FR2940817A1

FR2940817A1 - METHOD FOR REDUCING QUANTITATIVE TOLERANCES OF AN ASSAY DEVICE AND DEVICE FOR IMPLEMENTING THE METHOD

Info

Publication number: FR2940817A1
Application number: FR1050004A
Authority: FR
Inventors: Harald Keil; Andreas Wagner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-01-07
Filing date: 2010-01-04
Publication date: 2010-07-09
Also published as: DE102009000061A1

Abstract

Procédé et dispositif de réduction des tolérances quantitatives d'un agent réactif à introduire dans la zone des gaz d'échappement d'un moteur à combustion à l'aide d'un dispositif de dosage. Le dispositif de dosage comporte une pompe (102) et une buse (103). La pompe de dosage (102) est commandée en fonction d'un signal caractérisant le débit massique dans la conduite d'agent réactif (101, 105).Method and device for reducing the quantitative tolerances of a reactive agent to be introduced into the exhaust zone of a combustion engine by means of a metering device. The metering device comprises a pump (102) and a nozzle (103). The metering pump (102) is controlled based on a signal characterizing the mass flow rate in the reagent line (101, 105).

Description

i Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de réduction des tolérances quantitatives d'un agent réactif destiné à être introduit par un dispositif de dosage dans la zone des gaz d'échappement d'un moteur à combustion, le dispositif de dosage comportant au moins une pompe de dosage et une buse. L'invention concerne également un dispositif de gestion d'un dispositif de dosage servant à doser un agent réactif à introduire dans la zone des gaz d'échappement d'un moteur à combustion à l'aide d'une buse, dont le dispositif de dosage comporte au moins une pompe de dosage et une buse en aval de la pompe de dosage. Enfin, l'invention concerne un programme de commande ou programme d'ordinateur avec un code programme enregistré sur un support lisible par une machine pour la mise en oeuvre du procédé. Etat de la technique Le document DE 199 03 439 Al décrit un procédé et un dispositif de gestion d'un moteur à combustion dont la zone des gaz d'échappement est équipée d'un catalyseur SCR (Catalyseur à Réduction Catalytique Sélective) qui réduit les oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement émis par le moteur à combustion avec un agent réactif pour donner de l'azote. Le document DE 10 2004 048 075 Al décrit un système de dosage pour la réduction des matières polluantes contenues dans les gaz d'échappement de véhicules automobiles notamment pour réduire les oxydes d'azote en introduisant un fluide réducteur de matières polluantes dans le système des gaz d'échappement du véhicule. Ce document propose un système de dosage comportant entre autres une pompe de dosage ainsi qu'au moins une buse ou injecteur s'ouvrant automatiquement pour injecter un fluide dans un système de gaz d'échappement. Ce système de dosage ne comporte ni pompe à membrane, ni soupape de dosage. L'agent réactif utilisé est par exemple de l'ammoniac, que l'on obtient à partir d'une solution aqueuse d'urée ou d'une solution aqueuse d'urée et d'acide formique comme matière première FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method for reducing the quantitative tolerances of a reagent for introduction by a metering device into the exhaust zone of a combustion engine, the metering device comprising at least one dosing pump and a nozzle. The invention also relates to a device for managing a metering device for metering a reactive agent to introduce into the zone of the exhaust gases of a combustion engine by means of a nozzle, whose device for assay comprises at least one dosing pump and a nozzle downstream of the dosing pump. Finally, the invention relates to a control program or computer program with a program code recorded on a machine readable medium for carrying out the method. State of the art DE 199 03 439 A1 describes a method and a device for managing a combustion engine whose exhaust gas zone is equipped with an SCR catalyst (Selective Catalytic Reduction Catalyst) which reduces the nitrogen oxides contained in the exhaust gases emitted by the combustion engine with a reactive agent to give nitrogen. Document DE 10 2004 048 075 A1 describes a metering system for the reduction of pollutants contained in motor vehicle exhaust gases, in particular for reducing nitrogen oxides by introducing a reducing fluid of pollutants into the gas system. vehicle exhaust. This document proposes a metering system comprising among others a metering pump and at least one nozzle or injector automatically opening to inject a fluid into an exhaust system. This dosing system does not have a diaphragm pump or a dosing valve. The reactive agent used is, for example, ammonia, which is obtained from an aqueous solution of urea or an aqueous solution of urea and of formic acid as raw material.

