Brevet FR2952968A1 — publié le 20110527

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de gestion d'un dispositif de dosage selon lequel un agent réactif est dosé dans la zone des gaz d'échappement d'un moteur thermique pour faire fonc- tionner un dispositif de nettoyage des gaz d'échappement, selon lequel il est prévu un mode de dosage nominal en fonction d'une demande de dosage au cours duquel on a une conversion totale de l'agent réactif dans la zone des gaz d'échappement. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé ainsi qu'un programme de commande et un produit programme de commande pour un appareil de commande. Etat de la technique Selon le document DE 199 03 439 Al, on connaît un procédé de gestion d'un moteur à combustion interne dont la zone des gaz d'échappement est équipée d'un catalyseur à réduction catalytique sélective (encore appelé catalyseur SCR) qui réduit les oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement du moteur avec un agent réactif pour donner de l'azote. Le dosage de l'agent réactif ou celui d'une matière fournissant l'agent réactif, se fait de préférence selon les caracté- ristiques de fonctionnement du moteur thermique telles que par exemple sa vitesse de rotation et la dose de carburant à injecter. En outre, le dosage se fait de préférence en fonction des caractéristiques des gaz d'échappement telles que par exemple la température des gaz d'échappement ou la température de fonctionnement du catalyseur SCR. Comme agent réactif, on utilise par exemple de l'ammoniac constituant un agent réducteur. Cet ammoniac s'obtient à partir d'une solution aqueuse d'urée. Le dosage de l'agent réactif ou des matières donnant l'agent réactif doit être fait soigneusement. Un dosage trop faible entraîne une réduction incomplète des oxydes d'azote dans le ca- talyseur SCR. Un dosage trop fort se traduit par un glissement de l'agent réactif et par une consommation inutilement élevée d'agent réac-tif ainsi que selon les caractéristiques de l'agent réactif par le dégage-ment d'une odeur désagréable. Selon le procédé décrit dans ce document, on dose un agent réactif à l'aide d'un dispositif de dosage d'agent réactif dans le ca- 2 nal des gaz d'échappement du moteur thermique ; au moins certaines parties du dispositif de dosage d'agent réactif peuvent être exposées à une température excessive du fait de la température des gaz d'échappement. Pour éviter notamment cette sollicitation par une tem- pérature excessive, il peut être nécessaire de refroidir l'agent réactif. Le document DE 44 36 397 Al décrit un tel refroidisse-ment consistant à utiliser une chemise de refroidissement reliée au circuit d'eau de refroidissement du moteur thermique. Cette chemise entoure la soupape de dosage du dispositif de dosage d'agent réactif. Le document DE 10 2007 000 666 Al décrit une conduite de circulation d'un agent réactif servant à refroidir la soupape de do-sage. L'agent réactif circule non seulement pendant le fonctionnement du moteur thermique mais également après l'arrêt du moteur. Il est prévu une commande temporisée, une commande de capteur de tempé- rature, un moyen de calcul de la variation de température de la soupape de dosage ou autre commande par capteur agissant sur la quantité de chaleur pour gérer la circulation après l'arrêt du moteur. Le capteur de température peut être installé dans le réservoir d'agent réactif ou à l'arrivée ou au retour dans le réservoir. Le capteur de quantité de cha- leur, non décrit, saisit la quantité de chaleur évacuée de la soupape de dosage pour calculer la variation de température au niveau de la sou-pape de dosage. Le document DE 103 22 155 Al décrit également le do-sage d'un agent réactif constitué par des hydrocarbures qui, d'une part réagissent de manière exothermique pour chauffer le catalyseur NOx maigre et d'autre part, ont pour fonction de réduire les émissions d'oxydes d'azote NOx du moteur thermique dans le catalyseur NOx maigre. Pour refroidir la soupape de dosage et éviter de solliciter l'agent réactif avec une température excessive, il est prévu un motif de dosage de refroidissement qui diffère du motif de dosage normal. Pendant le dosage avec refroidissement, on utilise des doses réduites bien qu'aucun dosage ne serait nécessaire. On peut également prévoir un mélange entre le motif de dosage normal et le motif de dosage de refroidissement. Le dosage de refroidissement se fait en fonction