Brevet FR2950107A1 — publié le 20110318

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de gestion d'une soupape de dosage à commande électromagnétique installée dans un système de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne et actionnée pour le dosage d'agent réducteur dans le système de gaz d'échappement par une installation de commande et/ ou de régulation par l'intermédiaire d'une unité d'entraînement électromécanique, l'unité d'entraînement étant commandée par un premier profil de courant ayant une phase de courant de maintien à un premier niveau de courant de maintien lorsque la soupape de dosage est ouverte, et la soupape de dosage et l'unité d'entraînement font partie d'un module de dosage. Etat de la technique Dans les systèmes de post-traitement des gaz d'échap- pement encore appelés systèmes de post-traitement des gaz d'échappement SCR (Réduction Catalytique Sélective), on injecte un agent réducteur liquide (habituellement une solution aqueuse d'urée, encore appelée AdBlue, (marque déposée)) à l'aide d'une soupape de dosage lorsque cela est nécessaire dans la conduite des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne pour permettre la réduction catalytique des oxydes d'azote dans un catalyseur SCR. L'urée se transforme alors en ammoniac (NH3) réagissant avec les oxydes d'azote (NO.) conte-nus dans les gaz d'échappement pour les transformer en composants neutres, à savoir le l'eau (H2O) et de l'azote (N2). Pour cela, on utilise des soupapes de dosage à commande électromagnétique actionnées par une unité d'entraînement. L'unité d'entraînement comporte une bobine électromagnétique dont le champ magnétique ouvre avec un courant de bobine suffisamment intense, un élément de la soupape de dosage en le soulevant du siège de soupape pour ouvrir ainsi la soupape de dosage. Pour ensuite maintenir la sou-pape de dosage en position ouverte, il suffit d'un courant de bobine plus faible. La soupape de dosage et l'unité d'entraînement, sont regroupées dans un module de dosage. Il est connu que la solution aqueuse d'urée se dilate d'en- viron 11 % de volume lorsqu'elle gèle, ce qui peut provoquer des dom- 2 mages au niveau des pièces. En général la soupape de dosage est l'élément le plus fragile car il comporte des parois très minces et ainsi des composants sensibles à la pression tels que par exemple le disque à trous servant à l'injection. Actuellement, on utilise par exemple des disques à trous d'injection qui n'ont qu'une épaisseur de l'ordre de 150 µm et ainsi, ils sont particulièrement sensibles aux efforts de pression produits par le gel. C'est pourquoi, il est habituel lorsqu'on arrête le véhicule, de vider la soupape de dosage par réaspiration pour éviter un éventuel gel de la soupape de dosage en cas d'abaissement de la température et pour éliminer la solution aqueuse d'urée, relativement agressive pour des raisons de protection des composants, en l'extrayant du volume du module de dosage. Des essais ont montré qu'en réaspirant, on laisse une quantité résiduelle importante de la solution aqueuse d'urée dans le module de dosage. Cette quantité résiduelle peut provoquer des dom-mages si elle gèle et aussi, est il important de prévoir une installation de protection contre le gel. Si le gel se produit en direction du disque à trous d'injection, c'est-à-dire par exemple en allant du centre du module de dosage en direction du disque à trous d'injection, l'augmentation de volume de la solution aqueuse d'urée, sous l'effet du froid, se développe également dans cette direction. Cela signifie que le disque à trous d'injection, fragile, est mis en pression ce qui peut l'endommager. Le document DE 10 2007 017 458 Al décrit un procédé de chauffage d'un module de dosage dans un système de post-traitement des gaz d'échappement SCR. Selon ce procédé, on exploite les signaux de capteur, notamment les signaux d'un capteur de température que l'on compare à des valeurs de seuil pour déterminer la nécessité d'un chauffage du module de dosage pour éviter qu'il ne gèle. Pour le chauffage, on commande la vanne de dosage fermée avec un profil de courant qui normalement se traduit par l'ouverture de la sou-pape de dosage et on libère uniquement de la chaleur par la résistance ohmique de la bobine. Cette chaleur chauffe le module de dosage à par-tir de l'intérieur. Le profil de courant se distingue notamment en ce que son niveau, c'est-à-dire l'intensité électrique moyenne, est inférieur au 3 niveau du premier profil de courant utilisé pour le dosage de l'agent réducteur. Exposé et avantages de l'invention La présente invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que l'unité d'entraînement est commandée par un second profil de courant lors de l'arrêt du moteur à combustion interne et ce second profil de courant, a un second niveau de courant de maintien relevé par rapport au premier niveau de courant de maintien. lo L'invention repose sur l'idée de base que la phase d'évacuation de la soupape de dosage n'est utilisée qu'après l'arrêt du moteur à combustion interne pour chauffer le module de dosage par modification de la commande électrique, ce qui se fait à l'aide de l'installation de commande et/ ou de régulation. Le second niveau de cou- 15 rant selon l'invention, en mode de roulage ou dans la phase qui suit le roulage, une fois le moteur à combustion interne, arrêté, a pour conséquence d'une part que l'alimentation en courant d'une part ouvre la soupape de dosage pour la vider ; d'autre part, l'intensité du courant, disponible, qui libère suffisamment de chaleur dans la résistance oh- 20 mique de la même bobine, chauffe le module de dosage de l'intérieur vers l'extérieur. On génère une augmentation de température dans le module de dosage et cette augmentation de température est dirigée et s'écarte notamment du disque à trous, sensible. 25 La température augmente ainsi en direction de la bobine. La zone du disque à trous d'injection, sensible, sera ainsi relativement plus froide que d'autres zones du module de dosage. Si ensuite, la solution aqueuse d'urée gèle à cause de la baisse de la température environnante s'est abaissée, le gel commencera dans la zone la plus mince 30 du module de dosage, c'est-à-dire au niveau du disque à trous d'injection, ce qui donne avantageusement un équilibre de pression dans la conduite d'alimentation. La phase de gel se poursuit du disque à trous d'injection en direction de la conduite de pression où il y a suffisamment de volume pour la dilatation de l'agent réducteur engendrée par le 35 froid et pour l'équilibrage de pression nécessaire à cet effet. 4 En d'autres termes, l'invention génère une direction de gel préférentielle, non critique pour les composants sensibles du module de dosage. Selon un développement, le procédé n'est exécuté que dans le cas où, par l'exploitation de signaux d'une installation de capteur du véhicule, l'installation de commande et/ou de régulation, détecte le gel à des températures inférieures à celles du point de congélation de l'agent réducteur (dans le cas de la solution aqueuse d'urée, cette température se situe à -11 °C). La hauteur du second ni-veau de courant de maintien, relevé, correspond de préférence à un multiple et en particulier sensiblement au triple du premier niveau de courant de maintien. Il est également avantageux qu'à l'arrêt du moteur à combustion interne, on vérifie les conditions pour la phase d'attente 15 consécutive du véhicule automobile et que l'on exécute le procédé si le contrôle indique un risque de gel. De manière avantageuse, pour réaliser l'invention, il ne faut aucune modification constructive du module de dosage usuel, con-nu; il suffit de modifier la commande ou régulation du module de do- 20 sage dans l'installation de commande et/ ou de régulation. Le comportement de la soupape de dosage en mode de régulation lorsque le moteur à combustion interne fonctionne, n'est pas influencé quant à la quantité dosée. Dessins 25 La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans les dessins annexés dans les-quels : - la figure 1 montre le contexte technique de l'invention, - la figure 2 montre en coupe longitudinale le module de dosage de la 30 figure 1, - la figure 3 montre un ordinogramme de l'exécution du procédé, et - la figure 4 montre la courbe de l'intensité du courant traversant la bobine magnétique de la figure 2 en mode de fonctionnement normal et selon le procédé de l'invention. 35 Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention La figure 1 présente l'environnement dans lequel s'inscrit l'invention et montre un moteur à combustion interne 10 équipé d'un système de gaz d'échappement 12 et d'un appareil de commande 14. 