FR2988133A1 - Systeme de dosage d'un agent reducteur pour un dispositif de depollution des gaz d'echappement d'un moteur - Google Patents

Systeme de dosage d'un agent reducteur pour un dispositif de depollution des gaz d'echappement d'un moteur Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un système de dosage (10) d'un agent réducteur (12) pour un dispositif de dépollution (14) des gaz d'échappement d'un moteur à combustion, du type qui comporte un réservoir (16) pour le stockage de l'agent réducteur (12), un dispositif de dosage (32) de l'agent réducteur (12) qui présente une entrée reliée audit réservoir (16) et une sortie reliée au dispositif de dépollution (14), et qui est conçu pour injecter une quantité d'agent réducteur (12) prédéterminée dans le dispositif de dépollution (14), selon une consigne de dosage, une unité de calcul (38) qui coopère avec le dispositif de dosage (32) et qui détermine ladite consigne de dosage, caractérisé en ce que le système de dosage (10) comporte un dispositif de mesure (42) qui est relié au dispositif de dosage (32), pour mesurer la quantité d'agent réducteur (12) effectivement injectée par le dispositif de dosage (36), et qui coopère avec l'unité de calcul (38) afin de corriger la consigne de dosage, en fonction de la différence calculée entre la consigne de dosage et la quantité d'agent réducteur (12) mesurée.

Description

SYSTEME DE DOSAGE D'UN AGENT REDUCTEUR POUR UN DISPOSITIF DE DEPOLLUTION DES GAZ D'ECHAPPEMENT D'UN MOTEUR L'invention concerne un système de dosage d'un agent réducteur 5 pour un dispositif de dépollution des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. Les moteurs à combustion interne produisent et émettent dans les gaz d'échappement des substances polluantes toxiques, en particulier des oxydes d'azote ou NOx et des particules de suie. 10 Les normes antipollution applicables aux véhicules automobiles imposent aux constructeurs des quantités maximales de substances polluantes rejetées dans l'atmosphère qui doivent être de plus en plus faibles. C'est la raison pour laquelle la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne est généralement équipée par des moyens de dépollution. 15 Parmi les moyens de dépollution utilisés, on connait notamment un dispositif de dépollution qui comporte un catalyseur permettant une réduction catalytique sélective, aussi connu sous le sigle SCR pour "Selective Catalytic Reduction" en terminologie anglaise. Ce dispositif de dépollution est conçu pour éliminer les oxydes 20 d'azotes en les réduisant chimiquement au moyen d'un agent réducteur. A cet effet, on connait un système de dosage d'un agent réducteur qui comporte un réservoir pour le stockage de l'agent réducteur, et un dispositif de dosage de l'agent réducteur. L'agent réducteur est par exemple de l'ammoniac stocké dans le 25 réservoir à l'état solide sous forme de sel qui est chauffé pour passer à l'état gazeux. Le dispositif de dosage présente un conduit d'entrée relié au réservoir et un conduit de sortie relié au dispositif de dépollution SCR. Le dispositif de dosage est conçu pour injecter une quantité 30 d'ammoniac prédéterminée dans la ligne d'échappement, en amont du dispositif de dépollution SCR, selon une consigne de dosage déterminée par une unité de calcul. La consigne de dosage est notamment déterminée en fonction du taux d'oxyde d'azote mesuré dans les gaz d'échappement à la sortie du 35 dispositif de dépollution SCR.
