Brevet FR2984499A1 — publié le 20130621

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé pour dé- terminer la pression du système de catalyseur SCR entre sa pompe à piston linéaire et sa soupape de dosage. L'invention se rapporte également à un programme d'ordinateur exécutant toutes les étapes du procédé lorsque le programme est appliqué par un calculateur. Enfin l'invention se rapporte à un produit programme d'ordinateur avec un code programme enregistré sur un support lisible par une machine pour la mise en oeuvre du procédé lorsque le pro- gramme est appliqué par un ordinateur ou un appareil de commande. Etat de la technique Le procédé de réduction catalytique sélective (procédé SCR) consiste à mélanger aux gaz d'échappement d'un moteur ther- mique (moteur à combustion interne) un agent réducteur tel que l'agent réducteur AdBlue® (marque déposée) ; cet agent réducteur se compose d'un tiers d'urée et de deux tiers d'eau. Une buse pulvérise ce liquide dans la veine des gaz d'échappement directement en amont du catalyseur SCR et à ce moment, l'ammoniac nécessaire à la réaction se dé- gage de l'urée. Dans une seconde étape, les oxydes d'azote des gaz d'échappement et l'ammoniac ainsi libéré réagissent dans le catalyseur SCR pour donner de l'eau et de l'azote qui est non polluant. La figure 1 montre un système de dosage d'un catalyseur SCR selon l'état de la technique. Ce système comporte un réservoir d'agent réducteur 1 avec un capteur de remplissage, un filtre et un dis- positif de chauffage ainsi qu'un module de transfert 2, un module de dosage 3 et un appareil de commande 4. La solution d'agent réducteur est transférée du réservoir 1 dans le module de transfert 2. La solution traverse alors une soupape d'aspiration 21 pour être aspirée par la pompe à membrane à piston de levée ou piston linéaire 22. Cette pompe comporte une membrane 221 pour un transfert volumétrique de la solution d'agent réducteur ainsi qu'un piston linéaire 222 dont le mouvement linéaire oscillant est appliqué à la membrane 221 ainsi qu'un électroaimant de levée 223 avec un induit non représenté qui produit la levée du piston lorsque celui-ci est alimenté ainsi qu'un ressort de com- pression 224 qui applique de nouveau le piston linéaire contre son siège lorsque l'alimentation de l'électroaimant linéaire est coupée. Le mouvement de pompage du piston linéaire ouvre la soupape d'aspiration 21 permettant à l'agent réducteur d'arriver dans la pompe à membrane à piston linéaire 22. Lorsque le piston linéaire revient contre son siège, la soupape d'aspiration 21 se ferme et la solution d'agent réducteur est refoulée par la pompe à membrane 22 à travers une soupape de pression 23 qui sert en même temps de protection contre le retour dans la pompe à membrane à piston linéaire 22. La solution est transférée par l'amortisseur de pulsation 24 hors du module de transfert 2 dans la conduite d'agent sous pression, de dosage, en direction du module de dosage 3 à partir duquel le liquide est dosé dans la veine des gaz d'échappement. La réaspiration de la solution d'agent réducteur est as- surée par un module de réaspiration 25 installé dans le module de transfert 2. Le module de réaspiration 25 comporte une soupape d'aspiration 251, une pompe de ré-aspiration 252 et une soupape de pression 253. La solution d'agent réducteur sortant du module d'aspiration peut être réaspirée dans le réservoir 1 à travers l'amortisseur de congélation 26. Pour avoir un effet de pulvérisation suffisant de la solution aqueuse d'urée dans le catalyseur SCR et un dosage suffisamment précis, il faut surveiller la pression hydraulique de la solution aqueuse d'urée dans une plage de pression. Cela se fait par une gestion qui as- sure la commande de la pompe à membrane à piston linéaire 22 et du module de dosage 3. La commande fonctionne indépendamment de la pression physique et seulement d'une manière purement commandée. Ce n'est qu'en cas de défaut qu'il est nécessaire lors du dépassement vers le haut ou vers le bas de la plage de pression de réagir au défaut d'un composant. