Brevet FR2921417A1 — publié le 20090327

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de gestion d'une soupape de dosage à commande électromagnétique recevant un signal de dosage à largeur d'impulsions modulée, qui fixe le dosage d'un agent réactif à in- troduire dans la plage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne ou encore d'un étage amont de l'agent réactif, L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. L'invention concerne également un programme d'ordinateur et un produit programme d'ordinateur pour la mise en oeuvre de ce procédé. Etat de la technique Le document DE-199 03 439-Al décrit un procédé et un dispositif de gestion d'un moteur à combustion interne dont la plage des gaz d'échappement est équipée d'un catalyseur SCR (catalyseur à réduction catalytique sélective) qui réduit avec un agent réactif, les oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement du moteur à combustion interne pour former de l'azote. Comme agent réactif, on utilise par exemple de l'ammoniac obtenu à partir d'une solution aqueuse d'urée ou d'une solution aqueuse urée-acide formique comme matière première de l'agent réactif. Le dosage de l'agent réactif ou de l'état préalable doit être assuré de manière soigneuse. Un dosage trop faible ne permet pas une réduction suffisante des oxydes d'azote dans le catalyseur SCR. Un do-sage trop important produit un glissement de l'agent réactif qui se traduit d'une part par une consommation inutilement élevée d'agent réactif et qui d'autre part peut se traduire par une odeur désagréable selon les caractéristiques de l'agent réactif. On peut fixer le taux d'agent réactif ou le dosage d'agent réactif selon le document EP-1 024 254-A2 à partir d'un paramètre de fonctionnement du moteur à combustion interne par exemple de la quantité de carburant injecté et/ou de la vitesse de rotation (régime moteur) et le cas échéant d'au moins un paramètre des gaz d'échappement par exemple la température des gaz d'échappement. Le document DE-10 2006 044 080-Al (non publié préalablement) décrit un procédé de gestion d'une soupape de dosage réalisée sous la forme d'une soupape à commande électromagnétique. La soupape de dosage reçoit un signal de dosage à largeur d'impulsions modulée qui fixe le dosage de l'état préalable d'un agent réactif à introduire dans la zone des gaz d'échappement du moteur à combustion in-terne. La durée d'ouverture de la soupape de dosage est limitée à une durée d'ouverture minimale pour laquelle la soupape de dosage est complètement ouverte et qui est fixée de façon que le dosage génère un brouillard de pulvérisation. On évite ainsi que l'agent réactif ne cristal-lise. Le procédé connu assure ainsi d'une part un dosage exact et d'autre part il évite que la soupape de dosage ne se bourre. La durée d'ouverture minimale dépend de plusieurs paramètres tels que par exemple la température et la tension de fonctionnement de l'électroaimant de la soupape de dosage ainsi que de la pression de l'agent réactif. Le document DE-37 10 467-Cl décrit un injecteur de carburant comportant un noyau entouré par un électroaimant ainsi qu'un induit coopérant avec le noyau et qui est relié solidairement à l'aiguille de l'injecteur. Lorsque l'électroaimant est actionné, il attire l'induit et libère ainsi l'ouverture pour le dosage du carburant sous pression jusqu'à ce que l'électroaimant soit de nouveau coupé. Buts de l'invention L'invention a pour but de développer un procédé de ges- tion d'une soupape de dosage qui dose un agent réactif ou un état préalable de l'agent réactif dans la plage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé permettant un dosage aussi exact que possible. Exposé et avantages de l'invention Ce problème est résolu selon l'invention par un procédé du type défini ci-dessus caractérisé en ce qu' on fournit un signal de cadence dont la période est inférieure à la période du signal de dosage à modulation de largeur d'impulsions ; et la période du signal de dosage à modulation de largeur d'impulsions est fixée en fonction du signal de demande de do- sage à un multiple des périodes du signal de cadence . Un avantage important du procédé de l'invention est de réagir relativement