Brevet FR2982946A1 — publié le 20130524

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un dispositif et à un procédé pour déterminer simultanément le niveau de remplissage et la qualité d'une solution d'agent réducteur. L'invention se rapporte également à un programme d'or- dinateur exécutant toutes les étapes du procédé sur un appareil de calcul et 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 celui-ci est appliqué par un calculateur. fo Etat de la technique Pour répondre à la réglementation de plus en plus stricte concernant l'émission de gaz d'échappement, il est nécessaire de diminuer l'émission des oxydes d'azote NOx contenus dans les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne (moteurs thermiques), 15 notamment des moteurs Diesel. Pour cela il est connu d'installer dans la plage des gaz d'échappement des moteurs à combustion interne, un catalyseur SCR (catalyseur réducteur catalytique sélectif) qui réduit les oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement émis par la machine thermique en présence d'un agent réducteur pour obtenir de 20 l'azote. Cela permet de réduire considérablement la teneur en oxydes d'azote des gaz d'échappement. Pour cette réaction, il faut de l'ammoniac (NH3) que l'on ajoute aux gaz d'échappement. Comme agent réducteur on utilise des réactifs dégageant de l'azote NH3. En général, on utilise une solution aqueuse d'urée injectée dans la conduite des gaz 25 d'échappement en amont du catalyseur SCR. A partir de cette solution, il se forme de l'ammoniac comme agent réducteur. Une solution aqueuse d'urée à 32,5 `)/0 est disponible commercialement sous la marque AdBlue®. Pour disposer d'une quantité suffisante d'agent réducteur 30 pour le fonctionnement du moteur à combustion interne, il faut un ré- servoir stockant la solution aqueuse d'urée. Il faut surveiller le niveau de remplissage de ce réservoir. De plus, la réglementation impose que la qualité de la solution aqueuse d'urée du réservoir réponde à une certaine qualité. Il faut que l'on puisse détecter le remplissage avec de l'eau 35 à la place de la solution aqueuse d'urée. Le remplissage avec de l'eau se détermine qualitativement actuellement à l'aide des capteurs d'oxydes d'azote NOx dans la zone des gaz d'échappement du moteur à combustion interne. Mais comme les capteurs d'oxydes d'azote NOx ne fournissent la valeur actuelle en oxydes d'azote NOx qu'avec un grand retard, le procédé est très long. C'est pourquoi, souvent il est exigé que la détection de la qualité de la solution d'agent réducteur puisse se faire beaucoup plus rapidement. Si un tel temps de détection devait être fixé par la réglementation, il ne serait plus possible de détecter la qualité avec les capteurs d'oxydes d'azote NOx. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour objet un réservoir recevant la solution d'agent réducteur, comprenant : - un premier transducteur d'ultrasons installé dans le réservoir paral- lèlement au fond du réservoir, - un second transducteur d'ultrasons installé dans le réservoir, et - une cible de référence installée pour renvoyer vers le second transducteur d'ultrasons, un signal d'ultrasons émis par le second transducteur d'ultrasons, dispositif dans lequel le premier transducteur d'ultrasons et le second transducteur d'ultrasons sont montés pour que se croisent le premier signal d'ultrasons émis par le premier transducteur d'ultrasons et le second signal d'ultrasons émis par le second transducteur d'ultrasons. En d'autres termes, l'invention a pour objet un dispositif pour déterminer simultanément le niveau de remplissage et la qualité de la solution d'agent réducteur contenue dans un réservoir en ce que parallèlement au fond du réservoir, on a un premier transducteur d'ultrasons. Le fond du réservoir, selon l'invention, désigne la surface du fond qui est parallèle à la surface du liquide lorsque le réservoir rempli de la solution d'agent réducteur est au repos. Un second transducteur d'ultrasons est associé au réservoir. Une cible de référence réfléchit en retour le signal d'ultrasons émis par le second transducteur d'ultrasons vers celui-ci. En outre, le premier transducteur d'ultrasons et le second transducteur d'ultrasons sont installés pour que le premier signal d'ul- trasons émis par le premier transducteur d'ultrasons et le second signal d'ultrasons émis par le second transducteur d'ultrasons, se croisent, c'est-à-dire que l'on a un certain chevauchement