Brevet FR3031594A1 — publié le 20160715

PROCEDE DE DETECTION D'UNE VARIATION D'UN PARAMETRE PHYSICO-CHIMIQUE D'UN FLUIDE [0001] L'invention est relative aux systèmes hydrauliques, destinés à véhiculer des fluides à l'aide d'actionneurs électriques, tels que des injecteurs ou des vannes. [0002] Elle s'adresse plus particulièrement aux systèmes hydrauliques utilisés pour faire circuler des fluides nécessaires au fonctionnement de moteurs thermiques, et, notamment ceux équipant des moyens de transport motorisés, terrestres, maritimes ou aériens. Elle s'intéresse plus particulièrement, sans y être limitée, aux véhicules automobiles à moteur thermique. [0003] Les moteurs thermiques, notamment ceux équipant les véhicules automobiles, utilisent en effet un certain nombre de fluides dits consommables. On peut citer, naturellement, les carburants, qui doivent être amenés par l'action d'une pompe d'un réservoir aux chambres de combustion du moteur par un système de conduits. Ces carburants peuvent avoir une formulation chimique variable, c'est même la spécificité des carburants dits flexibles (appelés aussi sous le terme de carburants « flexfuel » en anglais), qui présentent une proportion variable d'alcool du type éthanol. Or les consignes d'introduction du carburant déterminées par le calculateur pilotant le moteur doivent être très précisément respectées pour obtenir le meilleur compromis, notamment, entre consommation, couple moteur et limitation d'émissions polluantes du type 002. [0004] On peut citer également les fluides destinés à traiter les gaz d'échappement pour diminuer les espèces jugées polluantes qu'ils contiennent. Ainsi, il est connu des dispositifs de traitement dits de réduction catalytique sélective des oxydes d'azote NOx ou « SCR » ( pour l'acronyme du terme anglais Selective Catalytic Reduction), qui requièrent l'introduction dans les gaz d'échappement à dépolluer d'un agent réducteur ou d'un précurseur d'un tel agent réducteur, pouvant être, entre autres et selon la technologie considérée, une solution à base d'urée, de l'ammoniac gazeux, ou encore du carburant. [0005] On parlera dans la suite du présent texte de réducteur pour désigner aussi bien l'agent réducteur (type ammoniac), un fluide contenant ledit agent réducteur, ou encore un fluide contenant un précurseur dudit agent réducteur (de l'urée apte à se décomposer 3031594 2 thermiquement en ammoniac), pouvant être par exemple une solution d'urée ; ceci pour des raisons de concision. [0006] Là encore, les consignes d'introduction de l'agent réducteur depuis un réservoir de stockage vers la ligne d'échappement sont pilotées de façon très précise : des dérives 5 sur la quantité de réducteur introduit peuvent conduire à un traitement incomplet des gaz d'échappement en cas de manque d'agent réducteur, ou au contraire, en cas d'introduction d'une quantité trop importante d'agent réducteur, à la fuite de réducteur en sortie du circuit d'échappement, et à la réduction des intervalles de maintenance du dispositif (si un réservoir d'agent réducteur ou d'un précurseur d'un tel agent doit être 10 périodiquement rempli). [0007] On a donc besoin de stratégies d'injection de fluide optimisées pour déterminer les consignes appropriées selon les situations de vie/les conditions de roulage du véhicule, et que ces consignes soient précisément respectées par les actionneurs électriques les mettant en oeuvre. Cependant, il se peut que le fluide même se dégrade ou 15 se modifie dans le temps, pour diverses raisons. Ainsi, en ce qui concerne un fluide réducteur à base d'urée en phase aqueuse, il est toujours possible qu'une fois vide, le réservoir d'urée du véhicule soit rempli par erreur d'eau. Il est aussi possible que l'urée se détériore dans le réservoir ou les conduites d'alimentation depuis le réservoir vers la ligne d'échappement, en se décomposant prématurément partiellement, ce qui peut amoindrir 20 son efficacité (et modifier sa température de gel). En ce qui concerne le carburant, la teneur en éthanol des « flexfuels » évolue à chaque