Brevet FR2938009A1 — publié le 20100507

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de contrôle du fonctionnement d'une vanne de dosage d'un système d'agent réducteur d'un moteur à combustion selon lequel, on transfère à pression constante de l'agent réducteur à partir d'un réservoir à l'aide d'une pompe commandée pour alimenter la vanne de dosage. 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 On peut diminuer les émissions d'oxydes d'azote de moteurs à combustion fonctionnant avec un excédent d'air, notamment un moteur Diesel, à l'aide de la technique de réduction catalytique sélective, encore appelée technique ou procédé (SCR). Selon ce procédé, on réduit les oxydes d'azote en azote et en vapeur d'eau en utilisant comme agent réducteur de l'ammoniac (état gazeux) ou de l'ammoniaque sous forme de solution aqueuse ou encore de l'urée dans une solution aqueuse. L'urée sert ainsi de support d'ammoniac. A l'aide d'un système de dosage pour un catalyseur d'hydrolyse, on injecte l'agent réducteur dans la conduite des gaz d'échappement du moteur à combustion. Le catalyseur d'hydrolyse donne par hydrolyse de l'ammoniac qui réduit les oxydes d'azote dans les gaz d'échappement dans le catalyseur SCR proprement dit. Ce dernier, est également appelé catalyseur DENOX. Les principaux composants d'un tel système de réduction NOx sont un réservoir d'agent réducteur, une pompe, un régulateur de pression, un capteur de pression et une vanne de dosage. La pompe débite l'agent réducteur stocké dans le réservoir d'agent réducteur pour alimenter la vanne de dosage à l'aide de laquelle, l'agent réducteur est injecté dans la veine des gaz d'échappement en amont du catalyseur d'hydrolyse. La vanne de dosage est commandée par les signaux fournis par une installation de commande telle que l'appareil de commande du moteur à combustion pour fournir la quantité d'agent réducteur déterminée, nécessaire à chaque instant. De manière préférentielle, on utilise des solutions aqueuses telles que de l'urée qui libèrent de l'ammoniac. En effet, cet agent réducteur se stocke et se 2 manipule beaucoup plus facilement que l'ammoniac (état gazeux). De plus, le pompage et le dosage de telles solutions se font avec des moyens techniques beaucoup plus simples que par exemple le pompage et le dosage de produits à l'état gazeux. Comme les solutions d'agent réducteur gèlent à une température inférieure à -11°C, il faut prévoir des dispositifs de chauffage de l'agent réducteur dans le réservoir d'agent réducteur. Dans les systèmes de réduction NOx concernant les gaz d'échappement, il faut détecter les perturbations telles que par exemple les fuites. Les procédés de détection de fuites, actuels utilisent la pression dans les systèmes SCR pour déceler des fuites en procédant soit de manière statique, soit dynamique et en comparant la pression à des valeurs limites absolues, prédéfinies de manière fixe. Pour exclure des diagnostics erronés, il faut tenir compte de toutes les tolérances maximales possibles. La précision de la détection est ainsi réduite à un niveau ne permettant de déceler que des fuites importantes. En principe, de telles détections de fuite sont du type rupture de tuyau. Une difficulté grave des procédés actuels est celle de la détection d'une vanne de dosage grippée en position ouverte. Exposé et avantages de l'invention L'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'on applique à la vanne de dosage une grandeur de commande caractérisant la production d'une variation d'état de la vanne de dosage, on saisit une grandeur caractérisant le débit de la pompe, et à partir de cette grandeur caractérisant le débit, on conclut au fonctionnement de la vanne de dosage. Le procédé de contrôle du fonctionnement (bon fonctionnement) d'une vanne de dosage avec les caractéristiques ci-dessus permet avantageusement d'utiliser des moyens techniques simples pour contrôler le fonctionnement de la vanne de dosage. L'idée de base de l'invention consiste à contrôler le bon fonctionnement de la vanne de dosage en utilisant la variation relative de débit volumique lors de l'actionnement de la vanne de dosage. Pour cela, on exploite une grandeur caractérisant le débit de la pompe, par exemple la vitesse de rotation de la pompe, c'est-à-dire la vitesse de rotation du moteur de la pompe. A partir de cette grandeur, 3 par exemple une variation de vitesse de rotation, on conclut au bon fonctionnement. L'avantage de ce procédé réside dans la simplicité de sa réalisation et la précision élevée de la détection d'un défaut. Suivant une autre caractéristique avantageuse, on effectue un contrôle périodique du fonctionnement pendant que le système de réduction NOx fonctionne. Le contrôle du fonctionnement se fait de manière périodique pendant que le véhicule roule. Périodiquement signifie dans ce contexte, que l'on effectue des cycles de contrôle et on les exploite. Selon un développement avantageux du procédé, on applique des signaux de commande à la vanne de dosage, ces signaux correspondant aux quantités de consigne de l'agent réducteur à doser. Pour cela, on saisit la grandeur caractérisant le débit telle que la vitesse