Brevet FR2949136A1 — publié le 20110218

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de gestion d'un catalyseur SCR comportant un réservoir contenant une solution aqueuse d'urée et une installation de dosage pour doser cette solution dans le catalyseur SCR, procédé selon lequel le réservoir de solution aqueuse d'urée comporte au moins un capteur de mesure capacitive. L'invention concerne également un programme d'ordinateur et un produit programme d'ordinateur pour la mise en oeuvre du procédé. Etat de la technique On connaît des procédés et des dispositifs de gestion d'un moteur à combustion interne notamment de moteur équipant des véhicules automobiles dont le système des gaz d'échappement comporte un catalyseur SCR (catalyseur à réduction catalytique sélective). Ce catalyseur transforme les oxydes d'azote (NOx) contenus dans les gaz d'échappement émis par le moteur à combustion interne en présence d'un agent réducteur pour donner de l'azote. Cela permet de réduire considérablement la teneur en oxydes d'azote dans les gaz d'échappement. Pour exécuter la réaction il faut de l'ammoniac (NH3) que l'on mélange aux gaz d'échappement. Comme agent de réaction on utilise NH3 ou des produits donnant NH3. En général il faut pour cela une solution aqueuse d'urée que l'on injecte en amont du catalyseur SCR dans la conduite de gaz d'échappement à l'aide d'une installation de dosage. Cette solution donne NH3 fonctionnant comme agent réducteur. Pour stocker la solution d'urée on utilise un réservoir d'agent réducteur ou réservoir à solution aqueuse d'urée. Habituellement la solution aqueuse d'urée définie par la norme DIN a la caractéristique de geler à environ - 11 ° C. La température pratique de congélation dépend toutefois du rapport de mélange de la solution aqueuse d'urée ainsi que de Page de cette solution. En particulier dans les applications à l'automobile il faut prévoir un chauffage dans le réservoir contenant la solution aqueuse 2 d'urée, pour dégeler cette solution et fournir la solution d'urée aqueuse à l'état liquide servant au fonctionnement du catalyseur SCR, même pour des températures extérieures produisant la congélation. Dans la solution aqueuse d'urée, congelée, le chauffage produit au moins une décongélation partielle de la solution qui peut servir au post-traitement des gaz d'échappement dans le catalyseur SCR. En général on prévoit un capteur de température dans le réservoir contenant la solution aqueuse d'urée pour mesurer la température de la solution ; les valeurs de température saisies servent à réguler le chauffage. En outre le capteur de température et la température saisie permettent d'afficher que la solution aqueuse est prête au dosage dans la mesure où la température saisie est supérieure au point de congélation. Pour saisir le niveau de remplissage de la solution aqueuse d'urée dans le réservoir d'agent réduction on utilise en général un capteur de niveau de remplissage, par exemple un capteur de niveau de remplissage fonctionnant selon un principe de mesure capacitive. La solution aqueuse d'urée fonctionne directement comme diélectrique d'un condensateur. Le niveau de remplissage ou la hauteur de la solution aqueuse d'urée dans le réservoir font que le condensateur n'est le cas échéant � rempli � que partiellement avec la solution aqueuse d'urée fonctionnant comme diélectrique. La variation de la capacité du condensateur dépend également du niveau de remplissage du réservoir de sorte que connaissant la constante diélectrique de la solution aqueuse d'urée on pourra mesurer le niveau de remplissage. La constante diélectrique Er d'une solution aqueuse d'urée normalisée varie entre Er = 90...95 pour une solution neuve et Er = 105 pour une solution vieille. Ces différentes constantes diélectriques de la solution aqueuse d'urée ont une influence sur le résultat respectif de la mesure et ainsi sur le niveau de remplissage mesuré. Pour éliminer cette influence on peut diviser la capacité mesurée fournie par le capteur de niveau de remplissage, par la capacité de référence d'une électrode de référence. L'électrode de référence du capteur de niveau de remplissage est installée pour qu'elle ait au contact de la solution même pour un niveau de remplissage très faible une solution