Brevet FR2947302A1 — publié le 20101231

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé d'adaptation d'un système de catalyseur d'un moteur à combustion notamment celui d'un véhicule automobile selon lequel, pour réduire les émissions d'oxydes d'azote NOx dans les gaz d'échappement riches en oxygène émis par un tel moteur, on effectue une réduction catalytique sélective en ajoutant par dosage, un agent réducteur, et on saisit un débit massique d'oxydes d'azote NOx entrant et/ou sortant à l'aide d'un capteur d'oxydes d'azote NOx. Etat de la technique Pour le post traitement des gaz d'échappement en technique automobile, on connaît la réduction catalytique sélective (SCR) consistant à réduire la teneur en oxydes d'azote NOx dans les gaz d'échappement riches en oxygène par des agents réducteurs ou des agents de réaction qui séparent NH3 ou des résidus de NH3. On ajoute généralement de l'ammoniac comme agent réducteur et cela par exemple sous la forme d'une solution aqueuse d'urée (solution HWL). Le rendement de ce capteur SCR dépend de la tempéra- ture, de la vitesse d'espace des gaz participant à la réaction et de manière très décisive, du niveau de remplissage actuel en NH3 du catalyseur. De plus, la capacité de stockage du catalyseur dépend de sa température de fonctionnement respective. Plus la température de fonctionnement est faible et plus grande sera sa capacité de stockage. Si le volume de stockage du catalyseur est complètement rempli, cela peut se traduire par des variations brusques de charge du moteur à combustion équipé du catalyseur, c'est-à-dire du glissement NH3. On rencontre ainsi le radical NH3 non transformé catalytiquement dans les gaz d'échappement bien que plus aucun agent réducteur n'ait été ajouté par dosage. Pour atteindre des taux de conversion aussi élevés que possible d'oxydes d'azote NOx, le système SCR doit fonctionner avec un niveau de remplissage en NH3 aussi élevé que possible. Comme le calcul de la quantité nécessaire de NH3 s'applique sur un grand nombre d'éléments incertains ou d'écarts, tels que des insécurités ou des écarts 2 concernant les émissions brutes par le moteur à combustion interne ou encore le degré de conversion du catalyseur ou aussi des imprécisions du dosage de l'ammoniac, même dans le cas de système nouveau, obtenu par une application soigneuse, on arrive à des défauts de dosage. Le document DE 10 2004 046640 décrit une stratégie de régulation pour assurer la post-régulation d'un système SCR à commande préalable à l'aide d'un capteur d'oxydes d'azote NOx à sensibilité transversale vis-à-vis de NH3; ; le document DE 10 2005 042487 décrit une réalisation pratique de cette solution. Toutefois, il n'est pas possible de distinguer à l'aide du signal de capteur fourni par un tel capteur d'oxydes NOx entre le glissement de NH3 et une conversion trop faible des oxydes d'azote NOx. Comme solution, le document DE 10 2005 042489 décrit un contrôle de plausibilité des grandeurs d'émission et de dosage calcu- lées pour distinguer sans équivoque entre le glissement NH3 et une con- version trop faible des oxydes d'azote NOx, dans le signal de capteur. Pour réduire la fréquence des défauts de régulation possibles à un minimum, ou éviter que le système SCR ne fonctionne avec un glissement d'oxydes d'azote NOx trop élevé, le document DE 10 2005 042490 propose d'adapter la quantité de NH3 calculée par une adaptation à long terme au système de dosage réel. Pour cela on passe d'un dosage déjà régulé à un dosage adaptatif, par apprentissage pour tenir compte des écarts systématiques du système de dosage. L'adaptation à long terme exploite notamment la fré- quence et l'ordre des résultats du contrôle de plausibilité et se règle par itération sur le point de fonctionnement souhaité. Cette exploitation statistique et la relation entre la fréquence des évènements plausibles et le profil individuel du conducteur nécessitent toutefois plusieurs heures de fonctionnement pour une telle adaptation sur un point de fonction- nement optimum. Exposé et avantages de l'invention La présente invention remédie aux inconvénients des solutions connues et concerne un procédé du type défini ci-dessus caractérisé en ce qu' 3 on exploite qualitativement l'écart entre la valeur réelle du débit massique d'azote NOx saisi à l'aide du capteur d'oxydes d'azote NOx par rapport à une valeur de consigne du débit massique d'oxydes d'azote NOx, et à partir du résultat de l'exploitation quantitative, on conclut à l'amplitude de la différence entre la valeur réelle de la quantité de do-sage en agent réducteur ainsi ajoutée par dosage