernant l'efficacité de fonctionnement du dispositif de dosage est déduit de la variation de résistance. Ce procédé conforme à l'invention peut aussi présenter une ou plusieurs des particularités suivantes: - les valeurs de résistance sont détectées avant et après l'addition d'agent réducteur, une différence de résistance est formée à partir de ces valeurs de résistance, la différence de résistance est comparée à une valeur de seuil préfixée et, lors d'un franchissement de la valeur de seuil vers le haut, il est constaté que l'apport dosé d'agent réducteur est réussi; - la valeur de résistance avant addition n'est détectée qu'après l'écoulement d'un temps de retard après le début de l'apport dosé et la valeur de résistance après addition n'est détectée qu'après l'écoulement d'un temps de retard après la fin de l'apport dosé; - le temps de retard est choisi en fonction d'au moins l'une des grandeurs que sont le temps de réaction d'une valve de dosage injectant l'agent réducteur, le temps de trajet du jet d'agent réducteur, le temps de réaction du capteur de température; - la variation de résistance pendant l'opération d'apport dosé est exploitée en tant que mesure de la durée de l'opération d'apport dosé et il en est déduit la quantité injectée d'agent réducteur en supposant une pression d'injection constante lors de l'addition d'agent réducteur; - des valeurs pour la durée d'impulsion d'apport dosé ou pour la quantité d'agent réducteur injectée sont disposées en dans une table caractéristique d'une mémoire d'une unité de commande commandant l'opération d'apport dosé, en fonction de la différence de résistance. L'invention a encore pour objet un procédé du type générique défini en introduction, selon lequel un mélangeur de gaz chauffé électriquement sert à mélanger les gaz d'échappement à l'agent réducteur, caractérisé en ce que: - l'agent réducteur est acheminé jusqu'au voisinage direct du dispositif de chauffage électrique du mélangeur de gaz, - le courant de chauffage du dispositif de chauffage électrique s'établissant en fonction de la chaleur de vaporisation pendant l'apport dosé d'agent réducteur est détectée et - un témoignage concernant l'efficacité de fonctionnement du dispositif de dosage est déduit de la variation du courant de chauffage électrique. De préférence, les valeurs du courant de chauffage sont détectées avant et après l'addition d'agent réducteur, une différence est formée à partir de ces valeurs et comparée à une valeur de seuil préfixée et, lors d'un franchissement de la valeur de seuil vers le haut, il est constaté que l'apport dosé d'agent réducteur est réussi. Des exemples de mise en oeuvre de l'invention sont exposés à l'aide des dessins annexés. On voit: à la figure 1, un schéma-bloc d'un dispositif de gaz d'échappement, pourvu d'un catalyseur SCR, d'un moteur à combustion interne Diesel, à la figure 2, une variation typique du signal de sortie d'un capteur de température lors d'un apport dosé d'agent réducteur, à la figure 3, un schéma-bloc d'un dispositif de gaz d'échappement, pourvu d'un catalyseur SCR et d'un mélangeur chauffé électriquement, d'un moteur à combustion interne Diesel et, à la figure 4, une variation de signal typique de la résistance ohmique de chauffage du mélangeur lors d'un apport dosé d'agent réducteur. Le dispositif de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne Diesel 10 qui est représenté schématiquement à la figure 1 comprend une ligne d'admission 11 et une ligne de gaz d'échappement 12 dans laquelle est disposé un catalyseur SCR 13 de structure connue. Un dispositif de dosage, constitué d'un réservoir d'agent réducteur 14, d'une pompe 15 et d'une valve de dosage 16, est disposé en amont du catalyseur SCR 13. La pompe 15 refoule l'agent réducteur contenu dans le réservoir d'agent réducteur 14, par exemple de l'ammoniac ou des composés libérant de l'ammoniac, qui est injecté au moyen de la valve de dosage 16 dans les gaz d'échappement en amont du catalyseur SCR 13. La valve de dosage 16 est commandée pas une unité de commande 17 par l'intermédiaire de lignes qui ne sont pas affectées d'un repère. Cette unité de commande 17 fait en sorte qu'il puisse être envoyé aux gaz d'échappement une quantité déterminée, momentanément nécessaire, de l'agent réducteur. L'unité de commande 17 est représentée à la figure sous forme d'une unité séparée, mais il est possible d'intégrer la fonction de cette unité de commande dans l'appareil de commande du moteur à combustion interne. L'apport dosé d'agent réducteur n'a lieu que lorsque la température des gaz d'échappement est suffisamment élevée pour vaporiser la solution d'agent réducteur et hydrolyser l'urée. La température des gaz d'échappement est mesurée au