Le dispositif de dosage comporte un moyen d'injection qui est apte à occuper un état ouvert dans le moyen d'injection et qui injecte de l'ammoniac en amont du dispositif de dépollution SCR. La quantité d'ammoniac injectée dépend directement de la durée 5 d'injection et du débit du moyen d'injection du dispositif de dosage. Ainsi, le moyen d'injection occupe son état ouvert pendant une durée déterminée, en fonction de la consigne de dosage calculée et du débit du moyen d'injection. Un inconvénient de ce type de dispositif de dosage est son manque 10 de précision dans le temps. En effet, le dispositif de dosage est conçu pour fonctionner toute la durée de vie du véhicule associé. Cependant, on observe une dispersion de la quantité d'ammoniac effectivement injectée par rapport à la consigne de dosage et donc par rapport 15 à la quantité de réducteur injectée souhaitée. Cette dispersion peut entraîner des dysfonctionnements du dispositif de dépollution SCR et du véhicule. Dans le cas d'une sous-injection d'ammoniac, le dispositif de dépollution SCR ne fonctionne pas de façon optimale et le conducteur du 20 véhicule est averti par un message signalant un problème de dépollution. A l'inverse, dans le cas d'une sur-injection d'ammoniac, le réservoir d'ammoniac risque d'être épuisé avant le pas de maintenance normalement prévu et la sur-injection d'ammoniac risque de causer une gêne olfactive au conducteur. 25 Pour pallier notamment ces inconvénients, l'invention propose un système de dosage d'un agent réducteur pour un dispositif de dépollution des gaz d'échappement d'un moteur à combustion, du type qui comporte : - un réservoir pour le stockage de l'agent réducteur, - un dispositif de dosage de l'agent réducteur qui présente une 30 entrée reliée audit réservoir par un conduit d'entrée et une sortie reliée au dispositif de dépollution par un conduit de sortie, et qui est conçu pour injecter une quantité d'agent réducteur prédéterminée dans le dispositif de dépollution, selon une consigne de dosage, - une unité de calcul qui coopère avec le dispositif de dosage et qui 35 détermine ladite consigne de dosage, caractérisé en ce que le système de dosage comporte un dispositif de mesure qui est relié au conduit de sortie du dispositif de dosage, pour mesurer la quantité d'agent réducteur effectivement injectée par le dispositif de dosage, et qui coopère avec l'unité de calcul afin de corriger la consigne de dosage, en fonction de la différence calculée entre la consigne de dosage et la quantité d'agent réducteur mesurée.
Cette caractéristique permet de calibrer le système de dosage tout au long de sa vie, de sorte que le dispositif de dosage injecte dans le dispositif de dépollution la quantité nécessaire et suffisante au bon fonctionnement du dispositif de dépollution. Selon une autre caractéristique, l'agent réducteur est de 10 l'ammoniac qui alimente le dispositif de dosage à l'état gazeux, et le dispositif de mesure comporte : - un flacon qui contient une solution permettant de dissoudre l'agent réducteur gazeux, - un conduit de mesure qui relie le dispositif de dosage au flacon, 15 pour alimenter le flacon en agent réducteur, - un moyen de mesure du potentiel hydrogène de la solution contenue dans le flacon, pour déterminer la quantité d'agent réducteur effectivement injectée par le dispositif de dosage dans le flacon. Un tel dispositif de mesure permet de mesurer en temps réel la 20 quantité d'agent réducteur injecté par le dispositif de dosage. De plus, la solution contenue dans le flacon pour dissoudre l'agent réducteur est de l'eau ou tout liquide permettant de dissoudre de l'ammoniac. L'eau présente l'avantage d'être peu onéreuse et disponible en quantité. 25 Selon une autre caractéristique, le dispositif de dosage comporte un moyen d'injection qui est apte à occuper un état ouvert dans lequel l'agent réducteur est injecté à travers le conduit de sortie associé, et un état fermé, le moyen d'injection coopérant avec un moyen de commande qui commande l'ouverture du moyen d'injection durant un temps d'ouverture déterminé pour 30 injecter une quantité d'agent réducteur dans le dispositif de dépollution correspondant à la consigne de dosage. De plus, le temps d'ouverture du moyen d'injection est déterminé au moins en fonction de la pression en amont du dispositif de dosage et de la pression en aval du dispositif de dosage. 35 Le moyen d'injection est une électrovanne.