et la valeur de con-signe de la quantité de dosage et en fonction de l'écart entre la valeur réelle et la valeur de consigne de la quantité de dosage, on détermine un coefficient d'adaptation à long terme. Contrairement à la présente invention, selon l'état de la technique, on utilise l'amplitude de l'écart du capteur seulement pour déceler un dosage par excédent ou par défaut mais non pour évaluer une valeur quantitative du dosage erroné. Comme déjà indiqué, dans l'état de la technique, on détermine la dose optimale par exploitation statistique de résultats purement qualitatifs. Le système SCR s'établit ainsi automatiquement sur la zone de la meilleure conversion possible ; dans le cas d'une application pour laquelle le système SCR n'a pas été appliqué à une conversion optimale pour des raisons de consommation de solution HWL, par exemple selon la norme des gaz d'échappement � NKW-Euro 5 � se traduit par un excédent non souhaité de la consommation d'agent réducteur. Contrairement à cela, dans le procédé selon l'invention, par l'exploitation qualitative de l'écart de capteur, on peut obtenir directement l'amplitude suivant laquelle la dose diffère de la quantité souhaitée et déjà après une étape de contrôle de plausibilité, on peut calculer un coefficient d'adaptation à long terme plus précis (et ainsi plus correct). Le système est réglé automatiquement sur la conversion souhaitée des oxydes d'azote NOx, il n'est pas nécessairement la conversion optimale et le système SCR ou la consommation en agent réducteur seront ainsi optimisés. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre un ordinogramme d'un exemple de réalisation préférentiel du procédé de l'invention, - la figure 2 montre un système SCR régulé selon l'invention en supposant un surdosage (plus 50 %), - la figure 3 montre un système SCR pour lequel on a régulé un sous dosage (- 40 %). Description de modes de réalisation de l'invention La routine présentée à la figure 1 et qui est appliquée de préférence dans un appareil de commande d'un moteur à combustion interne, par exemple d'un appareil de commande ou de gestion de mo- teur ou dans un appareil de commande SCR se présente sous la forme d'un code de commande. La procédure commence par l'étape 100 avec le dosage habituel de l'agent réducteur dans l'étape 105 ; pour cela on saisit les débits massique d'oxydes d'azote NOx résultant du dosage ci-dessus et on intègre pour obtenir une réponse par intégration du débit massique d'oxydes d'azote NOx. Dans l'étape 110, on vérifie si la valeur intégrée du débit massique d'oxydes d'azote NOx est supérieure ou inférieure à un seuil prédéfini. Si la condition 110 n'est pas remplie, on revient au début 100 de la routine. Si la condition 110 est remplie, on passe à l'étape 115 suivante pour saisir ou exploiter l'écart entre la valeur réelle et la valeur de consigne de la valeur intégrée en procédant de manière quantitative. Sur le fondement de l'écart qui en résulte, dans l'étape 120, on saisit ou on détermine quantitativement l'erreur de dosage actuel ; on détermine ainsi s'il s'agit d'un surdosage ou d'un sous-dosage (dosage par excédent ou dosage par défaut) ainsi que le degré suivant lequel la valeur réelle de la quantité dosée en agent réducteur à doser, diffère de la valeur de consigne de la quantité de dosage. Dans l'étape suivante 125, partant du résultat de cette exploitation quantitative c'est-à-dire sur le fondement de l'écart quantitatif entre la valeur réelle 4 et la valeur de consigne de la quantité de dosage, on détermine un coefficient d'adaptation à long terme. En variante, en plus, on peut appliquer un contrôle de plausibilité selon lequel on calcule le coefficient d'adaptation à long 5 terme seulement après ce contrôle de plausibilité. Comme déjà indiqué dans le préambule, le contrôle de plausibilité sert à mieux distinguer entre le glissement NH3 et une trop faible conversion des oxydes d'azote NOx. Le coefficient d'adaptation à long terme obtenu selon l'invention, comme cela est indiqué par l'étape optionnelle 130 représentée en trait interrompu à la figure 1, peut être multiplié directement avec la valeur initiale d'une quantité de commande préalable pour le dosage par agent réducteur, pour minimiser l'erreur de dosage ou l'erreur de régulation évoquée ci-dessus. 