moyen d'un capteur de température 18 en un emplacement situé en amont du catalyseur SCR. Lors de l'opération d'apport dosé, l'agent réducteur ou la solution d'agent réducteur est injecté dans les gaz d'échappement chauds. Grâce à la chaleur de vaporisation de l'agent en solution, chaque impulsion d'apport dosé extrait de la chaleur de l'environnement. Si le jet d'agent réducteur parvient sur le capteur de température de gaz d'échappement 18, celui-ci se trouve refroidi. Ce saut de température peut être constaté par l'unité de commande 17, étant donné que, sous l'effet de la vaporisation de l'agent réducteur ou de la solution d'agent réducteur directement sur la surface du capteur, la température de capteur varie plus rapidement que sous l'effet de variations de l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne. La partie supérieure de la figure 2 représente une variation typique du signal de sortie du capteur de température 18 lors d'un apport dosé d'agent réducteur. La température T détectée par le capteur de température 18 est portée en abscisses et le temps t en ordonnées. La partie inférieure de la figure 2 représente la variation dans le temps du courant de valve I au moyen duquel la valve de dosage 16 est commandée. L'unité de commande actionne la valve de dosage 16 par passage du courant de valve I à l'instant tl et coupure de ce courant à l'instant t2. Pour détecter la différence de température AT se présentant du fait de l'addition d'agent dosée, la température T1 est déterminée au moyen de l'unité de commande à un instant le plus proche possible avant que le jet d'agent réducteur ne parvienne sur le capteur de température 18, une fois exécutée la commande de la valve de dosage 16. Pour déterminer l'instant optimal pour la mesure du signal de capteur Tl, un temps de retard Atl est déterminé, dans lequel il peut être tenu compte du temps de réaction de la valve, de la durée de trajet du jet d'agent réducteur, du temps de réaction du capteur de température, etc.. La seconde mesure de la température a lieu une fois un temps de retard At2 écoulé après la coupure du courant I prévu pour la valve de dosage 16. grâce à la mesure retardée de la température T2 après la fermeture de la valve de dosage 16, qui a lieu à l'instant t2, il est possible, outre la vitesse de fermeture de valve, de tenir compte aussi, là encore, de la durée de trajet du jet d'agent réducteur, du temps de réaction du capteur de température, etc.. La différence AT = T1 - T2 est formée à partir des valeurs de température mesurées T1, T2 et cette différence de température est ensuite comparée à une valeur minimale déterminée d'une manière propre au système. Si la différence de température AT franchit la valeur minimale préfixée, il est constaté au moyen de l'unité de commande 17 qu'une impulsion de dosage a eu lieu. Si la différence de température AT déterminée est au-dessous de la valeur minimale, il en est conclu que le dispositif de dosage est défectueux et ce résultat est introduit dans une mémoire d'erreur 19 du dispositif de commande 17 et est indiquée par la voie optique et acoustique au conducteur du véhicule pourvu du moteur à combustion interne 10. Dans le cas d'une sensibilité suffisante du capteur de température 18 et d'une puissance suffisante de l'unité de commande, notamment du calculateur de commande qui y est contenu, la variation correspondant au saut de température peut aussi être exploitée en tant que mesure pour la durée de l'impulsion de dosage et il peut ainsi en être déduit, pour une pression constante, la quantité injectée d'agent réducteur. Des valeurs correspondant à la durée d'impulsion d'apport dosé ou à la quantité injectée peuvent par exemple être déposées dans une table caractéristique d'une mémoire 20 de l'unité de commande 17 en fonction de la différence de température AT. Le fait de faire appel au signal de sortie du capteur de température utilisé pour déclencher l'apport dosé d'agent réducteur, et sans cela disposé pour mesurer la température dans la ligne de gaz d'échappement du moteur à combustion interne, fournit une possibilité économique de surveiller le dispositif de dosage, notamment la valve de dosage, en ce qui concerne son aptitude au fonctionnement. Si le système de réduction des NOx est pourvu d'un dispositif chauffé servant à mélanger les gaz d'échappement avec l'agent réducteur, afin d'assurer ainsi un mélange intime le meilleur possible et un début de l'apport dosé ayant lieu le plus tôt possible, la mesure de température sur la partie qui sert à la régulation de la puissance de chauffage, ou la mesure de la résistance ohmique de chauffage, peut être utilisée en temps que mesure pour la température, en vue de surveiller l'apport