Brevet FR2981402A1 — publié le 20130419

PROCEDE DE SIMULATION D'UN ETAT DE VIEILLISSEMENT D'UNE LIGNE D'ECHAPPEMENT D'UN VEHICULE AUTOMOBILE COMPRENANT UN ORGANE DE TRAITEMENT DES OXYDES D'AZOTE ALIMENTE PAR DE L'UREE pool ] La présente invention concerne un procédé et un dispositif de simulation de l'état de vieillissement d'une ligne d'échappement d'un véhicule automobile comprenant un organe de traitement des oxydes d'azote alimenté par de l'urée. L'invention se rapporte également à un ensemble de données formé d'une pluralité de couples de valeurs qui représentent la combinaison d'un état de vieillissement d'une ligne d'échappement d'un véhicule automobile avec un taux de dilution de l'urée alimentant l'organe de traitement des oxydes d'azote disposé dans la ligne d'échappement du véhicule automobile. [0002] Un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile est associé à une ligne d'échappement. La ligne d'échappement peut contenir un ou plusieurs organes de traitement. Ces organes de traitement sont destinés à réduire les émissions polluantes produites lors de la combustion du carburant dans le moteur à combustion interne. Ces émissions polluantes sont principalement composées d'hydrocarbures, de monoxyde de carbone, de particules et d'oxydes d'azotes, pouvant également prendre la dénomination de NOx. [0003] L'invention traite des moteurs à combustion interne de type diesel équipés d'une ligne d'échappement comportant un organe de traitement des NOx utilisant la technologie de réduction catalytique sélective, appelée technologie SCR. La ligne d'échappement peut contenir un catalyseur d'oxydation, appelés DOC. Le DOC est un organe permettant aux moteurs à combustion interne de traiter les hydrocarbures et le monoxyde de carbone, et d'assurer un rapport entre le dioxyde d'azote et les NOx en aval de l'organe de traitement des NOx suffisamment élevé pour permettre un traitement optimal des NOx par l'injection de réducteur dans l'organe de traitement des NOx. Le réducteur utilisé ici est de l'urée. [0004] Les normes anti-pollution règlementent la quantité de chacune de ces émissions polluantes en fonction de l'année de mise en service du véhicule automobile. La figure 1 est un diagramme indiquant la quantité d'émission de monoxyde de carbone autorisée pour les normes euro 4, euro 5 et euro 6, correspondant respectivement à une mise sur en service d'un véhicule après 2005, après septembre 2009 pour la réception ou janvier 2011 pour l'immatriculation de véhicules neufs et après septembre 2014 pour la réception ou septembre 2015 pour l'immatriculation de véhicules neufs. De la même façon, les figures 2 à 4 montrent une représentation graphique des normes correspondant respectivement aux émissions d'hydrocarbures, de NOx et de particules. [0005] Au cours de la vie du véhicule automobile, le DOC et l'organe de traitement des NOx utilisant la technologie SCR se dégradent, notamment d'un point de vue catalytique, ce qui engendre une augmentation des NOx en sortie de la ligne d'échappement. La connaissance de cette dégradation au cours de la vie du véhicule nécessite de réaliser des tests d'endurance de véhicule, très couteux. Un moyen de simuler ces tests d'endurance est de réaliser des vieillissements accélérés comme par exemple des vieillissements sur banc d'essai moteur, au four ou au bruleur. Le principal inconvénient des vieillissements sur banc d'essai moteur, au four ou au bruleur est qu'ils sont non réversibles, donc destructeurs pour la ligne d'échappement, et nécessitent des installations appropriées, des montages et démontages de pièces, de la main d'oeuvre, du temps ainsi que des coûts associés. [0006] US-A-2011/0167801 décrit un procédé d'estimation du vieillissement d'un catalyseur utilisant la technologie SCR par mesure du taux d'hydrocarbure en sortie de la ligne d'échappement. Ce procédé ne permet néanmoins pas de simuler l'évolution du vieillissement du catalyseur. [0007] Il existe donc un besoin pour un procédé de simulation d'un état de vieillissement d'une ligne d'échappement d'un véhicule automobile ne présentant pas les inconvénients susnommés. [0oos] A cette fin, l'invention propose un procédé de simulation d'un état de vieillissement d'une ligne d'échappement d'un véhicule automobile, la ligne 30 d'échappement comportant un organe de traitement des oxydes d'azote alimenté en urée pour réduire les oxydes d'azote, procédé caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à diluer l'urée alimentant l'organe de traitement des oxydes d'azote avec un liquide pour simuler le vieillissement de la ligne d'échappement. [0009] Selon