aqueuse d'urée. 3 Pour le fonctionnement d'un catalyseur SCR, il est nécessaire de constater si la solution aqueuse d'urée constituant l'agent réducteur est disponible à l'état liquide ou à l'état congelé. Ce n'est qu'à l'état liquide que la solution aqueuse d'urée permet le dosage. Si la solution aqueuse d'urée est congelée il faut chauffer le réservoir qui contient cette solution pour disposer de nouveau d'une solution aqueuse d'urée à l'état liquide. Habituellement on mesure la température de la solution aqueuse d'urée à l'aide d'un capteur de température. A partir de cette valeur de la température on détermine si la solution est gelée ou liquide. Pour cela on suppose que le point de congélation de la solution se situe à - 1° C pour qu'à une température au dessus de - 11 ° C on considérera que la solution est liquide alors que pour une température inférieure à - 11 ° C ou égale à cette température on considérera que la solution est gelée ou solide. Toutefois la vraie température de congélation d'une certaine solution aqueuse d'urée dépend de son âge et du rapport de mélange réel de cette solution. C'est pourquoi le point de congélation effectif peut varier de manière importante par rapport à - 1° C de sorte que conclure comme indiqué ci-dessus en utilisant les valeurs mesurées de la température, risque de donner une fausse information concernant l'état liquide ou solide de la solution aqueuse d'urée. Le fait de conclure que la solution est solide ou gelée en s'appuyant sur les valeurs de température mesurées de la solution d'agent réducteur peut par exemple aboutir à ce que pour un point de congélation modifié de la solution, par exemple à cause du vieillissement, on supposera que la solution est liquide et on ne commandera pas le chauffage. En fait la solution est toujours gelée car le vieillissement de la solution a relevé son point de congélation si bien que l'on ne peut fournir d'agent réducteur à l'état liquide au catalyseur SCR et le post-traitement des gaz d'échappement ne se fera pas correctement. But de l'invention La présente invention à pour but de développer un procédé de gestion d'un catalyseur SCR remédiant aux inconvénients cités de l'état de la technique et permettant d'obtenir notamment une 4 information fiable de l'état d'agrégation de la solution aqueuse d'urée dans un réservoir de solution aqueuse d'urée. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne un procédé de gestion d'un catalyseur SCR du type défini ci-dessus caractérisé en ce qu'on fournit des informations concernant l'état d'agrégation de la solution aqueuse d'urée dans le réservoir de solution aqueuse d'urée en ce qu'on saisit avec au moins un capteur capacitif, une grandeur représentant la capacité et à partir de la capacité, on détermine l'état d'agrégation de la solution aqueuse d'urée. La mesure de la capacité permet de déterminer de manière fiable si la solution aqueuse d'urée est à l'état liquide ou à l'état solide, c'est-à-dire gelée car la constant diélectrique Er d'une solution aqueuse d'urée à l'état liquide et d'une telle solution à l'état congelé, diffèrent de manière significative. L'information déduite de la capacité mesurée concernant l'état d'agrégation de la solution aqueuse d'urée permet ainsi d'avoir une indication relative à l'état d'agrégation effectif de la solution. Cela a l'avantage par rapport au procédé de l'état de la technique fondé sur un mesure directe de la température, d'éviter en toute sécurité les informations erronées concernant l'état d'agrégation qui peuvent être occasionnées par exemple par une modification du point de congélation à cause d'une variation de la composition ou du vieillissement de la solution aqueuse d'urée ce qui représente un avantage considérable. De manière préférentielle on compare la capacité saisie selon l'invention à une capacité de référence représentant la capacité d'une solution aqueuse d'urée à l'état liquide. Dans la mesure où la capacité mesurée est inférieure à la capacité de référence ou capacité de comparaison, on en conclut que la solution aqueuse d'urée est à l'état d'agrégation solide, c'est-à-dire qu'elle est congelée. Ce procédé repose sur le fait que pour une solution aqueuse d'urée, congelée, la constante diélectrique du mélange