rapidement à une variation de la demande de dosage en ce qu'on interrompt la période en cours et on fixe une nouvelle période. C'est pourquoi, contrairement à l'état de la technique, il n'y a pas lieu d'attendre que la période actuelle du signal de dosage soit terminée. Comme de façon générale, on utilise un traitement de signal synchrone, l'amplitude de la réduction de la période du signal de cadence, par comparaison à la période du signal de dosage à modulation de largeur d'impulsion, permet d'adapter la vitesse de réaction à une variation de la demande de dosage. Le procédé selon l'invention permet d'adapter immédiatement le dosage par exemple en cas d'augmentation brusque, nécessaire de la demande de dosage, au démarrage du véhicule, avec une forte charge. Un développement avantageux de l'invention prévoit que la durée de l'impulsion du signal de dosage à modulation de largeur d'impulsion est fixée à un multiple de la période du signal de cadence. Cela se traduit par une réalisation simple en technique des signaux. Selon un développement avantageux, la durée d'ouverture de la soupape de dosage est limitée à une durée d'ouverture minimale. On évite ainsi notamment la cristallisation de l'agent réactif qui pourrait bloquer la soupape de dosage notamment si la matière première de l'agent réactif est une solution aqueuse d'urée ou une solution aqueuse urée-acide formique. Le dispositif selon l'invention pour la mise en oeuvre du procédé est un appareil de commande conçu spécialement pour exécuter le procédé. Cet appareil de commande comporte des moyens pour la mise en oeuvre du procédé, un développement est caractérisé en ce que l'appareil de commande comporte un générateur de cadence ou horloge fournissant le signal de cadence et un moyen fixant le signal de dosage pour fixer à la fois la période et la durée d'impulsion du signal de do-sage à modulation de largeur d'impulsion. L'appareil de commande comporte de préférence au moins une mémoire électrique dans laquelle sont enregistrées les étapes du procédé sous la forme d'un programme d'ordinateur. 20 25 30 Le programme d'ordinateur selon l'invention prévoit d'exécuter toutes les étapes du procédé de l'invention lorsque le pro-gramme se déroule sur un appareil de commande. Le produit de programme de commande selon l'invention avec un code programme mémorisé sur un support que peut lire une machine exécute alors le procédé de l'invention lorsque le programme se déroule dans un appareil de commande. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention : - la durée de l'impulsion du signal de dosage à modulation de largeur d'impulsions est fixée à un multiple de la période du signal de cadence ; - la durée d'impulsion du signal de dosage à modulation de largeur d'impulsions est limitée à une durée d'impulsion minimale ; - la période du signal de dosage à modulation de largeur d'impulsions 15 est fixée à un minimum de trois périodes du signal de cadence. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre l'environnement technique dans le-quel s'exécute le procédé de l'invention ; - les figures 2a - 2d montrent des chronogrammes de signaux du procédé de l'invention. Description de modes de réalisation La figure 1 montre un moteur à combustion interne 10 dont la plage d'admission 11 comporte un capteur 12 et la plage ou zone des gaz d'échappement 13 comporte un dispositif de dosage 14 ainsi qu'un catalyseur 15. Un débit massique d'oxyde d'azote NOx (ms_NOx_vK) arrive en amont du catalyseur 15. Le capteur d'air 12 fournit un signal ms_L à un appareil de commande 20 et le moteur à combustion interne 10 fournit le signal de vitesse de rotation de régime de moteur (n). L'appareil de commande 20 fournit au dispositif de dosage de carburant 21 un signal de carburant m_K. Le dispositif de dosage 14 comporte une soupape de do-sage 22 actionnée par un électroaimant 23. L'électroaimant 23 est sollicité par un signal de dosage s_D à largeur d'impulsion modulée, fourni par l'appareil de commande 20. L'appareil de commande 20 comporte un moyen de détermination du débit massique d'oxydes d'azote NOx 30. Ce moyen 30 fournit le signal d'air ms_L ainsi qu'une mesure Md de la charge du moteur à combustion