une variante, l'urée est diluée avec de l'eau. [cm cl Selon une variante, l'organe de traitement des oxydes d'azote est alimenté en urée sous forme d'un liquide comprenant de l'urée, notamment sous forme d'Adblue® composé à 32,5% d'urée. [0011] Selon une variante, le procédé comporte la réalisation de l'étape de dilution pour différents taux de dilution et la mesure, pour chaque taux de dilution, de la quantité d'oxydes d'azote à la sortie de l'organe de traitement des oxydes d'azote. [0012] Selon une variante, le taux de dilution de l'urée est déterminé en fonction d'un ensemble de données associant un taux de dilution à un état de vieillissement. [0013] L'invention se rapporte également à un dispositif de simulation d'un état de vieillissement d'une ligne d'échappement d'un véhicule automobile, la ligne d'échappement comportant un organe de traitement des oxydes d'azote, le dispositif comportant des moyens d'alimentation de l'organe de traitement en urée pour réduire les oxydes d'azote, caractérisé en ce que le dispositif comporte des moyens de dilution de l'urée avec de l'eau. [0014] Selon une variante, le dispositif comporte un réservoir contenant l'urée. [0015] Selon une variante, l'organe de traitement des oxydes d'azote est du type à réduction catalytique sélective. [0016] Selon une variante, la ligne d'échappement comporte un filtre à particules, l'organe de traitement étant disposé sur le filtre à particules ou en amont du filtre à particules. [0017] L'invention se rapporte enfin à un ensemble de données formé d'une pluralité de couples de valeurs, remarquable en ce que la pluralité de couples de valeurs représentent la combinaison d'un état de vieillissement d'une ligne d'échappement d'un véhicule automobile avec un taux de dilution de l'urée alimentant un organe de traitement des oxydes d'azote disposé dans une ligne d'échappement d'un véhicule automobile. [0018] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui montrent : - figure 1, un diagramme des quantités de monoxyde de carbone émises par un véhicule automobile autorisées par les normes antipollution ; - figure 2, un diagramme des quantités d'hydrocarbure émises par un véhicule automobile autorisées par les normes antipollution ; - figure 3, un diagramme des quantités d'oxydes d'azote émises par un véhicule automobile autorisées par les normes antipollution ; - figure 4, un diagramme des quantités de particules émises par un véhicule automobile autorisées par les normes antipollution ; - figure 5, un schéma d'une ligne d'échappement munie d'un organe de traitement des NOx en amont d'un filtre à particules ; - figure 6, un schéma d'une ligne d'échappement munie d'un organe de traitement des NOx sur un filtre à particules ; - figure 7, une illustration du procédé d'obtention d'une courbe donnant le taux de dilution de l'urée en fonction du vieillissement de la ligne d'échappement ; - figure 8, une illustration du taux de dilution de l'urée avec et sans stratégies en fonction du vieillissement de la ligne d'échappement [0019] L'invention se rapporte à un procédé de simulation d'un état de vieillissement d'une ligne d'échappement d'un véhicule automobile. Telle qu'illustrée aux figures 5 et 6, une ligne d'échappement 28 d'un moteur à combustion interne 20 comporte un organe de traitement des oxydes d'azote alimenté en urée, via un conduit d'injection d'urée 24, pour réduire les oxydes d'azote et un catalyseur d'oxydation 22 (DOC). [0020] Sur la figure 5, l'organe de traitement des oxydes d'azote est un organe SCR sur filtre à particules 26. En d'autres termes, dans cet exemple, l'organe de traitement des oxydes d'azote est le filtre à particules lui-même. Une imprégnation SCR est déposée dans les pores du filtre à particules. Le filtre à particules peut alors être réalisé en un substrat en SiC. [0021] Sur la figure 6, l'organe de traitement des oxydes d'azote est un organe SCR 30 disposé en amont du filtre à particules 32. [0022] En outre, dans le cas des figures 5 et 6, la ligne d'échappement comporte un catalyseur d'oxydation Diesel 22, de l'anglais « Diesel Oxidation Catalyst » ou DOC. [0023] L'urée alimentant l'organe de traitement des NOx dans l'une ou l'autre des lignes d'échappement des figures 5 et 6, peut être issue d'un liquide de type 10 Adblue®, composé à 32.5% d'urée. L'Adblue® est un liquide composé d'urée et d'eau. Lorsque la température de ce fluide est supérieure à une valeur de seuil, l'urée se décompose en NH3 permettant la réduction des NOx. [0024] Lors du traitement des NOx dans l'organe de traitement des oxydes d'azote, différentes réactions se produisent : 15 _ 4NH3 + 4 NO +02 4 N2 +6 H2O (1) _ 4 NH3 +2 NO + 2 NO2 4 N2 +6 H20 (2) _ 8 NH3 +6 NO2 7 N2 +12 H20 (3) [0025] Ces réactions réduisent les oxydes d'azote en azote (N2) et eau (H20). [0026] Le procédé de simulation proposé comprend une étape consistant à diluer 20 l'urée alimentant l'organe de traitement des oxydes d'azote avec un liquide pour simuler le vieillissement de la ligne d'échappement. Ce liquide peut être de l'eau. En effet, comme il va être expliqué ci-après, le vieillissement de la ligne d'échappement se traduit par un ralentissement des réactions (1)-(3), qui peut être obtenu en diluant le NH3 alimentant l'organe de traitement des oxydes d'azote dans 25 un liquide, notamment dans de l'eau. [0027] L'alimentation en urée dans la ligne d'échappement 28 étant réalisée à volume constant, la dilution de l'urée dans un liquide entraine une diminution de la quantité de réducteur de NOx dans la ligne d'échappement 28. On observe alors une diminution des vitesses de réactions catalysées précédemment citées (1), (2) et (3), entrainant une augmentation des NOx en sortie de la ligne d'échappement simulant ainsi le vieillissement de la ligne d'échappement. [0028] La vitesse de réaction « à neuf » de réduction des NOx est notée Vn et est donnée par l'équation (4) ci-dessous : (-Ea RxT r ic, (4) Vn = Ko xe Y x INH3ft x [Noxib Où : - Vn représente la vitesse de réaction à neuf de réduction des NOx, - Ko, le facteur de fréquence, - Ea, l'énergie d'activation, - R, laconstante des gaz parfaits, - T, la température, - a, b des exposants constants, - [NH3], la concentration en NH3 à neuf, et - [NOx], la concentration en NOx. [0029] La vitesse de réaction à neuf de réduction des NOx correspond à la vitesse de réaction de réduction des NOx lorsque la ligne d'échappement est neuve. [0030] La vitesse de réaction de réduction des NOx après vieillissement de la ligne d'échappement est notée Vv. Cette vitesse est donnée par l'équation (5) : (-Ea VV = Ko' x ejlxT, x [N H3 la x [NOx]b (5) Où : - Vv représente la vitesse de réaction de réduction des NOx après vieillissement de la ligne d'échappement, et - Ko', le facteur de fréquence vieilli. [0031] Le facteur de fréquence diminue au cours du vieillissement de la ligne d'échappement. L'effet du vieillissement peut donc être modélisé par une diminution du taux de réducteur, autrement dit par une dilution de l'urée avec un liquide. En effet, la vitesse de réaction de réduction des NOx Vv, après vieillissement de la ligne d'échappement est également donnée par la relation (6) : ( -Ea` Vv = Ko x e'Rxi-' x [NH3la x [NOx]b (6) où : Ko' _ ([NH31ra Ko [NH3] } (7) et où [NH3'] représente la concentration en NH3 équivalente à un vieillissement. [0032] Des abaques peuvent ainsi être créés : En mesurant les NOx traités, par exemple sur cycle MVEG, pour des mélanges eau/urée (ou eau/AdBlue) à différentes dilutions d'urée sur une ligne par exemple neuve (ou à différents états de vieillissements intermédiaires), ainsi que les NOx traités sur cycle MVEG pour différents vieillissements de ligne, on en déduit les pourcentages d'eau/urée correspondant à différents vieillissements de ligne. On peut ensuite lire de ces abaques la dilution de l'urée permettant de simuler un vieillissement souhaité sur une ligne d'échappement neuve. [0033] Ce procédé permet ainsi de simuler le vieillissement d'une ligne d'échappement sans destruction de celle-ci, ce qui représente un gain économique important. En outre, ce procédé est plus simple à mettre en oeuvre que les procédés connus, destructifs. [0034] La figure 7 illustre la détermination d'une courbe du taux de dilution en fonction de l'état de vieillissement de la ligne d'échappement. On mesure le taux de NOx traités sur une ligne d'échappement neuve pour différentes dilutions d'urée dans l'eau. On mesure également le taux de NOx traités pour différents vieillissement d'une ligne d'échappement. On fait correspondre les dilutions d'urée dans l'eau et les vieillissements de la ligne d'échappement qui aboutissent au même taux de NOx traités. [0035] La mise en oeuvre répétée du procédé à différentes valeurs de taux de dilution d'urée permet ainsi, en mesurant la quantité de NOx traités correspondante en sortie de la ligne d'échappement, de former un ensemble de données formé d'une pluralité de couples de valeurs représentant la combinaison d'un taux de dilution avec une quantité de NOx traités à la sortie de la ligne d'échappement. Cet ensemble de données peut ensuite être représenté sur un repère 40, visible sur la figure 7, indiquant la quantité de NOx traités en sortie de ligne d'échappement en fonction du taux