Brevet FR2990994A1 — publié le 20131129

PROCEDE D'ESTIMATION DU DEBIT MASSIQUE D'UN FLUX D'AMMONIAC, POUR UN CATALYSEUR DE TRAITEMENT DES OXYDES D'AZOTE [0001] L'invention concerne un procédé d'estimation du débit massique d'un flux d'ammoniac (NH3), destiné à un système de traitement des oxydes d'azote d'une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne, ainsi qu'un calculateur de contrôle et un véhicule mettant en oeuvre un tel procédé. [0002] Les moteurs à combustion interne émettent, dans la ligne d'échappement, des gaz polluants comportant des oxydes d'azote (NOx). Pour répondre aux nouvelles normes d'émissions de gaz polluants des véhicules automobiles, il est connu de réduire ces oxydes d'azote par une réaction chimique en utilisant une source d'ammoniac, comme de l'urée sous forme aqueuse, pour obtenir de l'azote et de l'eau. A cet effet, l'ammoniac est injecté dans la ligne d'échappement en amont d'un catalyseur de réduction catalytique sélective (SCR), qui réalise la réaction de réduction éliminant les oxydes d'azote. [0003] Un système d'alimentation en ammoniac connu, présenté notamment par le document WO-A2-2011/103968, comporte au moins un réservoir principal disposant d'un volume important de sel de stockage ayant absorbé de l'ammoniac, qui est chauffé pour dégager cet ammoniac avec une certaine pression sous l'effet de la chaleur, afin de recharger un petit réservoir de démarrage. Le petit réservoir de démarrage comportant un volume faible peut être rapidement chauffé, notamment lors du démarrage du véhicule, pour obtenir un dégagement d'ammoniac à la pression voulue qui peut être injecté dans la ligne d'échappement afin de réaliser la catalyse sélective. [0004] Un clapet anti-retour est disposé entre le réservoir principal et le réservoir de démarrage, de manière à obtenir un flux d'ammoniac allant automatiquement vers ce réservoir de démarrage quand la pression du réservoir principal est supérieure, pour le maintenir rechargé. On dispose ainsi d'une petite réserve d'ammoniac qui peut être chauffée dans un temps très court, pour obtenir rapidement de l'ammoniac sous pression. Cette petite réserve est ensuite automatiquement réalimentée par le réservoir principal lors du roulage du véhicule. [0005] Le document cité présente de plus une méthode pour estimer la quantité d'ammoniac stockée dans le réservoir de démarrage, qui prend en compte les temps de montée en pression à partir du début du chauffage de ce réservoir, pour définir le niveau de saturation du sel contenu dedans. [0006] Toutefois, un problème qui se pose est que cette méthode ne permet pas de connaître l'état du système avant la montée en pression du réservoir de démarrage venant du chauffage, qui a lieu après la mise en route du véhicule. On ne peut donc pas, notamment dès le démarrage du véhicule, anticiper un mode de fonctionnement de ce système. Cette méthode donne de plus une estimation peu précise de l'état de charge et ne permet pas, lors d'un fonctionnement en continu du chauffage du réservoir, de connaître cet état de charge. [0007] L'invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. [0008] Elle propose, à cet effet, un procédé d'estimation du débit massique d'un flux d'ammoniac d'un petit réservoir de démarrage relié à des réservoirs principaux, pour un système d'alimentation en ammoniac destiné à un catalyseur de traitement des oxydes d'azote d'une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne, ces réservoirs contenant un sel de stockage d'ammoniac, au moins un réservoir principal étant chauffé pour générer le flux d'ammoniac sous pression qui recharge le réservoir de démarrage, caractérisé en ce qu'il établit un débit de base à partir d'une cartographie dépendant de la température extérieure, puis il multiplie ce débit de base par plusieurs coefficients correcteurs donnés par des conditions physiques du système, comprenant notamment un coefficient d'historique de chauffe du réservoir principal, pour obtenir le débit estimé. [0009] Un avantage du procédé d'estimation du débit massique selon l'invention, est que l'on peut, avec l'historique de chauffe du réservoir principal, établir les conditions de pression dans ce réservoir, qui, avec les