Brevet FR3010733A1 — publié le 20150320

L'invention concerne un procédé de pilotage d'un injecteur disposé dans une ligne d'échappement d'un véhicule automobile en vue de l'injection dosée d'un liquide, tel que notamment un agent réducteur. La réduction catalytique sélective constitue actuellement une des techniques 5 les plus efficaces pour « nettoyer » les moteurs diesel. Cette technique de post-traitement des gaz d'échappement utilise des solutions à base d'ammoniaque ou d'urée pour décomposer les oxydes d'azote (NOx) en azote diatomique (N2) et en vapeur d'eau : ces solutions sont injectées dans la ligne d'échappement et provoquent une réaction chimique à l'intérieur du pot catalytique à l'issue de laquelle les gaz d'échappement potentiellement 10 nocifs sont transformés en vapeur d'eau et en azote non nocif pour l'environnement. Une telle technique d'injection s'avère toutefois être la source potentielle de dysfonctionnements lorsque, notamment lors du fonctionnement du moteur à des charges élevées, lors de phases de régénération active..., la température des gaz d'échappement atteint des températures élevées, de l'ordre de 500°C à 700°C au voisinage de la buse 15 d'injection des injecteurs. En effet, de telles températures peuvent : - nuire à l'intégrité thermodynamique de l'injecteur, - être la cause de la création de résidus susceptibles d'obstruer au moins partiellement la buse d'injection, - entrainer une accélération de la corrosion. 20 Les conséquences de telles nuisances étant très dommageables, de nombreuses études ont été menées pour résoudre ce problème. Suite à ces études, la technique la plus utilisée à l'heure actuelle consiste, lors de la détection de températures élevées des gaz d'échappement : - lors du fonctionnement du moteur à des charges normales ou élevées, à 25 commander l'injection d'un débit de liquide adapté pour évacuer les calories par convection et simultanément, empêcher la création et/ou le dépôt de résidus, et éviter tout phénomène de corrosion, - lors des retours du moteur vers son régime de ralenti, à augmenter le débit de liquide injecté de façon à prévenir la période de « surchauffe » de l'injecteur 30 intervenant après arrêt du moteur, - lors de l'arrêt du moteur, à commander, après généralement une phase d'attente de refroidissement des gaz d'échappement, une purge consistant à inverser le sens d'écoulement du liquide, de façon à aspirer ce dernier et les gaz d'échappement, et à empêcher ainsi la création et/ou le dépôt de résidus et éviter tout phénomène de 35 corrosion. Il est à noter que la solution précédente (injection de liquide) n'est pas recommandée après arrêt du moteur du fait des risques d'accumulation de dépôts dans la ligne d'échappement. Une telle technique présente toutefois des inconvénients. En effet, la solution mise en oeuvre lorsque le moteur tourne conduit à une consommation élevée de liquide avec toutes les conséquences inhérentes à une telle surconsommation : cout, capacité de liquide embarquée et donc poids embarqué importants, ou fréquence de remplissage élevée... La solution mise en oeuvre moteur arrêté permet, quant à elle, uniquement de prévenir la création et/ou le dépôt de résidus et à éviter tout phénomène de corrosion. Par 10 contre, elle ne procure aucun effet de refroidissement de la buse de l'injecteur. De plus, cette solution s'avère très couteuse car elle nécessite, d'une part, une pompe d'injection dotée d'un inverseur ou deux pompes dédiées respectivement à l'injection et à la purge, et d'autre part, les moyens de pilotage et de gestion de l'inversion ou de la commutation. De nombreuses autres solutions ont été mises au point visant à résoudre ces 15 inconvénients, telles que notamment : - changement de structure ou de matériau visant à favoriser le refroidissement de l'injecteur (buse en graphite, ailettes de refroidissement...), - circuit de refroidissement de l'injecteur utilisant l'eau de refroidissement du moteur, 20 - ligne d'échappement comportant une double paroi délimitant un conduit périphérique formant un volume fermé rempli d'eau. - recyclage au niveau de l'injecteur d'une partie du liquide délivré vers ce dernier, autorisant des débits importants de liquide. Toutefois, toutes ces solutions conduisent à des surcouts notables quasi 25 inacceptables dans le secteur automobile. La présente invention vise à pallier l'ensemble des inconvénients des solutions actuelles ci-dessus décrites visant à protéger les injecteurs disposés dans les lignes d'échappement, et a pour objectif essentiel de fournir une solution performante n'engendrant ni surconsommation de liquide, ni surcout d'équipement. 30 A cet effet, l'invention vise un procédé de pilotage d'un injecteur disposé dans une ligne d'échappement d'un véhicule automobile en vue de l'injection dosée d'un liquide, tel que notamment un agent réducteur, consistant, selon l'invention, à commander des ouvertures dudit injecteur pendant des laps de temps adaptés pour que le débit de liquide délivré lors de chacune des ouvertures consiste en une goutte de liquide. 