Brevet FR2755726A1 — publié le 19980515

L'invention concerne un procédé et un disposi- tif pour l'addition dosée, pouvant être commandée, d'un agent de réduction ou réducteur d'oxyde d'azote au gaz d'échappement d'un système de combustion. Des procédés et des dispositifs de ce type sont habituels par exemple pour des systèmes à moteurs Diesel, en particulier de véhicules automobiles, auquel cas l'ad- dition dosée du réducteur d'oxyde d'azote s'effectue, d'une manière pouvant être commandée, en fonction de pa- ramètres caractéristiques du processus de combustion. A titre représentatif, on peut citer, pour de tels procédés et dispositifs connus, les demandes de brevets allemands soumises à l'Inspection Publique DE 43 15 278 Al, DE 42 27 741 A1, DE 37 21 572 Ai et DE 36 15 021 Ai. Le réducteur est typiquement maintenu en réserve sous la forme d'un liquide dans un réservoir ou est prélevé à l'état gazeux d'un accumulateur ou réservoir à pression. Le problème technique à la base de l'invention est de fournir un procédé et un dispositif, du type men- tionné au début, avec lesquels le fonctionnement du sys- tème, pour ce qui concerne l'addition dosée du réducteur d'oxyde d'azote, puisse être surveillé. Conformément à l'invention, on obtient ce ré- sultat par la mise à disposition d'un procédé pour l'ad- dition dosée, pouvant être commandée, d'un réducteur d'oxyde d'azote au gaz d'échappement d'un système de com- bustion, qui est caractérisé en ce que l'on détecte la quantité de réducteur prélevée d'un réservoir de réduc- teur et on la compare à la quantité de réducteur à addi- tonner de façon dosée, déterminée par une unité de com- mande, les quantités se présentant sous la forme de va- leurs instantanées ou de valeurs intégrées au cours d'un laps de temps pouvant être préfixé, et on produit une signalisation de défaut au cas o la comparaison révèle une déviation. Un dispositif selon l'invention pour l'addition dosée, pouvant être commandée, d'un réducteur d'oxyde d'azote au gaz d'échappement d'un système de combustion, notamment pour la mise en oeuvre du procédé cidessus, comprend un réservoir de réducteur et une unité de com- mande pour déterminer la quantité de réducteur à addi- tionner de façon dosée et est caractérisé par des moyens de surveillance pour surveiller l'addition dosée de ré- ducteur d'oxyde d'azote par la détection de la quantité de réducteur prélevée du réservoir de réducteur, la com- paraison de cette quantité avec la quantité de réducteur à additionner de façon dosée, déterminée par l'unité de commande, les quantités se présentant sous la forme de valeurs instantanées ou de valeurs intégrées au cours d'un laps de temps pouvant être préfixé, et la production d'une signalisation de défaut au cas o une déviation est constatée. Avec ce procéde et ce dispositif, la quantité de réducteur prélevée, à l'état liquide ou gazeux, d'un réservoir de réducteur, est détectée par un système de détection approprié et comparée avec la quantité de ré- ducteur à additionner de façon dosée, déterminée par une unité de commande, laquelle commande un dispositif de ré- glage coordonné en vue du prélèvement au réservoir de ré- ducteur de la quantité déterminée à additionner. Pour la comparaison, les quantités se présentent sous la forme de valeurs instantanées ou de valeurs intégrées au cours d'un laps de temps pouvant être préfixé de la quantité prélevée et de la quantité à additionner. Si une dévia- tion est constatée, par exemple par le dépassement d'un seuil préfixé ou par la diminution au-dessous d'un seuil préfixé, une signalisation de défaut correspondante est produite. Selon l'invention, des dysfonctionnements dans l'addition dosée de réducteur d'oxyde d'azote au gaz d'échappement peuvent ainsi être décelés, dysfonctionnements qui sont dus par exemple à une fuite du réservoir de réducteur ou à des organes de réglage défectueux. Selon un perfectionnement du procédé, la quan- tité de réducteur prélevée est détectée par le moyen d'une mesure de débit ou par le moyen d'une mesure de ni- veau corrigée des mouvements du liquide. Lors d'une telle mesure de niveau dans un réservoir rempli de réducteur liquide, la correction, pour tenir compte des mouvements du liquide, a pour but de corriger des fluctuations dues aux mouvements du niveau de liquide, comme celles se pro- duisant par exemple sur des véhicules automobiles pendant la marche. Une telle correction peut s'effectuer par exemple par la détection de la direction et de la vitesse du liquide se déplaçant dans le réservoir et par leur prise en compte dans l'exploitation du signal de sortie du capteur de niveau. Un