d'un champ de caractéristiques défini par la vitesse de rotation du moteur et sa 3 charge ou en fonction d'un signal de capteur de température fourni par le capteur de température équipant la soupape de dosage. Le document DE 10 2006 053 485 Al décrit un procédé de gestion d'une soupape de dosage installée dans la zone des gaz d'échappement d'un moteur thermique pour doser un agent réactif ; pour éviter la température excessive de l'agent réactif, on dose l'agent réactif à la demande au cours des pauses de dosage, selon le dosage normal. A la différence du procédé décrit précédemment, on fixe à une valeur minimale la dose supplément d'agent réactif. io But de l'invention La présente invention a pour but de développer un pro-cédé de gestion d'un dispositif de dosage ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé pour éviter dans une très large mesure tout chauffage excessif de l'agent réactif. 15 Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un procédé de gestion d'un dispositif de dosage du type défini ci-dessus caractérisé en ce que si la température de l'agent réactif dépasse une valeur de seuil de la température d'agent réactif, on augmente le dosage par rapport à celui 20 du mode de dosage nominal jusqu'à rencontrer une valeur de consigne du glissement de l'agent réactif. Le procédé selon l'invention de gestion d'un dispositif de dosage consiste ainsi à doser un agent réactif dans la zone des gaz d'échappement du moteur thermique pour faire fonctionner le dispositif 25 de nettoyage des gaz d'échappement. Dans ce dosage, il est prévu un mode de dosage nominal en fonction d'une demande de dosage ; au cours de ce mode de fonctionnement, il y a une conversion totale de l'agent réactif dans la zone des gaz d'échappement sans le glissement inévitable de l'agent réacteur. Le procédé selon l'invention se caractérise 30 en ce que si la température de l'agent réactif dépasse un seuil de température, on augmente le dosage par rapport au dosage du mode nominal jusqu'à atteindre la valeur de consigne du glissement de l'agent réactif. Normalement on rencontre la température la plus élevée de l'agent réactif dans les composants qui viennent dans la zone des gaz 35 d'échappement de sorte que la température de l'agent réactif à cet en- 4 droit est l'élément déterminant. Le procédé selon l'invention permet d'éviter de chauffer l'agent réactif à une température élevée, gênante, à laquelle on risque de décomposer l'agent réactif ; pour cela, on dose plus d'agent réactif que ce qui serait nécessaire. On tolère ainsi dans certaines situations de fonctionnement, un certain glissement de l'agent réactif limité au moins en moyenne dans le temps à la valeur de con-signe fixée pour le glissement de l'agent réactif. On évite la corrosion et/ou le bouchage de certains composants du dispositif de dosage, par exemple de la soupape de dosage. En outre, on évite un dosage insuffi- sant d'agent réactif qui serait lié à la décomposition de l'agent réactif. L'invention concerne également des développements pour déterminer la température de l'agent réactif en tenant compte de la température ambiante et/ou de la température des gaz d'échappement. De façon préférentielle, on mesure directement ou indirectement la température caractéristique de l'agent réactif à l'aide d'un capteur de température. Selon un développement, on régule la valeur de consigne du glissement de l'agent réactif dans le cadre d'une régulation de glissement d'agent réactif. Selon un développement avantageux, si le dispositif de nettoyage des gaz d'échappement comporte un catalyseur accumulateur d'agent réactif, la valeur de consigne du glissement d'agent réactif sera en fonction du niveau de l'agent réactif dans le catalyseur. Le dispositif selon l'invention pour la mise en oeuvre du procédé est un appareil de commande conçu particulièrement à cet effet. Cet appareil de commande comporte des moyens pour la mise en oeuvre du procédé notamment un moyen de fixation du signal de dosage et un régulateur du glissement d'agent réactif. L'appareil de commande comporte de préférence au moins une mémoire électronique dans laquelle sont enregistrées les étapes du procédé sous la forme d'un programme de commande. Le programme de commande selon l'invention assure l'exécution de toutes les étapes du procédé de l'invention lorsque le pro-gramme se déroule dans un appareil de commande. Le produit programme d'appareil de commande selon l'invention avec un code programme enregistré sur un support lisible par une machine exécute le procédé lorsque le procédé se déroule dans un appareil de commande. 