coefficients correcteurs, peut donner une estimation assez précise du flux pour le réservoir de démarrage, permettant d'en déduire son niveau de charge. [0010] Le procédé d'optimisation du temps de chauffage selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. [0011] Avantageusement, après un arrêt suffisamment long de la chauffe du réservoir principal, le coefficient d'historique de chauffe reprend systématiquement une valeur initiale. [0012] Avantageusement, le coefficient d'historique de chauffe monte suivant une pente constante pendant la chauffe du réservoir principal et baisse aussi suivant une pente constante pendant l'arrêt de cette chauffe. [0013] Avantageusement, la montée et la baisse du coefficient d'historique de chauffe sont limités respectivement par une valeur maximale et une valeur minimale. [0014] Avantageusement, un coefficient correcteur, dépendant du chargement du réservoir de démarrage, comporte une valeur qui est décroissante en fonction du niveau de cette charge. [0015] De plus, un coefficient correcteur, dépendant de la température d'équilibre du réservoir de démarrage, peut être lié à la courbe de pression d'équilibre qui règne normalement dans ce réservoir. [0016] Avantageusement, le résultat obtenu par la multiplication du débit de base par les coefficients correcteurs passe ensuite par un filtrage temporel permettant de lisser ce résultat pour donner le débit estimé. [0017] Selon un mode de réalisation, des paramètres de calcul du débit estimé sont choisis pour minorer ce débit, de manière à être quasiment en permanence en dessous du débit réel. [0018] L'invention a aussi pour objet un calculateur de contrôle d'un système d'alimentation en ammoniac, pour un catalyseur de traitement des oxydes d'azote produits par un moteur à combustion interne, qui met en oeuvre un procédé d'estimation du débit d'ammoniac comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. [0019] L'invention a de plus pour objet un véhicule automobile comportant un moteur à combustion interne équipé d'un catalyseur de traitement des oxydes d'azote, qui met en oeuvre un procédé d'estimation du débit d'ammoniac comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. [0020] L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple et de manière non limitative, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma d'un système d'alimentation en ammoniac ; - la figure 2 est un diagramme présentant le fonctionnement du procédé d'estimation suivant l'invention ; - la figure 3 est un graphique présentant en fonction du temps le coefficient correcteur pour un exemple d'historique de chauffe du réservoir principal ; - la figure 4 est un graphique présentant le coefficient correcteur donné par la pression d'ammoniac dans le réservoir de démarrage ; - la figure 5 est un graphique présentant la pression d'équilibre dans le réservoir de démarrage, en fonction de la température d'équilibre ; et - la figure 6 présente, pour un exemple de fonctionnement réel, le débit estimé par le procédé suivant l'invention, qui est comparé au débit massique d'ammoniac mesuré. [0021] La figure 1 présente un moteur thermique 2 comprenant une ligne d'échappement 4 recevant les gaz brûlés, comportant un catalyseur de réduction sélective SCR 6. [0022] Un système d'alimentation en ammoniac 1 comporte des réservoirs principaux 8 comprenant des volumes importants, contenant un sel de stockage de l'ammoniac. Le sel de stockage est saturé en ammoniac qui peut se dégager sous forme de gaz sous l'effet de conditions de pression et de température dans ce réservoir. On peut utiliser notamment les types de sel suivants : Sr(NH3)8C12, Mg(NH3)6C12, ou Ca(NH3)8C12). [0023] Un petit réservoir de démarrage 10 est alimenté par un flux d'ammoniac comprenant un débit 16 à estimer, venant d'un des réservoirs principaux 8 en passant par un clapet anti-retour, quand la pression d'ammoniac de ce réservoir principal est supérieure à celle du réservoir de démarrage suite à une sollicitation de son système de chauffe. [0024] Un calculateur de contrôle 12 du système d'alimentation en ammoniac 1, contrôle des résistances de chauffage des différents réservoirs 8, 10, ainsi qu'un injecteur d'ammoniac 14 qui injecte l'ammoniac