Brevet FR2973831A1 — publié le 20121012

PROCEDE D'ESTIMATION DE LA QUANTITE DE REDUCTEUR DANS UN SYSTEME DE REDUCTION CATALYTIQUE SELECTIVE [0001 L'invention concerne un procédé d'estimation de la quantité d'un élément réducteur dans un système de réduction catalytique sélective. L'invention se situe dans le domaine des systèmes de traitement des oxydes d'azote par injection d'un gaz réactif à l'échappement d'un moteur à essence ou Diesel équipant un véhicule. [0002] Les moteurs thermiques, équipant notamment les véhicules automobiles, rejettent dans l'atmosphère des gaz polluants et contribuant à l'effet de serre. C'est le cas notamment des oxydes d'azote, communément désigné par l'acronyme NON. Dans un objectif de préservation de l'environnement, il est nécessaire de limiter l'émission de tels gaz. [0003] Des dispositifs de traitement des gaz polluants sont connus de l'état de la technique. Notamment, il est connu de recourir à un système de post-traitement des oxydes d'azote par injection d'un réactif à l'échappement, ou "réducteur". Un tel système est désigné par le sigle "SCR" correspondant à la terminologie "Selective Catalytic Reduction" ou "réduction catalytique sélective". Un système SCR se fonde sur une réaction chimique entre un agent réactif et les oxydes d'azote, la réaction assurant la transformation de ceux-ci en azote et en eau, dont le rejet dans l'atmosphère terrestre est non-polluant. [0004] Par exemple, un système SCR peut être formé par une ou plusieurs cartouches contenant un sel d'ammoniac à l'état solide, une cartouche libérant de l'ammoniac sous la forme gazeuse lorsque celle-ci est chauffée. Un boîtier d'injection peut être disposé en aval des cartouches, le boîtier pouvant contenir une électrovanne contrôlant l'émission du réducteur. Le boîtier d'injection peut être contrôlé par un calculateur, par exemple le calculateur principal du véhicule. Le dispositif de chauffe d'une cartouche peut par exemple être asservi à la pression du gaz émis par la cartouche si un capteur de pression est disposé en sortie de la cartouche, ou bien à la pression du gaz au niveau du boîtier d'injection, si un capteur de pression est disposé au niveau du boîtier d'injection. Le boîtier d'injection peut être également asservi à la quantité de NO, émise par le système d'échappement du véhicule, par exemple de manière indirecte via un asservissement au régime moteur, ou à des phénomènes plus complexes représentatifs de la quantité de NOX émise. [0005i Différents systèmes SCR existent, suivant différentes configurations : par exemple des systèmes SCR comprennent une seule cartouche et au moins un capteur de pression disposé en amont du boîtier d'injection ; des systèmes peuvent comprendre une cartouche, associe à une cartouche de volume moindre, et au moins un capteur de pression en amont du boîtier d'injection ; des systèmes peuvent comprendre deux cartouches disposées en parallèle, les cartouches étant chacune assorties d'un clapet anti-retour afin que le gaz émis par une cartouche ne pénètre pas dans la cartouche disposée en parallèle, au moins un capteur de pression étant disposé en amont du boîtier d'injection ; des systèmes peuvent également comprendre deux cartouches d'une manière similaire aux systèmes décrits ci-avant, ainsi qu'une cartouche de moindre volume. [0006] Les cartouches ne contiennent qu'une quantité limitée de sel, cette quantité s'amenuisant au cours de l'utilisation du véhicule. Il est nécessaire de permettre à l'utilisateur du véhicule d'être averti lors de l'épuisement imminent de la quantité de réducteur restante, voire de connaître une estimation de la quantité restante, c'est-à-dire de l'autonomie restant au véhicule, avant qu'un remplacement ou qu'un remplissage des cartouches ne soit nécessaire. En pratique, il est nécessaire que le véhicule soit équipé d'un système d'alerte ou d'affichage, permettant au moins de signifier à l'utilisateur que la quantité restante est proche d'une quantité minimale dite "non puisable" en-deçà de laquelle le chauffage des cartouches n'entraîne plus l'émission du gaz réducteur. [000n Une solution consiste à réaliser une pesée des cartouches, cependant une telle solution est relativement complexe et coûteuse à mettre en oeuvre dans un véhicule. [000si L'invention vise à pallier au moins les inconvénients précités, en proposant un procédé permettant une estimation de la quantité de réducteur disponible, le procédé présentant l'avantage de pouvoir être mis en oeuvre à moindre coût, et d'offrir une bonne