Brevet FR3054599A1 — publié le 20180202

SYSTÈME DE POST-TRAITEMENT DES GAZ D'ÉCHAPPEMENT DE TYPE À RÉDUCTION CATALYTIQUE SÉLECTIVE, ÉQUIPÉ D'UN CAPTEUR DE QUALITÉ DE RÉACTIF TEL QU'URÉE [1] L'invention concerne de manière générale le domaine automobile. Plus particulièrement, l'invention concerne un système de post-traitement des gaz d'échappement de type à réduction catalytique sélective et équipé d'un capteur de qualité de réactif. Ce type de système trouve une application particulière dans les véhicules automobiles équipés d'un moteur thermique de type Diesel. [2] Dans les véhicules automobiles, les systèmes de post-traitement des gaz d'échappement sont devenus aujourd'hui indispensables pour satisfaire des normes environnementales de plus en plus sévères. Le contrôle des émissions des oxydes d'azote, désignés généralement sous la dénomination de NOx, pose une difficulté de dépollution particulière dans les moteurs Diesel qui fonctionnent avec un mélange air-carburant généralement pauvre. [003] La réduction catalytique sélective, dite SCR de « Selective Catalytic Reduction » en anglais, provoque une réduction sélective des NOx en azote et eau, en présence d'un catalyseur spécifique et par l'action d'un réducteur. Le réducteur utilisé est habituellement l'ammoniac. L'ammoniac provient de la décomposition chimique d'un réactif, typiquement l'urée, qui est injecté dans la ligne d'échappement sous une forme aqueuse composée d'un mélange d'eau et d'urée (commercialisé en Europe sous la marque déposée « AdBlue »). Ce mélange réactif d'eau et d'urée est stocké dans un réservoir spécifique du véhicule qui doit avoir une contenance suffisante pour autoriser une bonne autonomie du véhicule. Compte-tenu de son volume important et du fait que le moteur thermique est généralement logé à l'avant du véhicule, ce réservoir de mélange réactif est très souvent implanté à l'arrière du véhicule, par exemple dans le coffre à bagages ou sous le plancher de celui-ci. [004] Un système de post-traitement SCR des gaz d'échappement requiert un grand nombre de composants électriques qui sont destinés à la gestion de l'injection du mélange réactif, notamment une pompe, un capteur de pression, une électrovanne, un capteur de 30 niveau, un capteur de température, un injecteur et des résistances de chauffage pour éviter le gel du mélange réactif à basse température. Tous ces composants sont pilotés 3054599 2 par une unité électronique de commande du système SCR, en fonction également d'informations et d'instructions provenant d'une unité de contrôle moteur du véhicule implanté généralement sous le capot moteur de celui-ci. Un grand nombre de connexions électriques et liaisons filaires sont nécessaires dans un système SCR, car différents 5 éléments constitutifs du système sont situés dans le véhicule à des emplacements éloignés. Cela entraîne de nombreux faisceaux de fils électriques entre l'avant et l'arrière du véhicule qui génèrent de la complexité et des coûts de développement et de fabrication supplémentaires. [005] La demanderesse, la société PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA, a 10 proposé dans son brevet FR2919666B1 un système de gestion d'un circuit de distribution d'un réactif dans une ligne d'échappement de véhicule dont l'architecture spécifique apporte une solution satisfaisante aux inconvénients exposés ci-dessus. Il est en effet proposé dans ce brevet une liaison multiplexée entre une interface numérique/analogique, implantée à proximité du réservoir de réactif, et l'unité de contrôle moteur du véhicule. Les 15 différents capteurs et actionneurs du système sont raccordés à l'interface numérique/analogique et les moyens de traitement et de commande du système sont intégrés dans l'unité de contrôle moteur. Il en découle une réduction considérable du nombre des liaisons par fils électriques et une réduction conséquente des coûts de développement et de fabrication. 