5 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 l'environnement technique dans lequel s'inscrit le procédé selon l'invention de gestion d'un dispositif de dosage, - la figure 2 montre un ordinogramme du procédé de l'invention. Description détaillée des exemples de réalisation La figure 1 montre un moteur thermique 10 dont la zone d'admission 12 comporte un moyen de saisie d'air 14 et la zone des gaz d'échappement 16 comporte un dispositif de dosage 18 avec une sou-pape de dosage 20, un dispositif de nettoyage des gaz d'échappement 22 ainsi qu'un capteur de gaz d'échappement 24. En aval du moteur thermique 10 mais encore en amont du dispositif de nettoyage des gaz d'échappement 22, on a une concen- tration amont NOx_vK des oxydes d'azote NOx et une température des gaz d'échappement te_Abg. En aval du dispositif de nettoyage des gaz d'échappement 22, on a une concentration avale NOx_nK des oxydes d'azote NOx ainsi qu'un glissement d'agent réactif Rea_Spf. Le capteur d'air 14 fournit à l'appareil de commande 30 un signal d'air ms _L ; le moteur thermique 10 fournit la vitesse de rotation (n) et le capteur de gaz d'échappement 24 fournit un signal des gaz d'échappement Mes_nK. L'appareil de commande 30 actionne la sou-pape 20 du dispositif de dosage 18 avec un signal de commande s_DV de la soupape de dosage. L'appareil de commande 30 comporte un moyen de détermination 32 du besoin de dosage qui reçoit le signal d'air ms L, la vitesse de rotation (n) et la mesure Md de la charge du moteur thermique 10 ; l'appareil de commande 30 détermine la concentration cal-culée NOx_vK_Sim des oxydes d'azote NOx pour la concentration amont 6 NOx_vK des oxydes d'azote NOx à destination d'un moyen de fixation 34 du signal de dosage. Le signal des gaz d'échappement Mes_nK est fourni à un moyen d'évaluation 36 du signal des gaz d'échappement qui déduit du signal des gaz d'échappement Mes_nK un signal mesuré pour la con-centration avale NOx_nK des oxydes d'azote NOx et le glissement d'agent réactif Rea_Spf pour un régulateur de glissement d'agent réactif 38. Le régulateur de glissement d'agent réactif 38 reçoit la va- leur de consigne Rea_Spf SW du glissement de l'agent réactif fournie par un moyen de détermination 40 de niveau d'agent réactif ainsi qu'un signal de libération FS fourni par un comparateur 42 pour actionner le moyen de fixation 34 du signal de dosage avec un signal de correction Korr. Le comparateur 42 compare la température te_Rea de l'agent réactif à une valeur de seuil te_Rea-Lim de la température de l'agent réactif. La température te_Rea de l'agent réactif est fournie par le moyen de détermination 44 de la température de l'agent réactif qui fournit à la fois la température mesurée te_Rea_Mes de l'agent réactif, la température des gaz d'échappement te_Abg et la température de l'air te L. Le procédé selon l'invention sera explicité à l'aide de l'ordinogramme schématique présenté à la figure 2. Le dispositif de nettoyage des gaz d'échappement 22 comporte de manière générale un catalyseur, par exemple un catalyseur de conversion d'oxydes d'azote NOx (catalyseur NOx maigre) ou un catalyseur SCR. Pour effectuer le nettoyage des gaz d'échappement, le catalyseur a besoin d'un agent réactif dosé par le dispositif de dosage 18 soit directement soit sous la forme d'une matière première dégageant l'agent réactif dans la zone des gaz d'échappement 16, en amont du dispositif de nettoyage des gaz d'échappement 22. Dans le cas du catalyseur NOx maigre, l'agent réactif est par exemple constitué par des hydrocarbures et dans le cas du catalyseur SCR, il s'agit d'ammoniac fourni par hydrolyse d'une matière pre- 7 mière sous la forme d'une solution aqueuse d'urée, à la zone des gaz d'échappement 16. Le dosage de l'agent réactif se fait dans le cadre d'un mode de dosage nominal en fonction de la concentration calculée NOx_vK_Sim des oxydes d'azote NOx ou de la concentration amont mesurée NOx_vK des oxydes d'azote NOx. La concentration calculée NOx_vK_Sim des oxydes d'azote NOx ou la concentration amont mesurée NOx_vK des oxydes d'azote NOx correspondent à une demande de dosage. Le moyen de détermination 32 du besoin de dosage calcule la concentration calculée NOx_vK_Sim des oxydes d'azote NOx par exemple en utilisant