Brevet FR3081508A1 — publié le 20191129

Description Titre de l'invention : Procédé de gestion d'un catalyseur-accu- mulateur NOx Domaine de l'invention [0001] La présente invention se rapporte à un procédé de gestion d'un catalyseur-accu- mulateur(N0x). L'invention se rapporte également à un programme d'ordinateur, un support de mémoire lisible par une machine et un appareil de commande électronique pour la mise en oeuvre du procédé. Etat de la technique [0002] Les valeurs limites des émissions de matières polluantes devenant de plus en plus strictes, cela crée des exigences très élevées appliquées aux moteurs diesel actuels. Cela concerne en particulier les particules et les émissions d'oxydes d'azote (NOx). En même temps, les autorités et les clients demandent une réduction de plus en plus poussée de la consommation de carburant, c'est-à-dire de l'émission de dioxyde de carbone (CO2). Les catalyseurs-accumulateurs NOx encore appelés catalyseur NSK, NSC ou LNT constituent une gamme très étendue de catalyseurs utilisés pour réduire les oxydes d'azote des moteurs diesel. Le fonctionnement de principe d'un catalyseur NSC est d'accumuler les oxydes NOx en fonctionnement normal du moteur par une combustion supérieure aux conditions stoechiométriques à la surface du catalyseur-accumulateur NOx sous la forme de nitrates, par exemple de nitrates de baryum. A intervalles réguliers, le moteur fonctionne pendant quelques secondes en mode sous-stoechiométrique pour convertir les nitrates du catalyseur-accumulateur NOx en produits non nocifs. Cette opération est appelée "régénération" ou "régénération NSC". Comme les réactions nécessaires à la régénération du catalyseur-accumulateur d'oxydes NOx ne peut se dérouler qu'en l'absence d'oxygène à l'état moléculaire, la régénération NSC exige une combustion sous-stoechiométrique qui correspond en général à une détérioration du rendement de la combustion et ainsi à une augmentation de la consommation de carburant ou des émissions de CO2 par le véhicule. Le rendement d'accumulation d'un catalyseur-accumulateur NOx dépend en plus de la température instantanée du catalyseur également du débit massique de gaz d'échappement ou de la vitesse d'espace des gaz d'échappement, principalement du nombre "d'emplacements d'accumulation" libres c'est-à-dire du baryum à l'état atomique actuellement disponible. L'efficacité d'une régénération NSC, c'est-à-dire la quantité d'oxydes NOx convertie par rapport aux émissions de CO2 supplémentaires, nécessaires, dépend principalement du point de fonctionnement instantané du moteur, c'est-à-dire du régime (vitesse de rotation) du moteur et de la charge. La stratégie 2 consistant à demander des régénérations NSC correspond de façon générale à une combinaison complexe de conditions de libération, par exemple, les températures min / max pour les fluides et les composants ainsi que l'état de conduite. A côté du point de fonctionnement du moteur, de la vitesse de circulation, etc. on tient compte en général également de la température NSC instantanée et de la charge NSC. Les ingénieurs d'applications définissent habituellement à partir de quelles charges NSC on effectue une régénération. [0003] Exposé et avantages de l'invention [0004] La présente invention a ainsi pour objet un procédé de gestion d'un catalyseur-ac- cumulateur d'oxydes NOx caractérisé en ce qu'on modifie le procédé de gestion de la demande de régénération du catalyseur-accumulateur NOx en additionnant un décalage au traitement NSC effectif ou en retranchant du seuil de la charge NSC effective, une valeur prédéfinie pour la gestion de la demande de régénération du catalyseur-accumulateur NOx. [0005] En d'autres termes, le procédé assure la gestion d'un catalyseur-accumulateur NOx catalyseur-accumulateur d'oxydes d'azote NOx. [0006] Le procédé modifie ou adapte le procédé usuel pour la gestion de la demande de ré- génération du catalyseur-accumulateur NOx de sorte que, selon le procédé modifié ou adapté, on ajoute un décalage à la charge NSC effective. [0007] En variante, le procédé modifie ou adapte le procédé usuel pour la gestion de la demande de régénération du catalyseur-accumulateur NOx pour retrancher une valeur prédéfinie du seuil de la charge NSC effective pour laquelle la gestion demande une régénération du catalyseur-accumulateur NOx. Cette valeur prédéfinie est, de préférence, une valeur calculée par un régulateur. [0008] Deux variantes du procédé sont développées pour que l'effet technique soit identique. [0009] Selon une première variante, on