Brevet FR2940817A1 — publié le 20100709

i Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de réduction des tolérances quantitatives d'un agent réactif destiné à être introduit par un dispositif de dosage dans la zone des gaz d'échappement d'un moteur à combustion, le dispositif de dosage comportant au moins une pompe de dosage et une buse. L'invention concerne également un dispositif de gestion d'un dispositif de dosage servant à doser un agent réactif à introduire dans la zone des gaz d'échappement d'un moteur à combustion à l'aide d'une buse, dont le dispositif de dosage comporte au moins une pompe de dosage et une buse en aval de la pompe de dosage. Enfin, l'invention concerne un programme de commande ou programme d'ordinateur avec un code programme enregistré sur un support lisible par une machine pour la mise en oeuvre du 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 dont la zone des gaz d'échappement est équipée d'un catalyseur SCR (Catalyseur à Réduction Catalytique Sélective) qui réduit les oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement émis par le moteur à combustion avec un agent réactif pour donner de l'azote. Le document DE 10 2004 048 075 Al décrit un système de dosage pour la réduction des matières polluantes contenues dans les gaz d'échappement de véhicules automobiles notamment pour réduire les oxydes d'azote en introduisant un fluide réducteur de matières polluantes dans le système des gaz d'échappement du véhicule. Ce document propose un système de dosage comportant entre autres une pompe de dosage ainsi qu'au moins une buse ou injecteur s'ouvrant automatiquement pour injecter un fluide dans un système de gaz d'échappement. Ce système de dosage ne comporte ni pompe à membrane, ni soupape de dosage. L'agent réactif utilisé est par exemple de l'ammoniac, que l'on obtient à partir d'une solution aqueuse d'urée ou d'une solution aqueuse d'urée et d'acide formique comme matière première 2 de l'agent réactif. Le dosage de l'agent réactif ou de la matière première doit se faire de façon très précise. Un dosage trop faible ne permet pas une réduction suffisante des oxydes d'azote dans le catalyseur SCR. Un dosage excessif entraîne un glissement de l'agent réactif se traduisant d'une part par une consommation inutilement élevée d'agent réactif et d'autre part à un dégagement d'odeur désagréable selon les caractéristiques de l'agent réactif. Une condition importante pour obtenir une réduction poussée des oxydes d'azote dans la veine des gaz d'échappement, notamment émise par un moteur Diesel, est d'avoir un dosage précis de l'agent réducteur, c'est-à-dire de la solution aqueuse d'urée. Pour cela, il faut connaître les écarts entre la quantité réellement injectée de la solution d'agent réducteur et la quantité de consigne souhaitée et de corriger le cas échéant les écarts entre la quantité de consigne et la quantité réelle. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un procédé de réduction des tolérances quantitatives d'un agent réactif à introduire dans la zone des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne par un dispositif de dosage, caractérisé en ce que la pompe de dosage est commandée en fonction d'un signal caractérisant le débit massique dans une conduite d'agent réactif. L'invention concerne également un dispositif de dosage du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'au moins un débitmètre est installé dans la conduite d'agent réactif, débitmètre dont le signal caractérisant le débit massique, est comparé à une valeur de consigne prédéfinie dans une installation de commande, et en cas d'écart entre la valeur réelle et la valeur de consigne, la pompe de dosage est commandée par une commande de l'installation de commande pour minimiser l'écart. L'idée de base de l'invention est de saisir le débit massique entre la pompe de dosage et la buse, d'exploiter ce débit massique de l'appareil de commande et de commander ensuite la pompe en fonction d'un signal caractérisant le débit massique. La commande de la pompe se fait dans une certaine mesure en réponse 3 au débit massique mesuré. Cela permet de modifier et d'adapter la puissance de la pompe pour que le débit massique souhaité passe dans la conduite d'agent réactif et que la quantité souhaitée d'agent réactif soit ainsi injectée dans la conduite des gaz d'échappement du moteur à combustion. En principe, le débit massique peut se saisir et se déterminer de différentes manières. Ainsi, on pourra envisager sur le strict plan des principes, de saisir et d'exploiter les paramètres de commande de la pompe car le débit massique de la pompe dépend finalement par exemple de la puissance de la pompe ainsi que des propriétés géométriques du système de conduites. Le débit massique se mesure de préférence à l'aide d'un débitmètre installé en un point quelconque du système de conduites entre le réservoir et la buse d'injection (ou injecteur). Selon un premier mode de réalisation, le débitmètre est installé en amont de la pompe de dosage. Cette installation offre le grand avantage que les zones de pression de la pompe ne perturbent pas de manière significative