Brevet FR3031547A1 — publié le 20160715

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un module de système de dosage d'agent réactif pour doser un agent réactif dans le canal des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, ce module ayant un boîtier avec des composants pour fournir l'agent réactif et les composants électroniques. Etat de la technique Pour le post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, on utilise la réduction catalytique sélective (encore appelée réduction SCR) pour réduire les oxydes d'azote NOx contenus dans les gaz d'échappement. Pour cela on dose dans le canal des gaz d'échappement du moteur à combustion interne, une quantité définie d'un agent réactif à effet sélectif. L'agent réactif est par exemple de l'ammoniac qui se présente par exemple dans un état premier sous la forme d'une solution aqueuse d'urée et que l'on obtient par hydrolyse dans le canal des gaz d'échappement du moteur à combustion interne. Le document DE 196 07 073 Al décrit par exemple un tel dispositif de dosage. La solution aqueuse d'urée est transférée par une conduite reliée à une soupape de dosage à partir du réservoir pour être dosée dans le canal des gaz d'échappement du moteur à combustion interne en amont du catalyseur SCR et réduire ainsi la concentration d'oxydes d'azote NOx. Dans les systèmes actuels de dosage comme ceux diffu- sés sous la dénomination DENOXTRONIC (marque déposée) la pompe aspire la solution aqueuse d'urée dans le réservoir d'agent réactif et " comprime cette solution à une pression, par exemple de 3 à 9 bars qui est la pression nécessaire dans le système pour la pulvérisation. En tenant compte, par exemple des données actuelles des moteurs à combustion interne et des données de capteurs, on définit le dosage de la solution aqueuse d'urée pour arriver à une réduction maximale possible des oxydes d'azote NOx. La pompe du système de dosage d'agent réactif et le cas échéant d'autres composants tels que le moyen de fixant la dose, sont de préférence regroupés dans un module pour avoir un système de do- 3031547 2 sage compact de l'agent réactif, qui se monte simplement. En particulier, le module comporte un appareil de commande ou au moins des composants électroniques pour gérer les composants du module. En cas de défaut, de fuite d'agent réactif dans le module, selon les proprié- 5 tés chimiques de l'agent réactif, on risque que les composants électro- niques ne soient endommagés, par exemple les chemins conducteurs de la platine ou plaque de circuit imprimé. Le document DE 10 2011 106 632 Al décrit un ondu- leur. Les composants électroniques de l'onduleur sont logés dans un 10 boîtier qui contient en outre un capteur de point de rosée. Dès que le capteur de point de rosée détecte que l'on passe en-dessous du point de rosée se traduisant par l'apparition d'un dépôt d'humidité sur les composants électroniques, il coupe l'alimentation électrique de l'onduleur et commande en même temps l'alimentation d'un élément chauffant logé 15 dans le boîtier. L'élément chauffant chauffe le boîtier pour relever la température à l'intérieur du boîtier à un niveau supérieur à la température du point de rosée. Le document DE 10 2012 219 151 A 1 décrit un dispositif et un procédé de détection de l'arrivée de liquide dans un boîtier. La dé- 20 tection de cette arrivée de liquide se fait par la détection de la liaison électrique entre deux éléments non reliés électriquement ; les éléments sont les lignes d'alimentation de deux utilisateurs différents qui assurent l'alimentation en énergie des utilisateurs. Lorsque les deux utilisateurs sont coupés, par un diagnostique on détermine une impédance 25 mesurable ou un court-circuit entre les deux lignes électriques en choi- sissant ainsi chaque fois une ligne d'alimentation électrique reliée à l'un et à l'autre utilisateur. Une telle éventuelle liaison électrique entre les lignes d'alimentation électrique reliées à deux utilisateurs différents, lignes qui normalement ne sont pas reliées électriquement l'une à 30 l'autre, traduit l'arrivée de liquide dans le boîtier. But de l'invention La présente invention a pour but d'augmenter la sécurité de fonctionnement du module d'un système de dosage d'agent réactif qui permet de doser l'agent réactif dans le canal des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, le système de dosage d'agent réactif 3031547 3 ayant un boîtier logeant les composants par lesquels passe l'agent réactif ainsi que les composants électroniques. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un module du type dé- 5 fini ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur d'agent réac- tif pour détecter de l'agent réactif sortant autrement que par les composants de distribution d'agent réactif. L'invention augmente considérablement la sécurité de fonctionnement du module. Le capteur d'agent réactif détecte immédia- 10 terrent une fuite d'agent réactif des composants dans lesquels passe l'agent réactif. Cela permet d'avoir un signal de défaut. Ce signal de défaut peut déclencher une réaction appropriée du système, par exemple la coupure électrique des composants électroniques du système de dosage d'agent réactif logé dans le boîtier. Cela permet de mettre en sécu- 15 rité les composants électroniques dans un état protégé, hors tension électrique. Les composants dans lesquels passe l'agent réactif sont tous les composants recevant l'agent réactif dans le boîtier. Il s'agit par exemple de la pompe d'agent réactif et/ou de vanne et/ou de l'unité de 20 dosage et/ou des tuyaux de liaison et/ou des joints ou autre élément de ce type. Un défaut correspond à un point non étanche d'au moins l'un des composants évoqué ci-dessus et qui entraîne la fuite d'agent réactif dans le boîtier. L'agent réactif est, comme indiqué ci-dessus, par exemple 25 une solution aqueuse d'urée qui attaque les métaux tels que les che- mins conducteurs en cuivre des composants électroniques du système de dosage d'agent réactif. Les composants électriques / électroniques sont tous les composants tels que par exemple les platines électroniques et/ou les composants de puissance et/ou les relais ou les lignes 30 de liaison et/ou les électrovannes et/ou les moteurs ou autre élément de ce type. En particulier, l'agent réactif peut agir comme un électro- lyte sur les composants électroniques et qui, soumis à une différence de potentiel, risque d'endommager les chemins conducteurs. 3031547 4 Le module selon l'invention détecte l'éventuelle fuite non autorisée d'agent réactif dans le boîtier du module et produit une réaction appropriée du système, par exemple la coupure de l'alimentation électrique des composants électroniques pour mettre le module en sé- 5 curité et éviter les conséquences fâcheuses. Selon un développement particulièrement avantageux, le module comporte une unité de commutation pour couper l'alimentation électrique des composants électroniques en cas de signal de défaut indiquant une fuite d'agent réactif ; l'élément de commutation de l'unité 10 de commutation coupe totalement l'alimentation électrique des compo- sants électroniques. Selon un autre développement, l'élément de capteur du capteur d'agent réactif est réalisé sous la forme de deux conducteurs électriques et le capteur d'agent réactif détecte l'impédance entre les 15 deux conducteurs. De façon générale, on peut supposer que l'agent réactif est au moins légèrement électro-conducteur, ce qui permet de saisir la valeur de la résistance du composant ohmique de l'impédance et d'exploiter ce signal. Du fait des constantes diélectriques, l'agent réactif 20 a au moins un composant capacitif, pour saisir et exploiter la capacité du composant capacitif. Le cas échéant, les deux composants de l'impédance de mesure pourront être mesurés et exploités. Selon un développement, l'élément du capteur d'agent réactif se trouve sur la platine électronique d'un composant électro- 25 nique. En plus ou en variante, l'élément du capteur d'agent réactif se trouve sur une petite platine par exemple au fond du boîtier. De façon préférentielle, les deux conducteurs de l'élément de capteur de l'agent réactif sont sous la forme de surfaces ou de chemins conducteurs, pour augmenter d'une part la probabilité de détec- 30 tion et d'autre part la sensibilité. Selon un développement du module de l'invention, les deux conducteurs qui forment l'impédance de mesure sont intégrés dans une branche d'un montage en pont pour utiliser des techniques de mesures usuelles. 3031547 5 L'unité de commutation se trouve par exemple dans la zone supérieure du boîtier. Selon un développement particulièrement avantageux, l'unité de commutation est à l'extérieur du module. L'unité de commutation se trouve par exemple sur le côté extérieur du boîtier. 5 L'avantage principal de cette réalisation est qu'en cas de défaut, cela permet de couper complètement la tension à l'intérieur du boîtier. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de module de système de dosage 10 d'agent réactif selon l'invention représenté dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est le schéma d'un module de système de dosage d'agent réactif selon l'invention, la figure 2 montre un élément du capteur d'agent réactif et, 15 la figure 3 montre le montage en pont dans lequel est intégré l'élément du capteur d'agent réactif. Description d'un mode de réalisation La figure 1 montre schématiquement, partiellement en coupe et partiellement en vue isométrique, un module 10 selon 20 l'invention d'un système de dosage d'agent réactif 12 y compris l'environnement technique de celui-ci. Le système de dosage d'agent réactif 12 dose l'agent réac- tif 16 contenu dans un réservoir 14, dans le canal des gaz d'échappement 18 d'un moteur à combustion interne 20. Le dosage est 25 réalisé par un dispositif d'introduction d'agent réactif 21 qui pulvérise l'agent réactif 16 dans le canal des gaz d'échappement 18 en amont d'un catalyseur SCR 22. L'agent réactif est nécessaire au catalyseur SCR