2 de l'agent réactif. Le dosage de l'agent réactif ou de la matière première doit se faire de façon très précise. Un dosage trop faible ne permet pas une réduction suffisante des oxydes d'azote dans le catalyseur SCR. Un dosage excessif entraîne un glissement de l'agent réactif se traduisant d'une part par une consommation inutilement élevée d'agent réactif et d'autre part à un dégagement d'odeur désagréable selon les caractéristiques de l'agent réactif. Une condition importante pour obtenir une réduction poussée des oxydes d'azote dans la veine des gaz d'échappement, notamment émise par un moteur Diesel, est d'avoir un dosage précis de l'agent réducteur, c'est-à-dire de la solution aqueuse d'urée. Pour cela, il faut connaître les écarts entre la quantité réellement injectée de la solution d'agent réducteur et la quantité de consigne souhaitée et de corriger le cas échéant les écarts entre la quantité de consigne et la quantité réelle. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un procédé de réduction des tolérances quantitatives d'un agent réactif à introduire dans la zone des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne par un dispositif de dosage, caractérisé en ce que la pompe de dosage est commandée en fonction d'un signal caractérisant le débit massique dans une conduite d'agent réactif. L'invention concerne également un dispositif de dosage du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'au moins un débitmètre est installé dans la conduite d'agent réactif, débitmètre dont le signal caractérisant le débit massique, est comparé à une valeur de consigne prédéfinie dans une installation de commande, et en cas d'écart entre la valeur réelle et la valeur de consigne, la pompe de dosage est commandée par une commande de l'installation de commande pour minimiser l'écart. L'idée de base de l'invention est de saisir le débit massique entre la pompe de dosage et la buse, d'exploiter ce débit massique de l'appareil de commande et de commander ensuite la pompe en fonction d'un signal caractérisant le débit massique. La commande de la pompe se fait dans une certaine mesure en réponse 2 of the reagent. The dosage of the reactive agent or the raw material must be very precise. Too low a dosage does not allow a sufficient reduction of the nitrogen oxides in the SCR catalyst. Overdosing results in a slippage of the reagent, resulting firstly in an unnecessarily high consumption of reagent and, secondly, in an unpleasant odor release depending on the characteristics of the reagent. An important condition for obtaining a high reduction of nitrogen oxides in the exhaust gas stream, in particular emitted by a diesel engine, is to have an accurate dosage of the reducing agent, that is to say the aqueous solution of urea. For this, it is necessary to know the differences between the actually injected amount of the reducing agent solution and the desired setpoint quantity and to correct, where appropriate, the differences between the set quantity and the actual quantity. DESCRIPTION AND ADVANTAGES OF THE INVENTION To this end, the invention relates to a method for reducing the quantitative tolerances of a reactive agent to be introduced into the zone of the exhaust gases of an internal combustion engine by a metering device. characterized in that the dosing pump is controlled according to a signal characterizing the mass flow rate in a reagent medium. The invention also relates to a metering device of the type defined above, characterized in that at least one flowmeter is installed in the reactive agent line, a flowmeter whose signal characterizing the mass flow rate, is compared with a value of preset set point in a control system, and in the event of a difference between the actual value and the setpoint, the dosing pump is controlled by a command from the control system to minimize the difference. The basic idea of the invention is to grasp the mass flow rate between the metering pump and the nozzle, to exploit this mass flow rate of the control apparatus and then to control the pump as a function of a signal characterizing the mass flow. The control of the pump is to some extent in response

