FR2984407A1 - METHOD FOR HEATING A TRANSFER MODULE OF AN SCR CATALYST SYSTEM - Google Patents
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Abstract
Procédé de chauffage d'un module de transfert (2) d'un système de catalyseur SCR consistant à : - déterminer au moins une valeur de température dans le système de catalyseur SCR, - surveiller la température T d'une première bobine électromagnétique d'une première pompe à piston de levée (22) du module de transfert (2), et - réguler la température T de la première bobine électromagnétique sur une valeur prédéfinie par une commande de modulation de largeur d'impulsion de la bobine électromagnétique pendant la phase de décongélation du système de catalyseur SCR.A method of heating a transfer module (2) of an SCR catalyst system comprising: - determining at least one temperature value in the SCR catalyst system; - monitoring the temperature T of a first electromagnetic coil of a first lift piston pump (22) of the transfer module (2), and - regulate the temperature T of the first electromagnetic coil to a preset value by a pulse width modulation control of the electromagnetic coil during the phase defrosting the SCR catalyst system.
Description
Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé de chauf- fage d'un module de transfert d'un système de catalyseur SCR ainsi qu'un programme d'ordinateur exécutant toutes les étapes du procédé lorsqu'il est appliqué par un calculateur ou un appareil de commande. L'invention se rapporte également à un produit-programme d'ordinateur avec un code-programme enregistré sur un support lisible par une machine pour la mise en oeuvre du procédé lorsque le programme est appliqué par un ordinateur ou un appareil de commande. Field of the Invention The present invention relates to a method of heating a transfer module of an SCR catalyst system as well as a computer program performing all the steps of the process when applied by a calculator or a control device. The invention also relates to a computer program product with a program code recorded on a machine readable medium for carrying out the method when the program is applied by a computer or a control apparatus.
Etat de la technique Pour répondre à une réglementation toujours relative aux plus stricte gaz d'échappement, il est nécessaire de diminuer la teneur en oxydes d'azote des gaz d'échappement émis par les moteurs thermiques en particulier les moteurs Diesel. Pour cela, il est connu d'ins- taller un catalyseur SCR assurant une réduction catalytique sélective dans la plage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne (moteur thermique) qui réduit en azote les oxydes d'azote (NOx) contenus dans les gaz d'échappement du moteur thermique en présence d'un agent réducteur. Cela permet de diminuer considérablement la teneur en oxydes d'azote des gaz d'échappement. Pour exécuter la réaction, il faut de l'ammoniac (NH3) que l'on mélange aux gaz d'échappement. L'agent réducteur, est l'ammoniac NH3 tel quel ou l'ammoniac NH3 qui se dégage. En général, on utilise pour cela une solution aqueuse d'urée (solution aqueuse d'urée : encore appelée solution HWK) injectée dans la conduite des gaz d'échappement en amont du catalyseur SCR. Cette solution dégage de l'ammoniac agissant comme agent réducteur. Une solution aqueuse d'urée à 32,5 `)/0 est diffusée dans le commerce sous la marque AdBlue® (marque déposée). La solution aqueuse d'urée gèle à une température de - 11°C. Pour une température ambiante basse, il peut de ce fait être né- cessaire de dégeler le système hydraulique d'un système de catalyseur SCR avant la mise en oeuvre. A cet effet, la solution d'agent réducteur du réservoir du système de catalyseur SCR est chauffée à l'aide d'un dispositif de chauffage installé dans le réservoir. Ce dispositif de chauf- fage dans l'enceinte du réservoir, chauffe la solution d'agent réducteur ainsi qu'un capteur déterminant le niveau de remplissage, le système de filtre et le point d'aspiration. La puissance de chauffage n'est toutefois pas suffisante pour décongeler tout le système hydraulique du catalyseur SCR. La pompe hydraulique encore appelé "module de transfert", doit de ce fait être chauffé séparément. Exposé et avantages de l'invention L'invention a pour objet un procédé de chauffage d'un module de transfert d'un système de catalyseur SCR consistant à : - déterminer au moins une valeur de température dans le système de catalyseur SCR, - surveiller la température d'une première bobine électromagnétique d'une première pompe à piston de levée du module de transfert, et - réguler la température de la première bobine