en particulier pour convertir les composants d'oxydes d'azote NOx dans les gaz d'échappement. L'agent réactif ou un composant donnant 30 l'agent réactif est par exemple une solution aqueuse d'urée qui, par électrolyse dans les gaz d'échappement chaud donne de l'ammoniac fonctionnant comme agent réducteur dans le catalyseur SCR. Le système de dosage d'agent réactif 12 comporte le mo- dule 10, les composants 30 dans lesquels passe l'agent réactif ainsi que 35 les composants électroniques 32 logés dans le boîtier 34. Les compo- 3031547 6 sants 30 dans lesquels passe l'agent réactif sont par exemple la pompe d'agent réactif et/ou une unité de dosage et/ou des soupapes / vannes et/ou des tuyaux de liaison et/ou des joints ou autres éléments de ce type. Les composants électroniques 32 sont par exemple une platine 5 électronique et/ou les composants de puissance et/ou des relais et/ou des lignes de liaison et/ou des électrovannes et/ou des moteurs ou des moyens analogues. En cas de défaut, l'agent réactif 16 peut s'échapper acci- dentellement d'un composant, notamment d'un composant 30 dans le- 10 quel passe l'agent réactif et couler à l'intérieur du boîtier 34. L'agent réactif 16 qui est par exemple la solution aqueuse d'urée, attaque les métaux. En particulier, la solution risque d'endommager les conducteurs en cuivre des composants électroniques 32. C'est pourquoi, selon l'invention, il est prévu un capteur d'agent réactif 36 comportant un 15 élément de capteur 38 et une unité d'exploitation 40 fournissant un si- gnal de défaut 42 indiquant une fuite accidentelle d'agent réactif. L'élément de capteur 38 se trouve par exemple sur une platine électronique d'un composant électronique 32 ; l'élément de capteur est de préférence placé à proximité du fond du boîtier 34 pour dé- 20 tecter aussitôt que possible l'éventuelle fuite d'agent réactif 16. A la figure 1 on a représenté un développement qui peut être prévu en plus ou en variante et selon lequel l'élément de capteur 38 se trouve par exemple sur une petite platine, séparée, installée à un endroit exposé, par exemple directement au fond du boîtier 34 là où en cas d'incident, 25 la fuite d'agent réactif risque d'apparaître. L'élément de capteur 38 est par exemple formé de deux conducteurs électriques 44, 46 qui, selon l'exemple de réalisation présenté, sont sous la forme de surfaces ou de chemins conducteurs pour obtenir un fort signal de capteur et garantir une sécurité de détection 30 élevée. Lorsque le capteur d'agent réactif 36 détecte de l'agent réactif 16, apparaissant accidentellement, la fuite sera signalée par le signal de défaut 42 pour couper l'alimentation électrique des composants électroniques 32 et éviter des dommages. 3031547 7 Dans l'exemple de réalisation, en cas de défaut, le capteur d'agent réactif 36 fournit le signal de défaut 42 appliqué à une unité de commutation 48 comportant un élément de commutation 50. L'élément de commutation 50 peut couper la tension d'alimentation UB 5 des composants électroniques 32 lorsqu'apparaît le signal de défaut 42 de manière à mettre le module 10 en sécurité. L'unité de commutation 48 avec l'élément de commuta- tion 50 se trouve en principe dans le boîtier 34, de préférence dans la zone supérieure du boîtier 34 et elle fait ainsi partie des composants 10 électroniques 32. Pour que l'intérieur du boîtier 34 soit complètement hors tension en cas d'incident, il est prévu selon un développement, de placer l'unité de commutation 48 à l'extérieur du boîtier 34. Dans l'exemple présenté, l'unité de commutation 48 se trouve sur le côté extérieur du boîtier 34. 15 La figure 2 montre un exemple de réalisation du capteur d'agent réactif 36. On suppose que l'agent réactif 16 fuit accidentellement ; il arrive dans l'intervalle entre les deux conducteurs électriques 44, 46 et mouille les deux conducteurs 44, 46. Cela crée une impédance de mesure 51 entre les conducteurs 44, 46 qui a un composant oh- 20 mique 52 et/ou un composant capacitif 54 selon la nature de l'agent réactif 16. L'unité d'exploitation 40 détermine alors la résistance du composant ohmique 52 ou la capacité du composant capacitif 54 ou à la fois la résistance du composant ohmique 52 et la capacité du composant capacitif 54 sous la forme de l'impédance de mesure 51 et fournit 25 le signal de défaut 42 en fonction de ce résultat. On obtient la valeur du composant ohmique 52 par exemple en appliquant une tension continue aux deux conducteurs électriques 44, 46. Le courant qui passe entre les conducteurs 44, 46 est alors une mesure de la valeur de la résistance du composant oh- 30 mique 52. Pour saisir la capacité du composant capacitif 54 on applique une tension alternative aux deux conducteurs 44, 46 ; dans ce cas, le courant capacitif de dérivation sera une mesure de la capacité du composant 54. Si l'impédance de mesure 51 a à la fois un composant ohmique et un composant capacitif 52, 54, on détermine la valeur des 35 deux composants 52, 54 par le déphasage entre la tension et le courant. 