5 L'appareil de commande 14 est de préférence l'appareil de commande qui gère le fonctionnement du moteur à combustion interne 10 et reçoit à cet effet des signaux d'un ensemble de capteurs 16 concernant les paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne 10 pour traiter les signaux et générer des grandeurs d'actionnement destinées à des organes de réglage ou d'actionnement 18 du moteur à combustion interne 10. Les signaux des capteurs 16 permettent à l'appareil de commande 14, de déterminer de manière caractéristique la masse d'air aspirée par le moteur à combustion interne 10, la position de l'angle de rotation du vilebrequin du moteur 10, la température du moteur, etc.. A partir de ces signaux, l'appareil de commande 14 génère de manière caractéristique des grandeurs de réglage ou d'actionnement pour doser du carburant dans les chambres de combustion du moteur à combustion interne 10, pour régler la pression d'alimentation du turbocompresseur de gaz d'échappement, le taux de réinjection des gaz d'échappement, etc.. L'appareil de commande 14 est du reste conçu et notamment programmé pour commander le déroulement d'au moins un procédé et/ou la réalisation d'un tel procédé. Le système de gaz d'échappement 12 comporte un cataly- Beur d'oxydation 20 et un catalyseur SCR 22. Un module de dosage 24 est installé entre le catalyseur d'oxydation 20 et le catalyseur SCR 22 pour injecter dans les gaz d'échappement, de l'agent réducteur 26 pro-venant d'un réservoir d'alimentation 28. L'agent réducteur 26 est une solution aqueuse d'urée encore appelée AdBlue (marque déposée). Le module de dosage 24 est actionné de manière électromagnétique et cela par l'appareil de commande 14 avec un courant de commande I dans la bobine magnétique (n'apparaissant pas à la figure 1) du module de do-sage 24. L'alimentation du module de dosage 24 en agent réducteur 26, se fait par une conduite d'alimentation 30 recevant l'agent réducteur 26 d'une pompe 32. La pompe 32 est réalisée de préférence comme pompe 6 aspirante et refoulante, commandée, générant la pression d'injection nécessaire en mode de pression pour doser l'agent réducteur 26 dans le système de gaz d'échappement 12, en mode d'aspiration, cette pompe permet de vider l'agent réducteur 26 de la conduite d'alimentation 30. Pour cela, la pompe 32 est également commandée par l'appareil de commande 14. Différents capteurs 36, 38, 40, 42, 44 sont prévus pour commander la réduction catalytique sélective des oxydes d'azote par le dosage de l'agent réducteur 26 dans le système de gaz d'échappement 12 du moteur à combustion interne 10, les différents capteurs saisis-sent les paramètres de fonctionnement du système de gaz d'échappement 12 et fournissent des valeurs de mesure correspondantes, à l'appareil de commande 14. Selon une réalisation, les capteurs 36 et 40 sont des capteurs de température, alors que le capteur 38 sert de ma- nière préférentielle à la saisie de la concentration en oxydes d'azote NO. dans les gaz d'échappement en amont du catalyseur SCR 22. Un autre capteur 42 d'oxydes d'azote NON, est installé en aval du catalyseur SCR 22. Le capteur 44 saisit la concentration en ammoniac dans les gaz d'échappement en aval du catalyseur SCR 22 et permet ainsi de consta- ter un surdosage d'agent réducteur 26. Un capteur de niveau de rem-plissage 45 saisit le niveau de remplissage d'agent réducteur dans le réservoir 28 et fournit un signal correspondant à l'appareil de commande 14. La figure 2 montre en détail une coupe longitudinale du module de dosage 24. Le module de dosage 24 comprend principale-ment une soupape de dosage 46, une unité d'entraînement électromécanique 48, une unité de branchement hydraulique 50 pour l'agent réducteur 26, à doser, et une unité d'alimentation électrique 52. La soupape de dosage 46 comporte un premier boîtier 54 en forme de manchon guidant axialement un organe de maintien 56 dont l'extrémité libre est reliée à un élément de soupape 58 en forme de bille. L'élément de soupape 58 coopère avec un siège de soupape 60. Dans le corps de fixation 56, au milieu et en position axiale, on a un tube de guidage 62 comme conduite d'alimentation de l'agent réducteur 26. Le tube de guidage 62 se termine dans la direction d'écoulement 63 7 sensiblement au-dessus de l'élément de soupape 58. A la figure 2, sous l'élément de soupape 58, un disque à trous d'injection 64 couvre un orifice de sortie 66 du module de dosage 24 pour l'agent réducteur 26. Le disque à trous d'injection 64 a une épaisseur d'environ 150 µm et cour- s porte des orifices ou trous pour la sortie de l'agent réducteur 26. L'agent réducteur n'est pas représenté. La figure 2 montre l'unité d'entraînement 48 installée au-dessus de la soupape de dosage 46. L'unité d'entraînement 48 comprend principalement un induit 68 installé sensiblement dans le pro- lo longement du corps de maintien 56. L'induit magnétique permet de déplacer axialement le corps de maintien 56 avec l'élément de soupape 58. L'induit magnétique 68 est déplacé par la force magnétique générée dans la bobine électromagnétique 70. La bobine électromagnétique 70 a, par exemple, une