dans la ligne d'échappement 4. Avantageusement, le calculateur de contrôle 12 du système d'alimentation 1 met en oeuvre le procédé selon l'invention, qui permet d'estimer le débit du flux d'ammoniac venant des réservoirs principaux 8 pour alimenter le réservoir de démarrage 10. [0025] La figure 2 est un diagramme présentant une cartographie de débit de base 20, qui donne une valeur basique du débit en fonction de la température extérieure. En effet, l'absorption d'ammoniac par le sel contenu dans le réservoir de démarrage 10 est exothermique et une faible température ambiante qui refroidit ce réservoir favorise le rechargement en ammoniac. [0026] La valeur du débit de base est multipliée, en 28, par trois coefficients de correction liés aux conditions physiques les plus influentes sur le système d'alimentation en ammoniac 1, comprenant un coefficient d'historique de chauffe 22 du réservoir principal 8 qui alimente le réservoir de démarrage 10, un coefficient de charge 24 du réservoir de démarrage 10, et un coefficient de pression du système 26. Le résultat obtenu passe ensuite par un filtrage temporel 30 permettant de lisser ce résultat afin d'éliminer les variations rapides, pour obtenir le débit d'ammoniac estimé 32 en temps réel. [0027] La figure 3 présente, pour un exemple de fonctionnement du système d'alimentation en ammoniac, en fonction du temps t, le coefficient d'historique de chauffe 22 du réservoir principal 8, qui est compris entre 0 et 2. [0028] Au départ d'une période de chauffe et après un arrêt suffisamment long de cette chauffe, le coefficient d'historique de chauffe 22 reprend systématiquement la valeur initiale de 1. Ce coefficient monte suivant une pente constante pendant la chauffe du réservoir principal 8, pour se limiter à une valeur maximum de 2. De la même manière, le coefficient d'historiques de chauffe 22 baisse suivant une pente constante pendant l'arrêt de cette chauffe, pour se limiter à une valeur minimum de 0. [0029] Après chaque arrêt suffisamment long, comme présenté aux points 40, le coefficient d'historique de chauffe 22 reprend systématiquement la valeur de 1. On obtient ainsi un coefficient d'historique de chauffe 22, qui tient compte des états antérieurs de cette chauffe. [0030] La figure 4 présente, en fonction du chargement "Charg" du réservoir de démarrage 10, qui est compris entre 0 et 1, la valeur du coefficient de charge 24 qui part de 1 quand le réservoir est vide, pour atteindre 0 quand le réservoir est plein. En effet, le sel du réservoir de démarrage 10 comportant une faible part d'ammoniac a une tendance à absorber plus facilement cet ammoniac, alors qu'étant fortement chargé il absorbe de moins en moins d'ammoniac, ce qui réduit le débit. [0031] La figure 5 présente, en fonction de la température d'équilibre T°eq du réservoir de démarrage 10, la courbe 50 de pression d'équilibre Peq qui règne normalement dans ce réservoir. [0032] A partir d'un premier point 52 sur la courbe de pression d'équilibre 50, la chauffe du réservoir principal 8 entraîne une augmentation de pression dans le système, qui conduit à un point de pression supérieure 54. Or la réaction de rechargement par absorption d'ammoniac par le sel étant exothermique, la température du réservoir de démarrage 10 augmente légèrement et le point d'équilibre final 56 se trouve à une pression Peq légèrement supérieure par rapport au premier point d'équilibre 52, pour suivre la courbe d'équilibre 50 qui est croissante. [0033] On a ainsi une légère variation de la pression d'équilibre Peq, qui, pour les températures courantes, influence relativement peu le débit d'ammoniac du réservoir principal 8. [0034] La figure 6 présente, en fonction du temps t, une première courbe 60 de débit d'ammoniac réel mesuré en mg/s et une deuxième courbe 32 de débit estimé par le procédé suivant l'invention. On constate que l'on obtient une valeur estimée du débit qui varie sensiblement comme le débit réel mesuré, avec toutefois une certaine réduction de la valeur. Dans cet exemple, on a volontairement choisi des paramètres de calcul du débit estimé 32 qui minorent ce débit, de manière à être quasiment en permanence en dessous du débit réel 60, et très rarement au- dessus, afin