3 au débit massique mesuré. Cela permet de modifier et d'adapter la puissance de la pompe pour que le débit massique souhaité passe dans la conduite d'agent réactif et que la quantité souhaitée d'agent réactif soit ainsi injectée dans la conduite des gaz d'échappement du moteur à combustion. En principe, le débit massique peut se saisir et se déterminer de différentes manières. Ainsi, on pourra envisager sur le strict plan des principes, de saisir et d'exploiter les paramètres de commande de la pompe car le débit massique de la pompe dépend finalement par exemple de la puissance de la pompe ainsi que des propriétés géométriques du système de conduites. Le débit massique se mesure de préférence à l'aide d'un débitmètre installé en un point quelconque du système de conduites entre le réservoir et la buse d'injection (ou injecteur). 3 at the measured mass flow rate. This makes it possible to modify and adapt the power of the pump so that the desired mass flow passes through the reactive agent line and the desired quantity of reactive agent is thus injected into the engine exhaust gas line. combustion. In principle, the mass flow can be grasped and determined in different ways. Thus, it will be possible to consider strictly the principles, to enter and use the control parameters of the pump because the mass flow rate of the pump finally depends for example on the power of the pump and the geometric properties of the pump system. pipes. The mass flow is preferably measured using a flowmeter installed at any point in the piping system between the reservoir and the injection nozzle (or injector).

Selon un premier mode de réalisation, le débitmètre est installé en amont de la pompe de dosage. Cette installation offre le grand avantage que les zones de pression de la pompe ne perturbent pas de manière significative la saisie du débit massique. Sur un strict plan des principes, on peut installer une conduite entre la pompe et la buse. Mais on peut également prévoir une unité formée par la pompe et la buse et ainsi utiliser le module pompe/buse pour injecter l'agent de dosage. Un autre mode de réalisation prévoit de saisir le débit massique à l'aide d'un débitmètre installé dans le système de conduites, entre la pompe et la buse d'injection ou injecteur. Un développement du procédé prévoit d'intégrer ou de sommer le signal caractérisant le débit massique sur un intervalle de temps prédéfini pour en déduire la quantité d'agent réactif à doser, de comparer cette quantité à la quantité de consigne mémorisée par exemple dans une mémoire de l'installation de commande et en cas d'écart entre la quantité de consigne et la quantité réelle, c'est-à-dire la quantité saisie ou mesurée, de déterminer une quantité erronée de dosage et de réguler la pompe de dosage en fonction de cette quantité pour minimiser l'écart entre la quantité de consigne et la quantité réelle. Cela permet d'adapter la quantité d'agent réactif à doser et According to a first embodiment, the flowmeter is installed upstream of the metering pump. This installation offers the great advantage that the pressure zones of the pump do not significantly disturb the mass flow rate. Strictly speaking, a line can be installed between the pump and the nozzle. But it is also possible to provide a unit formed by the pump and the nozzle and thus use the pump / nozzle module to inject the dosing agent. Another embodiment provides for entering the mass flow rate using a flowmeter installed in the pipe system, between the pump and the injection nozzle or injector. A development of the method provides for integrating or summing the signal characterizing the mass flow rate over a predefined time interval in order to deduce therefrom the quantity of reagent agent to be assayed, to compare this quantity with the setpoint quantity stored for example in a memory of the control system and in the event of a discrepancy between the set quantity and the actual quantity, ie the quantity entered or measured, to determine an incorrect quantity of dosing and to regulate the dosing pump in depending on this quantity to minimize the difference between the set quantity and the actual quantity. This makes it possible to adapt the quantity of reagent to be assayed and