dosé. La figure 3 représente d'une manière schématique la structure d'un tel dispositif de gaz d'échappement qui, à la différence du dispositif de la figure 1, comporte en sus un mélangeur de gaz 21 chauffé électriquement qui est disposé en amont du catalyseur SCR 13. Les autres composants de la figure 3 sont identiques aux composants de la figure 1 et sont donc pourvus des mêmes repères. Le mélangeur de gaz 21 comporte un capteur de température, non représenté d'une manière explicite, servant à la régulation de la puissance de chauffage du dispositif de chauffage électrique. Il est possible de faire appel au signal de sortie de ce capteur de température, d'une manière analogue à celle décrite en regard de la figure 1, pour contrôler la valve de dosage 16. En variante, il est possible aussi, pour surveiller l'apport dosé, d'utiliser la variation de la résistance électrique du dispositif de chauffage pendant l'opération d'apport dosé, en tant que mesure pour la variation de température. La partie supérieure de la figure 4 représente la variation typique de la résistance électrique du dispositif de chauffage du mélangeur de gaz lors d'un apport dosé d'agent réducteur et la partie inférieure de la figure 4 représente la variation dans le temps du courant de commande prévu pour la valve de dosage. Dans ce cas, à la différence de l'exemple de mise en oeuvre conforme aux figures 1 et 2, ce ne sont pas des valeurs de température, mais des valeurs correspondant à la résistance ohmique du dispositif de chauffage qui sont détectées au instants indiqués tl + Atl et t2 + At2. La manière de procéder pour exploiter les valeurs de résistance mesurées correspond à la manière de procéder pour exploiter les valeurs de température, telle qu'elle a été décrite ci-dessus. Des valeurs correspondant à la durée de l'impulsion d'apport dosé ou à la quantité injectée peuvent alors être disposées dans la mémoire 20 en fonction de la différence de résistance AR. Lorsque le dispositif de chauffage du mélangeur de gaz 21 est pourvu d'une régulation de température rapide qui augmente immédiatement la puissance de chauffage lorsque le capteur de température se refroidit en raison de l'addition d'agent d'apport dosé, que le courant de chauffage s'élève donc et qu'il se présente ainsi une résistance de chauffage approximativement constante, la puissance de chauffage ou le courant de chauffage peut être utilisé, d'une manière analogue à la mesure de température, en tant que mesure pour la chaleur de vaporisation à la suite de l'impulsion d'injection. REVENDICATIONS 1. Procédé de surveillance de l'apport dosé d'agent réducteur dans un moteur à combustion interne Diesel ou une installation de combustion Diesel, selon lequel la température des gaz d'échappement est détectée au moyen d'un capteur de température et, au-dessus d'une température limite, un agent réducteur est envoyé sous pression aux gaz d'échappement au moyen d'un dispositif de dosage, en un emplacement situé en amont d'un catalyseur de réduction catalytique sélective disposé dans le courant de gaz d'échappement, caractérisé en ce que: - l'agent réducteur est acheminé jusqu'au voisinage direct du capteur de température (18), de façon telle qu'au moins une partie de l'agent réducteur parvient sur le capteur de température (18), - la variation de température (T) s'établissant grâce à la chaleur de vaporisation en fonction de l'apport dosé d'agent réducteur est détectée au moyen du capteur de température (18) et - un témoignage concernant l'efficacité de fonctionnement du dispositif de dosage (14, 15, 16) est déduit de la variation de température (T). 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que - les valeurs de température (T1, T2) sont détectées avant et après l'addition d'agent réducteur, - une différence de température (AT) est formée à partir de ces valeurs de température (T1, T2), - la différence de température (AT) est comparée à une valeur de seuil préfixée et, - lors d'un franchissement de la valeur de seuil vers le haut, il est constaté que l'apport dosé d'agent réducteur est réussi. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la valeur de température (T1) n'est détectée qu'après l'écoulement d'un temps de retard (Atl) après le début de l'apport dosé et la valeur de température (T2) n'est détectée qu'après l'écoulement d'un temps de retard (At2) après la fin de l'apport dosé. 4. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la variation de température (T) pendant l'opération d'apport dosé est exploitée en tant que mesure de la durée de l'opération d'apport dosé et il en est déduit la quantité injectée d'agent réducteur en supposant une pression d'injection constante lors de l'addition d'agent réducteur. 