résistance électrique d'environ 12 D. L'unité d'en- 15 traînement 48 est entourée d'un second boîtier 72. Le second boîtier 72 reçoit un troisième boîtier 74 mis en place ou vissé qui comporte l'unité de branchement hydraulique 50 pour l'agent réducteur 26 à doser, ainsi que l'unité d'alimentation électrique 52. L'unité de branchement hydraulique 50 comporte au milieu, 20 un canal de branchement 76 pour l'agent réducteur 26 à doser. Le canal de branchement 76 est relié à la pompe aspirante et refoulante 32, commandée par une liaison hydraulique (celle-ci n'est pas représentée à la figure 2). La pompe aspirante et refoulante 32 fournit l'agent réducteur 26 au canal de branchement 76 comportant un élément fonction- 25 nant comme soupape de pression 80 dans la direction d'écoulement 63. Cet élément, fournit l'agent réducteur 26 au niveau d'un orifice 82 réalisé dans la conduite. Latéralement, le troisième boîtier 74 comporte l'unité d'alimentation électrique 52 munie d'une prise 84 recevant un connecteur avec des lignes d'alimentation électrique (non représentées) 30 pour la bobine électromagnétique 70. La figure 3 montre un ordinogramme représentant le dé-roulement du procédé. Selon le procédé, on vérifie tout d'abord par l'interrogation 100, si le moteur à combustion interne 10 a été arrêté, si bien que la phase de post-fonctionnement du moteur à combustion in- 35 terne 10 commence. Si cela est le cas, dans l'étape 110, on commute le 8 fonctionnement de la pompe 32 du mode de refoulement au mode d'aspiration. Cela est nécessaire car il est prévu de vider la soupape de do-sage 46 par réaspiration. De façon connue, il subsiste néanmoins une quantité résiduelle d'agent réducteur 26 dans la soupape de dosage 46. Pour favoriser le mode d'aspiration, dans l'étape 120, on ouvre la sou-pape de dosage 46 selon le procédé connu de gestion du moteur à combustion interne 10. Pour expliciter cette situation, la figure 4 montre le profil du courant électrique traversant la bobine électromagnétique 70. Le profil du courant selon le procédé connu de gestion du moteur à combustion interne 10, est représenté par un trait plein 86. Pour ouvrir rapidement la soupape de dosage 46, le courant (intensité) augmente tout d'abord rapidement jusqu'à l'intensité I2. On dépasse alors un seuil Io qui représente un niveau de courant nécessaire pour vaincre les forces de frottement et la force d'inertie et ouvrir la soupape de dosage 46. Après ouverture de la soupape de dosage 46, on peut réduire l'intensité du courant à la valeur I1 pour maintenir la soupape de dosage 46 en position ouverte. Toutefois, il ne faut pas dépasser le seuil Io. Après ouverture de la soupape de dosage 46, dans l'inter- rogation 130, on exploite les signaux du capteur de température 36 et/ou 40 dans l'appareil de commande 14. On y détermine la température existant en mode de roulage ou lors de l'arrêt du moteur à combustion interne, et présentant un risque de gel, de sorte que le procédé selon l'invention se poursuit. Ensuite, il faut agir contre le gel de la soupape de dosage 46, car avec un agent réducteur gelé 26, la dilatation de l'agent réducteur 26 occasionnée par le froid, peut provoquer des dommages dans la soupape de dosage 46, notamment au niveau du disque à perforations 64. Le gel est particulièrement dangereux si la di-rection de congélation va du centre du module de dosage 24, vers le disque à trous d'injection 64 en exerçant ainsi la pression sur le disque à trous 64. Pour s'opposer à cet effet gênant, ensuite dans l'étape 140, on commande la bobine électromagnétique 70 avec un courant de main-tien pour tenir la soupape de dosage 46, ouverte, avec une intensité de courant de l'ordre de 1000 mA (voir I3 figure 4). 9 Le trait interrompu 88 à la figure 4 représente la courbe du courant. Selon un développement préférentiel, cela correspond sensiblement au triple de la valeur du courant de maintien nécessaire selon le procédé connu, pendant le fonctionnement du moteur à combustion interne 10 (environ 350 mA; voir I1, figure 4). Cela signifie que cette intensité du courant, augmentée qui maintient la soupape de dosage 46 en position ouverte, mais qui est une intensité de courant excessive, produit dans la bobine électromagnétique 70, un apport de chaleur considérable au module de dosage 24. L'apport de chaleur est issu de la bobine électromagnétique installée au niveau du module de dosage 24, c'est-à-dire sensiblement vers le centre du module de dosage 24, pour chauffer alors l'ensemble du module de dosage 24. Pour une tension de batterie admise comme correspondant à 12 V, on aura pour la phase