Brevet FR3081507A1 — publié le 20191129

PROCÉDÉ ET SUPERVISEUR D'ACTIVATION / DÉSACTIVATION DE CHAUFFAGE DANS UN SYSTÈME SCR CHAUFFÉ ÉLECTRIQUEMENT [1] L'invention concerne de manière générale la réduction des émissions polluantes d'oxydes d'azote d'un véhicule à moteur thermique équipé d'un système de réduction catalytique sélective, dit « SCR », chauffé électriquement. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un procédé et un superviseur d'activation / désactivation de chauffage dans un système SCR chauffé électriquement implanté dans un véhicule à moteur thermique. [2] Les véhicules à moteur thermique sont équipés de systèmes de post-traitement des gaz d'échappement conçus pour la réduction des émissions polluantes et le respect 10 des normes environnementales. La réduction des émissions d'oxydes d'azote (NOx) est obtenue au moyen du système SCR, pour « Selective Catalytic Reduction » en anglais. [3] Le système SCR conventionnel est tributaire de la température des gaz d'échappement qui doit être suffisante pour réduire efficacement les rejets de NOx. Dans certaines situations de vie du véhicule, comme lors des démarrages à froid du moteur 15 thermique et en roulage urbain à faible vitesse, cette contrainte sur la température des gaz d'échappement impacte les performances de réduction des NOx. [4] Afin de pallier à l'inconvénient ci-dessus, il est connu d'utiliser un système SCR chauffé électriquement. Un tel système SCR permet d'atteindre plus rapidement des températures de fonctionnement optimales et autorise ainsi une efficacité accrue dans la 20 réduction des NOx. [5] Cependant, l'alimentation électrique de la résistance de chauffe incluse dans le système SCR sollicite de manière importante le réseau d'alimentation électrique du véhicule et induit une consommation énergétique non négligeable. En effet, la puissance électrique requise pour l'alimentation de la résistance de chauffe peut être de l'ordre de 25 quelques centaines de Watt à plus de 1 kW. L'alimentation électrique de la résistance de chauffe peut perturber le réseau d'alimentation électrique, en provoquant des chutes de tension susceptibles d'impacter l'alimentation d'autres consommateurs électriques. Par ailleurs, lorsque l'alternateur du réseau de bord est dans un état de fonctionnement lui interdisant de satisfaire la demande électrique du système SCR, les moyens de stockage 30 d'énergie du véhicule sont sollicités et subissent des décharges. Les demandes électriques répétées du système SCR conduisent à davantage de phases de 2 charge/décharge des moyens de stockage d'énergie et affectent la durabilité de la batterie principale du véhicule qui généralement est du type conventionnel au plomb. [6] Par le brevet européen EP2820263B1, il est connu, dans un système SCR chauffé électriquement, de commander l'alimentation électrique de l'élément chauffant de 5 celui-ci avec une fréquence d'activation / désactivation qui est déterminée en fonction d'un état de fonctionnement du système SCR, et cela afin d'éviter des dépôts susceptibles de se former sur l'élément chauffant. L'état de fonctionnement critique dans lequel des dépôts peuvent apparaître est détecté à l'aide d'une ou plusieurs grandeurs d'état de fonctionnement. La grandeur d'état de fonctionnement peut être une température, un débit 10 d'additif ou un débit de gaz d'échappement. [7] Il est souhaitable d'optimiser la commande électrique d'activation / désactivation du chauffage dans le système SCR chauffé électriquement d'un véhicule à moteur thermique, afin de minimiser la consommation énergétique nécessaire et d'obtenir des performances de dépollution acceptables dans les différentes conditions de vie 15 rencontrées par le véhicule. [8] Selon un premier aspect, l'invention concerne un procédé d'activation / désactivation de chauffage dans un système de réduction catalytique sélective, chauffé électriquement et implanté dans un véhicule à moteur thermique, comprenant la détermination d'une commande d'activation / désactivation de chauffage intégrant la prise 20 en compte d'une pluralité de conditions, la pluralité de conditions comprenant : - des conditions relatives à des variables internes du système SCR, lesdites variables internes incluant une température et un vieillissement du système SCR, - des conditions relatives à des variables atmosphériques, - des conditions relatives à des variables du moteur thermique, 25 - des conditions relatives à des variables du véhicule, et - des conditions relatives à des variables déterminant une position géographique du véhicule. [009] Selon une caractéristique particulière du procédé, les variables atmosphériques comprennent la température, la pression et l'hygrométrie de l'air extérieur. 