précision. [0009] Un avantage de la présente invention est que celle-ci est particulièrement adaptée à des véhicules équipés de systèmes permettant l'arrêt du véhicule pendant ses phases d'immobilisation, ces systèmes étant par exemple désignés suivant la terminologie anglaise "Start and Stop" ou par le sigle STT. [0010] A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'estimation de la quantité d'un élément réducteur compris dans une cartouche apte à libérer un gaz sous pression vers un boîtier d'injection dans un système de réduction catalytique sélective pour véhicule automobile, le procédé étant caractérisé en ce qu'il permet la détermination de ladite quantité à partir de la dynamique de la pression du gaz. [0011] Dans un premier mode de réalisation de l'invention, le procédé d'estimation peut être caractérisé en ce que ladite quantité est déterminée à partir de la différence de pression de gaz entre un premier instant, et un second instant ultérieur, et en fonction d'une caractéristique connue de retombée en pression, la pression de gaz diminuant de manière continue entre lesdits premier et second instants. [0012] Dans le premier mode de réalisation précité, le premier instant peut être l'instant auquel une première valeur de pression prédéterminée du gaz est mesurée, une seconde valeur de pression étant mesurée au terme d'une durée prédéterminée après ledit premier instant, ladite différence de pression de gaz étant la différence entre la première valeur de pression prédéterminée et la seconde valeur de pression. [0013] Dans le premier mode de réalisation précité, le premier instant peut être l'instant auquel une stabilisation de la montée de la pression mesurée est détectée, une première valeur de pression étant alors relevée à un premier instant, une seconde valeur de pression étant mesurée au terme d'une durée prédéterminée après ledit premier instant, ladite différence de pression de gaz étant la différence entre la première valeur de pression prédéterminée et la seconde valeur de pression. [0014] Selon un second mode de réalisation de l'invention, ladite quantité peut être déterminée à partir du temps requis pour que la pression du gaz chute d'une première valeur de pression à une seconde valeur de pression, et en fonction d'une caractéristique connue de retombée en pression, la pression de gaz diminuant de manière continue entre lesdites première et seconde valeurs de pression. [0015] Dans le second mode de réalisation précité, lesdites première et seconde valeurs de pression peuvent être des valeurs prédéterminées. [0016] Dans le second mode de réalisation précité, ladite première valeur de pression peut être mesurée à un premier instant auquel une stabilisation de la montée de la pression mesurée est détectée, ladite seconde valeur de pression étant déterminée par une différence entre ladite première valeur de pression et une valeur prédéterminée. [0017] Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé d'estimation selon l'un des modes de réalisation peut être caractérisé en ce que ladite quantité d'élément réducteur est estimée à partir d'un rapport entre la différence entre ladite première valeur de pression et ladite seconde valeur de pression, et la durée entre les instants respectifs auxquels lesdites valeurs de pression sont relevées. [ools] Selon l'un des modes de réalisation précités, l'estimation peut être ajustée en fonction de la température mesurée par des moyens de mesure de la température. [0019] La présente invention a également pour objet un système de réduction catalytique sélective pour véhicule automobile comprenant au moins une cartouche reliée à un boîtier d'injection contrôlant l'injection d'un gaz réducteur dans un catalyseur, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre un procédé d'estimation selon l'un des modes de réalisation, au moins un capteur de pression étant disposé en amont du boîtier d'injection ou au sein du boîtier d'injection. [0020] La présente invention a également pour objet un dispositif mettant en oeuvre un tel procédé. [0021] L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple, 25 description illustrée par les figures jointes parmi lesquelles : - la figure 1 représente un schéma illustrant de manière synoptique un dispositif d'injection de gaz compris dans un système SCR ; - la figure 2 représente des courbes illustrant la retombée en pression d'un dispositif d'injection de gaz compris dans un système SCR, selon un premier exemple de réalisation de l'invention ; - la figure 3 représente