35 Selon ce procédé, le liquide est donc injecté goutte à goutte en commandant des ouvertures fréquentes durant des laps de temps très courts, de façon à rester dans une zone d'ouverture de l'injecteur ne permettant pas d'atteindre la formation d'un jet de liquide entièrement constitué. Un tel procédé très simple de mise en oeuvre conduit donc à former sur le nez de l'injecteur des gouttes de liquide dont l'eau est amenée à s'évaporer au niveau de ce 5 nez et dont l'urée se décompose en NH3, et dans la pratique la création de ces gouttes d'eau produit un triple effet : - évacuation des calories pendant la phase de transformation fluide/vapeur (chaleur latente), - réduction des risques de formation de résidus en raison du faible débit 10 « goutte à goutte » de liquide, - réduction des risques de corrosion. Le procédé selon l'invention requiert donc, en premier lieu, en vue de sa mise en oeuvre, un injecteur classique de type courant, et consiste simplement à piloter ce dernier de façon que la dose de liquide soit injectée « goutte à goutte » en commandant 15 des temps d'ouverture très courts de cet injecteur correspondant à un fonctionnement dans sa zone d'ouverture ne permettant pas d'atteindre la formation d'un jet de liquide entièrement constitué. Selon un mode de mise en oeuvre avantageux de l'invention, l'injection de liquide est réalisée en commandant des temps d'ouverture constants et en ajustant le 20 dosage de liquide injecté en faisant varier la fréquence de ces ouvertures. De plus, le temps d'ouverture est avantageusement sensiblement de l'ordre de la milliseconde. Par ailleurs, lors de l'arrêt d'un véhicule automobile, on poursuit, avantageusement selon l'invention, la procédure d'injection goutte à goutte de liquide 25 durant une période de temps prédéterminée suivant cet arrêt. Cette procédure d'injection après arrêt du moteur peut se substituer à la procédure de purge, et, à tout le moins elle conduit à une évacuation des calories et à une réduction des risques de formation de résidus et des risques de corrosion durant sa mise en oeuvre intervenant généralement pendant la phase d'attente précédant l'opération de 30 purge. De plus, la mise en oeuvre de la procédure d'injection selon l'invention après arrêt du moteur permet de réduire le débit de liquide injecté lors de la phase précédant cet arrêt du moteur. D'autres caractéristiques buts et avantages de l'invention ressortiront de la 35 description détaillée qui suit en référence aux dessins annexés qui en représentent à titre d'exemple non limitatif un mode de mise en oeuvre préférentiel. Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue schématique d'une installation de réduction catalytique sélective permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, - la figure 2 est un diagramme représentant la courbe de fonctionnement d'un injecteur. Le procédé selon l'invention vise le pilotage d'un injecteur 1 disposé dans une ligne d'échappement 2 d'un véhicule automobile équipé d'une installation de réduction catalytique sélective comprenant, en premier lieu, outre ledit injecteur 1, un catalyseur 3 de réduction catalytique sélective disposé en aval de cet injecteur 1. Cette installation comporte également un réservoir 4 contenant le liquide à 10 injecter consistant en une solution à base d'urée et d'eau, relié à l'injecteur 1 par une canalisation 5 dans laquelle le liquide est distribué au moyen d'une pompe 6. Cette installation comporte également une pluralité de capteurs consistant principalement en : - un capteur 7 de mesure du taux d'oxyde d'azote présent dans les gaz 15 d'échappement en amont de l'injecteur 1, - un capteur 8 de mesure du taux d'oxyde d'azote présent dans les gaz d'échappement en sortie du catalyseur 3, - et un capteur 9 de mesure de la température des gaz d'échappement à l'entrée du catalyseur 3. 20 Ces différents capteurs 7-9 sont reliés à une unité centrale 10 de pilotage de l'installation de réduction catalytique, programmée notamment pour déterminer le dosage de liquide à injecter, et selon l'invention, pour piloter l'injecteur 1 de façon que ce dosage soit délivré goutte à goutte en commandant des temps d'ouverture dudit injecteur sensiblement de l'ordre de la milliseconde. 25 Tel que représenté à la figure 2 qui représente la courbe de fonctionnement d'un injecteur 1 en fonction de l'ampérage du courant d'alimentation dudit injecteur, cette durée de 1 ms correspond à une ouverture partielle de l'injecteur 1 ne permettant pas d'atteindre la formation d'un jet de liquide entièrement constitué. La procédure d'injection « goutte à goutte » selon l'invention permet de 30 décomposer efficacement les oxydes d'azote NOx en azote diatomique N2 et en vapeur d'eau, tout en conduisant à une évacuation des calories garantissant l'intégrité thermodynamique de l'injecteur, et à une réduction des risques de formation de résidus et des risques de corrosion. Une telle procédure d'injection « goutte à goutte » est conçue, durant le 35 fonctionnement des moteurs, pour se substituer aux procédures d'injection actuelles avec, éventuellement, des augmentations ponctuelles des doses délivrées lorsque, notamment, les conditions de température et/ou le taux d'oxyde d'azote le nécessitent. Cette procédure d'injection « goutte à goutte » est également conçue pour être mise en oeuvre après arrêt du moteur, par exemple durant la phase d'attente de la purge, de façon à évacuer les calories et à réduire les risques de formation de résidus et les risques de corrosion. REVENDICATIONS1. Procédé de pilotage d'un injecteur (1) disposé dans une ligne d'échappement (2) d'un véhicule automobile en vue de l'injection dosée d'un liquide, tel que notamment un agent réducteur, caractérisé en ce qu'il consiste à commander des ouvertures dudit injecteur pendant des laps de temps adaptés pour que le débit de liquide délivré lors de chacune des ouvertures consiste en une goutte de liquide. 2. Procédé de pilotage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on commande des temps d'ouverture de l'injecteur (1) constants et en ce que l'on ajuste le dosage de liquide injecté en faisant varier la fréquence de ces ouvertures. 3. Procédé de pilotage selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, 10 caractérisé en ce que l'on commande des temps d'ouverture de l'injecteur (1) sensiblement de l'ordre de la milliseconde. 4. Procédé de pilotage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lors de l'arrêt d'un véhicule automobile, on poursuit la procédure d'injection goutte à goutte de liquide durant une période de temps prédéterminée suivant 15 cet arrêt.