interne 10 donnant le débit massique d'oxydes d'azote NOx, calculé ms_NOx_vK_Sim. L'appareil de commande 20 comporte en outre un moyen de détermination du signal de demande de dosage 31 qui fournit le dé-bit massique d'oxydes d'azote NOx calculé ms_NOx_vK_Sim, la température te_Kat ainsi que d'autres grandeurs d'entrée non détaillées pour donner un signal de demande de dosage s_A. L'appareil de commande 20 comporte en outre un générateur de cadence ou horloge 32 générant un signal de cadence T d'un moyen de fixation de signal de dosage 33. Le moyen de fixation de signal de dosage 33 reçoit en outre le signal de requête de dosage s_A. Le moyen de fixation de signal de dosage 33 fournit le signal de dosage à modulation de largeur d'impulsion s_D. Pendant le fonctionnement du moteur à combustion in-terne 10, notamment en fonction de la mesure Md de la charge du moteur 10, on peut rencontrer dans la plage des gaz d'échappement 13, un débit massique d'oxydes d'azote NOx, ms_NOx_vK, qui ne doit pas dé- passer une limite prédéterminée, fixée par la réglementation. L'équivalent d'un débit d'oxydes d'azote NOx, ms_NOx_vK est l'intégrale du débit massique d'oxydes d'azote ms_NOx_vK donnant la masse d'oxydes d'azote NOx en fonction du temps ou notamment en fonction du trajet, dans le cas où le moteur à combustion interne 10 est le mo- teur entrainant un véhicule automobile. La mesure Md de la charge du moteur à combustion in-terne 10 peut s'obtenir par exemple à partir de la position d'une pédale d'accélérateur non représentée de manière détaillée. La mesure Md de la charge appliquée au moteur à combustion interne 10 se traduit par exemple dans le signal de carburant m_K qui fixe au moins l'instant d'injection du carburant au cours d'un cycle de fonctionnement du moteur à combustion interne 10 ainsi que la quantité de carburant à doser par le dispositif de dosage 21. La mesure Md de la charge peut en outre s'obtenir seule ou de préférence en plus de la vitesse de rotation n. Dans l'exemple de réalisation présenté on suppose que le moyen de détermination 30 du débit massique d'oxydes d'azote NOx fournit le débit massique d'oxydes d'azote calculé ms_NOx_vK_Sim à l'aide du signal d'air ms_L fourni par le capteur d'air 12 et de la mesure Md de la charge du moteur à combustion interne 10. Les oxydes d'azote NOx contenus dans les gaz d'échappement doivent être convertis autant que possible dans le catalyseur 15. Dans l'exemple de réalisation présenté on suppose que le catalyseur 15 est un catalyseur SCR qui effectue la conversion des oxydes d'azote NOx avec l'agent réactif introduit dans la plage des gaz d'échappement 13 par le dispositif de dosage 14 ou encore l'état préala- ble de l'agent réactif qui agit effectivement dans le catalyseur SCR 15. L'état préalable de l'agent réactif est par exemple une solution aqueuse d'urée ou encore une solution aqueuse d'urée et d'acide formique que l'on pulvérise directement dans la plage des gaz d'échappement 13 ; par thermodialyse, on forme l'ammoniac utilisé comme agent réactif par le catalyseur SCR 15. L'agent réactif peut être pulvérisé directement dans la plage des gaz d'échappement 13 par la soupape de dosage 22. Dans ce cas, le dispositif de dosage 14 est par exemple identique à la soupape de dosage 22 à l'exception de la bride de montage. En variante, le dispositif de dosage 14 comporte un tube de pulvérisation et la soupape de do-sage 22 n'est pas directement introduite dans la conduite des gaz d'échappement ou à proximité de celle-ci. La soupape de dosage 22 est actionnée par l'électroaimant 23. Une réalisation économique de la soupape de dosage 22 prévoit comme soupape de dosage 22 un injecteur d'essence connu en tant que tel, le cas échéant modifié, et dont la fabrication est extrêmement économique du fait de sa production en grande série. Une réalisation simple de la soupape de dosage 22 pré- voit que l'électroaimant 23 attire l'induit lorsque l'électroaimant est branché ; cet induit est solidaire de l'aiguille d'injecteur qui lorsque l'induit est attiré libère un ou plusieurs orifices par lesquels l'agent ré-actif mis à la pression de fonctionnement (p) est pulvérisé. Le moyen de détermination du signal de