Brevet FR3055362A1 — publié le 20180302

PROCÉDÉ DE COMMANDE D'UN SYSTÈME DE POST-TRAITEMENT DES GAZ D'ÉCHAPPEMENT DE TYPE SCR POUR SON MAINTIEN HORS GEL EN MODE AMORCÉ ET SYSTÈME METTANT EN OEUVRE LE PROCÉDÉ L'invention concerne de manière générale le domaine automobile. Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de commande d'un système de post-traitement SCR des gaz d'échappement pour le maintien hors gel de celui-ci lorsqu'il est en fonctionnement ou, autrement dit, amorcé. L'invention concerne également un système de post-traitement des gaz d'échappement de type SCR pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. [001] Dans les véhicules automobiles, les systèmes de post-traitement des gaz d'échappement à réduction catalytique sélective, dits SCR de « Selective Catalytic Reduction » en anglais, sont devenus aujourd'hui indispensables pour satisfaire des normes environnementales de plus en plus sévères. Le contrôle des émissions des oxydes d'azote, désignés généralement sous la dénomination de NOx, pose une difficulté de dépollution particulière dans les moteurs Diesel qui fonctionnent avec un mélange air-carburant généralement pauvre. [2] La réduction SCR provoque une réduction sélective des NOx en azote et eau en présence d'un catalyseur spécifique et par l'action d'un réducteur. Le réducteur utilisé est habituellement l'ammoniac. L'ammoniac provient de la décomposition chimique d'un réactif, typiquement l'urée, qui est injecté dans la ligne d'échappement sous une forme aqueuse composée d'un mélange réactif d'eau et d'urée. Ce mélange réactif est commercialisé en Europe sous la marque déposée «AdBlue». [3] Les systèmes de post-traitement SCR sont habituellement équipés d'un dispositif de chauffage pour éviter le gel du mélange réactif AdBlue (marque déposée) qui intervient sous -11°C de température ambiante. Lorsque la température ambiante est trop basse et que le dispositif de chauffage et les conditions de fonctionnement du moteur thermique ne permettent pas de garantir un état hors gel du système, la stratégie préférentielle de la technique antérieure consiste à interrompre l'injection du mélange réactif et à drainer celui-ci par exemple vers un réservoir du système. Ce drainage évacue le mélange réactif de l'injecteur du système et de sa conduite d'alimentation, évitant ainsi la formation d'un bloc de glace et une détérioration consécutive qui pourrait entrainer une immobilisation du véhicule pour réparation. 3055362 2 [4] Dans la réglementation s'imposant aux constructeurs automobiles, et notamment avec la prochaine norme européenne d'émission dite « Euro 6c », il est défini une température ambiante maximale, en tant que température de seuil de purge, au-dessus de laquelle il n'est pas acceptable de procéder à une opération de purge du système SCR 5 alors que le moteur thermique est en cours de fonctionnement. En effet, l'opération de purge implique alors un arrêt de l'action de dépollution sur les gaz d'échappement du véhicule. [5] Les essais effectués par l'entité inventive ont mis en évidence qu'en dessous d'une certaine température proche de la température de seuil de purge, la performance 10 limitée du dispositif de chauffage fait courir des risques de gel élevés sur certains points de roulage spécifiques du véhicule, notamment à vitesse élevée, lorsque le véhicule est en situation de descente en faible charge. Un accroissement de la performance du dispositif de chauffage pour repousser la limite de gel en température de quelques degrés Celsius présente l'inconvénient d'une complexité accrue et d'un coût additionnel très conséquent. 