3 [0010] Selon une autre caractéristique particulière, les variables du moteur thermique comprennent un régime, une consigne de couple et un débit de gaz d' échappement du moteur thermique. [0011] Selon encore une autre caractéristique particulière, les variables du véhicule 5 comprennent un état de charge d'une batterie électrique du véhicule et un niveau de remplissage d'un réservoir d'additif du véhicule. [0012] Selon encore une autre caractéristique particulière, les variables déterminant une position géographique du véhicule comprennent une position géographique de navigation et une vitesse de roulage du véhicule. [0013] Selon un autre aspect, l'invention concerne aussi un superviseur d'activation / désactivation de chauffage dans un système de réduction catalytique sélective, chauffé électriquement et implanté dans un véhicule à moteur thermique, comprenant des moyens pour la mise en oeuvre du procédé tel que décrit brièvement ci-dessus. [0014] Selon encore un autre aspect, l'invention concerne aussi une unité électronique 15 de commande comportant une mémoire stockant des instructions de programme pour la mise en oeuvre du procédé tel que décrit brièvement ci-dessus. [0015] L'invention concerne aussi un système de réduction catalytique sélective, chauffé électriquement et implanté dans un véhicule à moteur thermique, et un véhicule comprend un tel système de réduction catalytique sélective. 20 [0016] D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous de plusieurs modes de réalisation particuliers de l'invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la Fig.1 est un schéma simplifié d'un système de dépollution de gaz d'échappement incluant un système SCR et un superviseur selon l'invention 25 pour l'activation / désactivation du chauffage dans le système SCR; et la Fig.2 est un bloc-diagramme fonctionnel du superviseur selon l'invention montrant la loi de commande appliquée conformément au procédé de l'invention. 4 [0017] En référence à la Fig.1, le procédé selon l'invention pour la commande électrique d'activation / désactivation de chauffage du système SCR est mis en oeuvre dans un système de dépollution de gaz d'échappement 1 représenté ici de manière simplifiée. [0018] Le système de dépollution de gaz d'échappement 1 est destiné au post-traitement 5 des gaz d'échappement EG d'un moteur thermique de type Diesel dans un véhicule. [0019] Comme montré à la Fig.1, le système de dépollution de gaz d'échappement 1 comprend ici essentiellement un catalyseur d'oxydation 2, un dispositif compact 3, chauffé électriquement, de réduction catalytique sélective et de filtrage de particules de suies et un catalyseur de conversion d'ammoniac 4. Ces différents composants fonctionnels de 10 dépollution sont intégrés dans une ligne d'échappement de gaz LE à travers laquelle s'écoule les gaz d'échappement EG. Les sondes NOx et les différents autres capteurs classiques inclus dans la ligne d'échappement de gaz LE pour la commande du système de dépollution de gaz d'échappement 1 ne sont pas représentés. Une unité électronique de commande, référencée ECU, est également comprise dans le système de dépollution de gaz d'échappement 1 pour la commande de celui-ci. [0020] Le catalyseur d'oxydation 2 est typiquement un catalyseur d'oxydation de type DOC (pour « Diesel Oxydation Catalyst » en anglais) incorporant un accumulateur passif de NOx, dit PNA pour "Passive NOx Adsorber" en anglais, qui permet de capter les NOx. Le catalyseur de conversion d'ammoniac 4, dit ASC pour « Ammonia Slip Converter » en anglais, a pour fonction de réduire la quantité d'ammoniac rejetée par la ligne d'échappement LE. [0021] Selon les applications, le dispositif compact 3 pourra avoir différentes architectures. Deux architectures 3a et 3b