des courbes illustrant la retombée en pression d'un dispositif d'injection de gaz compris dans un système SCR, selon un deuxième exemple de réalisation de l'invention. [0022] Selon la présente invention, il est proposé d'apprécier la dynamique de la pression en sortie d'une cartouche donnée et en aval du boîtier d'injection, afin de déterminer l'autonomie restante du véhicule, en terme de quantité, par exemple de masse restante d'élément réducteur. En effet, la dynamique de montée en pression, par exemple lors d'un chauffage d'une cartouche, et de chute en pression, par exemple après l'arrêt du chauffage d'une cartouche, est d'autant plus vive que la quantité d'élément réducteur contenu dans la cartouche considérée est importante. Il est ainsi proposé d'apprécier la dynamique de pression, et de la comparer à une dynamique de référence caractéristique d'une cartouche, la dynamique de référence ayant par exemple été caractérisée au préalable. [0023] En référence à la figure 1, un système SCR peut comprendre une cartouche 11 reliée à un boîtier d'injection 13 contrôlant l'injection d'un gaz réducteur dans un catalyseur non représenté sur la figure. Au moins un capteur de pression peut être disposé en aval de la cartouche 11, en amont du boîtier d'injection 13 ou par exemple au sein du boîtier d'injection 13. Le boîtier d'injection 13 comprend au moins une électrovanne permettant le blocage ou la libération du gaz réducteur. Une seule cartouche est représentée sur la figure 1, néanmoins la présente invention peut tout également s'appliquer à un système SCR comprenant une pluralité de cartouches. La figure 1 ne constitue qu'un exemple non limitatif de la présente invention. [0024] Le système SCR peut comprendre également des moyens de mesure de la pression disposés en sortie des cartouches, en sus dudit au moins un capteur de pression disposé dans le boîtier d'injection 13 ou en amont de ce dernier. [0025] Selon un premier mode de réalisation de la présente invention illustré par la figure 2, il est possible d'apprécier la dynamique de pression par une mesure de la chute de pression de la cartouche pendant une durée déterminée. [0026] La figure 2 présente une première courbe 21 représentant la pression mesurée par le capteur de pression en fonction du temps, pour un cycle typique dans lequel la cartouche 11 est chauffée, puis le chauffage arrêté. La première courbe 21 illustre la dynamique de pression d'une cartouche pleine. La première courbe 21 présente ainsi une première phase de montée en pression, jusqu'à une première valeur de pression Po maximale mesurée à un premier instant to, à partir duquel la pression retombe de manière continue jusqu'à un second instant to+t1. La durée ti peut, dans ce premier mode de réalisation, être choisie de manière arbitraire. Une seconde courbe 22 représente la pression mesurée par le capteur de pression en fonction du temps pour un même cycle typique, avec une cartouche vide, ou par exemple considérée comme vide, c'est-à-dire ne contenant plus qu'une quantité non puisable d'élément réducteur, ainsi que cela est décrit précédemment. [0027] La dynamique de pression de la cartouche pleine est plus vive que la dynamique de pression de la cartouche vide. Ainsi, la pression du gaz en aval de la cartouche vide à l'instant to+t1 est quantifiée par une valeur PCV supérieure à la pression du gaz en aval de la cartouche pleine PcP. [oo28] La pression d'une cartouche mesurée à l'instant to+t1, soit à un instant postérieur d'une durée t1 à un instant auquel la pression mesurée de la cartouche a une première valeur quantifiée Po, a nécessairement une valeur quantifiée Pc comprise entre les valeurs PCV et PcP précitées. [0029] D'un point de vue pratique, le procédé d'estimation peut consister à chauffer la cartouche dont la quantité d'élément réducteur doit être estimée, jusqu'à ce qu'une stabilisation de la pression - c'est-à-dire une montée en pression devenue négligeable ou un taux de montée en pression devenu inférieur à une valeur de seuil déterminée - soit détectée, par exemple via le capteur de pression et des moyens d'analyse appropriés mis en oeuvre dans un calculateur. Dès lors, la première valeur de pression Po peut être mesurée et un compteur de temps peut permettre de relever l'instant to à partir duquel le chauffage de la cartouche considérée est arrêté. La deuxième valeur de pression Pc au terme d'une durée t1 peut alors être mesurée. Le rapport entre la différence entre les pressions Po et Pc, et la durée t1, peut alors être