20 [006] L'entrée en vigueur prochaine de la norme européenne d'émission dite « Euro 6c » impose aux constructeurs automobiles l'intégration dans les systèmes de post-traitement SCR d'un capteur de qualité de réactif mesurant la concentration en urée dans le mélange réactif aqueux. L'efficacité du procédé SCR dépendant d'un dosage précis de la quantité d'urée qui est injectée, l'intégration d'un tel capteur vise à faciliter une 25 optimisation du fonctionnement du système SCR et à délivrer des alertes lorsque cela est nécessaire. Le conducteur du véhicule doit en effet être alerté d'une déficience de la fonction de post-traitement des gaz d'échappement et être ainsi incité à effectuer les contrôles nécessaires. [007] L'intégration de ce capteur supplémentaire dans les systèmes SCR existants, intégrant déjà un grand nombre de composants, pose une difficulté aux constructeurs automobiles. Le capteur de qualité de réactif doit être en contact avec le mélange réactif aqueux et doit être raccordé électriquement au circuit électrique et à l'unité de commande 3054599 3 du système SCR. Cela implique des liaisons par fils électriques supplémentaires et des coûts additionnels de développement et de fabrication. [008] Le modèle d'utilité chinois CN204591423U divulgue un réservoir d'urée dans lequel est intégré un capteur de qualité d'urée. Différentes implantations du capteur de 5 qualité d'urée dans le réservoir sont décrites dans ce document. Un connecteur électrique relié au capteur est disponible à l'extérieur du réservoir pour un raccordement électrique de celui-ci au système SCR. Le réservoir d'urée selon CN204591423U requiert donc un câble électrique supplémentaire pour raccorder son capteur de qualité d'urée au circuit électrique et à l'unité de commande du système SCR. 10 [009] La présente invention vise à fournir un système de post-traitement de type à réduction catalytique sélective, équipé d'un capteur de qualité de réactif et ne demandant aucune liaison filaire supplémentaire pour raccorder ce capteur à l'unité de commande du système. [0010] Selon un premier aspect, l'invention concerne un système de post-traitement des 15 gaz d'échappement d'un moteur thermique de véhicule automobile, le système étant de type à réduction catalytique sélective et comportant une unité de commande, un réservoir de mélange réactif et une liaison numérique multiplexée, le réservoir de mélange réactif étant équipé d'un circuit de gestion de réservoir auquel sont reliées une pluralité de capteurs et une pluralité d'actionneurs, et le circuit de gestion de réservoir étant en 20 communication avec l'unité de commande à travers la liaison numérique multiplexée. Conformément à la présente invention, ladite pluralité de capteurs comporte un capteur de qualité de réactif délivrant une information sur la qualité du mélange réactif contenu dans le réservoir, cette information sur la qualité du mélange réactif étant transmise à l'unité de commande à travers la liaison numérique multiplexée. 25 [0011] Grâce à cette conception du système SCR selon l'invention, il n'est pas nécessaire de rajouter un câble électrique entre le circuit électronique de gestion de réservoir et l'unité de commande du système pour l'intégration du capteur de qualité de réactif dans le système. [0012] Selon une caractéristique particulière de l'invention, l'unité de commande 30 comporte un module d'alerte délivrant une alerte lorsque la qualité du mélange réactif indiquée par l'information de qualité de réactif est inférieure à un seuil de qualité prédéterminé. 3054599 4 [0013] Selon encore une autre caractéristique particulière de l'invention, l'unité de commande est hébergée dans une unité de contrôle moteur du véhicule et est implémentée sous la forme d'un module logiciel. [0014] La réalisation de l'unité de commande du système sous la forme d'un module 5 logiciel présente l'avantage de faciliter l'intégration du capteur de qualité de réactif dans le système, la modification du code logiciel étant moins lourde en termes de coûts et de délais que des modifications matérielles de circuits électroniques. [0015] Selon encore une autre caractéristique particulière de