4 d'assurer la compensation notamment par exemple à partir des tolérances de fabrication des différents composants, c'est-à-dire de la buse, de la pompe de dosage, la conduite d'aspiration, etc..., ou encore en tenant du surdosage ou sous-dosage de l'agent réducteur résultant du vieillissement en fonction de la durée de vie. On évite ainsi efficacement les sur ou sous-dosages et ainsi les variations gênantes des valeurs d'émission des gaz de combustion du véhicule. De manière très avantageuse, on commande la pompe de dosage de façon pulsée et les périodes de commande et/ou durées de fonctionnement de la pompe de dosage dépendent de la quantité erronée qu'il faut minimiser pour réduire cette quantité. Dessin La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans le dessin annexé dans lequel : - la figure unique montre schématiquement un dispositif de dosage et un dispositif de gestion de ce dispositif de dosage selon l'invention. Description de modes de réalisation La figure unique montre schématiquement un dispositif de gestion d'un système de dosage ainsi que le système de dosage lui-même. Le système de dosage comprend un réservoir contenant une solution aqueuse d'urée 100, une pompe de dosage 102 ainsi qu'une buse 103 commandée en pression, qui injecte la solution aqueuse d'urée dans la conduite des gaz d'échappement (non représentée) directement en amont d'un catalyseur SCR (non représenté). Il convient de remarquer que l'on peut également combiner la pompe de dosage 102 et la buse (ou injecteur) 103 sous la forme d'une unité ou module constituant ainsi un module pompe- buse. Dans ce cas, on supprime la conduite 101 ou encore on a une conduite 101 plus courte logée dans le module pompe-buse. Le réservoir 100 contenant la solution aqueuse d'urée, la pompe de dosage 102 et la soupape de dosage ou la buse 103 sont reliés par une conduite de pression d'agent réactif 101. La pompe de dosage 102 transfère l'agent réactif (la solution aqueuse d'urée) sous pression dans la conduite de pression d'agent réactif 101. La pompe de dosage 102 est commandée par un appareil de commande électronique 200. La commande se fait de manière périodique, c'est-à-dire pulsée. L'appareil de commande 200 calcule les intervalles de commande nécessaires de 5 la pompe de dosage 102 et détermine en outre les quantités à doser. Du fait des tolérances de fabrication des différents composants, c'est-à-dire de la buse 103, de la pompe de dosage 102, de la conduite d'aspiration 105 en amont de la pompe de dosage 102, de la conduite de pression d'agent réactif 101 et/ou du vieillissement de ces composants en fonction de la durée d'utilisation, on rencontre des défauts dans le dosage d'agent réactif. Ces défauts se traduisent par des surdosages ou des sous-dosages d'agent réducteur ou d'agent réactif, c'est-à-dire de la solution aqueuse d'urée. Un tel défaut de dosage se traduit à son tour par un dépassement des limites d'émission. Le procédé décrit ci-après permet de déceler les écarts entre la quantité de consigne requise et la quantité réelle injectée de manière dosée et de tenir compte de ces écarts par une régulation appropriée dans l'appareil de commande, notamment par une régulation implémentée par un programme d'ordinateur dans l'appareil de commande, et ainsi de corriger les écarts de commande de la pompe de dosage 102 et de ce fait les quantités à doser. L'idée de base de l'invention consiste à saisir le débit massique de l'agent réactif dans la conduite d'agent réactif 101 par exemple entre la pompe de dosage 102 et la buse 103 ; il convient de remarquer que le débit massique peut se saisir d'une manière purement de principe en amont de la pompe 102. Cela offre le grand avantage que les zones de pression de la pompe 102 ne perturbent pas de manière significative la saisie du débit massique. Saisir signifie soit mesurer, soit déterminer d'une autre manière par exemple en appliquant des paramètres de commande de la pompe de dosage 102. Dans l'exemple de réalisation présenté à l'unique figure, le débit massique se mesure par un débitmètre 300. Le signal qu'il mesure et caractérisant le débit massique, est appliqué à l'appareil de commande 200 pour être exploité en propre par des programmes 4 to ensure the compensation including for example from the manufacturing tolerances of the various components, that is to say the nozzle, the metering pump, the suction pipe, etc ..., or in taking overdose or underdosing of the reducing agent resulting from aging as a function of the service life. This effectively avoids over or underdosages and thus the disturbing variations of the emission values of the combustion gases of the vehicle. In a very advantageous manner, the dosing pump is pulsed and the control periods and / or operating times of the dosing pump depend on the erroneous quantity which must be minimized in order to reduce this quantity. The present invention will be described below in more detail with the aid of exemplary embodiments shown in the accompanying drawing in which: the single FIGURE schematically shows a metering device and a device for managing this metering device. according to the invention. DESCRIPTION OF EMBODIMENTS The single figure schematically shows a management device of a metering system as well as the metering system itself. The dosing system comprises a reservoir containing an aqueous solution of urea 100, a metering pump 102 and a pressure-controlled nozzle 103 which injects the aqueous solution of urea into the exhaust gas line (not shown). ) directly upstream of an SCR catalyst (not shown). It should be noted that it is also possible to combine the metering pump 102 and the nozzle (or injector) 103 in the form of a unit or module thus constituting a pump-nozzle module. In this case, the line 101 is eliminated or a shorter pipe 101 is housed in the pump-nozzle module. The reservoir 100 containing the aqueous urea solution, the metering pump 102 and the metering valve or the nozzle 103 are connected by a reactant pressure line 101. The metering pump 102 transfers the reagent (the aqueous solution of urea) under pressure in the reagent pressure line 101. The metering pump 102 is controlled by an electronic control device 200. The control is done periodically, that is to say pulsed . The controller 200 calculates the necessary control intervals of the dosing pump 102 and further determines the quantities to be dosed. Due to the manufacturing tolerances of the various components, that is to say the nozzle 103, the metering pump 102, the suction line 105 upstream of the metering pump 102, the pressure line of reactive agent 101 and / or the aging of these components as a function of the duration of use, defects are encountered in the reagent agent assay. These defects result in overdoses or under-dosages of reducing agent or reagent, that is to say the aqueous solution of urea. Such a dosage defect in turn results in exceeding the emission limits. The method described below makes it possible to detect the differences between the required setpoint quantity and the actual quantity injected in a metered manner and to take account of these deviations by appropriate regulation in the control apparatus, in particular by a control implemented by a controller. computer program in the control device, and thus correcting the control deviations of the dosing pump 102 and thereby the quantities to be dosed. The basic idea of the invention consists in grasping the mass flow rate of the reagent in the reagent agent line 101, for example between the metering pump 102 and the nozzle 103; it should be noted that the mass flow rate can be grasped purely in principle upstream of the pump 102. This has the great advantage that the pressure zones of the pump 102 do not significantly disturb the mass flow rate. . Entering means either measuring or otherwise determining, for example by applying control parameters of the metering pump 102. In the embodiment shown in the single figure, the mass flow rate is measured by a flow meter 300. The signal that it measures and characterizes the mass flow rate, is applied to the control unit 200 to be operated by programs of its own.