De façon complémentaire, le système de dosage comporte une vanne trois voies qui est reliée au conduit de sortie du dispositif de dosage, au conduit de mesure et à un conduit de dépollution relié au dispositif de dépollution, la vanne est commandée de façon à occuper sélectivement un état de mesure dans lequel l'agent réducteur est injecté dans le dispositif de mesure, et un état de dépollution dans lequel l'agent réducteur est injecté dans le dispositif de dépollution. Selon une autre caractéristique, l'agent réducteur est stocké sous forme solide dans le réservoir de stockage, le réservoir de stockage 10 comportant des moyens de chauffage qui sont conçus pour amener l'agent réducteur à un état gazeux. De plus, le réservoir comporte de préférence au moins une cartouche principale réserve et une cartouche secondaire tampon qui est reliée à ladite cartouche principale, chaque cartouche étant équipée d'un moyen de 15 chauffage pour amener l'agent réducteur à un état gazeux, la cartouche secondaire présentant une contenance inférieure à la contenance de la cartouche principale afin de favoriser la montée en température de l'agent réducteur. L'invention concerne aussi un véhicule équipé d'un tel système de 20 dosage d'un agent réducteur, et le procédé de mise en oeuvre du système selon l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera à la figure unique annexée qui est un schéma simplifié illustrant 25 le système de dosage selon l'invention. On a représenté schématiquement sur la figure unique un système de dosage 10 d'un agent réducteur 12 pour un dispositif de dépollution 14 des gaz d'échappement d'un moteur à combustion (non représenté), comme un moteur d'un véhicule automobile (non représenté). 30 Le dispositif de dépollution 14 est du type dit SCR, qui comporte un catalyseur permettant une réduction catalytique sélective par injection de l'agent réducteur 12 dans le catalyseur. L'agent réducteur 12 est de l'ammoniac qui est stocké sous forme solide, ici sous forme de sel, dans un réservoir 16. 35 Le réservoir 16 est équipé d'une première cartouche principale 18a, d'une seconde cartouche principale 18b et d'une cartouche secondaire 20.
Les cartouches principales 18a, 18b sont agencées dans un caisson 22 qui est isolé thermiquement et qui est fixé sur la structure du véhicule associé. Chaque cartouche principale 18a, 18b et la cartouche secondaire 5 20, comporte un moyen de chauffage 24a, 24b, 26 respectivement, comme une résistance chauffante, qui est conçu pour faire monter en température l'agent réducteur 12 pour l'amener à un état gazeux. Les cartouches principales 18a, 18b sont au nombre de deux afin de diminuer le temps de montée en température de l'agent réducteur 12 et 10 pour augmenter la capacité de stockage en agent réducteur. La cartouche secondaire 20 est reliée aux deux cartouches principales 18a, 18b par un conduit d'alimentation 28 qui est équipé d'un clapet anti-retour 30. Le clapet anti-retour 30 est conçu pour permettre le passage de 15 l'agent réducteur 12 uniquement dans un sens, à savoir depuis les cartouches principales 18a, 18b, vers la cartouche secondaire 20. La cartouche secondaire 20 présente un volume inférieur au volume de chacune des cartouches principales 18a, 18b pour former une réserve tampon et pour alimenter le système de dosage 10 en agent réducteur 20 12 à l'état gazeux de façon rapide. En référence à la figure unique, le système de dosage 10 comporte un dispositif de dosage 32 de l'agent réducteur 12. Le dispositif de dosage 32 présente une entrée qui est reliée au conduit d'alimentation 28 du réservoir 16 par l'intermédiaire d'un conduit 25 d'entrée 34. De plus, le dispositif de dosage 32 présente une sortie qui est reliée au dispositif de dépollution 14 par un conduit de sortie 36, de façon à alimenter le dispositif de dépollution 14 en agent réducteur 12. Le dispositif de dosage 32 est conçu pour injecter une quantité 30 d'agent réducteur 12 prédéterminée dans le dispositif de dépollution 14, selon une consigne de dosage. De façon complémentaire, le système de dosage 10 comporte une unité de calcul 38 qui coopère avec le dispositif de dosage 32 et qui détermine ladite consigne de dosage. 