remplissage du réservoir de carburant, modifiant les propriétés du carburant selon sa formulation. [0008] On constate donc qu'il existe un besoin de contrôler la qualité et/ou la composition des fluides consommables du moteur thermique. Plusieurs solutions ont déjà 25 été proposées en ce sens. [0009] Ainsi, en ce qui concerne le traitement des NOx des gaz d'échappement, on peut équiper la ligne de sondes de NOx, pour vérifier que la teneur en NOx des gaz d'échappement a bien diminué en rapport avec la quantité d'agent réducteur injectée, le cas contraire pouvant permettre d'identifier un agent réducteur défaillant/ non conforme. 30 Mais cette solution impose deux capteurs de NOx, en amont et en aval de la zone de traitement, ce qui complexifie et renchérit le système de dépollution du véhicule. (On comprend par « amont » et « aval » en fonction du sens général d'écoulement des gaz d'échappement, depuis la sortie du moteur jusqu'à l'extrémité de la canule en bout de ligne d'échappement vers l'extérieur.) 3031594 3 [0010] Une autre solution a été proposée dans le document W02014/118248. Elle consiste à contrôler la concentration et la qualité de l'urée en solution dans un réservoir destinée à un traitement SCR, en utilisant la pompe motorisée permettant de prélever l'urée du réservoir, par la mesure d'un paramètre caractéristique de l'énergie transmise du 5 moteur de la pompe à celle-ci. [0011] L'invention a alors pour but de trouver une solution alternative pour estimer/ mesurer la qualité / la composition d'un fluide consommable approprié au fonctionnement d'un moteur thermique, notamment pour véhicule automobile. Elle a notamment pour but de trouver une solution qui soit simple et efficace, et qui nécessite de préférence un 10 minimum de changements / d'adaptations / d'ajouts par rapport aux moyens déjà disponibles pour piloter et faire fonctionner le moteur. [0012] L'invention a tout d'abord pour objet un procédé de détection d'une variation d'un paramètre physico-chimique d'un fluide véhiculé à travers un actionneur électrique, tel que : 15 - on mesure la consommation électrique de l'actionneur en fonction du temps lors d'une commande d'ouverture ou de fermeture dudit actionneur pour véhiculer un fluide donné ; - on compare ladite consommation électrique en fonction du temps à une consommation dite nominale du même fluide normalisé ; - on détecte une variation du paramètre physico-chimique quand il y a une variation du 20 profil de consommation électrique en fonction du temps par rapport à la consommation nominale. [0013] Il s'est avéré que les actionneurs électriques présentaient des « réponses électriques» à des commandes électriques d'ouverture ou de fermeture qui pouvaient varier si le comportement du fluide variait de par une modification d'un de ses 25 paramètres physico-chimiques. Ainsi, on peut détecter les phases d'ouverture et de fermeture de l'injecteur par le suivi dans le temps de la mesure du courant électrique aux bornes de l'actionneur suite à une commande en tension : on obtient une modification du courant en fonction du temps approximativement sous la forme d'un créneau, avec une phase de montée répondant à la commande d'ouverture, une phase de pallier quand la 30 commande d'ouverture est maintenue, puis une phase de descente répondant à la commande de fermeture. Et, de façon étonnante, on observe en phase de montée et/ou en phase de descente, des « décrochés » dans les pentes qui traduisent électriquement le 3031594 4 mouvement mécanique d'ouverture/de fermeture dans l'actionneur, et dont la localisation dans le temps à partir de l'envoi de la commande et l'importance sont spécifiques du fluide véhiculé à travers l'actionneur. Si on observe que ces « décrochés » se sont déplacés dans le temps ou en amplitude, on en déduit une modification dans le fluide véhiculé. 5 Naturellement, ces déplacements/modifications dans les « décrochés » peuvent se calculer à l'aide de moyens électriques/informatiques, en mesurant la consommation électrique aux bornes de l'actionneur, et en calculant la dérivée de la consommation électrique en fonction du temps pour détecter les changements de pente correspondant aux décrochés. 