sont représentées schématiquement à la Fig.1 à titre d'exemple. [0022] Les architectures 3a et 3b comprennent ici toutes deux, dans leur partie aval, un premier pain 30 de type SCR suivi d'un deuxième pain 31 de type dit « SDPF » pour « SCR on Diesel Particulate Filter » en anglais. Le deuxième pain 31 assure une double fonction de catalyseur SCR et de filtre à particules, en intégrant une couche catalytique SCR, dite « washcoat », sous une forme imprégnée dans un filtre à particules. [0023] Dans leur partie amont, les architectures 3a et 3b comprennent l'injecteur 31 qui introduit un additif dans la ligne d'échappement de gaz LE pour la réduction des NOx, tel 5 qu'une solution aqueuse d'urée connue sous la marque déposée AdBlue. Une boîte de mélange 32, placée en aval de l'injecteur 31, assure le mélange homogène de l'urée avec les gaz d'échappement. Dans l'architecture 3a, une résistance électrique de chauffe 33, placée avant l'injecteur 31, permet le chauffage des gaz d'échappement en amont de 5 celui-ci. Dans l'architecture 3a, il est prévu un autre pain SCR 34, de type dit « eSCR », qui est placé entre la boîte de mélange 32 et le premier pain SCR 30. Le pain SCR 34 est un catalyseur SCR intégrant une résistance électrique de chauffe. [0024] Le procédé selon l'invention est mis en oeuvre au moyen d'un superviseur 5 qui commande l'activation / désactivation du chauffage dans le système SCR. On notera que 10 le procédé et le superviseur selon l'invention sont conçus pour fonctionner notamment avec les deux types d'architecture 3a et 3b décrits plus haut. [0025] Le superviseur 5 est typiquement implémenté sous la forme d'un module logiciel qui est résidant dans une mémoire ME de l'unité électronique de commande ECU. Typiquement, l'unité ECU est l'unité de contrôle moteur qui a à charge la commande du 15 moteur thermique et de ses différents organes et accessoires fonctionnels. Le module logiciel superviseur 5 autorise la mise en oeuvre du procédé selon l'invention par l'exécution d'instructions de code de programme par un processeur de l'unité ECU. [0026] Comme montré à la Fig.1, le superviseur 5 gère le chauffage du système SCR au moyen d'un signal de commande d'activation/désactivation SAE. Le signal de commande 20 d'activation/désactivation SAE commande la commutation d'ouverture/fermeture d'un interrupteur de puissance 6. L'interrupteur de puissance 6 est typiquement un interrupteur électronique ou un contacteur électrique qui est relié à un réseau d'alimentation électrique du véhicule. Le système SCR est activé électriquement par la fermeture de l'interrupteur 2. L'interrupteur 2 applique alors une tension d'alimentation +V aux bornes de la résistance 25 électrique de chauffe du système SCR. L'alimentation électrique de la résistance électrique de chauffe provoque une montée en température rapide du système SCR jusqu'à atteindre la température optimale autorisant le traitement de réduction des NOx dans les gaz d'échappement EG. [0027] Le fonctionnement du superviseur 5 est maintenant décrit en détail ci-dessus en 30 référence plus particulièrement à la Fig.2. Le superviseur 5 détermine l'état logique du signal de commande d'activation/désactivation SAE au moyen d'une loi de commande qui vérifie différentes conditions CONDE, CONDA, CONDm, CONDv et CONDG prisent en compte dans la commande. Dans la suite de la description, on considère que les états 6 logiques « 0 » et « 1 » du signal SAE commandent respectivement l'ouverture et la fermeture de l'interrupteur de puissance 6, et donc, l'état inactif et l'état actif du chauffage du système SCR. Par défaut, et en condition initiale, le signal de commande d'activation/désactivation SAE est à l'état logique « O» et le chauffage du système SCR 5 est inactif. [0028] Les conditions CONDE sont des conditions relatives à des variables internes du système SCR, comprenant notamment la température TscR du pain SCR et le vieillissement AG du système SCR. L'efficacité du pain SCR est directement liée à la température TSCR de celui-ci. Cependant, la courbe de l'efficacité du pain SCR en fonction 10 de la température dépend du vieillissement du système SCR. Une cartographie CATE est prévue pour gérer simultanément la température TscR et le vieillissement