la saisie du débit massique. Sur un strict plan des principes, on peut installer une conduite entre la pompe et la buse. Mais on peut également prévoir une unité formée par la pompe et la buse et ainsi utiliser le module pompe/buse pour injecter l'agent de dosage. Un autre mode de réalisation prévoit de saisir le débit massique à l'aide d'un débitmètre installé dans le système de conduites, entre la pompe et la buse d'injection ou injecteur. Un développement du procédé prévoit d'intégrer ou de sommer le signal caractérisant le débit massique sur un intervalle de temps prédéfini pour en déduire la quantité d'agent réactif à doser, de comparer cette quantité à la quantité de consigne mémorisée par exemple dans une mémoire de l'installation de commande et en cas d'écart entre la quantité de consigne et la quantité réelle, c'est-à-dire la quantité saisie ou mesurée, de déterminer une quantité erronée de dosage et de réguler la pompe de dosage en fonction de cette quantité pour minimiser l'écart entre la quantité de consigne et la quantité réelle. Cela permet d'adapter la quantité d'agent réactif à doser et 4 d'assurer la compensation notamment par exemple à partir des tolérances de fabrication des différents composants, c'est-à-dire de la buse, de la pompe de dosage, la conduite d'aspiration, etc..., ou encore en tenant du surdosage ou sous-dosage de l'agent réducteur résultant du vieillissement en fonction de la durée de vie. On évite ainsi efficacement les sur ou sous-dosages et ainsi les variations gênantes des valeurs d'émission des gaz de combustion du véhicule. De manière très avantageuse, on commande la pompe de dosage de façon pulsée et les périodes de commande et/ou durées de fonctionnement de la pompe de dosage dépendent de la quantité erronée qu'il faut minimiser pour réduire cette quantité. Dessin La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans le dessin annexé dans lequel : - la figure unique montre schématiquement un dispositif de dosage et un dispositif de gestion de ce dispositif de dosage selon l'invention. Description de modes de réalisation La figure unique montre schématiquement un dispositif de gestion d'un système de dosage ainsi que le système de dosage lui-même. Le système de dosage comprend un réservoir contenant une solution aqueuse d'urée 100, une pompe de dosage 102 ainsi qu'une buse 103 commandée en pression, qui injecte la solution aqueuse d'urée dans la conduite des gaz d'échappement (non représentée) directement en amont d'un catalyseur SCR (non représenté). Il convient de remarquer que l'on peut également combiner la pompe de dosage 102 et la buse (ou injecteur) 103 sous la forme d'une unité ou module constituant ainsi un module pompe- buse. Dans ce cas, on supprime la conduite 101 ou encore on a une conduite 101 plus courte logée dans le module pompe-buse. Le réservoir 100 contenant la solution aqueuse d'urée, la pompe de dosage 102 et la soupape de dosage ou la buse 103 sont reliés par une conduite de pression d'agent réactif 101. La pompe de dosage 102 transfère l'agent réactif (la solution aqueuse d'urée) sous pression dans la conduite de pression d'agent réactif 101. La pompe de dosage 102 est commandée par un appareil de commande électronique 200. La commande se fait de manière périodique, c'est-à-dire pulsée. L'appareil de commande 200 calcule les intervalles de commande nécessaires de 5 la pompe de dosage 102 et détermine en outre les quantités à doser. Du fait des tolérances de fabrication des différents composants, c'est-à-dire de la buse 103, de la pompe de dosage 102, de la conduite d'aspiration 105 en amont de la pompe de dosage 102, de la conduite de pression d'agent réactif 101 et/ou du vieillissement de ces composants en fonction de la durée d'utilisation, on rencontre des défauts dans le dosage d'agent réactif. Ces défauts se traduisent par des surdosages ou des sous-dosages d'agent réducteur ou d'agent réactif, c'est-à-dire de la solution aqueuse d'urée. Un tel défaut de dosage se traduit à son tour par un dépassement des limites d'émission. Le procédé décrit ci-après permet de déceler les écarts entre la quantité de consigne requise et la quantité réelle injectée de manière dosée et de tenir compte de ces écarts par une régulation appropriée dans l'appareil de commande, notamment par une régulation implémentée par un programme d'ordinateur dans l'appareil de commande, et ainsi de corriger les écarts de commande de la pompe de dosage 102 et de ce fait les quantités à doser. L'idée de base de l'invention consiste à saisir le débit massique de l'agent réactif dans la conduite d'agent réactif 101 par exemple entre la pompe de dosage 102 et la buse 103 ; il convient de remarquer que le débit massique peut se saisir d'une manière purement de principe en amont de la pompe 102. Cela offre le grand avantage que les zones de pression de la pompe 102 ne perturbent pas de manière significative la saisie du débit massique. Saisir signifie soit mesurer, soit déterminer d'une autre manière par exemple en appliquant des paramètres de commande de la pompe de dosage 102. Dans l'exemple de réalisation présenté à l'unique