dispositif perfectionné pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention est caractérisé en ce que les moyens de surveillance comportent un débitmètre dans une conduite d'addition dosée ou un système de dé- tection de niveau à correction pour tenir compte des mou- vements du liquide, en vue de la détection du niveau d'un réducteur d'oxyde d'azote maintenu en réserve sous forme liquide dans le réservoir de réducteur. Un développement d'un tel dispositif prévoit, comme réservoir de réducteur, un réservoir pourvu de brise-lames minimisant les mouvements du liquide et/ou dans la zone médiane duquel est installé le capteur du système de détection de niveau. Selon un autre développement du dispositif, les moyens de surveillance comportent une unité exploitant le signal de mesure de débit ou de niveau et un étage compa- rateur prévu à sa suite, lesquels sont intégrés de façon économique et peu encombrante, ensemble avec l'unité de commande pour l'addition dosée de réducteur, dans un ap- pareil de commande commun. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de réalisation préféré, mais nul- lement limitatif, de l'invention, ainsi que de la figure unique du dessin annexé, qui est une représentation fonc- tionnelle schématique d'un dispositif pour l'addition do- sée commandée de réducteur d'oxyde d'azote au gaz d'échappement d'un système à moteur Diesel. Le système représenté comporte un moteur Diesel 1, monté dans un véhicule automobile par exemple, dont le gaz d'échappement, provenant de la combustion, est évacué par une canalisation d'échappement 2 dans laquelle se trouve un pot catalytique 3. Ce dernier peut être formé par ce qu'on appelle un catalyseur DENOX. Afin de réduire les émissions d'oxyde d'azote, on introduit par une conduite d'addition dosée 4 un réducteur d'oxyde d'azote, par exemple une solution aqueuse d'urée, dans la canalisation d'échappement 2 en amont du pot catalytique 3. Suivant la conception de ce pot, l'oxyde d'azote contenu dans le gaz d'échappement est réduit de manière classique par le réducteur addi- tionné de façon dosée, par voie catalytique ou non-cata- lytique. Dans le présent exemple, le réducteur d'oxyde d'azote est maintenu en réserve sous forme liquide dans un réservoir 5. L'addition dosée de ce réducteur au gaz d'échappement du moteur s'effectue de façon commandée en fonction des paramètres de service du moteur et du cata- lyseur caractérisant l'état de fonctionnement du moteur et du pot catalytique 3 respectivement. Dans ce but, les dispositif d'addition dosée de réducteur comporte une unité de commande 15 pour l'addition dosée, unité à la- quelle les paramètres du moteur sont envoyés par une première ligne d'entrée 16 et les paramètres du cata- lyseur par une seconde ligne d'entrée 7 et qui, en fonction des paramètres de service qui lui sont ainsi en- voyés du moteur et du catalyseur, détermine, d'après des caractéristiques enregistrées, la quantité de réducteur correspondante à additionner chaque fois. En conformité avec la quantité de réducteur à additionner, ainsi déter- minée, l'unité 15 commande, par une ligne de sortie 8 transmettant un signal de réglage, une unité de dosage 9 installée dans la conduite d'addition dosée 4 et com- portant au moins une soupape et/ou une pompe de dosage. Si le fonctionnement est sans défaut, l'unité de commande détermine la quantité de réducteur optimale à addi- tionner dans la situation donnée et règle l'unité de do- sage 9 de manière que cette dernière assure l'introduc- tion dans la canalisation d'échappement 2 d'exactement la quantité à additionner qui vient d'être déterminée, l'in- troduction s'effectuant par exemple par des buses de pul- vérisation à la fin de la conduite d'addition 4. Le dispositif montré comportera typiquement des moyens supplémentaires pour surveiller l'addition dosée du réducteur d'oxyde d'azote au gaz d'échappement du mo- teur. Ces moyens de surveillance comportent un système de détection de niveau dont font partie un capteur 6 plon- geant dans le réservoir 5 et une unité d'exploitation 10 prévue à la suite de ce capteur et exploitant le signal de sortie de celui-ci. L'unité d'exploitation 10 et le capteur 6, lequel est accordé à cette unité, sont conçus pour que le système de détection de niveau formé par eux délivre une information de niveau corrigée des mouvements du liquide, ce qui veut dire que le système corrige les fluctuations de courte durée du niveau de réducteur qui sont la conséquence de mouvements du liquide dans le ré- servoir 5, comme ceux se produisant par exemple au cours d'une phase de marche d'un véhicule