ajoute le décalage, de préférence à la charge effective et on laisse constant le seuil maximum à partir duquel on régénère. Dans la seconde variante, on laisse, de préférence, la charge effective, constante, et on retranche une valeur prédéfinie du seuil. [0010] Ainsi, pour une valeur de la chargeNSC effective supérieure au seuil de la charge NSC effective la gestion de la requête demande la régénération du catalyseur-accumulateur NOx. Toutefois, la gestion de la demande peut également demander une régénération du catalyseur-accumulateur NOx pour des valeurs inférieures à celles du seuil. [0011] Le procédé de gestion de la demande d'une régénération NSC détermine le moment auquel la régénération NSC doit se faire. Cela peut se réaliser, par exemple, par une fonction qui renvoie une valeur booléenne en fonction du temps, indiquant si une régénération NSC s'effectue ou non. 3 [0012] Le procédé de gestion de la demande est réalisé de préférence sous la forme d'une commande ou d'une régulation. [0013] La somme de la valeur de la charge NSC effective et du décalage peut être appelée "charge NSC effective" car pour le procédé de gestion de la demande, on utilise une charge NSC plus élevée du catalyseur-accumulateur NOx que la charge effective. Ainsi, selon le procédé adaptatif, on demande des régénérations NSC déjà pour des états de charge NSC effectivement plus faibles que dans le procédé usuel. [0014] De façon avantageuse, le procédé améliore significativement la caractéristique d'émission du véhicule, c'est-à-dire que l'on respecte toujours les valeurs limites d'émission et on évite des émissions CO2 inutilement élevées. L'avantage du procédé consiste en outre à ce que le décalage peut prendre des valeurs différentes pour des situations différentes, de sorte que le décalage peut être appelé "fonction de décalage". [0015] Selon une forme de réalisation préférentielle, on détermine le décalage selon une courbe caractéristique. Cette solution a l'avantage d'enregistrer dans l'appareil de commande, uniquement des données et de ne pas avoir à effectuer de calculs pour déterminer le décalage. [0016] Selon une autre forme de réalisation préférentielle, le décalage est une valeur positive. Cette limitation permet avantageusement d'atteindre une valeur plus basse pour la charge NSC selon le procédé adaptatif. [0017] Selon une forme de réalisation préférentielle, la régénération du catalyseur-accu- mulateur NOx est demandée en fonction de la charge NSC, de la température NSC, du point de fonctionnement du moteur et/ou de l'état de conduite actuel. L'état de conduite ou de circulation actuel dépend entre autres de la vitesse actuelle de circulation. Ces valeurs de mesure sont utilisées dans le procédé pour la gestion de la demande. Ainsi, l'avantage de cette utilisation est que l'on peut appliquer un procédé standard, connu. [0018] Selon une forme de réalisation préférentielle, on calcule le décalage à l'aide d'une ré- gulation ou d'une commande. Dans le cas de la régulation, il s'agit de préférence d'une régulation P, PI, PID (régulation proportionnelle, régulation proportionnelle - intégrale, régulation proportionnelle, intégrale, différentielle) ou encore un concept de régulation par prédiction à l'aide d'un modèle. [0019] Comme la stratégie de régénération NSC est adaptée de façon dynamique par un décalage variable et même régulé à des conditions aux limites, variables, comme, par exemple, des situations de conduite, le style de conduite individuelle et/ou le niveau d'émission actuel, on peut avantageusement toujours respecter des valeurs limites d'émission et éviter des émissions inutilement élevées de CO2. L'utilisation du régulateur a l'avantage de se servir de procédés standardisés, connus. [0020] Selon une forme de réalisation préférentielle, on détermine le décalage à l'aide d'une 4 régulation et la grandeur guide de la régulation est la différence entre la valeur de consigne et la valeur réelle de l'émission massique de NOx. La grandeur guide de la régulation est le signal d'entrée de la régulation. [0021] Ainsi, à la fois la valeur réelle NOx et la valeur de consigne NOx se rapportent au tuyau de sortie de la conduite des gaz d'échappement. [0022] La valeur réelle NOx est la somme de l'émission NOx traversant la conduite de sortie et que l'on calcule de préférence en intégrant les valeurs de mesure d'un capteur NOx installé dans la conduite de sortie ou en intégrant des valeurs modélisées, appropriées. [0023] L'émission massique est donnée, en général, en milligrammes par