électromagnétique sur une valeur prédéfinie par une commande de modulation de largeur d'impulsion de la bobine électromagnétique pendant la phase de dé- congélation du système de catalyseur SCR. L'expression "surveiller" selon l'invention, signifie une saisie continue. L'expression "phase de décongélation" selon l'invention, signifie l'état de fonctionnement du système de catalyseur SCR dans lequel on chauffe des éléments du système et à ce moment, il n'y a pas encore de transfert de la solution d'agent réducteur. La commande par modulation de largeur d'impulsion chauffe la première bobine électromagnétique. La chaleur ainsi dégagée dans la première pompe à piston linéaire suffit pour dégeler par con- duction thermique, la première pompe à piston linéaire, les canaux hy- drauliques du module de transfert et pour les maintenir décongelés à une température ambiante basse. La chaleur dégagée par la première bobine électromagnétique se développe par l'induit de la première pompe à piston et par la membrane de la pompe jusque dans la solu- tion d'agent réducteur. On peut également injecter des conducteurs thermiques dans le module de transfert pour conduire la chaleur directement dans les canaux. Le procédé selon l'invention évite ainsi une installation de chauffage supplémentaire dans la zone du système de canal hydraulique. STATE OF THE ART In order to meet ever stricter regulations on the strictest exhaust gas, it is necessary to reduce the nitrogen oxide content of the exhaust gases emitted by heat engines, in particular diesel engines. For this, it is known to install an SCR catalyst providing a selective catalytic reduction in the exhaust gas range of an internal combustion engine (heat engine) which reduces nitrogen oxides (NOx) to nitrogen. contained in the exhaust gas of the engine in the presence of a reducing agent. This considerably reduces the nitrogen oxide content of the exhaust gas. To carry out the reaction, ammonia (NH3) is required, which is mixed with the exhaust gas. The reducing agent is ammonia NH 3 as it is or ammonia NH 3 which is released. In general, it uses for this an aqueous solution of urea (aqueous solution of urea: also called HWK solution) injected into the exhaust gas line upstream of the SCR catalyst. This solution gives off ammonia acting as a reducing agent. An aqueous solution of 32.5% urea is commercially available under the trademark AdBlue®. The aqueous solution of urea freezes at a temperature of -11 ° C. For a low ambient temperature, it may therefore be necessary to thaw the hydraulic system of an SCR catalyst system before operation. For this purpose, the solution of reducing agent of the tank of the catalyst system SCR is heated by means of a heating device installed in the tank. This heating device in the tank enclosure heats the reducing agent solution and a sensor determining the filling level, the filter system and the suction point. However, the heating power is not sufficient to defrost the entire hydraulic system of the SCR catalyst. The hydraulic pump, also known as the "transfer module", must be heated separately. DESCRIPTION AND ADVANTAGES OF THE INVENTION The subject of the invention is a method for heating a transfer module of an SCR catalyst system, comprising: determining at least one temperature value in the SCR catalyst system; the temperature of a first electromagnetic coil of a first lift piston pump of the transfer module, and - regulating the temperature of the first electromagnetic coil to a preset value by a pulse width modulation control of the electromagnetic coil during the defrosting phase of the SCR catalyst system. The term "monitor" according to the invention means a continuous capture. The term "defrosting phase" according to the invention means the operating state of the SCR catalyst system in which system elements are heated and at this time there is still no transfer of the solution of the system. reducing agent. Pulse width modulation control heats the first electromagnetic coil. The heat thus released in the first linear piston pump is sufficient to thermally condense the first linear piston pump, the hydraulic channels of the transfer module and to keep them thawed at a low ambient temperature. The heat generated by the first electromagnetic coil develops through the armature of the first piston pump and the pump diaphragm into the reducing agent solution. Thermal conductors can also be injected into the transfer module to conduct heat directly into the channels. The method according to the invention thus avoids an additional heating installation in the area of the hydraulic channel system.