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour objet un procédé pour dé- terminer la pression d'un système de catalyseur SCR entre une pompe à piston linéaire et une soupape de dosage selon lequel on détermine la pression à partir de la courbe du courant de pompe. La pression ainsi déterminée est la pression hydraulique de la solution aqueuse d'urée. Cela permet de surveiller la plage de la pression de travail dans laquelle la pression hydraulique s'établit sans nécessiter pour cela un capteur de pression. La pression se détermine à partir de la courbe du courant de pompe en ce que l'on détermine la pression pendant un intervalle de temps ou période tMSP entre l'instant to et l'instant -Li ; l'instant to est celui auquel la pompe à piston linéaire passe de son état non alimenté à son état alimenté et l'intensité du courant de pompe à l'instant -Li pré- sente un minimum local. Le minimum local de la courbe de courant de pompe donne l'instant auquel se termine le mouvement de l'induit de la pompe à piston linéaire (MSP = butée mécanique de la pompe à solénoïde). Selon l'invention, on peut calculer la pression en multi- pliant la période tMSP par un coefficient de pente dépendant de la ten- sion d'alimentation de la pompe à piston de levée et on additionne un décalage au produit obtenu, ce décalage dépendant également de la tension d'alimentation de la pompe à piston linéaire. Pour tenir compte des influences extérieures sur la durée tMSP, il est prévu selon l'invention d'additionner au moins une valeur de correction à l'instant tMSP avant de multiplier la durée tMSP par un coefficient de pente dépendant de la tension. De telles valeurs de correction tiennent par exemple compte de l'influence de la température, de celle de la rigidité de la membrane, de celle de la pompe à membrane à piston linéaire ou com- portant une correction de courant indépendante de la tension. En variante, on peut déterminer la pression selon l'invention également seulement à partir de la durée tMSP et de l'intensité du courant de pompe IMSP à l'instant -Li. Cela ne nécessite pas d'observation et de compensation continues vis-à-vis des influences pa- rasites à chaque commande de la pompe à piston linéaire par des va- leurs de correction. En particulier, on détermine la pression à partir d'un champ de caractéristiques isobares avec des combinaisons des durées tMSP et des courants de pompe IMSP pour les différentes tensions d'alimentation de la pompe à piston linéaire dans le champ de caracté- ristiques isobares. Le champ de caractéristiques isobares représente la pression du système pour les combinaisons possibles entre tMSP et IMSP pour des variations de la tension d'alimentation. Selon l'invention, de manière préférentielle, le champ de caractéristiques isobares tient compte de la résistance globale de l'électroaimant de levée et ainsi également de la résistance des élec- troaimants de la pompe à piston linéaire. Cette résistante a, comme la tension d'alimentation, une influence directe sur le courant mesuré maximum établi dans la pompe à piston linéaire et ainsi également au début d'une course de transfert exécutée par la pompe à piston linéaire. En outre, il est avantageux selon l'invention de corriger la pression prise dans le modèle isobare si la différence entre l'intensité du courant de pompe IMSP à l'instant -Li lorsque le mouvement du piston linéaire de la pompe est terminé et l'intensité maximum du courant de pompe Im. à un instant t2 pendant le mouvement du piston linéaire de la pompe à piston qui diffère de la valeur prévisible. Si cette différence correspond néanmoins aux prévisions, on ne fait pas de correction de la pression du système déterminée à partir du champ de caractéristiques isobares. Le programme d'ordinateur selon l'invention peut exécuter toutes les étapes du procédé de l'invention lorsqu'il est appliqué par un calculateur ou un appareil de commande. Cela permet d'implémenter les différentes formes de réalisation du procédé de l'invention dans un système de catalyseur SCR sans avoir à faire des modifications constructives. Le produit programme d'ordinateur selon l'invention avec un code programme enregistré sur un support lisible par une machine permet d'exécuter le procédé de l'invention lorsque le programme est appliqué par un ordinateur ou un appareil de commande. Dessins La présente invention sera décrite à l'aide de modes de réalisation d'un procédé pour déterminer la pression du système de ca- talyseur SCR entre sa pompe à piston linéaire et sa soupape de dosage, représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre un système de catalyseur SCR selon l'état de la technique, la figure 2 montre l'électroaimant de levée d'une pompe à membrane à piston linéaire du système de catalyseur SCR de la figure 1, la figure 3 montre la courbe du courant de pompe d'un électroai- tuant de levée selon la figure 2, la figure 4 montre un champ de caractéristiques isobares d'une pompe à piston linéaire utilisée par le procédé selon un mode de réalisation de l'invention, la figure 5 est un schéma équivalent du circuit électrique de la bo- bine électromagnétique d'une pompe à piston linéaire dans le sys- tème de catalyseur SCR selon la figure 1. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 2 montre la structure de l'électroaimant de levée 223 d'une pompe à membrane à piston linéaire 22 du système de cata- lyseur SCR de la figure 1. Cet électroaimant comporte une bobine élec- tromagnétique 2231, un boîtier 2232 et un induit 2233. L'induit 2233 peut se déplacer entre les positions SO et Si. La pression P régnant entre la pompe à membrane à piston linéaire 22 et la soupape de dosage 3 du système de catalyseur SCR produit une force antagoniste F exercée par l'induit électromagnétique 2233 de la pompe à membrane à piston linéaire 22. L'effet de la force antagoniste F allonge mécaniquement le temps nécessaire à l'induit d'atteindre sa position de fin de course avant de l'électroaimant de levée. Cette durée mécanique du mouvement se retrouve dans le signal de courant (signal d'intensité) de la pompe à membrane à piston linéaire. Après application d'une tension U à la bobine électromagnétique 2231 de l'électroaimant de levée 223, un courant caractéristique I induit un champ magnétique pour un niveau suffisant pour déplacer l'induit 2233. Ce mouvement se reconnaît en cas de commande A de la pompe à membrane à piston linéaire (va- leur haute A = pas de commande ; valeur basse A = commande) par la courbe de courant caractéristique de la figure 3 entre l'instant to auquel la pompe à piston linéaire est dans un état non alimenté et l'instant 'Li de la venue en butée de l'induit. La durée jusqu'à la venue en butée de l'induit porte la référence tMSP et correspond à la durée jusqu'à laquelle le courant atteint son minimum local. La durée tMSP ainsi que l'intensité du courant IMSP à l'instant -Li varient en fonction de la force antagoniste F s'opposant à l'induit magnétique 2233. Selon un mode de réalisation du procédé de l'invention, on calcule la pression p dans le système hydraulique du système de ca- s talyseur SCR en appliquant la formule 1 suivante : P = al ' (tmsp + ki + k2 + k3) + ao (Formule 1) Dans cette formule, p désigne la pression de la solution 10 HWL dans le système de dosage d'urée ; ai est un coefficient de pente dépendant de la tension d'alimentation de la pompe à piston linéaire ; ai est un décalage dépendant de la tension d'alimentation U de la pompe à piston linéaire ; k1 est un coefficient de correction de la température ; k2 est un coefficient de correction de la rigidité de la membrane 15 221 et k3 est une valeur de correction de courant dépendant de la ten- sion. La formule 1 donne un calcul compensé de la pression p dans le système hydraulique. Le calcul de la pression p se fait dans l'appareil de commande 4 du système de catalyseur SCR dans un module pour un modèle de pression. Ce modèle de pression contient la formule 1 comme 20 prescription de calcul. Le modèle demande comme grandeur d'entrée, l'intensité du courant IMSP à l'instant -Li nécessaire pour déterminer la correction de courant k3 dépendant de la tension ainsi que la durée tMSP et la tension appliquée U. Selon un autre développement du procédé de l'invention, 25 on tient compte des principales influences parasites à l'instant de la fin de la course, à savoir la variation de la résistance électrique de la bobine électromagnétique 2231 et la variation de la tension d'alimentation U, directement sans autre compensation dans le programme. Cela peut se faire si à la fois la durée tMSP et l'intensité du courant IMSP sont obte- 30 nues en même temps. Cela évite une observation et une compensation continues de ces influences perturbatrices principales à chaque commande de la pompe à membrane à piston linéaire 22. Les deux valeurs physiques forment ainsi la base de ce mode de réalisation du procédé de l'invention. Dans ce modèle de pression, on copie par un champ de ca- 35 ractéristiques isobares, le comportement caractéristique et ainsi la pré- vision enregistrée dans un programme du comportement de la pompe à membrane à piston linéaire 22. La figure 4 montre un tel champ de caractéristiques isobares. Le champ de caractéristiques isobares représente la pression p pour toutes les combinaisons possibles de tMSP et IMSP pour les variations de la tension d'alimentation U ; la figure 4 montre le champ de caractéristiques isobares pour une tension d'alimentation de 5 V. En tenant compte de la résistance Rsp de la bobine, on obtient dans le champ de caractéristiques isobares, indirectement la relation électrique entre l'intensité du courant I et la résistance io de bobine Rsp selon la formule 2 donnée ci-après : U 1- e L (Formule 2) Rsp I(t)- RGes Dans cette formule : 15 L représente l'inductance de la bobine, RGes représente la résistance totale dans l'électroaimant 223. La résistance totale RGes se compose principalement de la somme de la résistance de l'étage de sortie RDs(on), de la résistance 20 shunt de mesure Rshunt, de la résistance de ligne RLtg et de la résistance de bobine Rsp. La figure 5 montre le