Brevet FR2997998A1 — publié le 20140516

Méthode et système pour le contrôle du fonctionnement d'un système de stockage et d'injection d'additif dans les gaz d'échappement d'un moteur La présente demande concerne une méthode pour contrôler le fonctionnement d'un composant (tel que par exemple, un injecteur ou un chauffeur) d'un système SCR. Les législations sur les émissions des véhicules et poids lourds prévoient entre autres une diminution des rejets d'oxydes d'azote NO' dans l'atmosphère. Pour atteindre cet objectif on connaît le procédé SCR (Selective Catalytic Reduction) qui permet la réduction des oxydes d'azote par injection d'un agent réducteur, généralement d'ammoniac, dans la ligne d'échappement. Cet ammoniac peut provenir de la décomposition par thermolyse d'une solution d'un précurseur d'ammoniac dont la concentration peut être celle de l'eutectique. Un tel précurseur d'ammoniac est généralement une solution d'urée. Avec le procédé SCR, les dégagements élevés de NO' produits dans le moteur lors d'une combustion à rendement optimisé sont traités en sortie du moteur dans un catalyseur. Ce traitement requiert l'utilisation de l'agent de réduction à un niveau de concentration précis et dans une qualité extrême. La solution est ainsi précisément dosée et injectée dans le flux de gaz d'échappement où elle est hydrolysée avant de convertir l'oxyde d'azote (NO) en azote (N2) et en eau (H20). Pour ce faire, il est nécessaire d'équiper les véhicules d'un réservoir contenant une solution d'additif (urée généralement), ainsi que d'un dispositif pour doser et injecter la quantité d'additif désirée dans la ligne d'échappement. Un tel dispositif est généralement appelé injecteur. Ainsi, il est important de pouvoir contrôler avec précision l'injecteur. D'une manière générale, il est important de pouvoir commander avec précision l'ensemble des composants clés du système SCR. Parmi, ces composants clés il y a le dispositif de chauffage qui a pour fonction de liquéfier la solution d'additif afin de pouvoir l'injecter dans la ligne d'échappement en cas de démarrage dans des conditions de gel. En effet, étant donné que la solution aqueuse d'urée généralement utilisée à cette fin (eutectique à 32.5 % en poids d'urée) gèle à -11°C, il est nécessaire de prévoir un tel dispositif de chauffage. On connaît plusieurs méthodes pour contrôler le fonctionnement de l'injecteur. Une méthode connue repose sur l'utilisation de la cartographie du moteur pour estimer la quantité de NOx qui va être générée, et d'une boucle de rétroaction basée sur la sonde lambda placée en sortie du pôt catalytique SCR. L'inconvénient de cette méthode connue est qu'elle ne tient pas compte du fluide entrant dans l'échappement et que donc le contrôle de l'efficacité est purement dépendant de la sonde lambda qui n'est pas en mesure de diagnostiquer l'origine d'une mauvaise ou sur-réduction des NOx. Généralement, l'urée subit un vieillissement dans le temps. Ce vieillissement est causé notamment par des cycles thermiques. Ainsi, une partie de l'urée se transforme en NI-13 dissous ce qui modifie la concentration de la solution. Actuellement, il existe des sondes (ou capteurs) permettant de mesurer la concentration d'urée. Généralement, il est connu d'utiliser la mesure de concentration fournie par de telles sondes pour détecter un problème lié à l'introduction d'un fluide non conforme dans le réservoir contenant l'urée, puis d'en avertir le contrôleur du système SCR. La présente invention vise à fournir une méthode de contrôle du fonctionnement d'un composant d'un système SCR qui est précise et simple, et qui permet de tenir compte du vieillissement de la solution. Dès lors, la présente invention concerne une méthode de gestion du fonctionnement d'au moins un composant d'un système pour le stockage et l'injection d'un additif dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, ledit système comprenant un réservoir pour le stockage de l'additif, ladite méthode comprenant les étapes suivantes : - obtenir une mesure instantanée de la concentration d'additif et/ou une mesure instantanée de l'alcalinité de l'additif et/ou une mesure instantanée de la température au sein du réservoir, au moyen d'un ou plusieurs capteurs (ou sondes) de mesure montés au sein du réservoir ; - déterminer le pouvoir réducteur de l'additif en fonction de la mesure instantanée de la concentration d'additif, et/ou de la mesure instantanée de l'alcalinité de l'additif et/ou de la mesure instantanée de la température au sein du réservoir ; - générer un signal de commande, en fonction du pouvoir réducteur déterminé ; - transmettre le signal de commande généré au composant. Ainsi, la présente invention propose de contrôler le fonctionnement d'un ou plusieurs composants d'un système SCR, en fonction d'une estimation du pouvoir réducteur de l'additif Comme on le verra dans la suite de ce document, cette information de pouvoir réducteur peut être utilisée pour corriger la quantité d'additif à injecter dans les gaz d'échappement et/ou ajuster les seuils de température pour la stratégie de chauffe (c'est-à-dire ajuster les phases d'activation/désactivation du dispositif de