calculé, et une table de correspondance par exemple, ou bien un algorithme de calcul adéquat, peut permettre de déduire de ce rapport la quantité d'élément réducteur restante dans la cartouche. La table de correspondance ou l'algorithme précités peuvent être établis au préalable pour un modèle de cartouche, par une analyse de caractérisation. [0030] D'une manière typique, la durée t1 peut être choisie de l'ordre de la minute. [0031] Il est à noter que les courbes 21, 22 sont des exemples non limitatifs : notamment, en pratique, la pression maximale peut prendre des valeurs différentes en fonction de la quantité d'élément réducteur dans une cartouche donnée. En tout état de cause, le procédé consiste à apprécier une valeur différentielle de pressions, par exemple entre une valeur maximale de pression et la valeur de pression au terme de la durée prédéfinie t1. [0032] En variante, il est possible de fixer une valeur donnée de la première valeur de pression à partir de laquelle, pour une mise en oeuvre du procédé d'estimation, il sera procédé à l'arrêt du chauffage de la cartouche, et au démarrage de la durée t1. [0033] En variante encore, il est possible de mettre en oeuvre le procédé d'estimation lors d'évènements remarquables du véhicule, par exemple lors de l'extinction du moteur thermique du véhicule : le procédé relève alors la première valeur de pression lors de l'arrêt du moteur thermique - donc du chauffage des cartouches - et l'associe au premier instant to. Egalement, le procédé peut être mis en oeuvre lors de l'extinction totale du véhicule, ou encore dans une phase où le calculateur du véhicule, par exemple, détecte un régime stable du moteur thermique. Dans un tel cas, le catalyseur peut par exemple être chargé d'une quantité de gaz réducteur suffisante pour réduire les NOX au régime moteur considéré pendant la durée t1, et le procédé peut être mis en oeuvre pendant une phase de roulage. Dans des véhicules équipés d'un système de type STT, le procédé d'estimation peut avantageusement être mis en oeuvre lors d'une phase d'arrêt ou "Stop" du moteur thermique. [0034] Selon un second mode de réalisation de la présente invention illustré par la figure 3, il est possible d'apprécier la dynamique de pression par une mesure du temps s'écoulant entre la mesure d'une première valeur de pression déterminée par le capteur de pression, et la mesure d'une deuxième valeur de pression déterminée. [0035] La figure 3 présente une première courbe 31 représentant la pression mesurée par le capteur de pression en fonction du temps, pour un cycle typique tel que décrit précédemment en référence à la figure 2. D'une manière similaire, la première courbe 31 illustre la dynamique de pression d'une cartouche pleine. La première courbe 31 présente ainsi une première phase de montée en pression, jusqu'à une première valeur de pression Po maximale mesurée à un premier instant to, à partir duquel la pression retombe progressivement jusqu'à une seconde valeur de pression déterminée P1. Une seconde courbe 32 représente la pression mesurée par le capteur de pression en fonction du temps, pour le même cycle typique, avec une cartouche vide. [0036] Pour une cartouche vide, la durée s'écoulant entre la première valeur de pression Po et la seconde valeur de pression P1 peut être désignée tcv. D'une manière similaire, pour une cartouche pleine, cette durée, plus courte en raison de la dynamique de pression plus vive, peut être désignée ta.. [0037] Dans ce second mode de réalisation, il est possible, lors de phases telles que décrites précédemment, de mettre en oeuvre le procédé d'estimation, en procédant à un arrêt du chauffage d'une cartouche donnée, par exemple lorsque la première valeur de pression Po prédéterminée est atteinte, puis de mesurer la durée tp s'écoulant jusqu'à ce que la seconde valeur de pression P1 prédéterminée soit atteinte, la quantité d'élément réducteur restante pouvant alors être calculée à partir du rapport entre la différence entre les pressions Po et P1 et la durée mesurée tp, par exemple via une table de correspondance ou bien un algorithme de calcul adéquat. [0038] En variante, il est possible, sans que la première valeur de pression Po ne soit prédéterminée, de procéder à un relevé de la première valeur de pression Po par exemple au moment où celle-ci se stabilise lors du chauffage de la cartouche ainsi que décrit précédemment, ou bien lors de l'entrée dans une phase remarquable du véhicule, ou encore à un instant choisi arbitrairement, et de définir la seconde