schéma équivalent des résistances électriques significatives pour la commande de la pompe à piston linéaire 22. La résistance globale RGes et la tension d'alimentation U ont, 25 selon la formule 2, une influence directe sur l'intensité maximale I qui s'établit et ainsi sur le début de la course de transfert de la pompe à piston linéaire 22. La base des considérations est que la force magnétique de la pompe à membrane à piston linéaire 22 est proportionnelle aux courants de la bobine. Cela s'applique aux courants IMSP produits à 30 l'instant ti dans la pompe à membrane à piston linéaire 22. Le courant de pompe n'est pas dans la plage de saturation magnétique. La pression p obtenue à partir du champ de caractéris- tiques isobares de la figure 4 est le cas échéant corrigée. Si le niveau de la différence d'intensité entre l'intensité du courant IMSP à l'instant ti à la fin du mouvement du piston linéaire 222 et l'intensité Im. pendant la phase de mouvement du piston de levée correspond à la valeur prévisible enregistrée dans le programme, on laisse la pression p déterminée à partir du champ de caractéristiques isobares sans corriger la pres- sion. Mais si l'amplitude de la différence d'intensité diffère de la valeur prévue, c'est-à-dire si elle est par exemple inférieure à la valeur prévue, on réduit la pression p qui a été prise dans le champ de caractéristiques isobares. On tient ainsi compte de l'influence de la température sur la matière de la membrane 221 qui peut se traduire par une erreur par l'augmentation de la pression modélisée p.15 NOMENCLATURE 1 Réservoir d'agent réducteur 2 Module de transfert 3 Module de dosage 4 Appareil de commande 21 Soupape d'aspiration 22 Pompe à membrane à piston linéaire 23 Soupape de pression 24 Amortisseur de pulsation 25 Module de réaspiration 26 Amortisseur de pression de gel 221 Membrane 222 Piston linéaire 223 Electroaimant de levée 224 Ressort de compression 251 Soupape d'aspiration 252 Pompe de réaspiration 253 Soupape de pression tMSP Durée IMSP Courant to, t1 Instants25 REVENDICATIONS1°) Procédé pour déterminer la pression (p) d'un système de catalyseur SCR entre une pompe à piston linéaire (22) et une soupape de dosage (3) selon lequel on détermine la pression (p) à partir de la courbe de l'intensité du courant de pompe (I). 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on détermine la pression (p) à partir de l'intervalle tMSP entre l'instant to et l'instant ti, * à l'instant to, la pompe à piston linéaire (22) passe d'un état non alimenté en courant dans un état alimenté en courant et l'intensité du courant de pompe (I) à l'instant ti présente un minimum local. 3°) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' on calcule la pression (p) en multipliant la durée tMSP par un coefficient de pente ai dépendant de la tension d'alimentation U de la pompe à piston linéaire (22) et au produit obtenu, on ajoute un décalage ai dépen- dant de la tension d'alimentation U de la pompe à piston linéaire. 4°) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu' avant la multiplication de la durée tMSP avec le coefficient de pente ai dépendant de la tension, on additionne au moins une valeur de correc- tion k1, k2, k3 à la durée tmsp. 5°) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' on détermine la pression (p) à partir de la durée tMSP et de l'intensité du courant de pompe IMSP à l'instant ti. 6°) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on détermine la pression (p) à partir d'un champ de caractéristiques isobares comprenant des combinaisons de l'espace de temps tMSP et des intensités de courant de pompe IMSP enregistrées dans le champ de caractéristiques isobares pour différentes tensions d'alimentation U de la pompe à piston linéaire (22). 7°) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le champ de caractéristiques isobares tient compte de la résistance to- tale de l'électroaimant de levée de la pompe à piston linéaire (22). 8°) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' on corrige la pression (p) prise dans le modèle isobare si la différence entre l'intensité du courant de pompe IMSP à l'instant ti et son intensité maximum 'Max à l'instant t2 au cours d'un mouvement du piston linéaire (222) de la pompe à piston (22) diffère de la valeur prévisible. 9°) Programme d'ordinateur exécutant toutes les étapes d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 lorsqu'il est appliqué par un calculateur ou un appareil de commande (4). 10°) Produit programme d'ordinateur comportant un code programme enregistré sur un support lisible par une machine pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 lors- que le programme est appliqué par un ordinateur ou un appareil de commande (4).30