l'invention, le capteur de qualité de réactif est logé dans le réservoir et est en contact avec le mélange réactif 10 contenu dans le réservoir, le capteur de qualité de réactif étant relié à des moyens d'interface analogique/numérique du circuit de gestion de réservoir. [0016] Avec l'architecture de l'invention, les modifications les plus conséquentes imposés au système SCR par l'intégration du capteur de qualité de réactif interviennent au niveau du réservoir dans lequel ce dernier est implanté. Cependant, ce réservoir équipé 15 d'un capteur de qualité de réactif est un équipement standardisable qui peut être utilisé dans une large gamme de véhicules équipés du système SCR selon l'invention. [0017] La localisation du capteur de qualité de réactif dans le réservoir permet une détection à la source d'un éventuel problème de qualité du mélange réactif et une alerte au plus tôt du conducteur. 20 [0018] Selon encore une autre caractéristique particulière de l'invention, le réservoir est implanté au niveau du coffre à bagages du véhicule ou sous le plancher de celui-ci. [0019] Selon encore une autre caractéristique particulière de l'invention, la liaison numérique multiplexée est une liaison établie à travers un réseau de type CAN. [0020] Selon une forme de réalisation particulière du système selon l'invention, le 25 mélange réactif comprend de l'eau et de l'urée et le capteur de qualité de réactif est un capteur de qualité d'urée. [0021] Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, le capteur de qualité d'urée effectue une mesure de la concentration d'urée dans le mélange réactif. [0022] Selon un autre aspect, l'invention concerne également un véhicule automobile 30 comportant un moteur thermique et un système tel que décrit brièvement ci-dessus pour 3054599 5 un post-traitement des gaz d'échappement émis par le moteur thermique. Typiquement, le moteur thermique est de type Diesel. [0023] D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-dessous d'une forme de réalisation particulière 5 de l'invention, dans laquelle : la Fig.1 unique ci-annexée représente un bloc-diagramme d'un système de post-traitement SCR selon l'invention, équipé d'un capteur de qualité de réactif. [0024] Le système de post-traitement SCR des gaz d'échappement selon l'invention, référencé 1 à la Fig.1, comprend un réservoir 2 contenant un mélange réactif aqueux, 10 typiquement un mélange d'eau et d'urée, destiné à être injecté dans les gaz d'échappement. [0025] Pour une réduction par catalyse SCR des émissions de NOx d'un moteur thermique de type Diesel, ce réservoir 2 aura une contenance conséquente, typiquement de l'ordre de 25 litres. Par manque de place, ce réservoir 2 ne peut pas être logé sous le 15 capot moteur du véhicule à proximité du moteur thermique et de son unité de contrôle moteur 3. L'emplacement sous le capot moteur de l'unité de contrôle moteur 3 est désigné A à la Fig.1. [0026] Dans la très grande majorité des véhicules automobiles, le réservoir 2 sera logé au niveau du coffre à bagages, à l'arrière du véhicule, c'est-à-dire, généralement dans le 20 coffre lui-même ou sous le plancher du coffre. L'emplacement du réservoir 2 est désigné B à la Fig.1 et est éloigné de l'emplacement A. [0027] Le système 1 comporte des moyens d'injection 4 prévus pour prélever une quantité de mélange réactif dans le réservoir 2 et l'injecter dans les gaz d'échappement. Les moyens d'injection 4 comportent typiquement une pompe doseuse commandée en 25 fonction des besoins en pression dans le circuit d'injection et un injecteur pour les besoins quantitatifs en mélange réactif. Dans la Fig.1, la flèche partant des moyens d'injection 4 représente l'injection dans les gaz d'échappement de la quantité de mélange réactif requise. [0028] Typiquement, le mélange réactif aqueux composé d'eau et d'urée gèle autour de 30 la température de -11°C. Pour éviter le gel du mélange réactif, des moyens de chauffage électrique sont prévus dans le système 1. Il est ainsi prévu un dispositif de chauffage 5 3054599 6 pour chauffer le mélange