5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que des valeurs correspondant à la durée d'impulsion d'apport dosé ou pour la quantité d'agent réducteur injectée sont disposées en dans une table caractéristique d'une mémoire (20) d'une unité de commande (17) commandant l'opération d'apport dosé, en fonction de la différence de température (AT). 6. Procédé de surveillance de l'apport dosé d'agent réducteur dans un moteur à combustion interne Diesel ou une installation de combustion Diesel, selon lequel la température des gaz d'échappement est détectée au moyen d'un capteur de température et, au-dessus d'une température limite, un agent réducteur est envoyé sous pression aux gaz d'échappement au moyen d'un dispositif de dosage, en un emplacement situé en amont d'un catalyseur de réduction catalytique sélective disposé dans le courant de gaz d'échappement et d'un mélangeur de gaz chauffé électriquement servant à mélanger les gaz d'échappement à l'agent réducteur, caractérisé en ce que: - l'agent réducteur est acheminé jusqu'au voisinage direct du dispositif de chauffage électrique du mélangeur de gaz (21), - la résistance électrique (R) du dispositif de chauffage s'établissant en fonction de la chaleur de vaporisation pendant l'apport dosé d'agent réducteur est détectée et - un témoignage concernant l'efficacité de fonctionnement du dispositif de dosage (14, 15, 16) est déduit de la variation de résistance (R). 7. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que - les valeurs de résistance (RI, R2) sont détectées avant et après l'addition d'agent réducteur, - une différence de résistance (AR) est formée à partir de ces valeurs de résistance (RI, R2), - la différence de résistance (AR) est comparée à une valeur de seuil préfixée et, - lors d'un franchissement de la valeur de seuil vers le haut, il est constaté que l'apport dosé d'agent réducteur est réussi. 8. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la valeur de résistance (Ri) n'est détectée qu'après l'écoulement d'un temps de retard (Atl) après le début de l'apport dosé et la valeur de résistance (R2) n'est détectée qu'après l'écoulement d'un temps de retard (At2) après la fin de l'apport dosé. 9. Procédé suivant la revendication 3 ou 8, caractérisé en ce que le temps de retard (Atl, At2) est choisi en fonction d'au moins l'une des grandeurs que sont le temps de réaction d'une valve de dosage (16) injectant l'agent réducteur, le temps de trajet du jet d'agent réducteur, le temps de réaction du capteur de température (18). 10. Procédé suivant l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que la variation de résistance (R) pendant l'opération d'apport dosé est exploitée en tant que mesure de la durée de l'opération d'apport dosé et il en est déduit la quantité injectée d'agent réducteur en supposant une pression d'injection constante lors de l'addition d'agent réducteur. 11. Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce que des valeurs pour la durée d'impulsion d'apport dosé ou pour la quantité d'agent réducteur injectée sont disposées dans une table caractéristique d'une mémoire (20) d'une unité de commande (17) commandant l'opération d'apport dosé, en fonction de la différence de résistance (AR). 12. Procédé de surveillance de l'apport dosé d'agent réducteur dans un moteur à combustion interne Diesel ou une installation de combustion Diesel, selon lequel la température des gaz d'échappement est détectée au moyen d'un capteur de température et, au-dessus d'une température limite, un agent réducteur est envoyé sous pression aux gaz d'échappement au moyen d'un dispositif de dosage, en un emplacement situé en amont d'un catalyseur de réduction catalytique sélective disposé dans le courant de gaz d'échappement et d'un mélangeur de gaz chauffé électriquement servant à mélanger les gaz d'échappement à l'agent réducteur, caractérisé en ce que: - l'agent réducteur est acheminé jusqu'au voisinage direct du dispositif de chauffage électrique du mélangeur de gaz (21), - le courant de chauffage du dispositif de chauffage électrique s'établissant en fonction de la chaleur de vaporisation pendant l'apport dosé d'agent réducteur est détectée et - un témoignage concernant l'efficacité de fonctionnement du dispositif de dosage (14, 15, 16) est déduit de la variation du courant de chauffage électrique. 13. Procédé suivant la revendication 12, caractérisé en ce que - les valeurs du courant de chauffage sont détectées avant et après l'addition d'agent réducteur, - une différence est formée à partir de ces valeurs et comparée à une valeur de seuil préfixée et, - lors d'un franchissement de la valeur de seuil vers le haut, il est constaté que l'apport dosé d'agent réducteur est réussi.