kilomètre. [0024] Le régulateur est également ici, de préférence, un régulateur P, un régulateur PI ou un régulateur PID ou encore un concept de régulation prédictif par modèle. Cette solution a l'avantage d'utiliser un procédé standardisé connu. [0025] Cette forme de réalisation a également l'avantage d'utiliser un capteur NOx qui, de toute façon, équipe le système. [0026] Selon une autre forme de réalisation préférentielle, on détermine le décalage à l'aide d'une régulation et la grandeur guide de la régulation est un indicateur de dynamique de conduite. [0027] Pour déterminer l'indicateur de dynamique de conduite, on analyse un profil de conduite (ou profil de circulation) et en fonction de l'analyse du profil de conduite on fixe un procédé de régénération approprié et on l'applique pour régénérer le catalyseur-accumulateur NOx. L'indication de dynamique de conduite se calcule, de préférence, à partir des valeurs de mesure de la vitesse de circulation et/ou de la position de la pédale d'accélérateur et des dérivées. En variante ou en plus, on peut appliquer d'autres valeurs ou grandeurs de mesure du système pour calculer l'indicateur de dynamique de circulation. [0028] Cette caractéristique a l'avantage que la stratégie de régulation NSC dépend de ca- ractéristiques spécifiques au conducteur ou à l'état de la circulation. Il en résulte que l'on évite des émissions de CO2 inutilement élevées et on utilise plus efficacement les ressources disponibles. [0029] En outre, dans toutes les formes de réalisation, on détermine le décalage à l'aide d'une commande dont la grandeur-guide est le rendement de la conversion NOx du catalyseur SCR. [0030] Dans ces conditions, le rendement de conversion NOx peut également être appelé "ef- ficacité SCR". Le décalage est alors le signal de sortie de la commande utilisé comme signal d'entrée pour le rendement de conversion NOx actuel ou le rendement de conversion NOx filtré par un filtre passe-bas. Pour mesurer le rendement ou degré de conversion NOx, on utilise de préférence un capteur NOx usuel installé en amont du catalyseur SCR et un capteur NOx usuel installé en aval du catalyseur SCR. [0031] Cela permet de demander, par exemple, de façon renforcée, des régénérations NSC si l'efficacité du catalyseur SCR est faible, par exemple, à cause de températures SCR trop basses ou d'un niveau de remplissage NH3 trop faible dans le catalyseur SCR. Dans le cas d'un catalyseur SCR sans dosage actif de NH3, on peut augmenter de façon simple par ce procédé, le niveau de remplissage NH3 du catalyseur SCR car on forme NH3 dans le catalyseur pendant la régénération de ce catalyseur-accumulateur NOx si l'on régénère au-delà de la décharge complète. [0032] Cette forme de réalisation offre en outre une possibilité d'appliquer un procédé adapté à la gestion de la demande. Un autre avantage est que cette forme de réalisation du procédé ou de la régulation peut être combinée à d'autres régulations ou commandes décrites ce qui permet d'augmenter encore plus l'efficacité du procédé. [0033] Selon une autre forme de réalisation préférentielle, on détermine le décalage à l'aide d'une régulation et la grandeur guide de la régulation est la différence entre la valeur de consigne et la valeur réelle du rendement d'accumulation NSC moyen. [0034] Le rendement d'accumulation NSC moyen est de préférence obtenu par un filtrage passe-bas du rendement d'accumulation NSC modélisé et/ou mesuré. Le rendement d'accumulation NSC s'obtient de préférence à l'aide d'un capteur NOx usuel installé en amont du catalyseur SCR et d'un capteur NOx usuel installé en aval du catalyseur SCR. Cette régulation peut encore s'appeler "régulation par rendement". Elle assure la régulation du rendement NSC selon une valeur de consigne prédéfinie. [0035] Dans ce cas également le régulateur est de préférence un régulateur P, un régulateur PI, un régulateur PID ou un concept de régulation prédicatif par modèle. Cette solution a l'avantage d'appliquer un procédé standardisé connu. [0036] Cette forme de réalisation de la régulation du rendement offre une autre possibilité pour réaliser un procédé adaptatif pour la gestion de la demande. Un autre avantage est que cette forme de réalisation du procédé ou de la régulation peut être combinée à d'autres régulations ou commandes présentées dans la description ce qui permet d'augmenter encore plus le rendement ou l'efficacité du procédé. [0037] Selon une autre forme de réalisation préférentielle, on détermine le décalage à l'aide d'une commande dont la grandeur guide