La surveillance de la température de la première bobine électromagnétique est assurée de préférence par un programme de l'appareil de commande. En particulier, pour la surveillance, on mesure la température de la solution d'agent réducteur, par exemple par l'inter- médiaire d'un capteur de température intégré dans le capteur de niveau de remplissage du réservoir d'agent réducteur qui saisit alors la température de la première bobine électromagnétique avant le début de la régulation de température, c'est-à-dire dans une situation dans laquelle il n'y a pas déjà d'échauffement de la bobine électromagnétique ainsi que la température ambiante, par exemple celle du véhicule équipé du sys- tème de catalyseur SCR. La température de la première bobine électromagnétique est surveillée et régulée pendant toute la phase de chauffage, ce qui garantit que la bobine électromagnétique soit à la température optimale de chauffage ; en d'autres termes, on assure ainsi que le système hydrau- lique ne reçoit pas trop de chaleur mais que la bobine ne chauffe pas trop car sinon le fil de la bobine pourrait fondre et le mécanisme de la pompe risquerait d'être endommagé. La température de la première bobine électromagnétique se surveille par la saisie du courant de pompe de la première pompe à piston linéaire. La température de la première bobine électromagnétique est par exemple régulée par une régulation linéaire ou une régulation dite en deux points. Dans le cas d'une régulation linéaire, par exemple, dès que l'on atteint la température prédéfinie de la bobine, la com- mande de modulation de largeur d'impulsion diminue la puissance dégagée dans la bobine et réduit directement l'apport de chaleur à la bobine. Dans le cas d'une régulation en deux points, on lance un fonctionnement alterné de la bobine électromagnétique selon lequel on ac- tive la commande par modulation de largeur d'impulsion jusqu'à atteindre une première température prédéfinie et ensuite on coupe jusqu'à ce que la température de la première bobine descende à une seconde température prédéfinie et ensuite on réactive. Cette régulation se poursuit jusqu'à ce que le système de catalyseur SCR soit décongelé, c'est-à-dire qu'il n'y a plus de solution d'agent réducteur, gelée, dans le réservoir d'agent réducteur et dans le module de transfert. Si le module de transfert du système de catalyseur SCR comporte une seconde pompe à piston linéaire pour réaspirer la solu- tion d'agent réducteur et si la saisie du courant ne concerne que la première pompe à piston linéaire, la température de la seconde bobine électromagnétique de cette seconde pompe à piston linéaire pourra être surveillée en déterminant la température de la seconde bobine électromagnétique à l'aide d'un modèle de calcul à partir de la température de la première bobine électromagnétique. Cela est possible car dans ce cas les deux pompes à piston linéaire sont installées à proximité l'une de l'autre. Si de cette manière, on surveille la température de la seconde bobine électromagnétique, on peut commander la température par modulation de largeur d'impulsion au cours de la phase de décongélation du système de catalyseur SCR. La seconde pompe à piston linéaire peut être mieux liée au système hydraulique que la première pompe à piston linéaire pour avoir un réchauffement particulièrement avantageux du système hydraulique. Dans le cas de très faibles débits des pompes à piston li- néaire, il peut arriver que l'apport de chaleur par la commande de la première bobine électromagnétique et le cas échéant de la seconde bobine électromagnétique en phase de dosage du système de catalyseur SCR ou la phase de pompage du module de transfert, ne soit pas suffisant pour dégeler le système hydraulique si la température ambiante est basse. Dans ce cas, selon l'invention, on régule la température de la première bobine électromagnétique et le cas échéant celle de la seconde bobine électromagnétique également pendant la phase de dosage par une commande à modulation de largeur d'impulsion régulée sur une valeur prédéfinie. Pour cela, pour augmenter la température de la bo- bine électromagnétique en mode de pompage, on allonge la durée d'ali- mentation de la bobine électromagnétique au-delà de la durée nécessaire à une course de pompe. L'énergie électrique de l'alimentation supplémentaire n'est de ce fait pas utilisée pour pomper, mais sert bien plus à fournir un apport de chaleur supplémentaire à la bobine élec- tromagnétique. Il est également possible d'atteindre une température de bobine électromagnétique plus élevée en mode de pompage en appliquant un courant de chauffage par une commande de modulation de largeur d'impulsion de la bobine électromagnétique. Ce courant de chauffage est choisi de préférence pour qu'il soit suffisant pour chauffer la bobine électromagnétique mais assez faible pour ne pas déclencher de phase de pompage supplémentaire. Le programme d'ordinateur selon l'invention applique toutes les étapes du procédé de l'invention lorsqu'il est exécuté par un calculateur. Cela permet d'implémenter le procédé selon l'invention dans