AG qui sont fournis en entrée. Le vieillissement AG pourra être représenté par le facteur de vieillissement du système SCR habituellement utilisé par les unités de contrôle moteur pour leur stratégie de commande. La cartographie CATE délivre en sortie une autorisation 15 de chauffe AE qui est fonction de ces deux variables TSCR et AG. [0029] Les conditions CONDA sont des conditions relatives à des variables atmosphériques, comprenant notamment la température TA et la pression PA de l'air extérieur, ainsi que l'hygrométrie Hy. [0030] Dans le mode de réalisation particulier considéré ici, une cartographie CATA est 20 prévue pour gérer simultanément la température extérieure TA et la pression extérieure PA qui sont fournies en entrée. Une telle cartographie CATA permet de répondre aux exigences réglementaires dites RDE pour « Real Driving Emission » en anglais, relatives aux émissions de rejets polluants en condition de roulage du véhicule. La cartographie CATA fournit en sortie une autorisation de chauffe A1A qui est soit active, A1A = « 1 », soit 25 inactive, A1A = « 0 ». [0031] Ainsi à titre d'exemple illustratif, concernant la gestion de la variable TA avec la cartographie CATA, la chauffe du système SCR sera autorisée lorsque la température extérieure TA est supérieure à un seuil de température calibrable ST, par exemple, ST = - 35°C. Par contre, une température extérieure TA inférieure au seuil de température ST = - 30 35°C interdira la chauffe du système SCR, afin nota-riment d'éviter une décharge trop rapide de la batterie du véhicule. Toujours à titre d'exemple illustratif, concernant la gestion de la variable PA avec la cartographie CATA, la chauffe du système SCR sera 7 autorisée lorsque la pression extérieure PA est supérieure à un seuil de pression calibrable SP, par exemple, la pression à 3000 m, et interdite dans le cas contraire. [0032] L'hygrométrie Hy est gérée au moyen d'une comparaison avec un seuil d'hygrométrie calibrable SH. Un comparateur CPA reçoit en entrée l'information 5 d'hygrométrie Hy et le seuil d'hygrométrie SH et délivre en sortie une autorisation de chauffe A2A qui est active, A2A = « 1 » lorsque Hy SD, et inactive, A2m = « 0 » dans le cas DG = SD. [0037] Une fonction logique ET, ETm, est prévue pour vérifier la satisfaction des conditions CONDm sur les variables du moteur thermique. Les informations d'autorisation 30 de chauffe Al m et A2m sont fournies en entrée à la fonction logique ETm qui délivre en sortie une autorisation de chauffe Am = Al m.A2m , en termes booléens. 8 [0038] Les conditions CONDv sont des conditions relatives à des variables du véhicule, comprenant notamment l'état de charge SOC de la batterie et le niveau de remplissage NVAB du réservoir d'additif (AdBluee). [0039] L'état de charge SOC de la batterie doit être géré notamment pour des raisons 5 sécuritaires. Une réserve d'énergie électrique suffisante doit rester disponible dans la batterie pour les organes sécuritaires du véhicule. L'état de charge SOC est géré au moyen d'une comparaison avec un seuil d'état de charge calibrable SOCT afin de n'autoriser la chauffe du système SCR que si l'état de charge de la batterie est suffisant. Un comparateur CP1v reçoit en entrée l'état de charge SOC et le seuil d'état de charge 10 SOCT et délivre en sortie une autorisation de chauffe A1v qui est active, A1v = « 1 » lorsque SOC> SOCT, et inactive, A1v= « 0 » dans le cas contraire SOC 5 SOCT. [0040] Le niveau de remplissage NVAB du réservoir d'additif doit également être géré, car il n'est pas nécessaire d'activer la chauffe du système SCR si l'additif, nécessaire à la réduction des NOx, est épuisé. Le niveau de remplissage NVAB est géré au moyen d'une 15 comparaison avec un seuil de niveau calibrable SNV afin de n'autoriser la chauffe du système SCR que si le niveau de remplissage NVAB du réservoir d'additif est suffisant. Un comparateur CP2v reçoit en entrée le niveau de remplissage NVAB et le seuil de niveau SNV et délivre en sortie une autorisation de chauffe A2v qui est active, A2v = « 1 » lorsque NVAB > SNV, et inactive, A2v = « 0 » dans le cas contraire NVAB 5 SNV. 20 [0041] Une fonction logique ET, ETv, est prévue pour vérifier la satisfaction des conditions CONDv sur les variables du