10 [0014] Avantageusement, l'actionneur peut être un injecteur ou une vanne. [0015] A titre d'exemples, le fluide peut être un fluide consommable pour véhicule automobile, du type carburant ou du type réactif pour traiter les polluants des gaz d'échappement. [0016] La commande d'ouverture et/ou de fermeture de l'actionneur correspond à une 15 variation de la consommation électrique de l'actionneur en fonction du temps, ladite variation comprenant un pic localisé, dit de « décroché » qui est fonction du type du fluide. [0017] La commande d'ouverture de l'actionneur peut correspondre , par exemple, à une augmentation de la consommation électrique de l'actionneur en fonction du temps, ladite augmentation comprenant un pic localisé de diminution, dit de « décroché » qui est 20 fonction du type du fluide. [0018] La commande de fermeture de l'actionneur peut correspondre, par exemple, à une diminution de la consommation électrique de l'actionneur en fonction du temps, ladite diminution comprenant un pic localisé d'augmentation, dit de « décroché » qui est fonction du type du fluide. 25 [0019] On peut ainsi détecter une variation du paramètre physico-chimique du fluide quand le pic de « décroché » dans la consommation électrique de l'actionneur lors d'une commande d'ouverture ou de fermeture est décalé dans le temps et/ou est plus important qu'en consommation nominale. [0020] On peut aussi détecter une anomalie dans le fonctionnement de l'actionneur lui - 30 même quand il y a une absence de pic de « décroché ». 3031594 5 [0021] Le paramètre physico-chimique en question est notamment la viscosité du fluide ou sa densité. Et c'est à partir de la variation de ce paramètre qu'on va pouvoir « remonter » à l'information « intéressante » du type qualité du fluide, à laquelle le paramètre est directement ou indirectement corrélé. 5 [0022] Ainsi, on peut corréler le paramètre physico-chimique du fluide à une qualité de fluide, à une concentration en agent actif dans un solvant du fluide, ou à un taux spécifique d'un composant dans une formulation comprenant une pluralité de composants. Cette corrélation peut se faire à l'aide de tables de correspondance préétablies ou par calcul/estimation. 10 [0023] On peut mettre en oeuvre l'invention, en l'intégrant avantageusement dans un procédé de pilotage de l'introduction d'un fluide contenant un agent réducteur par un injecteur électrique dans la ligne d'échappement d'un moteur thermique d'un véhicule automobile, le procédé de pilotage prenant en compte l'éventuelle variation de paramètre physico-chimique du fluide déterminée comme indiqué précédemment. 15 [0024] Ce procédé de pilotage peut prendre en compte la variation de paramètre physico-chimique du fluide en diminuant ou en augmentant la quantité de fluide délivrée par l'actionneur pour un besoin identique en agent réducteur, ladite variation dans le fluide étant corrélée à une concentration en agent réducteur dans un solvant constituant ledit fluide. Quand on a détecté, au niveau de l'actionneur, une variation, par exemple, de la 20 densité du fluide, on peut en déduire la variation de concentration de, par exemple l'urée dans l'eau, et ajuster la consigne d'injection sur la ligne en fonction de cette concentration modifiée par rapport au nominal. On peut ainsi parer à une concentration trop élevée en urée, et diminuant la quantité injectée pour éviter d'avoir en bout de ligne de l'ammoniac non réagi, ou parer à une concentration trop faible en urée, en augmentant la quantité de 25 fluide injectée pour garder le même taux de conversion des NOx. On peut aussi détecter la défaillance complète du système SCR, si le fluide ne contient pas du tout d'urée, et que le remplissage du réservoir d'urée s'est fait par erreur avec de l'eau seule (ou tout autre fluide), ou qu'il en contient trop peu pour pouvoir y pallier par une injection de doses plus importantes. 