le système de catalyseur SCR existant, sans avoir à effectuer des modifications de construction. Le produit-programme d'ordinateur avec un code-programme enregistré sur un support lisible par une machine, applique le procédé de l'invention lorsque le programme est exécuté par un ordinateur ou un appareil de commande. The temperature monitoring of the first electromagnetic coil is preferably provided by a program of the control apparatus. In particular, for monitoring, the temperature of the reducing agent solution is measured, for example by means of a temperature sensor integrated in the filling level sensor of the reducing agent reservoir which then captures the temperature of the first electromagnetic coil before the start of the temperature regulation, that is to say in a situation in which there is already no heating of the electromagnetic coil and the ambient temperature, for example that of the vehicle equipped with the SCR catalyst system. The temperature of the first electromagnetic coil is monitored and regulated throughout the heating phase, which ensures that the electromagnetic coil is at the optimum heating temperature; in other words, it ensures that the hydraulic system does not receive too much heat but that the coil does not overheat because otherwise the coil wire could melt and the pump mechanism could be damaged. The temperature of the first electromagnetic coil is monitored by entering the pump current of the first linear piston pump. The temperature of the first electromagnetic coil is for example regulated by a linear regulation or a so-called two-point regulation. In the case of linear control, for example, as soon as the preset temperature of the coil is reached, the pulse width modulation control reduces the power delivered in the coil and directly reduces the supply of heat to the coil. In the case of a two-point control, an alternating operation of the electromagnetic coil is started, in which the pulse width modulation control is activated until a first predetermined temperature is reached and then that the temperature of the first coil goes down to a second preset temperature and then reactivated. This control continues until the SCR catalyst system is thawed, i.e. there is no longer any solution of reducing agent, frozen, in the reducing agent reservoir and in the transfer module. If the transfer module of the SCR catalyst system comprises a second linear piston pump to suck up the reducing agent solution and if the current capture concerns only the first linear piston pump, the temperature of the second electromagnetic coil of this second linear piston pump can be monitored by determining the temperature of the second electromagnetic coil using a calculation model from the temperature of the first electromagnetic coil. This is possible because in this case the two linear piston pumps are installed close to each other. If in this way the temperature of the second electromagnetic coil is monitored, the temperature can be controlled by pulse width modulation during the defrosting phase of the SCR catalyst system. The second linear piston pump may be better connected to the hydraulic system than the first linear piston pump to have a particularly advantageous heating of the hydraulic system. In the case of very low flow rates of the linear piston pumps, it may happen that the heat input by the control of the first electromagnetic coil and if necessary of the second electromagnetic coil in the metering phase of the SCR catalyst system or the pumping phase of the transfer module, is not sufficient to thaw the hydraulic system if the ambient temperature is low. In this case, according to the invention, the temperature of the first electromagnetic coil and, if appropriate, that of the second electromagnetic coil is also regulated during the dosing phase by a pulse width modulation control regulated to a predefined value. For this purpose, to increase the temperature of the electromagnetic coil in pumping mode, the supply time of the electromagnetic coil is extended beyond the time required for a pump stroke. The electrical power of the supplemental power supply is therefore not used for pumping, but serves much more to provide additional heat input to the electromagnetic coil. It is also possible to achieve a higher electromagnetic coil temperature in pumping mode by applying a heating current by a pulse width modulation control of the electromagnetic coil. This heating current is preferably chosen so that it is sufficient to heat the electromagnetic coil but low enough not to trigger an additional pumping phase. The computer program according to the invention applies all the steps of the method of the invention when it is executed by a computer. This makes it possible to implement the process according to the invention in the existing SCR catalyst system, without having to make any construction modifications. The computer program product with a program code recorded on a machine readable medium applies the method of the invention when the program is executed by a computer or a control apparatus.