15 [006] Dans l'état de la technique, il a également été proposé de modifier la concentration de l'urée dans le mélange réactif ou d'ajouter des additifs. Une telle solution n'est pas satisfaisante. En effet, elle préconise d'utiliser un mélange réactif ayant des caractéristiques différentes de celles de l'AdBlue (marque déposée), mélange réactif qui bénéficie aujourd'hui d'un large réseau de distribution et pour lequel les constructeurs ont 20 déjà fait des investissements conséquents en termes de recherche et développement. [7] La présente invention a pour objectif d'apporter une solution aux inconvénients susmentionnés de la technique antérieure. [8] Selon un premier aspect, l'invention concerne un procédé de commande de maintien hors gel d'un système de post-traitement de type à réduction catalytique sélective 25 des gaz d'échappement d'un moteur thermique de véhicule automobile, le système comportant des moyens d'injection de mélange réactif dans une ligne d'échappement du véhicule, des moyens de chauffage de maintien hors gel, un réservoir de mélange réactif et une unité de commande, le procédé comprenant une commande d'activation des moyens de chauffage de maintien hors gel lorsqu'une température ambiante est comprise 30 entre des premier et deuxième seuils de température prédéterminés, le premier seuil de température étant supérieur au deuxième seuil de température. 3055362 3 [009] Conformément à l'invention, le procédé comprend également une commande d'activation des moyens d'injection imposant une injection d'un débit minimal prédéterminé du mélange réactif dans la ligne d'échappement lorsque la température ambiante est comprise entre un troisième seuil de température prédéterminé et le deuxième seuil de 5 température, le troisième seuil de température étant compris entre les premier et deuxième seuils de température. [0010] Grâce à l'invention, il devient ainsi possible de reculer le seuil de température à partir duquel une purge du système SCR devient indispensable. Par exemple, il a été possible, dans une réalisation particulière de l'invention, d'obtenir un gain de l'ordre de 10 2°C sur la température ambiante de gel. On notera également que l'invention n'altère pas le bilan énergétique du véhicule, car la consommation électrique de la commande des moyens d'injection est très faible. [0011] Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, le deuxième seuil de température est un seuil de purge signalant la nécessité de purger les moyens d'injection 15 du mélange réactif lorsque la température ambiante atteint le deuxième seuil de température. [0012] Selon encore une autre caractéristique particulière de l'invention, la commande d'activation des moyens d'injection impose une injection d'un débit minimal selon un mode pulsé. 20 [0013] Selon encore une autre caractéristique particulière de l'invention, lorsque le procédé est mis en oeuvre dans un système de post-traitement des gaz d'échappement utilisant un mélange réactif de type AdBlue (marque déposée), le mode pulsé opère avec une fréquence de 0,5 Hz. [0014] Selon encore une autre caractéristique particulière de l'invention, lorsque le 25 procédé est mis en oeuvre dans un système de post-traitement des gaz d'échappement utilisant un mélange réactif de type AdBlue (marque déposée), le débit minimal imposé est de 5 mg/s. [0015] Selon encore une autre caractéristique particulière de l'invention, lorsque le procédé est mis en oeuvre dans un système de post-traitement des gaz d'échappement 30 utilisant un mélange réactif de type AdBlue (marque déposée), le premier seuil de 3055362 4 température est inférieur de 2°C à 7°C à une valeurde température ambiante à laquelle les moyens de chauffage de maintien hors gel ne sont pas encore activés. [0016] Selon un second aspect, l'invention concerne un système de post-traitement de type à réduction catalytique sélective des gaz d'échappement d'un moteur thermique de 5 véhicule automobile, le système comportant des moyens d'injection de mélange réactif dans une ligne d'échappement du véhicule, des moyens de chauffage de maintien hors gel, un réservoir de mélange réactif, une unité de commande et des moyens de commande d'activation des moyens de chauffage de maintien hors gel lorsqu'une température ambiante est comprise entre des premier et deuxième seuils de température 10 prédéterminés, le premier seuil de température étant supérieur au deuxième seuil de température. [0017] Conformément à l'invention, le système comprend également des moyens de commande d'activation des moyens d'injection imposant une injection d'un débit minimal prédéterminé du mélange réactif dans la ligne d'échappement lorsque la température 15 ambiante est comprise entre un troisième seuil de température