des signaux. La détermination simultanée du niveau de remplissage et de la qualité de la solution d'agent réducteur selon l'invention, se fera en ce qu'un premier transducteur d'ultrasons émet un premier signal d'ultrasons réfléchi par la surface de la solution d'agent réducteur vers le premier transducteur d'ultrasons. Le niveau de remplissage avec la solution d'agent réduc- teur se détermine alors par le temps de parcours du premier signal d'ul- trasons. Le second transducteur d'ultrasons émet un second signal d'ultrasons réfléchi en retour par la cible de référence vers le second transducteur d'ultrasons. La densité de la solution d'agent réducteur se détermine à partir du temps de parcours du second signal d'ultrasons. La densité permettra de tirer une conclusion concernant la concentra- tion de la solution d'agent réducteur. Dans tous les cas, on pourra dis- tinguer une solution aqueuse d'urée et de l'eau pure. Le montage selon l'invention du premier transducteur d'ultrasons et du second transducteur d'ultrasons se traduit par une construction particulièrement compacte du dispositif permettant son installation même dans des volumes très réduits dans le réservoir d'agent réducteur. A partir du temps de parcours du second signal d'ultrasons, on peut en outre déterminer la vitesse du son dans la solution d'agent réducteur. Cela permet de déterminer le niveau de remplissage de la solution d'agent réducteur à l'aide du premier signal d'ultrasons avec une précision particulièrement grande si pour l'exploitation du temps de parcours du premier signal d'ultrasons, on tient compte de la vitesse du son déterminée dans la solution d'agent réducteur. C'est pourquoi, selon l'invention, il est avantageux que le premier transducteur d'ultrasons et le second transducteur d'ultrasons soient reliés à un appareil de commande commun. Cela permet de tenir compte de la vi- tesse du son dans la solution d'agent réducteur qui se détermine à l'aide du second transducteur d'ultrasons pour l'exploitation du temps de parcours du signal d'ultrasons émis par le premier transducteur d'ultrasons. Le dispositif qui ne nécessite pas d'appareil de commande distinct pour chaque transducteur d'ultrasons est de ce fait particulièrement peu encombrant. Pour avoir une distance particulièrement courte entre le second transducteur d'ultrasons et la cible de référence et avoir un dis- positif selon l'invention encore moins encombrant, le dispositif comporte en outre un moyen de renvoi. Ce moyen est installé pour dévier le signal d'ultrasons émis par le second transducteur d'ultrasons. Suivant le montage du moyen de déviation et de la cible de référence, le signal d'ultrasons sera réfléchi directement par la cible de référence ou par l'intermédiaire du moyen de déviation vers le transducteur d'ultrasons. Ainsi, pour un même trajet de mesure entre le second transducteur d'ultrasons et la cible de référence, on raccourcit la distance entre le second transducteur d'ultrasons et la cible de référence. On améliore la détermination du niveau de remplissage selon l'invention en ce que le premier transducteur d'ultrasons est ins- tallé dans un tube de guidage phonique dont l'axe longitudinal fait un angle de 90° par rapport au fond du réservoir d'agent réducteur. A la fois la cible de référence et aussi l'éventuel moyen de déviation, peuvent être intégrés dans le tube de guidage phonique pour arriver à une réali- sation particulièrement peu encombrante du dispositif selon l'invention. Le procédé de commande du premier transducteur d'ultrasons pour émettre un premier signal d'ultrasons et du second transducteur d'ultrasons pour émettre un second signal d'ultrasons ainsi que l'exploitation des temps de parcours du premier signal d'ultrasons et du second signal d'ultrasons, peut être sous la forme d'un pro- gramme d'ordinateur exécuté par un calculateur. L'invention a également pour objet un produit- programme d'ordinateur avec un code-programme enregistré sur un support lisible par une machine pour appliquer le procédé lorsque le programme est exécuté par un ordinateur ou un appareil de commande, notamment sur un appareil de commande commun au premier transducteur d'ultrasons et au second transducteur d'ultrasons. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un dispositif de détermination simultanée du niveau de remplissage et de la qualité d'une solution d'agent réducteur représenté dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une section d'un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention pour déterminer simultanément le niveau de remplissage et la qualité d'une solution d'agent réducteur dans un réservoir, - la figure 2 est une vue d'un second mode de réalisation du dispositif selon l'invention pour déterminer simultanément le niveau de remplissage et la qualité d'une solution d'agent réducteur, - la figure 3 est une vue d'un troisième mode de réalisation du disposi- tif selon l'invention pour déterminer simultanément le niveau de remplissage et la qualité d'une solution d'agent réducteur. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 est une coupe d'un premier mode de réalisa- tion du dispositif selon l'invention pour déterminer simultanément le niveau de remplissage et la qualité d'une solution d'agent réducteur. Un premier transducteur d'ultrasons 2 est installé parallèlement au fond 11 d'un réservoir d'agent réducteur 1. Un second transducteur d'ultrasons 3 est à angle droit par rapport au premier transducteur d'ultra- sons 2. Une cible de référence 4 est installée parallèlement au second transducteur d'ultrasons à une distance prédéfinie. Le premier transducteur d'ultrasons 2 et le second transducteur d'ultrasons 3 sont reliés chacun à un appareil de commande 5. Le premier transducteur d'ultrasons 2 est au fond d'un tube de guidage phonique 6 dont l'axe longitudinal fait un angle de 90° avec le fond 11 du réservoir 1. Le pre- mier transducteur d'ultrasons 2 émet un premier signal d'ultrasons 21 le long de l'axe du tube de guidage phonique 6. Le son se développe dans la solution aqueuse d'urée du réservoir 1 jusqu'à la surface de la solution pour y être réfléchi en retour vers le premier transducteur d'ul- trasons 2. Le signal d'ultrasons 21, réfléchi génère un signal électrique détecté par l'appareil de commande 5 dans le premier transducteur d'ultrasons 2. Le second transducteur d'ultrasons 3 envoie un second signal d'ultrasons 31 à angle droit par rapport au premier signal d'ul- trasons 21 à travers la solution aqueuse d'urée. Ce signal est réfléchi par la cible de référence 4 pour être renvoyé sur le second transducteur d'ultrasons 3. Le signal réfléchi y génère un signal électrique transmis à l'appareil de commande 5. A partir de l'instant respectif de la commande du premier transducteur d'ultrasons 2 ou du second transduc- teur d'ultrasons 3 auquel le premier signal d'ultrasons 21 génère un signal électrique dans le premier transducteur d'ultrasons 2 ou que le second signal d'ultrasons 31 génère un signal électrique sur le second transducteur d'ultrasons 3, l'appareil de commande 5 détermine le temps de parcours du premier signal d'ultrasons 21 et le temps de par- cours du second signal d'ultrasons 31. A partir du temps de parcours du second signal d'ultrasons 31, on obtient la vitesse du son dans la solution d'agent réducteur. En tenant compte de cette vitesse du son et du temps de parcours du premier signal d'ultrasons 21, on détermine le niveau de remplissage de la solution d'agent réducteur dans le réservoir 1. En outre, à partir du temps de parcours du second signal d'ultrasons 31, on détermine la densité de la solution aqueuse d'urée qui permet d'obtenir la concentration de la solution aqueuse d'urée. La figure 2 est une vue d'un second mode de réalisation du dispositif selon l'invention. A la différence du premier mode de réali- sation, la cible de référence 4 n'est pas parallèle au second transduc- teur d'ultrasons 3 mais forme avec celui-ci, un angle de 90°. Un moyen de déviation 7 est installé avec un angle de 45° à la fois par rapport au second transducteur d'ultrasons 3 et à la cible de référence 4. Un signal d'ultrasons 31 émis par le second transducteur d'ultrasons 3, est dévié par le moyen de déviation 7 sur la cible de référence 4. Le signal y est réfléchi pour être renvoyé sur le moyen de déviation 7. Le moyen de déviation 7 dévie également le signal d'ultrasons renvoyé et le conduit vers le second transducteur d'ultrasons 3 qui génère un signal électrique. Ce second mode de réalisation du dispositif selon l'invention, est moins en- combrant que le premier mode de réalisation car la distance entre le second transducteur d'ultrasons 3 et la cible de référence 4, est plus petite. La cible de référence 4 et le moyen de déviation 7 sont installés directement sur la paroi du tube de guidage phonique 6. En variante, on pourrait également intégrer