est un indicateur de l'efficacité de la régénération NSC. [0038] L'indicateur de l'efficacité des régénérations NSC est, de préférence, le quotient de la masse NOx déchargée pendant la régénération et la consommation de carburant liée à la combustion sous-stoechiométrique nécessaire à cet effet, par rapport à la combustion normale surstoechiométrique. [0039] Cette forme de réalisation de la régulation de rendement constitue une autre al- ternative possible pour réaliser un procédé adaptatif de la gestion de la demande. Un autre avantage est que cette forme de réalisation du procédé ou de régulation puisse 6 être combinée à d'autres régulations ou commandes présentées dans la description ce qui permet d'augmenter d'autant l'efficacité ou le rendement du procédé. [0040] Selon une forme de réalisation préférentielle, on limite le décalage par une limite haute prédéfinie et/ou une limite basse prédéfinie ce qui permet avantageusement de limiter le décalage à une plage que le procédé de gestion de la demande peut appliquer. De façon préférentielle, cette limitation dépend de la température du catalyseur-accumulateur NOx. A la fois la limitation et la dépendance de la température pour la limitation se calculent avantageusement à l'aide d'une courbe caractéristique. [0041] L'invention a également pour objet un programme d'ordinateur pour exécuter les étapes du procédé, notamment lorsque le programme est appliqué par un appareil de commande électronique ou un calculateur. Cela permet d'implémenter le procédé dans un appareil de commande usuel sans avoir à effectuer des modifications de construction. Le programme d'ordinateur est enregistré sur un support de mémoire lisible par une machine. L'exécution du programme d'ordinateur est exécutée par un appareil de commande électronique usuel appliquant ainsi le programme de gestion du catalyseur-accumulateur d'oxydes NOx. Présentation des dessins [0042] La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'exemples de réalisation d'un procédé de gestion d'un catalyseur-accumulateur d'oxydes NOx représenté dans les dessins annexés dans lesquels : [0043] [fig.1] est une représentation schématique d'un exemple de réalisation d'un système de post-traitement des gaz d'échappement selon l'état de la technique appliquant le procédé de gestion selon l'invention, [0044] [fig.21 montre un ordinogramme schématique d'un procédé de gestion d'un ca- talyseur-accumulateur NOx selon un exemple de réalisation de l'invention et, [0045] [fig.31 [0046] [fig.41 et [0047] [fig.51 montrent chacune un schéma par blocs d'un procédé de gestion d'un ca- talyseur-accumulateur NOx selon d'autres forme de réalisation de l'invention. [0048] Description du mode de réalisation de l'invention [0049] La figure 1 montre schématiquement une construction donnée à titre d'exemple d'un système de post-traitement des gaz d'échappement selon l'état de la technique appliquant le procédé de l'invention. La figure montre une conduite des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne non présenté et qui est traversé dans la direction de la flèche par les gaz d'échappement. Le système de post-traitement des gaz d'échappement comporte un catalyseur-accumulateur NOx (NSC) 10, un filtre à particules (cDPF) 20 et un catalyseur (SCR) 30. En amont du catalyseur SCR 30, il y a 7 un point de dosage 40 pour la solution d'agent réducteur (par exemple le liquide AdBlue CI) nécessaire. En amont et en aval du catalyseur NSC 10, on a respectivement une sonde lambda 11, 12. En amont et en aval du catalyseur SCR 30 on a respectivement un capteur NOx 31, 32. Le capteur NOx 31 qui est en amont du catalyseur SCR 30 peut être remplacé en option par une valeur calculée à partir d'un modèle. Le catalyseur SCR se présente, par exemple, sous la forme d'un revêtement SCR sur un filtre à particules diesel (SCR sur filtre = SCRF). [0050] La figure 2 montre le procédé 100 de gestion du catalyseur-accumulateur NOx 10. Le procédé 100 commence par l'étape 110 en ce que l'on applique un procédé usuel pour la gestion de la demande de régénération du catalyseur-accumulateur NOx en modifiant ce procédé par l'addition d'un décalage à une charge NSC effective. [0051] Comme on calcule le décalage à l'aide d'une régulation ou d'une commande, le procédé 100 se compose de plusieurs cas qui dépendent du procédé pratique exécuté. [0052] Après l'étape 110 on poursuit le procédé dans l'étape 120 dans laquelle on détermine le décalage à l'aide d'une régulation et comme grandeur guide de cette régulation, on utilise la