valeur de pression P, par une différence entre la première valeur Po et une valeur différentielle de pression prédéterminée. [0039] Les exemples décrits précédemment se rapportent à une appréciation de la dynamique de la chute de pression ; d'une manière similaire, il est possible d'apprécier la dynamique de la montée en pression. [0040] Avantageusement, pour tous les modes de réalisation décrits ci-dessus et leurs variantes, il est possible de prendre en considération les échanges thermiques entre le système SCR et le milieu environnant. Il est notamment possible d'ajuster les estimations en fonction de la température des cartouches, estimée par exemple via un capteur de température. Les tables de correspondance et algorithmes précités peuvent par exemple prendre en considération le paramètre température. REVENDICATIONS1. Procédé d'estimation de la quantité d'un élément réducteur compris dans une cartouche (11) apte à libérer un gaz sous pression vers un boîtier d'injection (13) dans un système de réduction catalytique sélective pour véhicule automobile, le procédé étant caractérisé en ce qu'il détermine ladite quantité à partir de la dynamique de la pression du gaz. 2. Procédé d'estimation selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite quantité est déterminée à partir de la différence de pression de gaz (Po - Pc) entre un premier instant (ta), et un second instant (to+t1) ultérieur, et en fonction d'une caractéristique connue de retombée en pression, la pression de gaz diminuant de manière continue entre lesdits premier et second instants (to, to+t1). 3. Procédé d'estimation selon la revendication 2, dans lequel le premier instant (to) est l'instant auquel une première valeur de pression prédéterminée (Po) du gaz est mesurée, une seconde valeur de pression (Pc) étant mesurée au terme d'une durée (t1) prédéterminée après ledit premier instant (to), ladite différence de pression de gaz étant la différence entre la première valeur de pression prédéterminée (Po) et la seconde valeur de pression (Pc). 4. Procédé d'estimation selon la revendication 2, dans lequel le premier instant (ta) est l'instant auquel une stabilisation de la montée de la pression mesurée est détectée, une première valeur de pression (Po) étant alors relevée à un premier instant (to), une seconde valeur de pression (Pc) étant mesurée au terme d'une durée (t1) prédéterminée après ledit premier instant (ta), ladite différence de pression de gaz étant la différence entre la première valeur de pression prédéterminée (Po) et la seconde valeur de pression (Pc). 5. Procédé d'estimation selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite quantité est déterminée à partir du temps requis (tp) pour que la pression du gaz chute d'une première valeur de pression (Po) à une seconde valeur de pression (P1), et en fonction d'une caractéristique connue de retombée en pression, la pression degaz diminuant de manière continue entre lesdites première et seconde valeurs de pression (Po, PI). 6. Procédé d'estimation selon la revendication 5, dans lequel lesdites première et seconde valeurs de pression (Po, PI) sont des valeurs prédéterminées. 7. Procédé d'estimation selon la revendication 5, dans lequel ladite première valeur de pression (Po) est mesurée à un premier instant (to) auquel une stabilisation de la montée de la pression mesurée est détectée, ladite seconde valeur de pression (PI) étant déterminée par une différence entre ladite première valeur de pression (Po) et une valeur prédéterminée. 8. Procédé d'estimation selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que ladite quantité d'élément réducteur est estimée à partir d'un rapport entre la différence entre ladite première valeur de pression (Po) et ladite seconde valeur de pression (PI), et la durée entre les instants respectifs auxquels lesdites valeurs de pression (Po, PI) sont relevées. 9. Procédé d'estimation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'estimation est ajustée en fonction de la température mesurée par des moyens de mesure de la température. 10. Système de réduction catalytique sélective pour véhicule automobile comprenant au moins une cartouche (11) reliée à un boîtier d'injection (13) contrôlant l'injection d'un gaz réducteur dans un catalyseur, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre un procédé d'estimation selon l'une quelconque des revendications précédentes, au moins un capteur de pression étant disposé en amont du boîtier d'injection (13) ou au sein du boîtier d'injection (13).