réactif dans le réservoir 2 et des dispositifs de chauffage auxiliaire 6 et 7 pour chauffer une canalisation entre le réservoir 2 et un point d'injection du mélange réactif dans la ligne d'échappement et la pompe des moyens d'injection 4 aussi si cela est nécessaire. Des capteurs de température (non représentés) sont utilisés dans le 5 système 1 pour déterminer les besoins de chauffage du mélange réactif afin d'éviter le gel de celui-ci. [0029] Le système 1 comprend aussi un capteur de niveau du mélange réactif 80 et un capteur de pression 81 qui équipent le réservoir 2 et sont localisés dans le bloc référencé 8 à la Fig.1. 10 [0030] Conformément à l'invention, le système 1 comporte également, dans le bloc 8 à la Fig.1, un capteur de qualité de réactif 82, qui est ici un capteur de qualité d'urée. Le capteur de qualité de réactif 82 est disposé dans le réservoir 2 de manière à ce qu'un composant de mesure sensible à la concentration d'urée du capteur soit en contact avec le mélange réactif. Le capteur de qualité de réactif 82 délivre une information RQ 15 indiquant la qualité du mélange réactif contenu dans le réservoir 2. La mesure de qualité effectuée par le capteur 82 comporte une mesure de la concentration d'urée dans le mélange réactif. [0031] Un circuit électronique de gestion de réservoir 9 est prévu dans le système 1 et est monté sur le réservoir 2 dans cette forme de réalisation particulière. Ce circuit de 20 gestion de réservoir 9 comprend typiquement des moyens d'interface analogique/numérique bidirectionnelle 90 et des moyens d'interface bidirectionnelle de liaison numérique multiplexée 91. [0032] Dans cette forme de réalisation particulière, il est considéré que l'ensemble des capteurs 80, 81 et 82 et les composants d'actionnement 4 à 7 du système 1 sont de type 25 analogique, c'est-à-dire, qu'ils délivrent en sortie et/ou reçoivent en entrée dans signaux analogiques. [0033] Les différentes liaisons 92 représentées à la Fig.1 relient les capteurs 80, 81 et 82 et les composants d'actionnement 4 à 7 à un port d'entrées/sorties analogiques des moyens d'interface analogique/numérique 90. L'information RQ délivrée par le capteur de 30 qualité d'urée 82 est ainsi transmise aux moyens d'interface analogique/numérique 90. La liaison 93 représentée à la Fig.1 est une liaison numérique multifilaire reliant un port numérique d'entrées/sorties des moyens d'interface analogique/numérique 90 à un port 3054599 7 numérique d'entrées/sorties correspondant des moyens d'interface de liaison numérique multiplexée 91. [0034] Comme montré à la Fig.1, le circuit de gestion de réservoir 9 est reliée à l'unité de contrôle moteur 3 par une liaison numérique multiplexée 10 qui est ici une liaison établie à 5 travers un réseau de type CAN. La liaison numérique multiplexée 10 est connectée en ses deux extrémités à des ports numériques d'entrées/sorties des moyens d'interface de liaison numérique multiplexée 91 et de moyens d'interface de liaison numérique multiplexée 30 de l'unité de contrôle moteur 3, respectivement. L'ensemble des signaux acquis par le système 1 au niveau de l'emplacement B du réservoir 2, peut ainsi être 10 transmis à l'unité de contrôle moteur 3, et plus précisément à une unité de commande 31 du système 1 qui est implémentée dans l'unité 3 sous la forme d'un module logiciel dédié s'exécutant dans celle-ci. [0035] L'unité de commande 31 traite la totalité des signaux et informations nécessaires pour une commande adaptée du système 1. On notera ici que certains de ces signaux et 15 informations, tels que par exemple la quantité de carburant injectée, la quantité d'air frais et de gaz recirculé admise dans les cylindres, le régime moteur, le couple demandé, etc., sont disponibles localement (emplacement A) dans l'unité de contrôle moteur 3 et sont communiqués directement par celle-ci à l'unité de commande 31. L'unité de commande 31 utilise l'ensemble des signaux provenant de l'emplacement B, à travers la liaison 20 multiplexée 10, et les signaux et informations communiqués localement par