15 L'étape 105 représentée à la figure 1, correspond à la saisie des débits massiques d'oxydes d'azote NOx pour évaluer l'importance de l'erreur de dosage. Cette étape se fait de préférence par intégration des débits massiques d'oxydes d'azote NOx entrant et sortant et cela en formant trois intégrales à savoir : 20 a) l'intégrale du débit massique NOx à savoir, "mNOxRoh", mesurée en amont du catalyseur SCR, b) l'intégrale du débit massique NOx à savoir, "mNOxSens, mesurée en aval du catalyseur SCR, c) l'intégrale du débit massique NOx à savoir, "mNOxMod" dont on 25 dispose par le calcul en aval du catalyseur SCR. Le débit massique NOx en amont du catalyseur SCR selon a) s'obtient soit à partir d'un capteur d'oxydes NOx, soit comme va-leur modélisée. Le débit massique mesuré d'oxydes d'azote NOx en aval du catalyseur SCR selon b) est fourni par un capteur d'oxydes d'azote 30 NOx ayant une sensibilité transversale NH3, pour le débit massique NOx c), calculé, il s'agit d'une grandeur calculée à partir d'un modèle de catalyseur usuel dans le domaine concerné pour l'homme du métier. Si le système SCR présente des écarts pour les quantités dosées, l'intégration des débits massiques d'oxydes d'azote NOx mesu- 35 rés selon b) et calculés selon c) en aval du catalyseur SCR, différeront 6 de manière significative. On pourra distinguer entre les trois cas suivants : 1. Sous-dosage. 2. Surdosage avec un modèle de catalyseur appliqué au maximum de la conversion. 3. Surdosage avec une conversion d'oxydes NOx appliquée au minimum comme théoriquement possible. Cas 1 + 2 : A la fois dans le cas d'un glissement d'oxydes d'azote NOx et aussi d'un glissement de NH3, l'intégrateur de l'écart de capteur aura une valeur plus grande que celle des émissions calculées que l'on rencontre en aval derrière le catalyseur. Cas 3 : En cas de surdosage, l'écart de capteur, intégré aura une valeur plus faible que la valeur modélisée intégrée car on peut avoir des conversions plus importantes d'agent réducteur que les conversions résultant des seuls calculs. La comparaison des écarts des deux valeurs d'intégration permet ainsi de conclure directement à la mesure du surdosage ou du sous-dosage. On applique de préférence une formule pour déterminer un coefficient d'adaptation lui-même multiplié directement par la valeur de base de la commande préalable. Cette proposition de la valeur de correction résulte de manière préférentielle de la formule suivante : facQtyAdapnouv = (mNOxRoh - mNOxMod)/(mNOxRoh - mNOxSens) *facQtyAdapano Dans les cas 1 et 2, le coefficient "facQtyAdap" aura des valeurs supérieures à 1 et dans le cas 3, les valeurs seront inférieures à 1. Dans le cas d'un sous dosage (cas 1), on augmente la dose de commande préalable selon ce coefficient, c'est-à-dire que l'on applique le coefficient suivant : 7 Dose de commande préalable * facQtyAdapnouv Dans le cas d'un surdosage (cas 2), on diminue la dose de commande préalable du coefficient correspondant, c'est-à-dire que l'on applique le coefficient suivant : Dose de commande préalable * 1 / facQtyAdapnouv Dans le cas d'un surdosage (cas 3) pour une application en dessous du maximum de conversion, on diminue la dose de commande préalable (cas 3) dans l'application en dessous du maximum de conversion en diminuant la dose de commande préalable selon le coefficient d'adaptation. Comme le coefficient d'adaptation est automatique-ment inférieur à la valeur 1, on aura dans ce cas, comme coefficient d'adaptation appliqué : Dose de commande préalable * facQtyAdapnouv La décision d'augmenter la dose de commande préalable selon le coefficient d'adaptation (cas 1 correspondant à un sous dosage) ou de réduire cette quantité (cas2, en cas de surdosage) dans cet exemple de réalisation, se fait en procédant par un procédé de contrôle de plausibilité, connu en soi, par exemple selon le document DE 10 2005 042489 déjà mentionné. Les figures 2 et 3 montrent la conversion pratique de la solution décrite ci-dessus dans l'hypothèse d'un surdosage ainsi que dans l'hypothèse d'un sous dosage. On a représenté l'intégrale (en une unité g) des concentrations en oxydes d'azote NOx en fonction du temps (représenté en unité s) et cela en référence au signal d'entrée d'oxydes d'azote NOx en amont du catalyseur SCR (205, 305) et en fonction du signal de capteur d'oxydes d'azote NOx en aval du catalyseur SCR (215, 230, 245, 315) ainsi que de l'intégrale des émissions d'oxydes NOx-E calculée après le catalyseur SCR (210, 225, 240, 310). Dans le cas d'un surdosage (figure 2), on remarque com- ment l'intégrale du capteur NOx en aval du catalyseur SCR (215, 230, 5) atteint à cause du léger glissement de NH3, une valeur plus faible, que l'intégrale de la valeur modélisée (210, 225, 240) correspondante. A la fin du contrôle de plausibilité et cela dans le présent exemple, c'est-à-dire après environ 1100 ou 2100 s, selon la formule ci-dessus du coeffi- cient