les grandeurs caractéristiques du moteur thermique 10 telles que le signal d'air ms L, la vitesse de rotation (n) et/ou la charge Md du moteur thermique 10. La demande de dosage NOx_vK_Sim, NOx_vK est transformée par le moyen de fixation 34 du signal de dosage dans le cadre du mode de dosage nominal en un signal de commande s_DV de la soupape de dosage par exemple un signal à modulation de largeur d'impulsion qui fixe la dose moyenne par unité de temps. L'agent réactif notamment l'agent réactif qui se trouve dans les parties du dispositif de dosage 18 exposées à une température élevée dans la zone des gaz d'échappement 16 notamment à cause de la température des gaz d'échappement te_Abg, peut subir un vieillisse-ment accentué à cause de ces températures élevées. Les parties du dis-positif de dosage 18 risquant d'être exposées à des températures élevées sont par exemple la soupape de dosage 20 ou un clapet anti-retour ou encore les conduites d'agent réactif. Le processus de vieillissement dépend de la nature de l'agent réactif. Lorsqu'on dépasse des durées fixées ou des températures maximales spécifiées, on risque au moins une décomposition partielle de l'agent réactif. En outre, des bulles peuvent se dégager. Cela modifie la relation entre le taux effectif d'agent réactif et le taux moyen d'agent réactif fixés par le signal de commande s_DV de la soupape de dosage. Pour assurer un dosage aussi précis que possible, l'invention prévoit qu'en cas de dépassement de la valeur de seuil te_Rea-Lim de la température de l'agent réactif, on augmente le coeffi- 8 cient de dosage par rapport à celui du mode de dosage nominal jusqu'à rencontrer une valeur de consigne Rea_Spf SW du glissement de l'agent réactif en aval du dispositif de nettoyage des gaz d'échappement 22. La température te_Rea de l'agent réactif est fournie par le moyen de détermination 44 de la température de l'agent réactif en fonction de la température des gaz d'échappement te_Abg mesurée ou calculée et/ou de la température de l'air te_L mesurée normalement par l'appareil de commande assurant le dosage du carburant dans le moteur thermique 10. Le cas échéant, on peut obtenir directement ou indirectement la température mesurée te_Rea_Mes de l'agent réactif, par exemple en utilisant la résistance interne de la bobine de la soupape électromagnétique. Si le comparateur 42 dans la première étape de procédé 50 constate un dépassement de la valeur de seuil te_Rea-Lim de la tem- 15 pérature de l'agent réactif, il fournit le signal de libération FS selon le bloc fonctionnel 52 ; ce signal se traduit par une augmentation du do-sage jusqu'à ce que l'on constate la valeur de consigne Rea_Spf SW du glissement de l'agent réactif. L'augmentation du dosage peut se faire dans le cadre d'une commande, de préférence toutefois dans le cadre 20 d'une régulation. On détecte à l'aide d'un capteur le fait d'atteindre la va-leur de consigne Rea_Spf SW du glissement de l'agent réactif, le capteur étant sensible à l'agent réactif. Dans l'exemple de réalisation présenté, on utilise le capteur de gaz d'échappement 24 sensible aux oxydes 25 d'azote NOx, mais ayant également une sensibilité transversale vis-à-vis de l'agent réactif. En augmentant le coefficient de dosage, le capteur de gaz d'échappement 24 peut exploiter toujours le signal des gaz d'échappement Mes_nK dans le moyen d'évaluation 36 du signal des gaz d'échappement de façon qu'après un minimum du signal qui corres- 30 pond à la plus petite concentration possible en oxydes d'azote NOx, il signale également la plus petite concentration possible d'agent réactif en partant d'une augmentation du signal toujours à partir du glisse-ment d'agent réactif Rea_Spf. De manière préférentielle, on fait la régulation selon la 35 valeur de consigne Rea_Spf SW du glissement de l'agent réactif. Après 9 le signal de libération FS, le régulateur de glissement d'agent réactif 38 est activé ; il compare le glissement d'agent réactif Rea_Spf à la valeur de consigne Rea_Spf SW du glissement de l'agent réactif selon l'étape de procédé 54 ; en fonction du résultat de la comparaison, il émet un si- gnal de correction Korr selon le bloc fonctionnel 56. Ce signal de correction est une grandeur de réglage agissant sur la fixation du signal de commande s_DV de la soupape de dosage. Si le dispositif de nettoyage des gaz d'échappement 22 comporte un catalyseur, par exemple un catalyseur SCR, on peut avoir un