prédéterminé et le deuxième seuil de température, le troisième seuil de température étant compris entre les premier et deuxième seuils de température. [0018] Le maintien hors gel maintien du système de post-traitement SCR selon l'invention est assuré par lesdits moyens de commande d'activation des moyens 20 d'injection imposant une injection d'un débit minimal. [0019] Selon encore une autre caractéristique particulière de l'invention, les moyens de commande d'activation des moyens d'injection imposant l'injection du débit minimal comportent des moyens imposant l'injection du débit minimal selon un mode pulsé. [0020] Selon encore une autre caractéristique particulière de l'invention, les moyens de 25 commande d'activation des moyens d'injection imposant l'injection du débit minimal sont implémentés sous la forme d'un module logiciel dans l'unité de commande. [0021] L'invention concerne également un véhicule automobile comportant un moteur thermique de type Diesel équipé du système de post-traitement des gaz d'échappement de l'invention, tel que décrit brièvement ci-dessus. 30 [0022] D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-dessous de plusieurs modes de réalisation 3055362 5 particuliers du procédé selon l'invention et de systèmes SCR pour sa mise en oeuvre, dans laquelle : la Fig.1 est un bloc-diagramme simplifié montrant un exemple d'architecture générale d'un système SCR pour la mise en oeuvre du procédé selon 5 l'invention ; et - les Figs.2a à 2c montrent des courbes d'activation de fonctions réalisées par le procédé selon l'invention et dépendantes de la température ambiante. [0023] En référence à la Fig.1, il est d'abord décrit ci-dessous une architecture générale d'un système de post-traitement SCR des gaz d'échappement, référencé 1 à la Fig.1. 10 Cette architecture, adaptée pour une mise en oeuvre du procédé selon l'invention, est présentée ici à titre d'exemple et est celle décrite de manière détaillée dans le brevet FR2919666B1 de la demanderesse. On notera cependant que le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre de manière générale dans toute architecture de système SCR. [0024] Comme montré à la Fig.1, le système SCR 1 comprend un réservoir 2 contenant 15 le mélange réactif destiné à être injecté dans les gaz d'échappement. Typiquement, le réservoir 2 est logé au niveau du coffre à bagages, à l'arrière du véhicule, dans le coffre lui-même ou sous le plancher de celui-ci. [0025] Le système SCR 1 comporte un injecteur 4 prévus pour prélever une quantité de mélange réactif dans le réservoir 2 et l'injecter dans les gaz d'échappement. L'injecteur 4 20 comporte une pompe doseuse (non représentée) commandée en fonction des besoins en pression du mélange réactif à injecter. Dans la Fig.1, la flèche partant de l'injecteur 4 représente l'injection dans les gaz d'échappement de la quantité de mélange réactif requise. Des moyens de chauffage HM sont prévus dans le système SCR 1 et comporte 25 essentiellement un dispositif de chauffage 5 pour chauffer le mélange réactif dans le réservoir 2 et des dispositifs de chauffage auxiliaire 6 et 7 pour chauffer une conduite entre le réservoir 2 et l'injecteur 4, ainsi que l'injecteur 4 lui-même équipé de sa pompe doseuse, afin d'éviter le gel du mélange réactif dans ces composants. Des capteurs de température, repérés 80, sont utilisés dans le système SCR 1 pour 30 mesurer des températures nécessaires à la gestion du chauffage du mélange réactif. Les capteurs de température 80 délivrent des informations de température TP. 3055362 6 [0026] D'autres capteurs, tels qu'un capteur de niveau et un capteur de pression de mélange réactif, équipent le réservoir 2 et sont localisés dans un bloc 8 dans lequel sont localisés aussi les capteurs de température 80. [0027] Un circuit électronique de gestion de réservoir 9 est prévu dans le système SCR 1 5 et est monté sur le réservoir 2 dans cette forme de réalisation particulière. Le circuit 9 comprend notamment des moyens d'interface analogique/numérique et des moyens d'interface de liaison numérique multiplexée. [0028] Dans cette forme de réalisation, l'ensemble des capteurs du bloc 8, incluant les capteurs de