différence entre une valeur de consigne et une valeur réelle de l'émission massique de NOx. [0053] En variante, à l'étape 120 on peut poursuivre le procédé par l'étape 130 selon laquelle on détermine le décalage à l'aide d'une régulation dont la grandeur-guide est un indicateur de dynamique de circulation. [0054] En variante, à l'étape 120 ou à l'étape 130, le procédé peut se poursuivre par l'étape 140 dans laquelle on détermine le décalage à l'aide d'une commande dont la grandeur guide (signal d'entrée) est le rendement de conversion NOx du catalyseur SCR. [0055] En variante, aux étapes 120, 130, 140, le procédé peut continuer par l'étape 150 selon laquelle on détermine le décalage à l'aide d'une régulation et la grandeur guide de la régulation est la différence entre la valeur de consigne et la valeur réelle d'un rendement d'accumulation NSC moyen. [0056] En variante aux étapes 120, 130, 140 ou 150, le procédé peut continuer par l'étape 160 selon laquelle on détermine le décalage à l'aide d'une commande dont la grandeur guide est un indicateur de l'efficacité (rendement) de régénération NSC. [0057] Dans toutes les étapes 120, 130, 140, 150, 160 on demande la régénération du ca- talyseur-accumulateur NOx en fonction de la charge NSC et de la température NSC. [0058] En outre, pour tous les procédés appliqués dans les étapes 120, 130, 140, 150, 160, on limite le décalage par une limite haute prédéfinie et une limite basse prédéfinie. [0059] La figure 3 montre le procédé 100 qui exécute la régulation selon l'étape 120. On applique un procédé usuel 90 pour la gestion de la demande de régénération du catalyseur-accumulateur NOx avec, comme grandeur d'entrée, la charge NSC 200, effective ; cette charge est habituellement indiquée en grammes ; on utilise également 8 d'autres grandeurs d'influence 210, tels que, par exemple, la température NSC, le point de fonctionnement du moteur ou l'état de circulation actuel. Selon le procédé usuel 90, le chemin de régulation, c'est-à-dire le catalyseur-accumulateur NOx 10 est régénéré lorsque les conditions du procédé usuel 90 sont remplies. Selon le procédé 100 on ajoute à la charge NSC effective 200, un décalage 102 calculé selon l'exemple de réalisation de la figure 3 par la régulation NOx dans la conduite de sortie 120. Le régulateur correspondant est le régulateur NSC-NOx 121 dont la grandeur d'entrée est la différence 122 entre la valeur de consigne de l'émission massique NOx 123 et la valeur réelle de l'émission massique NOx 124. [0060] La figure 4 montre le procédé 100 exécutant la régulation de l'étape 130. Comme à la figure 3, on applique le procédé usuel 90 pour la gestion de la demande de régénération du catalyseur-accumulateur NOx avec comme grandeur d'entrée, la charge NSC 200 effective ainsi que d'autres grandeurs d'influence 210, comme, par exemple, la température NSC. Selon le procédé usuel 90, on régénère le chemin de régulation, c'est-à-dire le catalyseur-accumulateur NOx 10 si les conditions du procédé usuel 90 sont remplies. Selon le procédé 100 on additionne à la charge NSC 200 effective, un décalage 102 calculé selon l'exemple de réalisation de la figure 4 par la régulation de l'indicateur de la dynamique de circulation 130. Le régulateur correspondant est le régulateur de dynamique de circulation NSC 131 dont la grandeur d'entrée est l'indicateur de dynamique de circulation 132 calculé à partir des valeurs de mesure de la vitesse de circulation et/ou de la position de la pédale d'accélérateur ainsi que des dérivées de ces grandeurs. [0061] La figure 5 montre un schéma par blocs d'un procédé 100 exécutant la régulation de l'étape 120. Le décalage 102 se calcule en calculant la différence entre la valeur réelle NOx 124 et la valeur de consigne NOx 123 à l'aide d'un soustracteur 125. Le résultat du soustracteur 125 et des paramètres faisant partie de la régulation de l'étape 120 sert de grandeur d'entrée à un régulateur P, 126. A l'aide de la caractéristique de décalage 127 et partant du signal de sortie du régulateur P, 126 on associe un décalage non limité 103. La limitation 170 du décalage non limité 103 donne le décalage 102. La limitation 170 se fait à l'aide d'une courbe caractéristique 171 dépendant de la température NSC 211. Le régulateur NSC-NOx 121 comprend le régulateur 126, la courbe caractéristique de décalage, la limitation 170 ainsi que la courbe caractéristique 171. 9 [Revendication 11 [Revendication 21 [Revendication 31 [Revendication 41 [Revendication 51 [Revendication 61 [Revendication 71 [Revendication 81