véhicule. Les informations d'autorisation de chauffe A1v et A2v sont fournies en entrée à la fonction logique ETv qui délivre en sortie une autorisation de chauffe Av = Al v.A2v , en termes booléens. [0042] Les conditions CONDG sont des conditions relatives à des variables déterminant 25 une position géographique du véhicule. Dans cet exemple, ces variables comprennent une position géographique de navigation PG du véhicule, indiquée par un système de navigation, par exemple, de type GPS, et la vitesse de roulage V de celui-ci. [0043] Le fonctionnement de la dépollution des NOx pourra varier entre les zones dites urbaines et les autres zones géographiques. De manière générale, la vitesse de roulage 30 du véhicule est inférieure dans les zones urbaines et cela conduit à une moindre température des gaz d'échappement qui impacte l'efficacité de la dépollution des NOx. Il sera nécessaire dans les zones urbaines d'améliorer l'efficacité de la dépollution des NOx 9 par la chauffe du système SCR. Dans ce mode de réalisation particulier, la détection d'un roulage en zone urbaine est obtenue grâce à la position géographique de navigation PG et à la vitesse de roulage V du véhicule. [0044] Un comparateur CP1 G reçoit en entrée la position géographique de navigation PG 5 du véhicule et une pluralité de positions géographiques de zones urbaines PGzu fournies par une cartographie C(PGzu) et délivre en sortie une autorisation de chauffe Al G qui est active, Al G = REVENDICATIONS1. Procédé d'activation / désactivation de chauffage dans un système de réduction catalytique sélective (3), dit SCR, chauffé électriquement et implanté dans un véhicule à moteur thermique, comprenant la détermination d'une commande d'activation / désactivation de chauffage (SAE) intégrant la prise en compte d'une pluralité de conditions, ladite pluralité de conditions comprenant : - des conditions (CONDE) relatives à des variables internes dudit système SCR, lesdites variables internes incluant une température (TsGR) et un vieillissement (AG) dudit système SCR, - des conditions (CONDA) relatives à des variables atmosphériques (TA, PA, HY), - des conditions (CONDm) relatives à des variables (RM, Cl, DG) dudit moteur thermique, des conditions (CONDv) relatives à des variables (SOC, NVAB) du véhicule, et des conditions (CONDG) relatives à des variables (PG, V) déterminant une position géographique du véhicule. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites variables atmosphériques comprennent la température (TA), la pression (PA) et l'hygrométrie (Hy) de l'air extérieur. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdites variables dudit moteur thermique comprennent un régime (RM), une consigne de couple (Cl) et un débit de gaz d' échappement (DG) dudit moteur thermique. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdites variables du véhicule comprennent un état de charge (SOC) d'une batterie électrique du véhicule et un niveau de remplissage (NVAB) d'un réservoir d'additif du véhicule. 12 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdites variables déterminant une position géographique du véhicule comprennent une position géographique de navigation (PG) et une vitesse de roulage (V) du véhicule. 5 6. Superviseur d'activation / désactivation de chauffage dans un système de réduction catalytique sélective, chauffé électriquement et implanté dans un véhicule à moteur thermique, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (ECU) pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 7. Unité électronique de commande (ECU) comportant une mémoire (MEM) stockant 10 des instructions de programme pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 8. Système de réduction catalytique sélective, chauffé électriquement et implanté dans un véhicule à moteur thermique, caractérisé en ce qu'il comprend un superviseur d'activation / désactivation de chauffage (5) selon la revendication 6. 15 9. Système de réduction catalytique sélective, chauffé électriquement et implanté dans un véhicule à moteur thermique, caractérisé en ce qu'il comprend une unité électronique de commande (ECU) selon la revendication 7. 10. Véhicule comprenant un système de réduction catalytique sélective selon la revendication 8 ou 9. 20