automobile. Diffé- rentes alternatives sont envisageables à cet effet. Une méthode simple consiste à faire en sorte que l'unité d'exploitation 10 tienne seulement compte du signal de mesure fourni par le capteur de niveau 6 lorsque le véhi- cule est à l'arrêt. Dans ce but, une information relative à la vitesse instantanée du véhicule, qui est disponible de toute façon dans les électroniques modernes pour véhi- cules et provient par exemple d'un système de capteurs pour les vitesses de rotation des roues, est envoyée de manière appropriée à l'unité d'exploitation 10. Une autre possibilité consiste à empêcher des mesures erronées dues à des fluctuations du niveau de liquide dans le réservoir , provoqués par des mouvements, par la détection e--a direction et de la vitesse de ces mouvements du liquide et par la correction correspondante de l'information de mesure reçue du capteur 6. Comme dispositions supplémen- taires avantageuses pour éviter ou diminuer de telles me- sures erronées du niveau de liquide, on peut envisager en outre la formation de brise-lames à l'intérieur du réser- voir 5 afin de réduire à un minimum les mouvements du li- quide dans celui-ci et/ou la disposition du capteur 6 dans la zone médiane du réservoir 5. Cette dernière me- sure maintient minimale l'influence sur le capteur 6 de fluctuations du niveau - produites en raison de mouve- ments du liquide dans le réservoir 5 - en comparaison avec d'autres emplacements du capteur. L'information de niveau, corrigée des mouve- ments du liquide, est convertie par l'unité d'exploita- tion 10, d'après une caractéristique convenablement enre- gistrée, en une information coordonnée relative à la quantité de réducteur prélevée, c'est-à-dire à la quan- tité sortie du réservoir 5. Un comparateur 11, prévu comme composant supplémentaire des moyens de surveil- lance, compare cette information concernant la quantité de réducteur prélevée, information qui lui est envoyée par l'unité d'exploitation 10, par formation de la diffé- rence avec l'information qui lui est transmise par l'unité de commande 15 et se rapporte à la quantité de réducteur à additionner déterminée par cette unité. Le signal de différence fourni par le comparateur 11 est envoyé par une première ligne d'entrée 12 à un étage à seuils 13 prévu à la suite et à laquelle un seuil pouvant être préfixé est envoyé par une seconde ligne d'entrée 14. Lorsque la différence calculée par le comparateur 11 entre la quantité de réducteur sortie du réservoir 5 et la quantité de réducteur à additionner, déterminée par l'unité de commande 15 pour l'addition do- sée, dépasse quantitativement le seuil positif préfixé, l'étage 13 provoque l'allumage d'un voyant lumineux 17 - qui est habituellement éteint - afin de produire ainsi une signalisation de défaut. Dans l'exemple illustré, l'unité de commande 15 pour l'addition dosée, l'unité d'exploitation 10, le com- parateur 11 et l'étage à seuils 13 des moyens de surveil- lance sont intégrés dans un appareil de commande 18 com- mun qui peut lui-même faire partie d'un appareil de com- mande du moteur ou d'un autre appareil de commande du vé- hicule. Par la comparaison de la quantité de réducteur sortie du réservoir 5 et la quantité de réducteur à addi- tionner déterminée par l'unité de commande 15, les moyens de surveillance permettent un contrôle permanent du fonc- tionnement irréprochable des composants du dispositif d'addition dosée de réducteur d'oxyde d'azote. C'est ainsi que, par exemple, des fuites du réservoir 5 ou de la conduite d'addition dosée 4, de même que des dysfonc- tionnements de l'unité de dosage 9, peuvent être déce és de façon fiable. Suivant la conception du système, la surveillance peut s'effectuer par celle de valeurs ins- tantanées relevées de façon continue ou à des intervalles de temps prédéterminés, ou par la surveillance de valeurs intégrées au cours d'un laps de temps pouvant être pré- fixé de la quantité de réducteur prélevée et de la quan- tité de reducteur à additionner. Dans le cas de la mesure de niveau décrite ici à titre d'exemple, avec formation de la différence entre la quantité prélevée et la quantité à additionner, la méthode d'intégration est généralement avantageuse pour obtenir la précision de mesure souhaitée; selon cette méthode, la quantité de réducteur prélevée est déterminée d'après les niveaux à la fin et au début de l'intervalle de temps de mesure concerné, tandis que la quantité de réducteur à additionner coordonnée à ce laps de tempsf est calculée par une intégration, par rapport au temps, de la quantité instantanée à addition- ner, déterminée de façon continue pendant