de dilution de l'urée. Un ensemble de données formé d'une pluralité de couples de valeurs représentant la combinaison d'une quantité de NOx traités à la sortie de la ligne d'échappement à un état de vieillissement peut être représenté sur un repère 42. [0036] La mesure des NOx en sortie de la ligne d'échappement peut, par exemple, être effectuée durant des cycles d'homologation des véhicules automobiles tels que le cycle du groupe des émissions de véhicules motorisés, plus connu sous le nom de Motor Vehicle Emissions Group (MVEG) ou le cycle des procédures de test mondialement harmonisées des véhicules légers, plus connu sous le nom de Worldwide Harmonised Light Vehicles Test Procedures (WLT"P), ou encore durant d'autres cycles bien connus tels que, par exemple, le cycle Artémis, ou le cycle TCS. [0037] En couplant les ensembles de données selon les quantités de NOx traités en sortie de ligne d'échappement, on obtient un ensemble de données formé d'une pluralité de couples de valeurs représentant la combinaison d'un état de 30 vieillissement de la ligne d'échappement et d'un taux de dilution d'urée correspondant. Cet ensemble de données peut ensuite être représenté dans un repère 44 représentant le taux de dilution en fonction de l'état de vieillissement de la ligne d'échappement à simuler. [0038] Des simulations ou essais peuvent être réalisé(e)s en intégrant les différentes stratégies souhaitées en passant d'un repère 46, visible sur la figure 8, représentant le taux de dilution sans stratégies fonction de l'état de vieillissement à un repère 48 représentant le taux de dilution avec stratégies fonction de l'état de vieillissement. [0039] Le procédé de simulation proposé présente un gain de temps important du fait de l'absence de montage et démontage de pièces sur le véhicule à tester, d'une part, et du faible temps nécessaire à la réalisation d'une dilution par rapport au temps nécessaire pour le vieillissement d'une pièce. [0040] En outre, le procédé peut être mis en oeuvre dans un dispositif très simple par rapport aux dispositifs mis en oeuvre. En effet, le dispositif nécessaire ne comporte, outre la ligne d'échappement proprement dite, que des moyens d'alimentation de l'organe de traitement en urée pour réduire les oxydes d'azote, et des moyens de dilution de l'urée avec un liquide, par exemple de l'eau. Le dispositif peut en outre comporter un réservoir contenant de l'urée, par exemple sous forme d'AdBlue®. REVENDICATIONS1. Procédé de simulation d'un état de vieillissement d'une ligne d'échappement (28) d'un véhicule automobile, la ligne d'échappement (28) comportant un organe de traitement des oxydes d'azote (26 ; 30) alimenté en urée pour réduire les oxydes d'azote, procédé caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à diluer l'urée alimentant l'organe de traitement des oxydes d'azote (26 ; 30) avec un liquide pour simuler le vieillissement de la ligne d'échappement. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'urée est diluée avec de l'eau. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'organe de traitement des oxydes d'azote (26 ; 30) est alimenté en urée sous forme d'un liquide comprenant de l'urée, notamment sous forme d'Adblue® composé à 32,5% d'urée. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte la réalisation de l'étape de dilution pour différents taux de dilution et la mesure, pour chaque taux de dilution, de la quantité d'oxydes d'azote à la sortie de l'organe de traitement des oxydes d'azote (26 ; 30). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le taux de dilution de l'urée est déterminé en fonction d'un ensemble de données associant un taux de dilution à un état de vieillissement. 6. Dispositif de simulation d'un état de vieillissement d'une ligne d'échappement d'un véhicule automobile, la ligne d'échappement (28) comportant un organe de traitement des oxydes d'azote (26 ; 32), le dispositif comportant des moyens d'alimentation de l'organe de traitement en urée pour réduire les oxydes d'azote, caractérisé en ce que le dispositif comporte des moyens de dilution de l'urée avec de l'eau. 7. Dispositif de simulation selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il 30 comporte en outre un réservoir contenant l'urée.. Dispositif selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que l'organe de traitement des oxydes d'azote est du type à réduction catalytique sélective. 9. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la ligne d'échappement comporte un filtre à particules (26 ; 32), l'organe de traitement étant disposé sur le filtre à particules ou en amont du filtre à particules.