30 [0025] On peut aussi intégrer ce procédé dans un procédé de détection de défaillance d'un actionneur électrique, en prenant en compte l'éventuelle variation du profil de consommation électrique en fonction du temps par rapport à la consommation nominale déterminée pour diagnostiquer un blocage mécanique éventuel dudit actionneur, notamment en position ouverte ou fermée. 3031594 6 [0026] Ainsi, quand la réponse en termes de consommation électrique de l'actionneur à une commande ne présente aucun « décroché », on peut en déduire potentiellement que l'actionneur est bloqué mécaniquement en position soit fermée, soit ouverte. [0027] On peut donc exploiter, alternativement ou cumulativement, la réponse électrique 5 de l'actionneur, pour détecter une anomalie/une modification dans le fluide véhiculé par l'actionneur et/ou pour détecter une anomalie/une défaillance dans le fonctionnement (mécanique) de l'actionneur lui-même. [0028] On peut aussi mettre en oeuvre l'invention en l'intégrant avantageusement dans un procédé de pilotage de l'introduction d'un fluide sous forme de carburant par un 10 injecteur électrique dans un moteur thermique, le procédé de pilotage prenant en compte l'éventuelle variation de paramètre physico-chimique du fluide déterminée comme indiqué précédemment. [0029] On peut alors corréler le paramètre physico-chimique à la formulation chimique du carburant, et notamment à son taux en alcool dans le cas des carburants dits flexibles, 15 par calcul ou à l'aide de tables de correspondance également. [0030] Avantageusement, on peut prévoir, lorsque la variation du paramètre physico-chimique dépasse un seuil prédéterminé, et quand le procédé est appliqué dans un véhicule automobile, de déclencher d'une alarme visuelle ou sonore dans l'habitacle du véhicule, et notamment au niveau ou à proximité du tableau de bord. 20 [0031] L'invention est décrite plus en détail ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation non limitatif, illustré à l'aide des figures suivantes : La figure 1 présente schématiquement un exemple d'architecture d'une ligne d'échappement d'un moteur thermique, équipée d'un dispositif de post-traitement des gaz d'échappement par réduction des NOX (SCR) avec un injecteur de fluide 25 mettant en oeuvre le procédé de l'invention ; La figure 2 présente un graphe représentant l'évolution du courant aux bornes de l'injecteur en fonction du temps lors d'une commande d'ouverture puis de fermeture de l'injecteur ; - La figure 3 présente un graphe représentant l'évolution du courant aux bornes de 30 l'injecteur lors d'une commande d'ouverture de l'injecteur, avec deux fluides différents. 3031594 7 [0032] Dans l'invention, et tel que représenté sur la figure 1, on propose un dispositif de traitement des gaz d'échappement d'un moteur 1. Ce dispositif comporte, dans une même enveloppe 2 (que l'on peut également désigner par le terme anglophone de « canning ») et selon le sens d'écoulement des gaz d'échappement d'amont en aval : 5 - un catalyseur d'oxydation 3 (qui traite les HC et CO des gaz d'échappement et transforme une partie des NO en NO2), - une embouchure 41 d'un injecteur électrique 4 d'un précurseur d'ammoniac sous forme d'urée en phase aqueuse, un mélangeur 5, (qui impose aux gaz le traversant une distance de parcours 10 largement supérieure à ses dimensions extérieure, et/ou qui génère des turbulences dans le flux gazeux, afin de favoriser le mélange entre le flux des gaz d'échappement et les gouttelettes d'urée se décomposant en ammoniac gazeux), - un catalyseur SCR 6 (catalyseur de réduction catalytique sélective des oxydes d'azote), et 15 - un filtre à particules 7 (pour piéger les particules de suies des gaz d'échappement). [0033] L'injecteur 4 est relié par des conduits à un réservoir 42 d'urée. Un calculateur (non représenté) pilote l'injection de l'urée par l'injecteur via l'embouchure 41 dans la ligne d'échappement en fonction de la quantité des émissions de NOx à traiter (à l'aide d'une pompe puisant dans le réservoir 42 et non représentée), l'urée se décomposant dans la 20 ligne en ammoniac