contenu dans le réservoir diminue fortement si bien que la capacité mesurée diminue également. Pour une exploitation correspondante de la capacité on pourra conclure qu'il y a formation de glace. La capacité de comparaison qui représente une solution aqueuse d'urée liquide peut être par exemple enregistrée dans un appareil de commande. De manière préférentielle la capacité de comparaison ou capacité de référence est actualisée à intervalles réguliers ou à la demande pour tenir compte d'une éventuelle modification de la 5 composition de la solution aqueuse d'urée ou de son vieillissement. Le capteur de mesure capacitive peut être par exemple un capteur de qualité ou un capteur de conductivité installé dans le réservoir d'agent réducteur ou en un autre endroit du système SCR. Selon un développement particulièrement préférentiel du procédé de l'invention, le capteur capacitif est un capteur de niveau de remplissage qui existe en général de toute façon dans un réservoir de solution aqueuse d'urée. Le capteur de niveau de remplissage qui repose sur le principe d'une mesure capacitive comme décrit ci-dessus, comporte en général au moins une électrode de mesure et au moins une électrode de référence. De façon préférentielle, selon l'invention, on mesure la capacité avec l'électrode de référence. Comme l'électrode de référence peut mesurer une capacité grâce à son installation dans le réservoir de solution aqueuse d'urée, même pour un niveau de remplissage très bas, la capacité saisie par l'électrode de référence est pratiquement indépendante du niveau de remplissage du réservoir. Ainsi une saisie de capacité selon l'invention par l'électrode de référence peut être très avantageuse car la capacité saisie par l'électrode de référence dépend uniquement de la constante diélectrique de la solution. L'électrode de référence permet ainsi de saisir une variation de la constante diélectrique et de tirer des conclusions concernant l'état d'agrégation de la solution et cela d'une façon particulièrement avantageuse. Selon un développement préférentiel du procédé de l'invention, les informations concernant l'état d'agrégation de la solution aqueuse d'urée, informations fournies selon l'invention, servent à réguler le chauffage du réservoir contenant la solution aqueuse d'urée. Comme déjà indiqué le procédé selon l'invention permet d'obtenir une information relative à l'état d'agrégation effectif de la solution aqueuse d'urée qui est une information fiable même si le point de congélation effectif diffère du point de congélation théorique de la solution, donnant une indication sur l'état liquide ou gelé de la solution. Ces informations 6 permettent de commander de façon appropriée le chauffage en fonction des circonstances effectives. On peut ainsi réduire de manière significative la consommation de courant dans le système ce qui se répercute finalement sur une économie de carburant. Cette commande du chauffage en fonction des besoins, c'est-à-dire que pour une température mesurée par exemple - 11 ° C ou inférieure à celle-ci, il faut chauffer mais seulement si la solution aqueuse d'urée est effectivement gelée. Selon un autre développement préférentiel du procédé de l'invention, les informations concernant l'état d'agrégation de la solution aqueuse d'urée donnent une indication affichée concernant l'état de la solution aqueuse d'urée prête au dosage. Dans la mesure où selon l'invention on déduit que la solution aqueuse d'urée est à l'état liquide, on pourra afficher que la solution est prête à être dosée. Dans le cas de la solution aqueuse d'urée dont on a constaté l'état gelé, il sera indiqué que la solution n'est pas prête à être dosée. Ce développement du procédé de l'invention a l'avantage que l'information concernant l'état d'agrégation de la solution ne repose pas sur une hypothèse qui ne correspond pas à la réalité des faits ; on saisit l'état d'agrégation effectif de sorte que l'affichage de l'état prêt à être dosé ne se fera toujours que si la solution aqueuse d'urée est effectivement à l'état liquide. Selon un autre développement préférentiel du procédé de l'invention, les informations relatives à l'état d'agrégation de la solution aqueuse d'urée sont utilisées pour contrôler la plausibilité d'un capteur de