35 La consigne de dosage est déterminée pour ajuster la quantité d'agent réducteur 12 en fonction du taux d'oxydes d'azote mesuré dans les gaz d'échappement à la sortie du dispositif de dépollution 14, au moyen d'une sonde (non représentée), par exemple. Le dispositif de dosage 32 comporte une électrovanne 40 formant moyen d'injection, qui est apte à occuper un état ouvert dans lequel l'agent 5 réducteur 12 est injecté à travers le conduit de sortie 36 associé, et un état fermé dans lequel le dispositif de dosage 32 est fermé. L'électrovanne 40 est apte à commander l'ouverture du dispositif de dosage 32 durant un temps déterminé, pour injecter une quantité d'agent réducteur 12 dans le dispositif de dépollution 32 qui correspond à la consigne 10 de dosage. L'ouverture de l'électrovanne 40 est commandée par un moyen de commande (non représenté) à un temps d'ouverture variable et une fréquence fixe qui varie en fonction du débit d'agent réducteur 12 souhaité. En effet, sur une période de temps donnée, par exemple 500 15 millisecondes, l'électrovanne 40 occupe son état ouvert durant un temps variable qui est compris entre 50 millisecondes et 500 millisecondes par exemple, selon le débit et la quantité d'agent réducteur 12 à injecter. De plus, la température de l'agent réducteur 12, la pression en amont de l'électrovanne 40 et la pression en aval de l'électrovanne sont prises 20 en compte pour déterminer le temps et la fréquence d'ouverture de l'électrovanne 40. Selon un autre aspect, le système de dosage 10 comporte un dispositif de mesure 42 qui est conçu pour mesurer la quantité d'agent réducteur 12 effectivement injectée par le dispositif de dosage 32 dans le 25 conduit de sortie 36. A cet effet, le dispositif de mesure 42 est équipé d'un flacon 44 hermétique qui est relié au conduit de sortie 36 du dispositif de dosage 32 par l'intermédiaire d'un conduit de mesure 46. Le conduit de mesure 46 est conçu pour alimenter le flacon 44 en 30 agent réducteur 12 gazeux. Le flacon 44 contient une solution 48 qui permet de dissoudre l'agent réducteur gazeux, la solution 48 étant ici de l'eau. A titre non limitatif, la solution peut être de l'acide borique ou toute autre solution apte à dissoudre l'agent réducteur. 35 De plus, le dispositif de mesure 42 comporte un moyen de mesure 50 du potentiel hydrogène, dit pH, de la solution 48 contenue dans le flacon 44, pour déterminer la quantité d'agent réducteur 12 effectivement injectée par le dispositif de dosage 32 dans le flacon 44. La dissolution de l'agent réducteur 12, ici de l'ammoniac, dans un fluide, ici de l'eau, forme des ions OH- selon la formule suivante : NH3+H20->NH4++OH- La formation des ions OH- conduit la solution 48 à passer d'un milieu neutre à un milieu basique. Plus la quantité d'agent réducteur 12 injectée dans la solution 48 est grande, plus le potentiel hydrogène est basique, de sorte que la mesure du potentiel hydrogène permet de mesurer la quantité d'agent réducteur 12 injectée dans le flacon 44, pour un volume de solution 48 déterminé, selon la loi suivante : M(NH3) = k x pH Avec : - m(NH3) pour la quantité d'ammoniac en gramme par mol ; - k une constante d'acidité ; - pH le potentiel hydrogène. Le dispositif de mesure 42 transmet la mesure de la quantité d'agent réducteur 12 à l'unité de calcul 38 qui corrige si besoin la consigne de 20 dosage. La nouvelle consigne de dosage est ensuite transmise au dispositif de dosage 32, grâce à quoi le dispositif de dosage 32 injecte une quantité d'agent réducteur 12 correspondant à la consigne. Le système de dosage 10 selon l'invention est conçu pour passer 25 sélectivement d'un mode dépollution dans lequel le dispositif de dosage 32 injecte l'agent réducteur 12 dans le dispositif de dépollution 14, à un mode calibrage dans lequel le dispositif de dosage 32 injecte l'agent réducteur 12 dans le dispositif de mesure 42. A cet effet, le système de dosage 10 comporte une vanne 52 trois 30 voies, dont une première voie est reliée au conduit de sortie 36 du dispositif de dosage 32, une deuxième voie est reliée au conduit de mesure 46 du dispositif de mesure 42, et une troisième voie est reliée à un conduit de dépollution 54 qui est lui-même relié au dispositif de dépollution 14. La vanne 52 est commandée de façon à occuper sélectivement un 35 état de mesure dans lequel l'agent réducteur 12 est injecté depuis le dispositif de dosage 32, jusqu'au flacon 44 du dispositif de mesure 42, et un état de dépollution dans lequel l'agent réducteur 12 est injecté depuis le dispositif de dosage 32, jusqu'au dispositif de dépollution 14. Le système est programmé pour passer dans le mode calibrage selon une fréquence prédéterminée, par exemple tous les 5000 kilomètres.