l'unité 3 pour définir la commande adaptée du système 1. Cette commande du système 1 est transmise aux moyens d'actionnement 4 à 7 à travers la liaison multiplexée 10. [0036] Conformément à l'invention, l'unité de commande 30 utilise l'information de qualité de réactif RQ pour délivrer une alerte WA lorsque la qualité du mélange réactif 25 renseignée par l'information RQ est inférieure à un seuil de qualité prédéterminé. Cette alerte WA est déclenchée par un module d'alerte 301, compris dans l'unité de commande 31, et vise à prévenir le conducteur du véhicule d'une déficience de la fonction de post-traitement des gaz d'échappement et à l'inciter à effectuer les contrôles nécessaires. On notera que l'information de qualité de réactif RQ est aussi utilisée par l'unité de commande 30 31 pour définir la commande adaptée transmise aux moyens d'actionnement 4 à 7 du système 1. [0037] Bien entendu, l'invention ne se limite pas à la forme de réalisation du système selon l'invention plus particulièrement décrite ici. L'homme du métier, selon les 3054599 8 applications de l'invention, pourra y apporter différentes modifications et variantes qui entrent dans la portée des revendications ci-annexées. REVENDICATIONS1. Système de post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur thermique de véhicule automobile, ledit système (1) étant de type à réduction catalytique sélective (SCR) et comportant une unité de commande (31), un réservoir de mélange réactif (2) et une liaison numérique multiplexée (10), ledit réservoir de mélange réactif (2) étant équipé d'un circuit de gestion de réservoir (9) auquel sont reliées une pluralité de capteurs (80, 81) et une pluralité d'actionneurs (4, 5, 6, 7), et ledit circuit de gestion de réservoir (9) étant en communication avec ladite unité de commande (31) à travers ladite liaison numérique multiplexée (10), caractérisé en ce que ladite pluralité de capteurs comporte un capteur de qualité de réactif (82) délivrant une information (RQ) sur la qualité du mélange réactif contenu dans ledit réservoir (2), ladite information (RQ) sur la qualité du mélange réactif étant transmise à ladite unité de commande (31) à travers ladite liaison numérique multiplexée (10). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite unité de commande (31) comporte un module d'alerte (301) délivrant une alerte (WA) lorsque la qualité du mélange réactif indiquée par ladite information (RQ) est inférieure à un seuil de qualité prédéterminé. 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite unité de commande (31) est hébergée dans une unité de contrôle moteur (3) du véhicule et est implémentée sous la forme d'un module logiciel. 4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit capteur de qualité de réactif (82) est logé dans ledit réservoir (2) et est en contact avec le mélange réactif contenu dans ledit réservoir (2), ledit capteur de qualité de réactif (82) étant relié à des moyens d'interface analogique/numérique (90) dudit circuit de gestion de réservoir (9). 5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit réservoir (2) est implanté au niveau du coffre à bagages du véhicule ou sous un plancher de celui-ci. 3054599 10 6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite liaison numérique multiplexée (10) est une liaison établie à travers un réseau de type CAN. 7. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que 5 ledit mélange réactif comprend de l'eau et de l'urée et ledit capteur de qualité de réactif (82) est un capteur de qualité d'urée. 8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit capteur de qualité d'urée effectue une mesure de la concentration d'urée dans le mélange réactif. 9. Véhicule automobile comportant un moteur thermique, caractérisé en ce qu'il 10 comprend un système selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 pour un post-traitement des gaz d'échappement émis par ledit moteur thermique. 10. Véhicule automobile selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit moteur thermique est de type Diesel.