gazeux apte à réduire chimiquement les NOx en composés inertes/non polluants (N2). Ici, le pourcentage massique nominal de l'urée dans la solution est par exemple de l'ordre de 33%. [0034] La figure 2 est la réponse électrique de l'injecteur 4 à une commande d'ouverture (injection d'urée dans la ligne) puis à une commande de fermeture (arrêt d'injection) après 25 un temps d'ouverture donné du calculateur, correspondant à une consigne de quantité d'urée à injecter. Le graphe présente en abscisse le temps (secondes) et en ordonnées le courant (Ampères), que l'on a mesuré aux bornes de l'injecteur 4 avec un ampèremètre dans des conditions de laboratoire. On voit que la courbe a tout d'abord une partie croissante, qui correspond à la commande d'ouverture, un pallier, qui correspond au 30 maintien en position ouverte de l'injecteur, puis une partie décroissante qui correspond à la commande de fermeture de l'injecteur. On observe que la partie croissante de la courbe présente un décroché noté do correspondant à l'ouverture de l'injecteur et traduisant un 3031594 8 mouvement mécanique dans l'injecteur. De même, la partie décroissante présente un décroché noté df correspondant à la fermeture de l'injecteur. On comprend par « décroché » le fait que, localement, la pente de la courbe change, présente un point d'inflexion. 5 [0035] L'invention a découlé de cette observation : on a testé, comme représenté à la figure 3, les réponses électriques d'une commande d'ouverture de l'injecteur 4, selon qu'il véhicule de l'urée (courbe C1) ou de l'eau pure (courbe C2). On a alors constaté que les décrochés correspondant dl et d2 étaient décalés dans le temps, avec un décalage parfaitement repérable graphiquement. Des essais ont également été faits avec de l'urée 10 plus diluée ou moins diluée dans l'eau que la dilution nominale (selon la courbe Cl), et on a observé des décalages dans le temps également, mais moindres que celui observé avec de l'eau pure. La « réponse électrique » de l'injecteur dépend donc du fluide véhiculé, et notamment d'au moins un de ses paramètres physico-chimiques : en effet, elle varie selon, notamment, la viscosité ou la densité du fluide considéré. 15 [0036] On comprend donc qu'on peut tirer profit de ces observations empiriques sur la ligne d'échappement d'un moteur de véhicule automobile. On peut en effet prévoir de mesurer le courant aux bornes de l'injecteur, puis de faire remonter au calculateur la mesure de la variation d'intensité du courant en fonction du temps à chaque commande d'ouverture ou de fermeture de l'injecteur, ou seulement de façon périodique ou aléatoire, 20 ou à chaque mise en route du système SCR après démarrage du moteur, de façon à comparer cette variation d'intensité à la variation nominale avec une solution d'urée standard. Le calculateur peut ensuite en déduire si la réponse électrique présente ou pas un écart significatif par rapport à la réponse nominale, et, dans l'affirmative, en tenir compte dans sa stratégie : soit l'écart est très important, et on peut soupçonner que l'urée 25 a été remplacée par de l'eau, et le calculateur peut alerter le conducteur en provoquant un affichage visuel ou une alerte sonore dans l'habitacle du véhicule, soit l'écart est faible, et le calculateur peut le prendre en compte pour adapter sa consigne (augmenter le temps d'ouverture de l'injecteur si la solution est trop diluée, ou le réduire si la solution est trop concentrée en urée par exemple) : la « réponse » électrique de l'injecteur est différente si 30 le fluide est plus ou moins dense, et la proportion d'urée dans l'eau influe sur la densité du fluide, et c'est ainsi qu'on peut, dans cet exemple, corréler un signal électrique à une concentration en urée. [0037] A noter que, dans ces exemples, on manipule des valeurs de courant électrique de valeur positive, mais que l'invention s'appliquerait de la même façon avec des valeurs 3031594 9 de courant négatives (ce qui est dans les exemples des diminutions de courant deviennent alors des augmentations de courant, et