chauffage). Selon l'invention, le signal de commande servant à contrôler le fonctionnement du composant est généré en fonction d'au moins l'une des mesures suivantes ou de leurs combinaisons : - une mesure instantanée de la concentration d'additif ; - une mesure instantanée de l'alcalinité de l'additif ; - une mesure instantanée de la température au sein du réservoir. Dans un mode de réalisation particulier, le composant du système SCR à contrôler est l'injecteur. Ainsi, la quantité d'additif (urée par exemple) à injecter dans les gaz d'échappement est fonction du pouvoir réducteur de l'additif Dans un mode de réalisation particulier, le composant du système SCR à contrôler est le dispositif de chauffage. Ainsi, on adapte la stratégie de chauffe en fonction du pouvoir réducteur de l'additif Avantageusement, ledit capteur est un capteur capacitif (ou multi-capacitif). Les capteurs capacitifs permettant de mesurer une concentration d'additif (urée par exemple) sont biens connus et sont disponibles dans le commerce. Ils ne sont donc pas décrits en détail dans ce document. Dans un mode de réalisation avantageux, il est proposé de : - comparer le pouvoir réducteur déterminé et un seuil prédéterminé relatif à une valeur minimale autorisée de pouvoir réducteur ; - si le pouvoir réducteur déterminé est inférieur ou égal audit seuil prédéterminé, alors activer un indicateur de demande de renouvellement de l'additif. Ainsi, on utilise l'information du pouvoir réducteur pour déterminer la nécessité ou non de renouveler l'additif contenu dans le réservoir. Par exemple, en cas de nécessité de renouvellement de l'additif, on active un voyant (indicateur lumineux) correspondant sur le tableau de bord du véhicule. Dans un autre exemple, on peut activer (dans le sens commander) un écran d'affichage pour qu'il restitue un message de demande de renouvellement de l'additif à l'attention de l'utilisateur. Encore dans un autre exemple, on peut activer un indicateur sonore, etc. Tout précurseur d'ammoniac (additif) en solution aqueuse peut convenir dans le cadre de l'invention. L'invention donne de bons résultats avec les solutions eutectiques d'urée pour lesquelles il existe un standard qualité: par exemple, selon la norme DIN 70070, dans le cas de la solution d'AdBluee (marque déposée) (solution commerciale d'urée), la teneur en urée est comprise entre 31,8% et 33,2% (en poids) (soit 32.5 +/- 0.7% en poids) d'où une quantité d'ammoniac disponible comprise entre 18,0% e 18,8%. La présente invention peut être appliquée à tout moteur à combustion interne susceptible de générer des NOx dans ses gaz d'échappement. Elle est avantageusement appliquée à des moteurs diesel et en particulier, aux moteurs diesel de véhicules. Dans un mode de réalisation particulier, la présente invention concerne également un système de contrôle pour la gestion du fonctionnement d'au moins un composant d'un système de stockage et d'injection d'un additif dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, ledit système de stockage et d'injection comprenant un réservoir pour le stockage de l'additif, caractérisé en ce que le système de contrôle comprend une unité de contrôle apte à : - recevoir, en provenance d'un ou plusieurs capteurs (ou sondes) de mesure montés au sein du réservoir, un signal véhiculant une information de mesure instantanée de la concentration d'additif et/ou de mesure instantanée de l'alcalinité de l'additif et/ou de mesure instantanée de la température au sein du réservoir; - déterminer le pouvoir réducteur de l'additif en fonction de la mesure instantanée de la concentration d'additif, et/ou de la mesure instantanée de l'alcalinité de l'additif et/ou de la mesure instantanée de la température au sein du réservoir ; - générer un signal de commande, en fonction du pouvoir réducteur déterminé ; - transmettre le signal de commande généré au composant. Dans une variante de réalisation, l'unité de contrôle peut être intégrée au calculateur électronique du véhicule. Dans une autre variante de réalisation, l'unité de contrôle peut être intégrée dans l'unité de commande du système à carburant (parfois appelé FSCU ou Fuel System Control Unit). On décrit ci-après la présente invention au travers de quelques exemples. 1. Contrôle de l'iniecteur pour un dosage précis d'urée La présente invention permet avantageusement de modifier l'estimation de la quantité d'additif à injecter en y incorporant au moins une des informations suivantes : alcalinité, concentration, température. On exprime ci-après le pouvoir réducteur par unité de volume de la solution suivant une formule dépendant de trois paramètres au moins : PR = f(Al, C, T) où Al est une mesure de l'alcalinité, C la concentration en urée, et T est la température et PR le pouvoir réducteur par unité de volume En particulier, cette fonction sera une combinaison linéaire des paramètres sous la forme PR=f(Al, C, T)= a*A1 + b*C+c*T+d*Al*C+e*Al*T*m*C*T+n*Al*C*T, où a,b,c,d,e,m et n sont des constantes. La quantité injectée, telle que demandée par le contrôle moteur, sera corrigée en fonction du pouvoir réducteur de l'Adbluee (marque déposée) : Q=Q0*g(PR), où QO est la quantité injectée tenant compte de la cartographie moteur, g est la fonction de correction relative au pouvoir réducteur réel de l'Adblue et Q est la quantité réellement injectée. En particulier, g(PR) s'écrira sous la forme Q= Q0*p/PR, où p est une constante. 