température 80, et les composants d'actionnement 4 à 7 du système SCR 1 10 sont de type analogique. Les différentes liaisons 90 représentées à la Fig.1 relient les capteurs et les composants d'actionnement à un port d'entrées/sorties analogiques du circuit 9. [0029] Comme montré à la Fig.1, le circuit de gestion de réservoir 9 est reliée à l'unité de contrôle moteur 3 par une liaison numérique multiplexée 10 qui est ici une liaison établie à 15 travers un réseau de type CAN. La liaison numérique multiplexée 10 est connectée en ses deux extrémités à des ports d'entrées/sorties d'interface réseau 91 et 30 du circuit 9 et de l'unité de contrôle moteur 3, respectivement. [0030] L'ensemble des signaux du système SCR 1 disponibles au niveau du circuit 9 peut ainsi être transmis à l'unité de contrôle moteur 3, et plus précisément à une unité de 20 commande 31 du système SCR 1 qui est implémentée dans l'unité 3 sous la forme d'un module logiciel dédié s'exécutant dans celle-ci. [0031] L'unité de commande 31 traite la totalité des signaux et informations nécessaires pour la définition d'une commande adaptée du système SCR 1, c'est-à-dire, les signaux et informations transmis depuis le circuit 9 et ceux disponibles localement au niveau de 25 l'unité de contrôle moteur 3. [0032] Comme cela apparaitra plus clairement par la suite dans la description, conformément à l'invention, l'unité de commande 31 utilise en particulier les informations de température TP délivrées par les capteurs de température 80, afin de définir dans le système SCR 1 une commande de maintien hors gel adaptée aux conditions de 30 température et de roulage du véhicule. 3055362 7 [0033] En référence également aux Figs.2a à 2c, il est maintenant décrit un mode de réalisation particulier du procédé de commande selon l'invention pour le maintien hors gel d'un système SCR lorsque celui-ci est amorcé et remplit sa fonction de dépollution des gaz d'échappement. 5 [0034] Comme montré aux Figs.2a à 2c, quatre valeurs de température TO, TS1, TS2 et TS3 sont prises en compte dans le procédé de commande selon l'invention. On notera que la relation suivante est respectée entre TO, TS1, TS2 et TS3 : TO > TS1 > TS2 > TS3. [0035] La valeur de température TO est une valeur de température ambiante pour laquelle il est estimé qu'il n'y a aucun risque de gel, et les moyens de chauffage MH ne 10 sont alors pas activés. Cette valeur de température TO est typiquement sensiblement inférieure à -11 °C, correspondant à la température de gel du mélange réactif AdBlue (marque déposée). En effet, la température au voisinage des composants du système SCR 1 soumis au risque de gel peut être sensiblement supérieure à la température ambiante extérieure TA du fait notamment de la proximité de la ligne d'échappement qui 15 apporte un certain réchauffement. Cette température ambiante extérieure TA est déduite par exemple à partir des informations de température TP fournies par les capteurs 80 (Fig.1). [0036] En référence plus particulièrement aux Fig.2a et 2c, la valeur de température TS1 est un seuil de température qui détermine l'activation d'une fonction de chauffage Fh 20 assurée par les moyens de chauffage HM (Fig.1). Conformément à l'invention, ce seuil de température TS1 est typiquement inférieur à la valeur de température TO de de 2°C à 7°C, c'est-à-dire, TO-TS1 REVENDICATIONS1. Procédé de commande de maintien hors gel d'un système (1) de post-traitement de type à réduction catalytique sélective (SCR) des gaz d'échappement d'un moteur thermique de véhicule automobile, ledit système (1) comportant des moyens d'injection de mélange réactif (4) dans une ligne d'échappement dudit véhicule, des moyens de chauffage de maintien hors gel (HM), un réservoir de mélange réactif (2) et une unité de commande (31), ledit procédé comprenant une commande (Fh) d'activation desdits moyens de chauffage de maintien hors gel (HM) lorsqu'une température ambiante (TA) est comprise entre des premier (TS1) et deuxième (TS3) seuils de température prédéterminés, ledit premier seuil de température (TS1) étant supérieur audit deuxième seuil de température (TS3) , caractérisé en ce qu'il comprend également une commande (Fsd) d'activation desdits moyens d'injection (4) imposant une injection d'un débit minimal prédéterminé (SD) dudit mélange réactif dans ladite ligne d'échappement lorsque ladite température ambiante (TA) est comprise entre un troisième seuil de température prédéterminé (TS2) et ledit deuxième seuil de température (TS3), ledit troisième seuil de température (TS2) étant compris entre lesdits premier et deuxième seuils de température (TS1, TS3). 