température installé dans le réservoir contenant la solution aqueuse d'urée. En particulier pour une solution aqueuse d'urée définie, ayant un point de congélation connu, la valeur mesurée de la température pourra être comparée à l'état d'agrégation saisi selon l'invention. Si par exemple la solution normalisée n'est pas effectivement gelée à une température mesurée inférieure à - 1° C, on pourra en déduire que le capteur de température est défectueux. En outre dans le cas d'une température mesurée supérieure à - 1°c, c'est-à-dire supérieure au point de congélation, et si selon l'invention on détecte un état d'agrégation solide c'est-à-dire gelé, on pourra conclure que le capteur de température est défectueux. 7 En outre l'invention concerne un programme d'ordinateur qui exécute toutes les étapes du procédé de l'invention sur un calculateur ou un appareil de commande. L'invention concerne également un produit programme d'ordinateur avec un code programme enregistré sur un support lisible par une machine pour exécuter le procédé selon l'invention lorsque le programme est exécuté par un calculateur ou un appareil de commande. Ce programme d'ordinateur ou ce produit programme d'ordinateur peuvent s'appliquer d'une manière particulièrement avantageuse à un procédé de gestion d'un moteur à combustion interne équipé d'un catalyseur SCR dans le système des gaz d'échappement, pour déterminer l'état d'agrégation c'est-à-dire l'état liquide ou l'état solide de la solution aqueuse d'urée constituant l'agent réducteur. L'information saisie selon l'invention concernant l'état d'agrégation de la solution permet par exemple de réguler à la demande le chauffage du réservoir contenant la solution aqueuse d'urée ou d'afficher que la solution aqueuse d'urée est prête à être dosée. 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 un catalyseur SCR installé dans le système des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne équipé d'un réservoir contenant une solution aqueuse d'urée et une installation de dosage, - la figure 2 montre un ordinogramme correspondant à une réalisation du procédé de l'invention pour la commande du chauffage du réservoir contenant la solution aqueuse d'urée, et - la figure 3 montre un ordinogramme d'un autre développement du procédé selon l'invention pour afficher l'état permettant le dosage. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre un système de gaz d'échappement ou conduite de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne équipé d'un catalyseur SCR 10 alimenté par une installation de dosage 11 d'une solution aqueuse d'urée prélevée dans un réservoir de solution 8 aqueuse d'urée ou réservoir d'agent réducteur 12. Le réservoir d'agent réducteur 12 est équipé d'une pompe 13 qui prélève l'agent réducteur (solution aqueuse d'urée) du réservoir 12. La pompe 13 fournit l'agent réducteur par l'intermédiaire d'une installation de dosage 11 d'un catalyseur SCR 10 pour dénitrifier les gaz d'échappement. Le réservoir d'agent réducteur 12 est équipé d'un capteur de niveau de remplissage 14 utilisant le principe de mesure capacitive. La solution aqueuse d'urée contenue dans le réservoir d'agent réducteur 12 fonctionne ainsi comme un diélectrique d'un condensateur. En fonction du niveau de remplissage de la solution d'agent réducteur dans le réservoir 12, le condensateur ne sera le cas échéant que partiellement � rempli � avec du diélectrique de sorte que la variation de la capacité du condensateur dépend du niveau de remplissage du réservoir 12 et permet ainsi de déterminer le niveau de remplissage en utilisant la constante diélectrique connue de la solution d'agent réducteur. Pour exclure l'influence de constante diélectrique Er, variable, de la solution réelle, on divise la capacité mesurée par une capacité de référence obtenue à l'aide d'une électrode de référence 15, indépendamment du niveau de remplissage du réservoir d'agent réducteur 12. La saisie, l'exploitation et la transmission des valeurs de mesure sont assurées de préférence par une électronique d'exploitation installée dans la tête 16 du capteur de remplissage 14. Les données sont transmises à une unité de commande centrale 17 pour la suite de leur traitement. L'influence est fondée sur le fait qu'une