Dessin La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation du procédé de chauffage d'un module de transfert d'un système de catalyseur SCR représenté schématiquement dans le dessin annexé dans lequel : - la figure montre un système de catalyseur SCR dont le module de transfert est chauffé selon le procédé de l'invention. Description de modes de réalisation de l'invention La figure unique montre le système de dosage d'un cata- lyseur SCR comportant un réservoir 1 pour une solution aqueuse d'urée HWL, équipé d'un capteur de niveau et d'un capteur de température, d'un filtre et d'un dispositif de chauffage intégrés, d'un module de transfert 2 d'un module de dosage 3 et d'un appareil de commande 4. La solution aqueuse d'urée HWL est transférée à partir du réservoir 1 du module de transfert 2. La solution aqueuse d'urée traverse une sou- pape d'aspiration 21 pour être aspirée par la pompe à membrane à pis- ton linéaire 22. La pompe comporte une membrane 221 pour le transfert volumétrique de la solution aqueuse d'urée, un piston 222 dont le mouvement oscillant linéaire est transmis à la membrane 221, un électroaimant de levée 223 avec un induit (non représenté) qui sou- lève le piston 222 lorsqu'il est alimenté et un ressort de compression 224 qui rappelle le piston de levée 222 contre son siège lorsque l'électroaimant de levée 223 n'est plus alimenté. Lors du mouvement de pompage du piston de levée 222, la soupape d'aspiration s'ouvre et permet l'arrivée de la solution aqueuse d'urée dans la pompe à mem- brane à piston linéaire 22. Lorsque le piston de levée revient contre son siège, la soupape d'aspiration 21 se ferme et la solution aqueuse d'urée est refoulée par la pompe à membrane à piston linéaire 22 à travers une soupape de pression 23 qui sert en même temps à protéger la pompe à membrane à piston de levée 22. La solution est ensuite transférée à tra- vers un amortisseur de pulsations 24 pour passer du module de trans- fert 2 dans le module de dosage 3 qui assure son dosage dans la conduite des gaz d'échappement. Un module de réaspiration 25 du module de transfert 2, permet de réaspirer la solution aqueuse d'urée. Le module de réaspiration 25 comporte une soupape d'aspiration 251, une pompe de réaspiration 252 et une soupape de pression 253. La solution aqueuse d'urée sortant du module de réaspiration 25 arrive dans le réservoir 1 en passant par l'amortisseur de pression de congélation 26. Selon un mode de réalisation du procédé de l'invention, un programme d'ordinateur détermine dans l'appareil de commande 4 la température THWL de la solution aqueuse d'urée du réservoir 1, la température T22 de la bobine électromagnétique de la pompe à membrane 22 et la température ambiante Tu. La température T252 de la bobine électromagnétique de la pompe de réaspiration 252 est calculée selon un modèle de calcul à partir de la température T22 de la bobine électromagnétique de la pompe à membrane 22. Les températures T22 et T252 des deux bobines électromagnétiques sont surveillées et réglées au cours d'une phase complète de transfert du système de catalyseur SCR. Selon un mode de réalisation du procédé de l'invention, la régulation linéaire des deux températures T22 et T252 se fait par l'intermédiaire d'une fonction de régulation par exemple sur 110°C. Selon un autre dé- veloppement de l'invention, on a une régulation en deux points des deux températures des bobines électromagnétiques T22 et T252 en mode alterné ; le mode de chauffage est activé pour une température de bobine électromagnétique inférieure à 100°C et le mode de chauffage est coupé si cette température est supérieure à 120°C. Cette fonction de régulation est appliquée jusqu'à ce que le réservoir 1 et le module de transfert 2 soient dégivrés, c'est-à-dire qu'ils sont à une température supérieure à -11°C. Ces conditions résultent par exemple de la réglementation EPA (Agence de Protection de l'Environnement US).5 NOMENCLATURE 1 réservoir de solution aqueuse d'urée 2 module de transfert 3 module de dosage 4 appareil de commande 21 soupape d'aspiration 22 pompe à membrane à piston de levée 23 soupape de pression 24 amortisseur de pulsations 25 module de réaspiration 26 amortisseur de pression de congélation 221 membrane 222 