demande de do- sage 31 tient compte non seulement du débit massique d'oxydes d'azote NOx, tel que calculé ms_NOX_vK_Sim, notamment la température te Kat du catalyseur SCR 15 mais également de préférence des paramètres d'influence non présentés tels que la température des gaz d'échappement et/ou des paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne 10. Par rapport à l'injection d'essence usuelle, la soupape de dosage réalisée de préférence par un injecteur d'essence ou un injecteur d'essence, modifié, 22, selon la présente application, distribue une dose de liquide considérablement plus faible par rapport au temps ou au tra- jet. Alors que l'injection d'essence correspond à un débit par exemple de quelques litres/ 100 km, dans le cas du dosage de l'agent réactif, il s'agit d'une consommation par exemple allant pratiquement d'une valeur voisine de 0 jusqu'à une valeur de 2 1/1000 km. Le rapport de travail du signal de dosage s_D à modulation de largeur d'impulsions représentée de manière plus détaillée aux figures 2b - 2d, et qui définit une période p_D de la durée d'impulsion d_D, varie ainsi dans une plage de dimensions correspondantes. La figure 2a montre le signal de cadence T fourni par le générateur de cadence ou d'horloge 32. Ce signal a une période p_T in- férieure à la période p_D du signal de dosage s_D à modulation de largeur d'impulsion. La période p_D du signal de dosage s_D à largeur d'impulsion modulée peut être un multiple entier de la période p_T du signal de cadence T. Le moyen de fixation du signal de dosage 33 fixe la pé- riode p_D du signal de dosage s_D à modulation de largeur d'impulsion en fonction du signal de requête de dosage s_A pour régler le dosage requis en agent réactif. En fixant la période p_D du signal de dosage s_D sur un multiple entier du signal de cadence T, on permet d'une part une réalisation simple en technique des signaux. D'autre part, on pour- ra voir une modification relativement rapide du signal de requête de do-sage s_A par variation de la période p_D du signal de dosage s_D. La quantité d'agent réactif à doser peut être variée dans des limites très étendues à la fois par la fixation de la période p_D et aussi par la fixation de la durée d'impulsion d_D du signal de dosage s_D à modulation de largeur d'impulsion. La figure 2b montre un signal de dosage s_D qui aboutit à un dosage relativement important. La période p_D du signal de dosage s_D à modulation de largeur d'impulsion de l'exemple de réalisation présenté est fixé de préférence à un coefficient minimum de par exemple trois période p_T du signal de cadence T. La durée d'impulsion d_D est fixée à deux périodes p_T du signal de cadence T de sorte que le rapport de travail du signal de dosage s_D correspond à 66,6 %. La figure 2c montre un passage vers un dosage réduit ; tout d'abord on fixe la période p_D du signal de dosage s_D à modulation de largeur d'impulsions. On a toutefois diminué la durée d'impulsion d_D et pour cela la première durée d'impulsion d_D est fixée à une période p_T du signal de cadence T et la durée d'impulsion d_D suivante est fixée à la moitié de la période p_T du signal de cadence T. En variant les durées d'impulsion d_D on peut adapter même pour des périodes inchangées p_D du signal de dosage s_D à modulation de largeur d'impulsion, le rapport de travail dans des plages étendues pour tenir compte des nécessités. La figure 2d montre une transition vers un dosage encore plus faible ; la période p_D du signal de dosage s_D à modulation de largeur d'impulsion a été doublée par rapport au rapport présenté aux figures 2b et 2c de sorte qu'une période p_D correspond à six périodes p_T du signal de cadence T. En principe il serait possible d'augmenter la durée de la période pour avoir une valeur plus faible et cette valeur réduite sera fixée pour que la durée p_D correspond à quatre périodes p_T du signal d'horloge T. Dans le cas des exemples présentés, on suppose que les durées d'impulsion d_D du signal de dosage s_D à modulation de largeur d'impulsions correspondent à une période entière p_T ou à une demi-période p_T du signal d'horloge T. Cette réalisation permet d'obtenir la durée d'impulsion d_D avec des moyens simples