6 d'implémentation. Selon une autre fonction de programme, l'appareil de commande 200 intègre ou fait la somme du débit massique sur une durée prédéfinie, en procédant par l'intégration et sommation. De cette manière, on détermine la quantité dosée. Ensuite, on compare entre la quantité de consigne prédéfinie et la quantité réelle obtenue de cette manière, on détermine la quantité actuelle dosée de manière erronée et en fonction de cette quantité erronée de dosage, on régule la commande de la pompe de dosage 102 pour supprimer ou du moins réduire au minimum l'écart entre la quantité de dosage et la quantité réelle. Le procédé décrit ci-dessus offre les avantages suivants : 1. Les tolérances quantitatives peuvent être réduites sur toute la durée de fonctionnement du dispositif de dosage. On évite ainsi d'une manière très efficace tout dépassement des limites d'émission. 2. Le procédé permet de réduire les exigences concernant les tolérances quantitatives de différents composants, c'est-à-dire que l'on peut utiliser des composants ayant des limites de tolérances plus importantes car le procédé décrit ci-dessus et le dispositif permettent de corriger même des tolérances importantes du système. Cela se traduit par une économie significative de pièces. Le procédé décrit ci-dessus compense également les dérives de la quantité dosée en fonction du temps non seulement fondées sur les tolérances de construction ou les phénomènes de vieillissement des pièces, mais également résultant d'autres influences telles que par exemple les influences de l'environnement sur de brefs intervalles de temps. En fonction des écarts obtenus entre la valeur de consigne et la valeur réelle, on adapte par une régulation, les écarts obtenus entre la quantité de consigne et la quantité réelle et par une régulation, on adapte la période de commande de la pompe de dosage 102. Les écarts seront réduits et la quantité réelle sera régulée en fonction de la quantité de consigne. 6 of implementation. According to another program function, the control device 200 integrates or aggregates the mass flow over a predefined period, proceeding by integration and summation. In this way, the metered amount is determined. Then, the predefined target quantity is compared with the actual quantity obtained in this way, the actual quantity dosed is erroneously determined and, depending on this erroneous quantity of dosing, the control of the metering pump 102 is controlled to suppress or at least minimize the difference between the dosing amount and the actual amount. The method described above offers the following advantages: 1. Quantitative tolerances can be reduced over the entire operating life of the dosing device. This effectively avoids any exceeding of the emission limits. 2. The method makes it possible to reduce the requirements concerning the quantitative tolerances of different components, that is to say that components with greater tolerances can be used because the method described above and the device allow to correct even significant tolerances of the system. This results in a significant saving of parts. The method described above also compensates for the drifts in the quantity dosed as a function of time not only based on construction tolerances or aging phenomena of the pieces, but also resulting from other influences such as for example the influences of the environment over short intervals of time. As a function of the differences obtained between the setpoint value and the actual value, the differences obtained between the setpoint quantity and the actual quantity are adjusted by a regulation, and the control period of the dosing pump 102 is adapted by regulation. The deviations will be reduced and the actual quantity will be regulated according to the set quantity.