d'adaptation, on forme le coefficient facQtyAdap (200) et on corrige de manière correspondante la quantité de commande préalable. Dans le cas d'un sous-dosage (figure 3) on exploite également l'intégrale des concentrations en oxydes d'azote NOx. On a en tout trois contrôles de plausibilité à l'aide desquels on adapte le coeffi- cient d'adaptation facQtyAdap (300). Dans le cas du sous-dosage, l'intégrale fournie par le capteur NOx (315) est toujours supérieure à la valeur modélisée (310). Après adaptation du coefficient d'adaptation, les deux intégrales augmentent sensiblement de la même manière (et cela dans le présent exemple après environ 1200 s). On arrive à des temps très courts de l'ordre de 50 - 300 secondes pour déterminer le coefficient d'adaptation correct et après plusieurs essais et pour des conditions aux limites, différentes, on atteint une précision de +/ - 3%. Par comparaison, en appliquant le pro-cédé connu selon l'état de la technique, il faut des temps d'adaptation considérablement plus élevés de l'ordre de 3.600 à 10.000 secondes pour une précision d'adaptation de +/- 7%. Un autre avantage de l'invention est de réguler également les systèmes SCR qui n'atteignent pas la conversion maximale possible pour passer en dessous de la valeur limite d'émission. Les systèmes à sous dosage sont adaptés par leur rendement et après adaptation, ils consomment moins d'additifs de conversion (Adblue) marque déposée. Cela permet d'étendre le procédé d'adaptation également aux véhicules de tourisme et véhicules utilitaires. Il est clair que l'invention n'est pas limitée à la technique automobile décrite ci-dessus, mais peut s'appliquer à d'autres domaines de post-traitement des gaz d'échappement pour réduire les émissions d'oxydes d'azote NOx dans les gaz d'échappement riches en oxygène, comme par exemple dans le domaine de l'aviation ou de la navigation ou encore des procédés chimiques tout en bénéficiant des avantages indiqués. REVENDICATIONS1 °) Procédé d'adaptation d'un système de catalyseur d'un moteur à combustion notamment celui d'un véhicule automobile selon lequel, pour réduire les émissions d'oxydes d'azote NOx dans les gaz d'échappement riches en oxygène émis par un tel moteur, on effectue une réduction catalytique sélective (SCR) en ajoutant par dosage, un agent réducteur et on saisit le débit massique d'oxydes d'azote NOx entrant et/ou sortant à l'aide d'un capteur d'oxydes d'azote NOx, procédé caractérisé en ce que on exploite qualitativement l'écart entre la valeur réelle du débit massique d'azote NOx saisi à l'aide du capteur d'oxydes d'azote NOx par rapport à une valeur de consigne du débit massique d'oxydes d'azote NOx, et à partir du résultat de l'exploitation quantitative, on conclut à l'amplitude de la différence entre la valeur réelle de la quantité de do-sage en agent réducteur ainsi ajouté par dosage et la valeur de consigne de la quantité de dosage, et en fonction de l'écart entre la valeur réelle et la valeur de consigne de la quantité de dosage, on détermine un coefficient d'adaptation à long terme. 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que on calcule le coefficient d'adaptation à long terme par une étape de contrôle de plausibilité. 3°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour évaluer l'amplitude de l'erreur de dosage, on intègre les débits massiques d'azote NOx entrants et sortants. 4°) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que 10 par comparaison des écarts des valeurs d'intégration obtenus, on conclut à la mesure du dosage par excédent ou par défaut. 5°) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que dans l'intégration, on calcule l'intégrale du débit massique d'oxydes d'azote NOx en amont du catalyseur SCR, l'intégrale du débit massique d'oxydes d'azote NOx telle que mesurée en aval du catalyseur SCR et l'intégrale du débit massique d'oxydes d'azote NOx calculée en aval du catalyseur SCR. 6°) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on obtient le débit massique d'oxydes d'azote NOx en amont du cataly- Beur SCR par le capteur d'oxydes d'azote NOx ou comme valeur modélisée, on obtient le débit massique d'oxydes d'azote NOx mesuré en aval du catalyseur SCR par un capteur d'oxydes d'azote NOx ayant une sensibilité transversale à NH3, et on calcule le débit massique d'oxydes d'azote NOx en aval du catalyseur SCR en se fondant sur un modèle de catalyseur. 7°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on multiplie le coefficient d'adaptation à long terme, obtenu, directe-ment pour la valeur initiale d'une quantité de commande préalable.30