2. Procédé de commande de maintien hors gel selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit deuxième seuil de température (TS3) est un seuil de purge signalant la nécessité de purger lesdits moyens d'injection (4) du mélange réactif lorsque ladite température ambiante (TA) atteint ledit deuxième seuil de température (TS3). 3. Procédé de commande de maintien hors gel selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite commande d'activation desdits moyens d'injection (4) impose une injection d'un débit minimal (SD) selon un mode pulsé. 4. Procédé de commande de maintien hors gel selon la revendication 3, mis en oeuvre dans un dit système (1) de post-traitement des gaz d'échappement utilisant un mélange réactif de type AdBlue (marque déposée), caractérisé en ce que ledit mode pulsé opère avec une fréquence de 0,5 Hz. 3055362 11 5. Procédé de commande de maintien hors gel selon la revendication 3 ou 4, mis en oeuvre dans un dit système (1) de post-traitement des gaz d'échappement utilisant un mélange réactif de type AdBlue (marque déposée), caractérisé en ce que ledit débit minimal (SD) est de 5 mg/s. 5 6. Procédé de commande de maintien hors gel selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, mis en oeuvre dans un dit système (1) de post-traitement des gaz d'échappement utilisant un mélange réactif de type AdBlue (marque déposée), caractérisé en ce que ledit premier seuil de température (TS1) est inférieur de 2°C à 7°C à une valeur de température ambiante (TO) à lElquelle lesdits moyens de 10 chauffage de maintien hors gel (HM) ne sont pas encore activés. 7. Système de post-traitement de type à réduction catalytique sélective (SCR) des gaz d'échappement d'un moteur thermique de véhicule automobile, ledit système (1) comportant des moyens d'injection de mélange réactif (4) dans une ligne d'échappement dudit véhicule, des moyens de chauffage de maintien hors gel 15 (HM), un réservoir de mélange réactif (2), une unité de commande (31) et des moyens de commande d'activation (Fh, 31, 310) desdits moyens de chauffage de maintien hors gel (HM) lorsqu'une température ambiante (TA) est comprise entre des premier (TS1) et deuxième (TS3) seuils de température prédéterminés, ledit premier seuil de température (TS1) étant supérieur audit deuxième seuil de 20 température (TS3), caractérisé en ce qu'il comprend également des moyens de commande d'activation (Fsd, 31, 310) desdits moyens d'injection (4) imposant une injection d'un débit minimal prédéterminé (SD) dudit mélange réactif dans ladite ligne d'échappement lorsque ladite température ambiante (TA) est comprise entre un troisième seuil de température prédéterminé (TS2) et ledit deuxième seuil de 25 température (TS3), ledit troisième seuil de température (TS2) étant compris entre lesdits premier et deuxième seuils de température (TS1, TS3). 8. Système de post-traitement des gaz d'échappement selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande d'activation (31, 310) desdits moyens d'injection (4) imposant ladite injection dudit débit minimal (SD) comportent 30 des moyens (31, 310) imposant ladite injection dudit débit minimal (SD) selon un mode pulsé. 9. Système de post-traitement des gaz d'échappement selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande d'activation (31, 310) desdits 3055362 12 moyens d'injection (4) imposant ladite injection dudit débit minimal (SD) sont implémentés sous la forme d'un module logiciel (310) dans ladite unité de commande (3). 10. Véhicule automobile comportant un moteur thermique de type Diesel, caractérisé 5 en ce qu'il comprend un système selon l'une quelconque des revendications 7 à 9 pour un post-traitement des gaz d'échappement émis par ledit moteur thermique.