Claims

CLAIMS1 °) A method for reducing the quantitative tolerances of a reagent intended to be introduced by a metering device into the zone of the exhaust gases of a combustion engine, the metering device comprising at least one metering pump ( 102) and a nozzle (103), characterized in that the dosing pump (102) is controlled according to a signal characterizing the mass flow rate in a reagent line (101, 105). 2) Method according to claim 1, characterized in that the signal characterizing the mass flow is defined using a flowmeter (300) installed in the reagent line (101, 105). 3) Method according to claim 1, characterized in that the signal characterizing the mass flow rate is integrated over a predefined time interval, a measured quantity of reactive agent is deduced therefrom and compared with a reference quantity, and in the event of a discrepancy between the set amount and the actual quantity, a dosing quantity is set by mistake and is regulated on the basis of the dosing pump (102) to minimize the difference between the actual quantity and the quantity of dosing. setpoint. 4) method according to claim 3, characterized in that the control period of the dosing pump (102) is varied according to the wrong dosage amount to minimize the wrong amount. 5 °) Device for managing a metering device for metering a reactive agent to introduce into the zone of the exhaust gases of a combustion engine by means of a nozzle (103), the device dosing device comprising at least one dosing pump (102) and a nozzle downstream of the dosing pump (102), characterized in that at least one flow meter (300) is installed in the reagent line (101). , 105), whose signal characterizing the mass flow rate, is compared with a predetermined target value in a control system (200), and in the event of a difference between the actual value and the reference value, the dosing pump ( 102) is controlled by a command of the control facility (200) to minimize the deviation. Device according to claim 5, characterized in that at least one flowmeter (300) is installed in the reagent line (105) upstream of the metering pump (102). 7 °) Device according to claim 5 or 6, characterized in that the metering pump and the nozzle form an assembly. Device according to Claim 5, characterized in that at least one flowmeter (300) is installed in the reagent line (101, 105) between the metering pump (102) and the nozzle (103). . 9) A control program executing all the steps of a method according to claims 1 to 4 when the program is run in a control apparatus. 10) A control program product comprising a program code recorded on a machine readable medium for carrying out the method according to claims 1 to 4 when the program is executed in a control apparatus. 35