2. Gestion de demande de renouvellement d'urée Il est également possible de définir une valeur minimale du pouvoir réducteur PRmin (aussi appelée seuil), en-dessous de laquelle on considère que l'urée n'a plus la qualité requise pour assurer une réduction des NOx efficace (risque de devoir injecter une quantité trop importante qui va trop refroidir les gaz d'échappement et le catalyseur, et ne pourra plus assurer la réaction de décomposition de l'urée et de réduction des N0x). Ainsi, on compare le pouvoir réducteur PR (obtenu avec la formule citée ci-dessus) et le seuil PRmin. Si le pouvoir réducteur PR est inférieur ou égal au seuil PRmin, alors on active (i.e. transmission d'un signal d'activation), par exemple, un voyant du tableau de bord (« MIL» pour « malfunction indicator lamp ») indiquant à l'utilisateur qu'il conviendrait de renouveler l'additif contenu dans le réservoir. Cette alerte peu aussi être accompagnée après un certain temps ou un certain nombre de kilomètres d'une limitation des performances du véhicule ou même empêcher le démarrage du moteur (« inducement strategies » en anglais). 3. Gestion de la stratégie de chauffe Il est bien connu que la température de solidification de la solution aqueuse d'urée varie en fonction de la concentration. Il est également connu que certaines stratégies pour le chauffage des systèmes SCR se basent sur une information de température mesurée dans le réservoir. Par exemple, le chauffage est activé lorsque la température passe en dessous de -5°C et il est arrêté lorsque la température remonte au-dessus de -3°C. Lorsque la concentration d'urée s'écarte significativement de l'eutectique (correspondant à la concentration nominale de 32.5%), ce type de stratégie peut ne plus fonctionner. Cependant, grâce à la mesure de concentration, il est possible de modifier les seuils d'activation et de désactivation du chauffage sur base des valeurs théorique de température de solidification (éventuellement, avec une certaine marge afin de tenir compte de la tolérance sur la mesure de température, de l'inhomogénéité des températures dans le réservoir et du temps de réaction du chauffage). REVENDICATIONS1. Méthode de gestion du fonctionnement d'au moins un composant d'un système pour le stockage et l'injection d'un additif dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, ledit système comprenant un réservoir pour le stockage de l'additif, ladite méthode comprenant les étapes suivantes : obtenir une mesure instantanée de la concentration d'additif et/ou une mesure instantanée de l'alcalinité de l'additif et/ou une mesure instantanée de la température au sein du réservoir, au moyen d'un ou plusieurs capteurs (ou sondes) de mesure montés au sein du réservoir ; déterminer le pouvoir réducteur de l'additif en fonction de la mesure instantanée de la concentration d'additif, et/ou de la mesure instantanée de l'alcalinité de l'additif et/ou de la mesure instantanée de la température au sein du réservoir ; générer un signal de commande, en fonction du pouvoir réducteur déterminé ; transmettre le signal de commande généré au composant. 2. Méthode selon la revendication précédente, caractérisée en ce que ledit composant est au moins l'un des composants suivants : un injecteur ; un dispositif de chauffage. 3. Méthode selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit capteur est un capteur capacitif 4. Méthode selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des étapes consistant à : comparer le pouvoir réducteur déterminé et un seuil prédéterminé relatif à une valeur minimale autorisée de pouvoir réducteur ;- si le pouvoir réducteur déterminé est inférieur ou égal audit seuil prédéterminé, alors activer un indicateur de demande de renouvellement de l'additif. 5. Méthode selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'additif est une solution aqueuse d'urée. 6. Système de contrôle pour la gestion du fonctionnement d'au moins un composant d'un système de stockage et d'injection d'un additif dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, ledit système de stockage et d'injection comprenant un réservoir pour le stockage de l'additif, caractérisé en ce que le système de contrôle comprend une unité de contrôle apte à : - recevoir, en provenance d'un ou plusieurs capteurs (ou sondes) de mesure montés au sein du réservoir, un signal véhiculant une information de mesure instantanée de la concentration d'additif et/ou de mesure instantanée de l'alcalinité de l'additif et/ou de mesure instantanée de la température au sein du réservoir; - déterminer le pouvoir réducteur de l'additif en fonction de la mesure instantanée de la concentration d'additif, et/ou de la mesure instantanée de l'alcalinité de l'additif et/ou de la mesure instantanée de la température au sein du réservoir ; - générer un signal de commande, en fonction du pouvoir réducteur déterminé ; - transmettre le signal de commande généré au composant.