de rotation de la pompe d'agent réducteur. On effectue ainsi dans une certaine mesure des dosages de test. Ces fonctions de test peuvent se faire par exemple chaque fois au début d'un fonctionnement de dosage régulier, une fois par cycle de conduite. Au démarrage du système réducteur NOx, on peut ainsi contrôler la vanne de dosage. Selon un développement avantageux du procédé, on applique une phase d'apprentissage. Par cycle de conduite, on vérifie la mobilité de la vanne de dosage par une commande ciblée et une exploitation du comportement en réponse de la vanne de dosage à l'aide du signal caractérisant le débit, c'est-à-dire par exemple le signal de vitesse de rotation, lançant ainsi une procédure d'apprentissage. Dans cette procédure, la vanne de dosage reçoit tout d'abord un signal de fermeture et lorsque la vanne de dosage est fermée, on saisit une grandeur de débit de référence, par exemple une vitesse de rotation de pompe de référence. Cette fonction d'apprentissage permet de déterminer des valeurs de référence autorisant de limiter de manière significative les tolérances d'erreur pour le contrôle du fonctionnement. Dessin La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans le dessin dans lequel : 4 - la figure unique représente schématiquement un système de réduction NOx d'un moteur à combustion. Description de modes de réalisation de l'invention La figure montre un système de réduction NOx (ou encore appelé système de réduction des oxydes d'azote NOx) d'un moteur à combustion non représenté. La figure se limite à la représentation des éléments essentiels du système réducteur. Un réservoir 100 contient une solution d'agent réducteur, par exemple une solution aqueuse d'urée 105 distribuée également selon le nom commercial "AdBlue". La solution aqueuse d'urée 105 est débitée dans une conduite 101 par une pompe 120 vers une unité de vanne de dosage 300 (débit massique de pompe mp) pour être injectée en amont d'un catalyseur K dans le canal des gaz d'échappement 400 (débit massique de dosage mD ). La pression régnant dans le système réducteur NOx est saisie par un capteur de pression 130 équipant la conduite 101. Le signal est converti par un convertisseur pression-tension 132 pour être appliqué à une installation de commande 200, par exemple l'appareil de commande ou de gestion du moteur. Cet appareil de commande 200 commande également la pompe 120 et cela de façon à maintenir constante la pression dans le système réducteur NOx. Si par exemple, de l'agent réducteur est fourni par l'unité d'agent réducteur 300 et, à partir de là, dans les gaz d'échappement, la pompe 120 est commandée pour augmenter la vitesse de rotation et débiter de l'agent réducteur du réservoir 100 en maintenant constante la pression dans le système réducteur NOx. L'unité de vanne de dosage 300 comprend la vanne de dosage 310 proprement dite commandée par l'installation de commande 200 qui agit sur un électroaimant 312 logé avec la vanne de dosage 310 dans un boîtier 309. Il est également prévu un organe d'étranglement 320 dans la conduite de retour 103 reliée au réservoir 100 et permettant le retour de l'agent réducteur dans le réservoir 100 (débit massique de retour mK ). Cette conduite de retour 103 permet de refroidir la vanne de dosage installée directement en amont du catalyseur K dans les gaz d'échappement chauds. Un procédé de contrôle du fonctionnement de la vanne de dosage 310 sera décrit ci-après. Tout d'abord au cours d'une première étape, on vérifie si la vanne de dosage est mobile. Pour cela, l'installation de commande 200 lui applique un signal déplaçant la 5 vanne 310 en position d'ouverture et en position de fermeture. On saisit alors la vitesse de rotation (n) du moteur entraînant la pompe 120 et ce signal est exploité par l'installation de commande 200. Cette situation est représentée par une flèche de signal (n) schématiquement à la figure. La vitesse de rotation doit atteindre ou dépasser des valeurs limites prédéfinies lorsque la vanne de dosage 310 est commandée de manière définie. Si cela est le cas, on commande ensuite la vanne de dosage 310 et à l'état fermé, on saisit la vitesse de rotation (n) du moteur de pompe. Cette vitesse de rotation (n) sert de vitesse de rotation de référence. Les étapes ci-dessus peuvent également être appelées fonctions d'apprentissage de l'unité de dosage 300. Il est expressément indiqué ici qu'à la place de la vitesse de rotation, on peut également saisir d'autres grandeurs caractérisant le débit de la pompe 120. Dans ce cas, on vérifie si ces grandeurs atteignent ou dépassent une valeur limite prédéfinie lorsque la vanne de dosage 310 est commandée de manière définie. Si cela est le cas, la vanne de dosage 310 sera commandée comme décrit ci-dessus dans le sens de la fermeture et à l'état fermé, on saisit la grandeur caractérisant le débit de la pompe 120. Cette grandeur est utilisée comme grandeur de référence et elle est par exemple mémorisée dans une mémoire de l'appareil de commande 200. Pendant le fonctionnement du système de dosage 300, on effectue une surveillance continue périodique. Pour cela, par exemple au début d'un dosage régulier, on applique à la vanne de dosage 310 une impulsion d'essai, par cycle de conduite. Cette impulsion d'essai déclenche un dosage d'essai. Si la vanne de dosage 310 fonctionne (fonctionne normalement), il faut dans ce cas, que la vitesse de rotation (n) saisie du moteur de la pompe atteigne une valeur prédéfinie dans des limites prédéfinies. 