de maintien, une puissance de chauffage d'environ 12 W dans la bobine électromagnétique 70 au cours de la phase de post-fonctionnement. On influence ainsi la congélation par un apport thermique ciblé au module de dosage 24. La phase de congélation commence ainsi dans la zone la plus mince du module de dosage, c'est-à-dire au niveau de l'orifice de sortie 66 à proximité du disque à trous d'injection 64 ce qui permet avantageusement d'équilibrer la pression par rapport au tuyau de guidage 62, c'est-à-dire en s'écartant du disque à trous d'injection 64 vers l'espace disponible pour l'extension conditionnée par le froid, de l'agent réducteur 26 et pour l'équilibrage de pression ainsi nécessaire.25 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 10 moteur à combustion interne 12 système de gaz d'échappement 14 appareil de commande 16 ensemble de capteurs 18 actionneur 20 catalyseur d'oxydation 22 catalyseur SCR 24 module de dosage 26 agent réducteur 28 réservoir 30 conduite d'alimentation 32 pompe aspirante et refoulante 36, 38, 40, 42, 44 capteurs 46 soupape de dosage 48 unité d'entraînement 50 unité de branchement 52 unité d'alimentation électrique 56 organe de maintien 58 élément de soupape sphérique 62 tube de guidage 63 direction de l'écoulement 64 disque à trous d'injection 66 orifice de sortie 68 induit électromagnétique 70 bobine électromagnétique 72, 73 boîtier 76 canal de raccordement 84 prise35 REVENDICATIONS1 °) Procédé de gestion d'une soupape de dosage (46) à commande électromagnétique installée dans un système de gaz d'échappement (12) d'un moteur à combustion interne (10) et qui est actionnée pour le do- sage d'agent réducteur (26) dans le système de gaz d'échappement (12) par une installation de commande et/ ou de régulation (14) par l'intermédiaire d'une unité d'entraînement électromécanique (48), l'unité d'entraînement (48) étant commandée par un premier profil de courant ayant une phase de courant de maintien à un premier niveau de courant de maintien lorsque la soupape de dosage (46) est ouverte, et la soupape de dosage (46) et l'unité d'entraînement (48) font partie d'un module de dosage (24), caractérisé en ce que l'unité d'entraînement (48) est commandée par un second profil de courant lors de l'arrêt du moteur à combustion interne (10) et ce second profil de courant, a un second niveau de courant de maintien relevé par rapport au premier niveau de courant de maintien. 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on chauffe le module de dosage (24) par le second niveau de courant de maintien, augmenté. 3°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second niveau de courant de maintien, augmenté, n'est généré qu'en cas de risque de gel. 4°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second profil de courant, ouvre la soupape de dosage (46) pour la vider. 15 12 5°) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la soupape de dosage (46) est vidée par réaspiration. 6°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second niveau de courant de maintien, augmenté, correspond à un multiple de préférence au triple du premier niveau de courant de main-tien. 7°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la soupape de dosage (46) est actionnée par une bobine électromagnétique (70) alimentée, installée dans l'unité d'entraînement (48). 8°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module de dosage (24) est chauffé par l'alimentation de la bobine électromagnétique (70). 20 9°) Installation de commande et/ou de régulation (14) d'une soupape de dosage (46) à commande électromagnétique installée dans le système des gaz d'échappement (12) d'un moteur à combustion (10), l'installation de commande et/ ou de régulation (14) étant conçue pour 25 que la soupape de dosage (46) soit actionnée pour doser l'agent réducteur (26) dans le système des gaz d'échappement (12) par une unité d'entraînement électromécanique (48), l'appareil de commande étant conçu pour que l'unité d'entraînement électromagnétique (48) soit commandée avec un premier profil de cou- 30 rant ayant un premier niveau de courant de maintien lorsque la sou-pape de dosage (46) est ouverte, et la soupape de dosage (46) et l'unité d'entraînement (48) font partie d'un module de dosage (24), installation de commande et/ou de régulation (14), 35 caractérisée en ce quel'unité d'entraînement (48) est commandée avec un second profil de courant lors de l'arrêt du moteur à combustion interne (10), ce second profil de courant ayant un second niveau de courant de maintien relevé par rapport au premier niveau de courant de maintien.5