3031547 8 La figure 3 montre un exemple de réalisation d'au moins une partie de l'unité d'exploitation 40. Pour l'exploitation capacitive, l'élément de capteur 38 avec les deux conducteurs 44, 46 est installé dans la première branche 60 d'un montage en pont de Wheatstone 62. 5 Ce pont a une seconde branche 64, une troisième et une quatrième branches 66, 68. Pour l'exploitation ohmique, en parallèle de l'élément de capteur 38 dans la première branche du pont, on a une résistance ohmique (non détaillée) accorde le pont ohmique. La diagonale du montage en pont 62 est mise à la tension d'excitation U alors que dans 10 l'autre diagonale du montage en pont 62, un moyen de saisie de valeur de mesure 70 fournit le signal de défaut 42 à partir d'une tension déterminée, mesurable sur la diagonale. Le moyen de saisie 70 de la valeur de mesure saisit par exemple la valeur de la résistance du composant ohmique 52 de l'élément de capteur 38. Les branches 64, 15 66, 68 du pont peuvent être complétées avec des condensateurs, ce qui permet de mesurer à la fois la résistance du composant ohmique 52 et aussi la capacité du composant capacitif 54 de l'impédance de mesure 51. Un autre avantage important du montage en pont 62 est 20 de détecter également les variations supplémentaires des résistances fixes. Lorsque le pont de mesure est équilibré, on peut détecter toute variation de la valeur des résistances ou des capacités. Un autre développement avantageux concerne l'élément 38 du capteur d'agent réactif 36. Le conducteur 44 peut se trouver sur 25 le côté supérieur et l'autre conducteur 46 sur le côté inférieur d'une pla- tine. En outre, on peut prévoir une réalisation redondante avec plus de deux conducteurs 44, 46, ce qui permet également un contrôle de plausibilité du bon fonctionnement de l'élément de capteur 38 du capteur d'agent réactif 36. 30 3031547 9 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 10 Module 12 Système de dosage d'agent réactif 5 14 Réservoir d'agent réactif 16 Agent réactif 18 Canal des gaz d'échappement 20 Moteur à combustion interne 21 Dispositif d'introduction d'agent réactif 10 22 Catalyseur SCR 30 Composant dans lequel passe l'agent réactif 32 Composant électronique 34 Boîtier 36 Capteur d'agent réactif 15 38 Elément de capteur Unité d'exploitation 42 Signal de défaut 44, 46 Conducteur 48 Unité de commutation 20 50 Elément de commutation 51 Impédance de mesure 52 Composant ohmique 54 Composant capacitif 25 REVENDICATIONS1°) Module de système de dosage d'agent réactif (12) pour doser un agent réactif (16) dans le canal des gaz d'échappement (18) d'un moteur à combustion interne (20), ce module (10) ayant un boîtier (34) avec des composants pour fournir l'agent réactif et des composants électroniques (30, 32), module caractérisé en ce qu' il comporte un capteur d'agent réactif (36) pour détecter de l'agent réactif (16) sortant autrement que par les composants (30) de distribution d'agent réactif. 2°) Module selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' en cas d'apparition d'un signal de défaut (42) signalant l'émission d'agent réactif (16), l'élément de commutation (50) d'une unité de com- mutation (48) coupe la tension d'alimentation (UB) des composants électroniques (32). 3°) Module selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' un élément (38) du capteur d'agent réactif (36) est réalisé sous la forme de deux conducteurs électriques (44, 46), et le capteur d'agent réactif (36) mesure l'impédance (51) entre les deux conducteurs (44, 46). 4°) Module selon la revendication 3, caractérisé en ce qu' il mesure la résistance du composant ohmique (52) entre les deux conducteurs (44, 46). 5°) Module selon la revendication 3, caractérisé en ce qu' il mesure la capacité du composant capacitif (54) entre les deux conducteurs (44, 46). 3031547 11 6°) Module selon la revendication 3, caractérisé en ce qu' à la fois il mesure la capacité du composant capacitif (54) entre les deux conducteurs (44, 46) et la résistance du composant ohmique (52) entre 5 les deux conducteurs (44, 46). 7°) Module selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément de capteur (38) est réalisé sur la platine électronique d'un 10 composant électronique (32). 8°) Module selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément de capteur (38) est réalisé sur une platine au fond du boîtier 15 (34). 9°) Module selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deux conducteurs électriques (44, 46) sont sous la forme de surfaces 20 ou de chemins conducteurs. 10°) Module selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément de capteur (38) se trouve dans la première branche (60) d'un 25 montage en pont (62). 11°) Module selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'unité de commutation (48) est extérieure au boîtier (34). 12°) Module selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'unité de commutation (48) est sur le côté extérieur du boîtier (34) du module (10). 35