piston de levée à mouvement linéaire oscillant 223 électroaimant de levée 224 ressort de compression 251 soupape d'aspiration 252 pompe de réaspiration 253 soupape de pression20 The present invention will be described in more detail below with the aid of exemplary embodiments of the heating method of a transfer module of an SCR catalyst system shown schematically in the accompanying drawing in which: Figure shows a catalyst system SCR whose transfer module is heated according to the method of the invention. DESCRIPTION OF EMBODIMENTS OF THE INVENTION The single figure shows the dosing system of a SCR catalyst comprising a tank 1 for an aqueous solution of urea HWL, equipped with a level sensor and a sensor. temperature, an integrated filter and heater, a transfer module 2 of a dosing module 3 and a control device 4. The aqueous solution of urea HWL is transferred from the Transfer tank 1 of the transfer module 2. The aqueous urea solution passes through a suction valve 21 to be sucked by the linear piston diaphragm pump 22. The pump comprises a diaphragm 221 for the volumetric transfer of the aqueous solution of urea, a piston 222 whose linear oscillatory movement is transmitted to the diaphragm 221, a lifting electromagnet 223 with an armature (not shown) which raises the piston 222 when energized and a compression spring 224 which recalls the lifting piston 22 2 against its seat when the lifting electromagnet 223 is no longer powered. During the pumping movement of the lift piston 222, the suction valve opens and allows the arrival of the aqueous urea solution in the linear piston diaphragm pump 22. When the lift piston returns against its seat, the suction valve 21 closes and the aqueous urea solution is discharged by the linear piston diaphragm pump 22 through a pressure valve 23 which serves at the same time to protect the piston diaphragm pump from Lift 22. The solution is then transferred through a pulsation damper 24 to pass from the transfer module 2 into the dosing module 3 which assures its dosing in the exhaust gas line. A rebreathing module 25 of the transfer module 2 makes it possible to re-aspirate the aqueous urea solution. The rebreathing module 25 comprises a suction valve 251, a rebreathing pump 252 and a pressure valve 253. The aqueous solution of urea exiting the rebreathing module 25 arrives in the tank 1 via the pressure damper According to one embodiment of the method of the invention, a computer program determines in the control unit 4 the temperature THWL of the aqueous solution of urea of the tank 1, the temperature T22 of the electromagnetic coil of the diaphragm pump 22 and the ambient temperature Tu. The temperature T252 of the electromagnetic coil of the rebreathing pump 252 is calculated according to a calculation model from the temperature T22 of the electromagnetic coil of the diaphragm pump 22. The temperatures T22 and T252 of the two electromagnetic coils are monitored and adjusted during a complete transfer phase of the SCR catalyst system. According to one embodiment of the method of the invention, the linear regulation of the two temperatures T22 and T252 is effected by means of a regulation function, for example over 110 ° C. According to another development of the invention, there is a two-point regulation of the two temperatures of the electromagnetic coils T22 and T252 in alternating mode; the heating mode is activated for an electromagnetic coil temperature below 100 ° C and the heating mode is switched off if this temperature is higher than 120 ° C. This regulation function is applied until the tank 1 and the transfer module 2 are de-iced, that is to say they are at a temperature above -11 ° C. These conditions result, for example, from the EPA (US Environmental Protection Agency) regulation .5 NOMENCLATURE 1 urea aqueous solution tank 2 transfer module 3 dosing module 4 control unit 21 suction valve 22 pump lifting piston diaphragm 23 pressure valve 24 pulsating damper 25 rebreathing module 26 freezing pressure damper 221 diaphragm 222 lift piston with linear oscillating movement 223 lifting electromagnet 224 compression spring 251 suction valve 252 rebreathing pump 253 pressure valve20
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