vice-versa). [0038] On peut appliquer de façon analogue l'invention à d'autres exemples, comme les injecteurs de carburant, notamment de type flexfuels, ou des vannes de circulation de 5 fluides autres, comme des fluides de refroidissement moteur etc.... [0039] L'invention ainsi développée permet, par la prise en compte de la réponse électrique de l'injecteur (ou, de façon générale, de l'actionneur électrique pour fluides) pour réduire les imprécisions d'injection de réducteur, et pour détecter une anomalie dans 10 la nature du fluide utilisé et déclarer une défaillance au plus tôt. Elle permet en outre, éventuellement, d'offrir un moyen simple pour vérifier la non-défaillance mécanique de l'actionneur. REVENDICATIONS1. Procédé de détection d'une variation d'un paramètre physico-chimique d'un fluide véhiculé à travers un actionneur électrique, caractérisé en ce que : - on mesure la consommation électrique de l'actionneur (4) en fonction du temps lors d'une commande d'ouverture ou de fermeture dudit actionneur pour véhiculer un fluide donné ; - on compare ladite consommation électrique en fonction du temps à une consommation dite nominale du même fluide normalisé ; - on détecte une variation du paramètre physico-chimique quand il y a une variation du profil de consommation électrique en fonction du temps par rapport à la consommation nominale. 2. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide est un fluide consommable pour véhicule automobile, du type carburant ou du type réactif pour traiter les polluants des gaz d'échappement. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la commande d'ouverture et/ou de fermeture de l'actionneur (4) correspond à une variation de la consommation électrique de l'actionneur en fonction du temps, ladite variation comprenant un pic localisé, dit de « décroché » (do ;df) qui est fonction du type du fluide. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on détecte une variation du paramètre physico-chimique du fluide quand le pic de « décroché » (do ; df) dans la consommation électrique de l'actionneur lors d'une commande d'ouverture ou de fermeture est décalé dans le temps et/ou est plus important qu'en consommation nominale. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on corrèle le paramètre physico-chimique du fluide à une qualité de fluide, à une concentration en agent actif dans un solvant du fluide, ou à un taux spécifique d'un composant dans une formulation comprenant une pluralité de composants . 6. Procédé de pilotage de l'introduction d'un fluide contenant un agent réducteur par un injecteur électrique (4) dans la ligne d'échappement d'un moteur thermique d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il prend en compte l'éventuelle variation de 3031594 11 paramètre physico-chimique du fluide déterminée selon l'une des revendications précédentes. 7. Procédé de détection de défaillance d'un actionneur électrique, caractérisé en ce qu'il prend en compte la variation du profil de consommation électrique en fonction du 5 temps par rapport à la consommation nominale déterminée selon l'une des revendications 1 à 5 pour diagnostiquer un blocage mécanique éventuel dudit actionneur, notamment en position ouverte ou fermée. 8. Procédé de pilotage de l'introduction d'un fluide sous forme de carburant par un injecteur électrique (4) dans un moteur thermique, caractérisé en ce qu'il prend en 10 compte l'éventuelle variation de paramètre physico-chimique du fluide déterminée selon l'une des revendications 1 à 5. 9. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le paramètre physico-chimique est corrélé à la formulation chimique du carburant, et notamment à son taux en alcool dans le cas des carburants dits flexibles. 15 10. Procédé selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'il est appliqué dans un véhicule automobile et en ce que, lorsque la variation dépasse un seuil prédéterminé, il est prévu le déclenchement d'une alarme visuelle ou sonore dans l'habitacle dudit véhicule, et notamment au niveau ou à proximité du tableau de bord.