Lorsque le système de dosage 10 est en mode calibrage, la quantité d'agent réducteur 12 injectée par le dispositif de dosage 32 est mesurée par le dispositif de mesure 42 à différentes plages de fonctionnement du dispositif de dosage 32. La mesure de l'agent réducteur 12 est effectuée à différentes 10 plages de fonctionnement, par exemple à faible débit, à débit moyen et à haut débit. L'unité de calcul 38 calcule la différence entre la mesure effectuée par le dispositif de mesure 42 et la consigne de quantité d'agent réducteur 12 donnée au dispositif de dosage 32, pour chaque plage de fonctionnement. 15 La consigne est corrigée, ou calibrée, en fonction de cette différence. Toutefois, il est possible de déterminer une tolérance d'erreur de dosage pour laquelle la consigne n'est pas corrigée, par exemple de plus ou moins dix pour cent de différence entre la mesure effectuée et la consigne. 20 La solution 48 contenue dans le flacon 42 est remplacée régulièrement par une solution non souillée, ici de l'eau, à chaque intervention de maintenance par exemple. Dans ce but, il convient de remplacer le flacon 44 par un nouveau flacon 44. 25 De même, les cartouches principales 18a, 18b contenant l'agent réducteur 12 sont remplacées régulièrement par de nouvelles cartouches pleines, selon une périodicité déterminée en fonction de l'autonomie du système de dosage 10. Avantageusement, le système de dosage 10 est passé en mode 30 calibrage pendant des conditions de roulage favorables (par exemple en ville rapide/autoroute) par pas de 5000 km avec une tolérance maxi de 1000km). Le système de dosage 10 selon l'invention permet d'améliorer la précision de la quantité d'agent réducteur 12 injecté dans le dispositif de dépollution 14. 35 Cet avantage permet d'éviter les désagréments olfactifs dus à une sur-injection d'agent réducteur 12.
De plus, une amélioration de la précision d'injection permet d'éviter le changement anticipé des cartouches principales 18a, 18b d'agent réducteur 12 avant le pas de maintenance prévu, dû à une sur-injection d'agent réducteur 12.