de permettre une exploitation de ce résultat par un système qui nécessite une estimation qui doit rester inférieure ou égale à la réalité. [0035] L'invention peut s'appliquer de la même manière avec un système comprenant un ou plusieurs réservoirs principaux 8, comportant un seul ou plusieurs de ces réservoirs qui sont chauffés, de manière à prendre en compte l'historique de chauffe des différents réservoirs principaux. L'invention permet en particulier d'évaluer en permanence la quantité d'ammoniac stocké dans le réservoir de démarrage 10, afin d'optimiser son chauffage, et notamment d'éviter de le chauffer s'il est vide. [0036] Avantageusement, le procédé d'estimation est mis en oeuvre par le calculateur de contrôle du système de post-traitement des oxydes d'azote, qui reçoit déjà des informations comme la température ou la pression du réservoir de démarrage 10, ce qui représente un moyen économique ne nécessitant pas d'équipement supplémentaire. REVENDICATIONS: 1 - Procédé d'estimation du débit massique d'un flux d'ammoniac d'un petit réservoir de démarrage (10) relié à des réservoirs principaux (8), pour un système d'alimentation en ammoniac (1) destiné à un catalyseur de traitement des oxydes d'azote (6) d'une ligne d'échappement (4) d'un moteur à combustion interne (2), ces réservoirs contenant un sel de stockage d'ammoniac, au moins un réservoir principal (8) étant chauffé pour générer le flux d'ammoniac sous pression qui recharge le réservoir de démarrage (10), caractérisé en ce qu'il établit un débit de base (20) à partir d'une cartographie dépendant de la température extérieure, puis il multiplie (28) ce débit de base par plusieurs coefficients correcteurs (22, 24, 26) donnés par des conditions physiques du système, comprenant notamment un coefficient d'historique de chauffe (22) du réservoir principal (8), pour obtenir le débit estimé (32). 2 - Procédé d'estimation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'après un arrêt suffisamment long de la chauffe du réservoir principal (8), le coefficient d'historique de chauffe (22) reprend systématiquement une valeur initiale (40). 3 - Procédé d'estimation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le coefficient d'historique de chauffe (22) monte suivant une pente constante pendant la chauffe du réservoir principal (8), et baisse aussi suivant une pente constante pendant l'arrêt de cette chauffe. 4 - Procédé d'estimation selon la revendication 3, caractérisé en ce que la montée et la baisse du coefficient d'historique de chauffe (22) sont limités respectivement par une valeur maximum est une valeur minimum. 5 - Procédé d'estimation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un coefficient correcteur (24), dépendant du chargement (Charg) du réservoir de démarrage (10), comporte une valeur qui est décroissante en fonction du niveau de cette charge. 6 - Procédé d'estimation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un coefficient correcteur, dépendant de latempérature d'équilibre (T°eq) du réservoir de démarrage (10), est lié à la courbe (50) de pression d'équilibre (Peq) qui règne normalement dans ce réservoir. 7 - Procédé d'estimation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le résultat obtenu par la multiplication (28) du débit de base (20) par les coefficients correcteurs (22, 24, 26) passe ensuite par un filtrage temporel (30) permettant de lisser ce résultat pour donner le débit estimé (32). 8 - Procédé d'estimation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des paramètres de calcul du débit estimé (32) sont choisis pour minorer ce débit, de manière à être quasiment en permanence en dessous du débit réel (60). 9 - Calculateur de contrôle d'un système d'alimentation en ammoniac (1), pour un catalyseur de traitement des oxydes d'azote (6) produits par un moteur à combustion interne (2), caractérisé en ce qu'il met en oeuvre un procédé d'estimation selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10 - Véhicule automobile comportant un moteur à combustion interne (2) équipé d'un catalyseur de traitement des oxydes d'azote (6), caractérisé en ce qu'il met en oeuvre un procédé d'estimation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.