6 Si cette valeur est atteinte dans les limites prédéfinies, on estime que la vanne de dosage 310 fonctionne. Si cela n'est pas atteint, on conclut que la vanne de dosage 310 ne fonctionne pas. Une quantité de consigne prédéfinie est associée à une variation de la vitesse de rotation (n) de la pompe. En d'autres termes, on vérifie si la vitesse de rotation (n) de la pompe varie entre des grandeurs prédéfinies si la grandeur de consigne de la solution aqueuse d'urée, varie dans des grandeurs prédéfinies. Si la variation de vitesse de rotation est suffisamment grande, on conclut que le système réducteur NOx fonctionne. Si la variation de vitesse de rotation et ainsi la variation du volume est inférieure à une valeur minimale prévisible, on estime que le système de dosage est défectueux et que, notamment, la vanne de dosage 310 a été immobilisée depuis l'opération d'apprentissage précédente. Mais cela ne permet pas tout d'abord de déterminer si la vanne de dosage 310 est grippée en position fermée ou en position ouverte ou dans une position à moitié ouverte ou une position à moitié fermée. Pour déterminer cela, on utilise la vitesse de rotation à vide apprise précédemment comme grandeur de comparaison. Si l'on dispose de la vitesse de rotation déterminée en dernier lieu, au voisinage de la vitesse de rotation à vide, apprise, on peut supposer que le débit massique stagne à un niveau bas. Cela signifie que la vanne de dosage 310 est grippée en position fermée. Si en revanche, le système ne réagit plus de manière dynamique, et si les vitesses de rotation obtenues sont néanmoins au- dessus de la vitesse de rotation à vide du système, il faut supposer qu'il y a un débit permanent à un niveau important. Cela peut signifier soit que la vanne de dosage est grippée en position ouverte, soit que par exemple il y a une rupture de conduite. Dans le cas d'une vanne de dosage 210 grippée en position fermée, la pression continue de monter dans le système réducteur NOx car on ne risque pas que la solution aqueuse d'urée s'échappe. On envoie un message de panne à l'utilisateur du contenu de façon à ne pas permettre le fonctionnement en mode SCR, c'est-à-dire la réduction d'oxydes d'azote. En revanche, dans le cas d'une vanne 310 montée en position ouverte, on réduit la 7 pression dans le système réducteur et en même temps on émet un message d'erreur. Comme déjà indiqué ci-dessus, à la place de la vitesse de rotation, on peut également utiliser une autre grandeur caractérisant le débit de la pompe 120 pour vérifier le fonctionnement de la vanne de dosage 310 et ainsi celui de l'ensemble du système d'agent réducteur. lo REVENDICATIONS1 °) Procédé de contrôle du fonctionnement d'une vanne de dosage (310) d'un système d'agent réducteur d'un moteur à combustion selon lequel l'agent réducteur (105) est débité à partir d'un réservoir (100) par une pompe (120), commandée à pression constante vers une vanne de dosage (310), procédé caractérisé par les étapes suivantes : - on applique à la vanne de dosage (310) une grandeur de commande caractérisant la production d'une variation d'état de la vanne de dosage (310), - on saisit une grandeur caractérisant le débit de la pompe (120), et - à partir de cette grandeur caractérisant le débit, on conclut au fonctionnement de la vanne de dosage (310). 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la grandeur saisie caractérisant le débit de la pompe (120) est la vitesse de rotation de la pompe (120). 3°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on contrôle périodiquement pendant le fonctionnement du système d'agent réducteur. 4°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que tout d'abord en commandant la vanne de dosage (310) avec un signal caractérisant la production d'une variation de l'état de fonctionnement, en saisissant la grandeur caractérisant le débit, notamment la vitesse de rotation de la pompe (120), et en comparant la valeur saisie du débit, notamment la vitesse de rotation à des valeurs de référence on conclut à l'actionnement de la vanne de dosage (310), et en cas d'ouverture et de fermeture correcte de la vanne de dosage (310), lorsque la vanne de dosage (310) est fermée, on saisit une grandeur 9 caractérisant le débit, notamment la vitesse de rotation (n) de la pompe (120) et on mémorise cette grandeur comme grandeur de référence (phase d'apprentissage). 5°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on applique des signaux de commande à la vanne de dosage (310) qui correspondent aux quantités de consigne de l'agent de dosage (105) à doser, et on saisit alors une grandeur caractérisant la vitesse de rotation (n) de la pompe d'agent de dosage (120), et on compare celle-ci à des valeurs de comparaison prédéfinies et en cas d'écart, on conclut à une défaillance de la vanne de dosage (310). 20