De même, maîtriser précisément la quantité d'agent réducteur 12 injecté permet de réduire la marge de tolérance d'erreur de la quantité d'agent réducteur 12 afin de diminuer la quantité d'agent réducteur 12 embarquée dans le véhicule.10

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Système de dosage (10) d'un agent réducteur (12) pour un 5 dispositif de dépollution (14) des gaz d'échappement d'un moteur à combustion, du type qui comporte : - un réservoir (16) pour le stockage de l'agent réducteur (12), - un dispositif de dosage (32) de l'agent réducteur (12) qui présente une entrée reliée audit réservoir (16) par un conduit d'entrée (34) et une sortie 10 reliée au dispositif de dépollution (14) par un conduit de sortie (36), et qui est conçu pour injecter une quantité d'agent réducteur (12) prédéterminée dans le dispositif de dépollution (14), selon une consigne de dosage, - une unité de calcul (38) qui coopère avec le dispositif de dosage (32) et qui détermine ladite consigne de dosage, caractérisé en ce que le 15 système de dosage (10) comporte un dispositif de mesure (42) qui est relié au conduit de sortie (36) du dispositif de dosage (32), pour mesurer la quantité d'agent réducteur (12) effectivement injectée par le dispositif de dosage (36), et qui coopère avec l'unité de calcul (38) afin de corriger la consigne de dosage, en fonction de la différence calculée entre la consigne de dosage et la quantité 20 d'agent réducteur (12) mesurée.
  2. 2. Système de dosage (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'agent réducteur (12) est de l'ammoniac qui alimente le dispositif de dosage (32) à l'état gazeux, et en ce que le dispositif de mesure (42) comporte : 25 - un flacon (44) qui contient une solution (48) permettant de dissoudre l'agent réducteur (12) gazeux, - un conduit de mesure (46) qui relie le dispositif de dosage (32) au flacon (44), pour alimenter le flacon (44) en agent réducteur (12), - un moyen de mesure (50) du potentiel hydrogène de la solution 30 (48) contenue dans le flacon (44), pour déterminer la quantité d'agent réducteur (12) effectivement injectée par le dispositif de dosage (32) dans le flacon (44).
  3. 3. Système de dosage (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la solution (48) contenue dans le flacon (44) pour 35 dissoudre l'agent réducteur (12) est de l'eau.
  4. 4. Système de dosage (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de dosage (32) comporte un moyen d'injection (40) qui est apte à occuper un état ouvert dans lequel l'agent réducteur (12) est injecté à travers le conduit de sortie associé, et un état fermé, le moyen d'injection (40) coopérant avec un moyen de commande qui commande l'ouverture du moyen d'injection (40) durant un temps d'ouverture déterminé pour injecter une quantité d'agent réducteur (12) dans le dispositif de dépollution (14) correspondant à la consigne de dosage.
  5. 5. Système de dosage (10) selon la revendication 4, caractérisé en 10 ce que le temps d'ouverture du moyen d'injection (40) est déterminé au moins en fonction de la pression en amont du dispositif de dosage (32) et de la pression en aval du dispositif de dosage (32).
  6. 6. Système de dosage (10) selon les revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le moyen d'injection (40) est une électrovanne. 15
  7. 7. Système de dosage (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une vanne (52) trois voies qui est reliée au conduit de sortie (36) du dispositif de dosage (32), au conduit de mesure (46) et à un conduit de dépollution (54) relié au dispositif de dépollution (14), et en ce que la vanne (52) est commandée de façon à occuper 20 sélectivement un état de mesure dans lequel l'agent réducteur (12) est injecté dans le dispositif de mesure (42), et un état de dépollution dans lequel l'agent réducteur (12) est injecté dans le dispositif de dépollution (14).
  8. 8. Système de dosage (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'agent réducteur (12) est stocké sous 25 forme solide dans le réservoir (16) de stockage, le réservoir (16) de stockage comportant des moyens de chauffage (24a, 24b, 26) qui sont conçus pour amener l'agent réducteur (12) à un état gazeux.
  9. 9. Système de dosage (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réservoir (16) comporte au moins une 30 cartouche principale (18a, 18b) réserve et une cartouche secondaire (20) tampon qui est reliée à ladite cartouche principale, chaque cartouche étant équipée d'un moyen de chauffage (24a, 24b, 26) pour amener l'agent réducteur (12) à un état gazeux, la cartouche secondaire (20) présentant une contenance inférieure à la contenance de la cartouche principale (24a, 24b) 35 afin de favoriser la montée en température de l'agent réducteur (12).
  10. 10. Véhicule équipé d'un système de dosage (10) d'un agent réducteur (12) selon l'une des revendications précédentes.
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