de technique des signaux, directement à partir du signal de cadence T. Des essais ont montré qu'en dessous d'une certaine du-rée d'ouverture de la soupape de dosage 22, l'agent réactif n'est plus pulvérisé sous la forme d'un brouillard. Au lieu de cela, on a des goutte-lettes qui restent en partie sur la soupape de dosage 21 ou encore un brouillard incomplètement pulvérisé ou notamment des gouttelettes dans la plage des gaz d'échappement 13. La formation de gouttelettes se traduit d'une part par une perte d'agent réactif et d'autre part on a constaté que par exemple une solution aqueuse d'urée se cristallise. La cristallisation influence les conditions géométriques au niveau de la soupape de dosage 22 et elle peut détériorer la capacité de développer un brouillard de pulvérisation. Dans le cas extrême, la cristallisation peut boucher la soupape de do- sage 22. Selon un développement, la limitation de la durée d'ouverture de la soupape de dosage 22 est fixée à une durée d'ouverture minimale. La durée d'ouverture minimale s'obtient en fixant de manière correspondante la durée d'impulsion d_D du signal de do- sage s_D à modulation de largeur d'impulsion ; la durée d'impulsion d_D est modifiée de préférence en fonction des conditions actuelles d'utilisation de la soupape de dosage 22. La durée d'ouverture minimale dépend du type de soupape et/ou des conditions régnant dans la plage des gaz d'échappement 13 ; cette durée d'ouverture minimale se déter- mine de préférence de façon expérimentale. REVENDICATIONS 1 °) Procédé de gestion d'une soupape de dosage (22) à commande électromagnétique recevant un signal de dosage (s_D) à largeur d'impulsions modulée, qui fixe le dosage d'un agent réactif à introduire dans la plage des gaz d'échappement (13) d'un moteur à combustion interne (10) ou encore d'un état préalable de l'agent réactif à introduire, caractérisé en ce qu' on fournit un signal de cadence (T) dont la période (p_T) est inférieure à la période (p_)) du signal de dosage à modulation de largeur 1 o d'impulsions (s_D) ; et la période (p_D) du signal de dosage à modulation de largeur d'impulsions (s_D) est fixée en fonction du signal de demande de dosage (s A) à un multiple des périodes (p_T) du signal de cadence (T). 15 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la durée de l'impulsion (d_D) du signal de dosage à modulation de largeur d'impulsions (s_D) est fixée à un multiple de la période (p_T) du signal de cadence (T). 20 3°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la durée d'impulsion (d_)) du signal de dosage à modulation de largeur d'impulsions (s_D) est limitée à une durée d'impulsion minimale (d_D). 25 4°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la période (p_)) du signal de dosage (s_D) à modulation de largeur d'impulsions est fixée à un minimum de trois périodes (p_T) du signal 30 de cadence (T). 5°) Dispositif de gestion d'une soupape de dosage à commande électromagnétique (22) recevant un signal de dosage (s_D) à modulation de largeur d'impulsions qui fixe le dosage d'un agent réactif à introduiredans la plage des gaz d'échappement (13) d'un moteur à combustion interne (10) ou encore d'un état préalable de l'agent réactif à introduire, caractérisé en ce qu' il comporte un appareil de commande (20) conçu pour exécuter au 5 moins le procédé selon l'une des revendications 1 à 4. 6°) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'appareil de commande (20) comporte un générateur de cadence (32) 10 fournissant le signal de cadence (T) ainsi qu'un moyen de fixation de signal de dosage (33) pour fixer la période (p D) et la durée d'impulsion (d_)) du signal de dosage à modulation de largeur d'impulsion (s_D). 7°) Programme de commande comprenant des instructions de code de 15 programme pour l'exécution des étapes du procédé selon l'une des revendications 1 à 4 lorsque ce programme est exécuté sur un appareil de commande (20). 8°) Produit programme de commande comportant des instructions de 20 code de programme enregistrées sur un support que peut lire un ordinateur pour exécuter les étapes du procédé selon l'une des revendications 1 à 4 lorsque le programme est exécuté sur un appareil de commande (20). 25