solution aqueuse d'urée, à l'état gelé a une autre capacité qu'une solution aqueuse d'urée à l'état liquide. Cette différence est utilisée selon l'invention pour déterminer l'état d'agrégation effectif de la solution aqueuse d'urée dans le réservoir d'agent réducteur 12. De manière préférentielle, à l'aide de l'électrode de référence 15, on saisit la capacité de la solution contenue dans le réservoir 12. La mesure à l'aide de l'électrode de référence 15 a l'avantage de pouvoir faire la mesure de la capacité indépendamment du niveau de remplissage de la solution dans le réservoir. La capacité mesurée est de préférence comparée à une capacité de référence ou de comparaison Cv qui correspond à la capacité prévisible d'une solution aqueuse d'urée à l'état liquide. Dans la mesure où la capacité mesurée 9 est inférieure à la capacité de comparaison (ou capacité de référence) cela exclut que la solution aqueuse d'urée soit à l'état solide c'est-à-dire à l'état d'agrégation gelé. L'électronique d'exploitation équipant la tête 16 du capteur de niveau de remplissage 14 peut ainsi transmettre un signal de détection de congélation à l'unité de commande 17 pour que soient prises des mesures appropriées. Par exemple, à la suite du signal de détection de l'état gelé, on commandera le chauffage dans le réservoir 12 et/ou on neutralise le fait que l'agent réducteur soit prêt à être dosé. L'avantage de l'invention réside dans le fait que la détection de la formation de glace repose sur l'état d'agrégation effectif de la solution d'agent réduction et non comme dans les systèmes usuels, sur l'hypothèse que pour une certaine température mesurée à l'aide d'un capteur de température dans le réservoir d'agent réducteur 12, la solution se trouve nécessairement à un certain état d'agrégation suivant que la température mesurée est supérieure ou inférieure au point de congélation théorique de la solution. La saisie selon l'invention de l'état d'agrégation effectif permet de prendre différentes mesures notamment de commander de manière appropriée le chauffage ce qui permet de réduire de manière significative la consommation électrique dans le système et d'économiser ainsi du carburant. Un avantage particulier de l'invention est de pouvoir utiliser les capteurs de niveau de remplissage équipant déjà le réservoir d'agent réducteur ou d'autres capteurs de mesure capacitif. Cela permet un fonctionnement avantageux, supplémentaire avec des composants existants. L'électronique d'exploitation qui existe déjà ne nécessite le cas échéant qu'une petite modification ou qu'un petit complément pour s'utiliser dans le sens de l'invention. Aucun composant supplémentaire n'est nécessaire de sorte que le procédé selon l'invention peut être intégré comme autre fonctionnalité avantageuse dans des véhicules existants, par exemple exclusivement en étendant les programmes. Dans l'électronique d'exploitation il suffit de convertir de manière appropriée la détection d'une constante diélectrique plus faible du milieu. La figure 2 montre schématiquement un ordinogramme d'utilisation des informations saisies selon l'invention concernant l'état 10 d'agrégation de la solution aqueuse d'urée pour réguler le chauffage dans le réservoir contenant l'agent réducteur. Ainsi, après le lancement du procédé dans l'étape 20, on saisit la capacité de préférence à l'aide d'une électrode de référence d'un capteur de niveau de remplissage capacitif dans le réservoir contenant l'agent réducteur. Dans l'étape 21 on demande si la capacité mesurée est inférieure à la capacité de comparaison ou capacité de référence Cv qui représente la capacité d'une solution d'agent réducteur à l'état liquide. Dans la mesure où la capacité mesurée est inférieure à la capacité de référence ou capacité de comparaison Cv, on génère un signal dans l'étape 22 qui représente d'état congelé de la solution c'est-à-dire l'état d'agrégation solide. Puis dans l'étape 23 on commande le chauffage du réservoir d'agent réducteur. Ensuite, on passe à l'étape 20 pour mesurer de nouveau la capacité et vérifier si on est toujours en présence d'un état d'agrégation solide ou si éventuellement entre temps on se trouve dans un état d'agrégation liquide. Si dans l'étape 21 on constate que la capacité mesurée n'est