l'intervalle de temps de mesure par l'unité de commande 15 pour l'addi- tion dosée. Il ressort de ce qui vient d'être indiqué que cette variante de surveillance à intégration est relati- vement insensible à l'égard d'influences perturbatrices de courte durée. La description qui précède d'un exemple de réa- lisation avantageux montre que l'invention permet la sur- veillance fiable, sur l'éventuelle survenue de perturba- tions dans le fonctionnement, d'un dispositif pour l'ad- dition dosée de réducteur d'oxyde d'azote dans le gaz d'échappement d'un système de combustion. Il est évident que l'invention est non seulement applicable à des mo- teurs Diesel de véhicules automobiles, mais aussi à tout autre type de systèmes de combustion disposant d'un dis- positif pour l'addition dosée commandée d'un réducteur d'oxyde d'azote au gaz d'échappement ou à l'effluent ga- zeux d'un processus de combustion. Les moyens de surveil- lance, à prévoir dans ce but, peuvent comporter, à la place du système de détection de niveau montré, un débit- mètre monté dans la conduite d'addition dosée, de préfé- rence aussi près que possible de la sortie du réservoir de réducteur associé. Un tel débitmètre convient en par- ticulier aussi à des systèmes dans lesquels le réducteur sort à l'état gazeux du réservoir de réducteur, lequel sera alors réalisé par exemple comme un réservoir ou un accumulateur à pression. Pour de telles variantes de sys- tèmes avec mesure du débit à la place d'une mesure de niveau, on peut également mettre de nouveau en oeuvre les deux variantes précédemments décrites d'une détection/exploitation instantanée ou alors intégrée dans le temps des informations relatives à la quantité de réducteur prélevée et à la quantité de réducteur à additionner de façon dosée. REVENDICATIONS 1. Procédé pour l'addition dosée, pouvant être commandée, d'un réducteur d'oxyde d'azote au gaz d'échap- pement d'un système de combustion, caractérisé en ce que l'on détecte la quantité de réducteur prélevée d'un ré- servoir de réducteur (5) et on la compare à la quantité de réducteur à additionner de façon dosée, déterminée par une unité de commande (15), les quantités se présentant sous la forme de valeurs instantanées ou de valeurs inté- grées au cours d'un laps de temps pouvant être préfixé, et on produit une signalisation de défaut au cas o la comparaison révèle une déviation. 2. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en outre en ce que l'on détecte la quantité de ré- ducteur prélevée au moyen d'une mesure de débit ou au moyen d'une mesure de niveau corrigée des mouvements du liquide. 3. Dispositif pour l'addition dosée, pouvant être commandée, d'un réducteur d'oxyde d'azote au gaz d'échappement d'un système de combustion notamment pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2, comprenant un réservoir de réducteur (5) et une unité de commande (15) pour déterminer la quantité de réducteur à additionner de façon dosée, caractérisé par des moyens de surveillance (6, 10, 11, 13, 17) pour surveiller l'ad- dition dosée de réducteur d'oxyde d'azote par la détec- tion de la quantité de réducteur prélevée du réservoir de réducteur (5), la comparaison de cette quantité avec la quantité de réducteur à additionner de façon dosée, dé- terminée par l'unité de commande (15), les quantités se présentant sous la forme de valeurs instantanées ou de valeurs intégrées au cours d'un laps de temps pouvant être préfixé, et la production d'une signalisation de dé- faut au cas o une déviation est constatée. 4. Dispositif selon la revendication 3, carac- térisé en outre en ce que les moyens de surveillance comportent un débitmètre dans une conduite d'addition dosée (4) ou un système de détection de niveau (6, 10) à correction pour tenir compte des mouvements du liquide, en vue de la détection du niveau d'un réducteur d'oxyde d'azote maintenu en réserve sous forme liquide dans le réservoir de réducteur (5). 5. Dispositif selon la revendication 4, carac- térisé en outre en ce que, comme réservoir de réducteur, on a prévu un réservoir (5) qui est muni de brise-lames minimisant les mouvements du liquide et/ou dans la zone médiane duquel est installé le capteur (6) du système de détection de niveau. 6. Dispositif selon une des revendications 3 à , caractérisé en outre en ce que les moyens de surveil- lance comportent une unité (10) exploitant le signal de mesure de débit ou le signal de mesure de niveau, de même qu'un étage comparateur (11, 13) prévu à sa suite, qui sont intégrés ensemble avec l'unité de commande (15) pour l'addition dosée de réducteur dans un appareil de com- mande (18) commun.