niveau de remplissage d'agent réactif dans le catalyseur qui varie en fonction de l'arrivée et de la consommation d'agent réactif. Selon un développement, il est prévu de tenir compte du niveau de remplissage d'agent réactif. Dans l'exemple présenté, le moyen 40 déterminant le niveau de remplissage de l'agent réactif fournit la valeur de consigne Rea_Spf SW du glissement de l'agent réactif qui est fixée en fonction du niveau de remplissage d'agent réactif dans le catalyseur. Pour un catalyseur pratiquement vide, on augmente le dosage car il n'y a que glissement d'agent réactif Rea_Spf inévitable, et pratiquement aucun glissement alors qu'en cas de catalyseur pratiquement plein, il faut compter avec un glissement d'agent réactif Rea_Spf plus important, inévitable et dans le cas d'un catalyseur complètement rempli, il faut compter avec un passage pratiquement total d'agent réactif. Le glissement d'agent réactif Rea_Spf peut être fixé à une valeur maximale prédéfinie, par exemple 50 ml/m3 ou 35 mg/m3 dans le cas d'une solution aqueuse d'urée comme matière première dégageant l'ammoniac comme agent réactif. 10 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 10 Moteur thermique 12 Zone d'admission 14 Capteur d'air 16 Zone des gaz d'échappement 18 Dispositif de dosage 20 Soupape de dosage 22 Dispositif de nettoyage des gaz d'échappement l0 24 Capteur des gaz d'échappement 30 Appareil de commande 32 Moyen de détermination de la demande de dosage 34 Moyen de fixation du signal de dosage 36 Moyen d'évaluation du signal des gaz d'échappement 15 38 Régulateur du glissement d'agent réactif 40 Moyen de détermination du niveau de remplissage d'agent réactif 42 Comparateur 20 20 25 REVENDICATIONS1 °) Procédé de gestion d'un dispositif de dosage (14) selon lequel on dose un agent réactif dans la zone des gaz d'échappement (12) d'un moteur thermique (10) pour faire fonctionner un dispositif de nettoyage des gaz d'échappement (22), procédé selon lequel on applique un mode de dosage nominal en fonction d'une demande de dosage (NOx_vK, NOx_vK_Sim) au cours duquel il y a une conversion totale de l'agent réactif dans la zone des gaz d'échappement (12), procédé caractérisé en ce que si la température de l'agent réactif (te_Rea) dépasse une valeur de seuil de température d'agent réactif (te_Rea_Lim), on augmente le dosage par rapport à celui du mode de dosage nominal jusqu'à rencontrer une va-leur de consigne (Rea_Spf SW) du glissement de l'agent réactif. 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on tient compte de la température des gaz d'échappement (te_Abg) pour déterminer la température de l'agent réactif (te_Rea). 3°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on tient compte de la température ambiante (te L) pour déterminer la température de l'agent réactif (te_Rea). 4°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on mesure la température (te_Rea) de l'agent réactif. 30 5°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on régule la valeur de consigne (Rea_Spf SW) du glissement de l'agent réactif dans le cadre d'une régulation du glissement de l'agent réactif. 35 12 6°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de consigne (Rea_Spf SW) du glissement de l'agent réactif dé-pend du niveau de remplissage d'agent réactif dans le catalyseur du dispositif de nettoyage des gaz d'échappement (22). 7°) Dispositif de gestion d'un dispositif de dosage (14) caractérisé par au moins un appareil de commande (30) conçu spécialement pour exécuter le procédé selon l'une des revendications 1 à 6, consistant à augmenter le dosage par rapport au mode de dosage nominal jusqu'à rencontrer la valeur de consigne du glissement d'agent réac-tif si la température de l'agent réactif dépasse un seuil de température d'agent réactif. 8°) Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'appareil de commande (30) comporte un moyen de fixation du signal de dosage (34) et un régulateur de glissement d'agent réactif (38). 9°) Programme de commande pour un appareil de commande exécutant toutes les étapes d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 6 lors-que le programme se déroule dans un appareil de commande (30). 10°) Produit programme d'appareil de commande comportant un code programme enregistré sur un support lisible par une machine pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 6 lorsque le programme est exécuté par un appareil de commande (30).30