figure, le débit massique se mesure par un débitmètre 300. Le signal qu'il mesure et caractérisant le débit massique, est appliqué à l'appareil de commande 200 pour être exploité en propre par des programmes 6 d'implémentation. Selon une autre fonction de programme, l'appareil de commande 200 intègre ou fait la somme du débit massique sur une durée prédéfinie, en procédant par l'intégration et sommation. De cette manière, on détermine la quantité dosée. Ensuite, on compare entre la quantité de consigne prédéfinie et la quantité réelle obtenue de cette manière, on détermine la quantité actuelle dosée de manière erronée et en fonction de cette quantité erronée de dosage, on régule la commande de la pompe de dosage 102 pour supprimer ou du moins réduire au minimum l'écart entre la quantité de dosage et la quantité réelle. Le procédé décrit ci-dessus offre les avantages suivants : 1. Les tolérances quantitatives peuvent être réduites sur toute la durée de fonctionnement du dispositif de dosage. On évite ainsi d'une manière très efficace tout dépassement des limites d'émission. 2. Le procédé permet de réduire les exigences concernant les tolérances quantitatives de différents composants, c'est-à-dire que l'on peut utiliser des composants ayant des limites de tolérances plus importantes car le procédé décrit ci-dessus et le dispositif permettent de corriger même des tolérances importantes du système. Cela se traduit par une économie significative de pièces. Le procédé décrit ci-dessus compense également les dérives de la quantité dosée en fonction du temps non seulement fondées sur les tolérances de construction ou les phénomènes de vieillissement des pièces, mais également résultant d'autres influences telles que par exemple les influences de l'environnement sur de brefs intervalles de temps. En fonction des écarts obtenus entre la valeur de consigne et la valeur réelle, on adapte par une régulation, les écarts obtenus entre la quantité de consigne et la quantité réelle et par une régulation, on adapte la période de commande de la pompe de dosage 102. Les écarts seront réduits et la quantité réelle sera régulée en fonction de la quantité de consigne. REVENDICATIONS1 °) Procédé de réduction des tolérances quantitatives d'un agent réactif destiné à être introduit par un dispositif de dosage dans la zone des gaz d'échappement d'un moteur à combustion, le dispositif de dosage comportant au moins une pompe de dosage (102) et une buse (103), caractérisé en ce que la pompe de dosage (102) est commandée en fonction d'un signal caractérisant le débit massique dans une conduite d'agent réactif (101, 105). 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal caractérisant le débit massique se définit à l'aide d'un débitmètre (300) installé dans la conduite d'agent réactif (101, 105). 3°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on intègre le signal caractérisant le débit massique sur un intervalle de temps prédéfini, on en déduit une quantité dosée d'agent réactif et on la compare à une quantité de consigne, et en cas d'écart entre la quantité de consigne et la quantité réelle, on définit une quantité de dosage par erreur et on régule sur la base de la pompe de dosage (102) pour minimiser l'écart entre la quantité réelle et la quantité de consigne. 4°) procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu' on fait varier la période de commande de la pompe de dosage (102) en fonction de la quantité erronée de dosage pour minimiser la quantité erronée. 5°) Dispositif de gestion d'un dispositif de dosage servant à doser un agent réactif à introduire dans la zone des gaz d'échappement d'un moteur à combustion à l'aide d'une buse (103), 15 8 le dispositif de dosage comportant au moins une pompe de dosage (102) et une buse en aval de la pompe de dosage (102), dispositif caractérisé en ce qu' au moins un débitmètre (300) est installé dans la conduite d'agent réactif (101, 105), dont le signal caractérisant le débit massique, est comparé à une valeur de consigne prédéfinie dans une installation de commande (200), et en cas d'écart entre la valeur réelle et la valeur de consigne, la pompe de dosage (102) est commandée par une commande de l'installation de commande (200) pour minimiser l'écart. 6°) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' au moins un débitmètre (300) est installé dans la conduite d'agent réactif (105) en amont de la pompe de dosage (102). 7°) Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la pompe de dosage et la buse constituent un ensemble. 20 8°) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' au moins un débitmètre (300) est installé dans la conduite d'agent réactif (101, 105) entre la pompe de dosage (102) et la buse (103). 25 9°) Programme de commande exécutant toutes les étapes d'un procédé selon les revendications 1 à 4 lorsque le programme se déroule dans un appareil de commande. 10°) Produit programme de commande comportant un code 30 programme enregistré sur un support lisible par une machine pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 à 4 lorsque le programme est exécuté dans un appareil de commande. 35