la cible de référence 4 et le moyen de dé- viation 7 dans la paroi du tube de guidage phonique 6. La figure 3 est une vue de dessus d'un troisième mode de réalisation du dispositif selon l'invention. A la différence du second mode de réalisation, la cible de référence 4 fait un angle de 60° avec le second transducteur d'ultrasons 3. Le moyen de déviation 7 fait un angle de 60° à la fois par rapport au second transducteur d'ultrasons 3 et à la cible de référence 4. Un signal d'ultrasons 31 émis par le second transducteur d'ultrasons 3 est dévié par le moyen de déviation 7 vers la cible de référence 4 qui le renvoie vers le second transducteur d'ultrasons 3 générant alors un signal électrique.10 NOMENCLATURE 1 réservoir d'agent réducteur 2 premier transducteur d'ultrasons 3 second transducteur d'ultrasons 4 cible de référence 5 appareil de commande 6 tube de guidage phonique 7 moyen de déviation 11 fond du réservoir 21 premier signal d'ultrasons 31 second signal d'ultrasons15 REVENDICATIONS1°) Dispositif pour déterminer simultanément le niveau de remplissage et la qualité d'une solution d'agent réducteur comprenant : - un réservoir (1) recevant la solution d'agent réducteur, - un premier transducteur d'ultrasons (2) installé dans le réservoir (1) parallèlement au fond (11) du réservoir (1), - un second transducteur d'ultrasons (3) installé dans le réservoir (1), et - une cible de référence (4) installée pour renvoyer vers le second transducteur d'ultrasons (3), un signal d'ultrasons (31) émis par le second transducteur d'ultrasons (3), dispositif dans lequel le premier transducteur d'ultrasons (2) et le second transducteur d'ultrasons (3) sont montés pour que se croisent le premier signal d'ultra- sons (21) émis par le premier transducteur d'ultrasons (2) et le second signal d'ultrasons (31) émis par le second transducteur d'ultrasons (3). 2°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier transducteur d'ultrasons (2) est installé dans un tube de gui- dage phonique (6) dont l'axe longitudinal fait un angle de 90° avec le fond (11) du réservoir (1). 3°) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la cible de référence (4) est intégrée dans le tube de guidage phonique (6). 4°) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' il comporte un moyen de déviation (7) intégré dans le tube de guidage phonique (6) de façon qu'un signal d'ultrasons (31) émis par le second transducteur d'ultrasons (3) soit renvoyé sur la cible de référence (4).355°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comporte un moyen de déviation (7) installé pour renvoyer sur la cible de référence (4), le signal d'ultrasons (31) émis par le second transduc- teur d'ultrasons (3). 6°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier transducteur d'ultrasons (2) et le second transducteur d'ul- trasons (3) sont reliés à un appareil de commande commun (5). 7°) Procédé pour déterminer simultanément le niveau de remplissage et la qualité d'une solution d'agent réducteur avec un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que - le premier transducteur d'ultrasons (2) émet un premier signal d'ultrasons (21) réfléchi en retour par la surface de la solution d'agent réducteur vers le premier transducteur d'ultrasons (2), pour déterminer le niveau de remplissage de la solution d'agent réducteur à partir du temps de parcours de ce premier signal d'ultrasons (21), et - le second transducteur d'ultrasons (3) émet un second signal d'ultrasons (31) réfléchit en retour par la cible de référence (4) vers le second transducteur d'ultrasons (3) pour déterminer la densité de la solution d'agent réducteur à partir du temps de parcours du second signal d'ultrasons (31). 8°) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que dans le dispositif selon la revendication 6, à partir du temps de par- cours du second signal d'ultrasons (31), on détermine la vitesse du son dans la solution d'agent réducteur et on tient compte de la vitesse du son pour calculer le niveau de remplissage de la solution d'agent réducteur à partir du temps de parcours du premier signal d'ultrasons (21).9°) Produit-programme d'ordinateur exécutant toutes les étapes du procédé selon la revendication 7 ou 8, lorsque le programme est appliqué par un calculateur. 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 la revendication 7 ou 8, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur ou un appareil de commande (5).10