pas inférieure à la capacité de comparaison ou capacité de référence Cv, alors un signal est émis dans l'étape 24 qui représente l'état liquide de la solution. Ensuite dans l'étape 25 on coupe le chauffage et le procédé se termine. Le cas échéant on peut revenir de l'étape 25 à l'étape 20 pour détecter de nouveau suffisamment à temps que l'agent réducteur est gelé, pour pouvoir commander de façon appropriée le chauffage. La figure 3 montre un ordinogramme d'un autre développement préférentiel du procédé selon l'invention pour afficher l'état permettant le dosage. Après le démarrage du procédé, dans l'étape 30 on mesure la capacité de la solution d'agent réducteur dans le réservoir à l'aide d'une électrode de référence. Dans l'étape 31 on demande si la capacité mesurée est inférieure à la capacité de comparaison ou capacité de référence Cv qui représente la capacité prévisible d'une solution aqueuse d'urée à l'état liquide. Si cela est le cas, on émet un signal dans l'étape 32 qui représente l'état d'agrégation solide c'est-à-dire l'état congelé de la solution de sorte que dans l'étape 33 on indique que l'on est pas dans un état permettant le dosage. Si dans l'étape 31 on constate que la capacité mesurée est inférieure à la 11 capacité de référence ou capacité de comparaison Cv, on émet un signal dans l'étape 34 représentant l'état liquide de la solution de sorte que dans l'étape 35 on pourra indiquer que la solution est prête à être dosée.5 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX DE L'INSTALLATION 10 Catalyseur SCR 11 Installation de dosage 12 Réservoir d'agent réducteur 13 Pompe 14 Capteur de niveau de remplissage 15 Electrode de référence 16 Tête de capteur 17 Unité de commande 15 REVENDICATIONS1 °) Procédé de gestion d'un catalyseur SCR (10) comprenant un réservoir d'une solution aqueuse d'urée (12) et une installation de dosage (11) pour doser la solution aqueuse d'urée dans le catalyseur SCR (10), procédé selon lequel le réservoir de solution aqueuse d'urée comporte au moins un capteur de mesure capacitive (14), procédé caractérisé en ce qu' on fournit des informations concernant l'état d'agrégation de la solution aqueuse d'urée dans le réservoir de solution aqueuse d'urée (12) en ce qu'on saisit avec au moins un capteur capacitif (14), une grandeur représentant la capacité et à partir de la capacité, on détermine l'état d'agrégation de la solution aqueuse d'urée. 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on compare la capacité à une capacité de référence représentant une solution aqueuse d'urée à l'état liquide et si la capacité est plus faible que la capacité de référence, on conclut que la solution aqueuse d'urée est à l'état d'agrégation solide. 3°) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le capteur de mesure capacitive (14) est un capteur de niveau de remplissage. 4°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur de mesure capacitive (14) comporte au moins une électrode de mesure et au moins une électrode de référence (15), la capacité étant saisie par rapport à l'électrode de référence (15). 5°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que14 l'information relative à l'état d'agrégation de la solution aqueuse d'urée est utilisée pour chauffer le réservoir (12) contenant la solution aqueuse d'urée. s 6°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les informations relatives à l'état d'agrégation de la solution aqueuse d'urée sont utilisées pour afficher que la solution aqueuse d'urée est prête à être dosée. 10 7°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les informations relatives à l'état d'agrégation de la solution aqueuse d'urée sont utilisées pour un contrôle de plausibilité d'un capteur de 15 température dans le réservoir (12) contenant la solution aqueuse d'urée. 8°) Programme d'ordinateur exécutant toutes les étapes d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 7, lorsque le procédé est exécuté par un calculateur ou un appareil de commande. 20 9°) Produit programme d'ordinateur comportant un code programme enregistré sur un support lisible par une machine pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 7, lorsque le programme est exécuté sur un calculateur ou un appareil de 25 commande. 30 35