FR2962162A1 - Procede de surveillance d'une installation de dosage d'un fluide avec une pompe d'alimentation - Google Patents

Abstract

Procédé de surveillance d'une installation de dosage d'un fluide avec une pompe d'alimentation (16) et d'au moins une soupape de dosage (13), notamment une installation de dosage d'un système de catalyseur SCR, avec un couplage hydraulique entre la dose injectée et la charge appliquée à la pompe d'alimentation (16). On surveille le fonctionnement de l'installation de dosage pour détecter les défauts avec la relation entre l'amplitude de l'excursion du courant de pompe et la commande d'au moins une soupape de dosage (13).

Description

1 Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé de surveillance d'une installation de dosage d'un fluide avec une pompe d'alimentation et au moins une soupape de dosage, notamment une installation de dosage d'un système de catalyseur SCR, avec un couplage hydraulique entre la dose injectée et la charge appliquée à la pompe d'alimentation. Etat de la technique On connaît des procédés et des dispositifs de gestion d'un moteur à combustion interne, notamment de véhicules automobiles dont le système des gaz d'échappement est équipé d'un catalyseur SCR (catalyseur assurant une réduction catalytique sélective) pour réduire en azote, les oxydes d'azote (NO.) contenus dans les gaz d'échappement émis par le moteur à combustion interne en utilisant un agent réducteur. La teneur en oxydes d'azote des gaz d'échappement peut ainsi être ainsi diminuée de manière considérable. Pour la réaction, il faut de l'ammoniac NH3 que l'on mélange aux gaz d'échappement. L'agent de réaction ou agent réducteur est constitué par de l'ammoniac NH3 ou par des réactifs dégageant de l'ammoniac NH3. En général, on utilise pour cela une solution aqueuse d'urée qui est injectée à l'aide d'une installation de dosage en amont du catalyseur SCR dans la conduite des gaz d'échappement. La solution aqueuse d'urée est stockée dans un réservoir d'agent réducteur. Le réservoir d'agent réducteur est usuellement équipé d'une conduite d'aspiration pour aspirer la solution d'urée du réservoir. Une pompe assure le transfert de la solution aqueuse d'urée en fournissant le fluide (milieu liquide) par un système de conduite à l'installation de dosage ; celle-ci injecte la solution aqueuse d'urée par l'intermédiaire d'une soupape de dosage, par exemple un injecteur électromagnétique, sous pression dans la conduite des gaz d'échappement. Cette injection se fait en fonction de la demande. L'installation de dosage d'agent réducteur du système de catalyseur SCR fonctionne comme un système hydraulique. Pour le dosage du milieu liquide, la pression de l'agent réducteur est un élément important. Cette pression est régulée sur une valeur de

2 consigne prédéfinie. C'est ainsi que par exemple l'ouverture de la soupape de dosage engendre des variations de pression ou des oscillations de pression dans le système de conduite se traduisant par une variation de la vitesse de rotation du moteur de la pompe d'alimentation. Pour permettre un post-traitement optimum des gaz d'échappement, il faut que l'agent réducteur soit injecté en fonction de la demande d'une manière très exacte et très précise dans la conduite des gaz d'échappement. C'est pourquoi, la soupape de dosage est commandée de manière régulée. Il est important pour le bon post-traitement des gaz d'échappement, que la soupape de dosage fonctionne correctement. On surveille la soupape de dosage comme cela est par exemple décrit dans le document DE 10 2006 013 293 Al. Ce document décrit un procédé selon lequel, on observe la pression dans le système de dosage et en la comparant à des seuils ; on vérifie si la soupape de dosage est par exemple grippée en position ouverte ou fermée. L'inconvénient de cette solution, est que le procédé nécessite une intervention sur l'opération de dosage pour effectuer le diagnostic. De plus, ce procédé ne peut que constater la défaillance totale des soupapes. Mais il ne permet pas de surveiller de manière quantitative les soupapes de dosage, c'est-à-dire il ne permet pas de déterminer si la dose injectée est la dose correcte. Comme un système de catalyseur SCR est un système concernant les émissions polluantes, la réglementation exige un diagnostic sous la forme d'un diagnostic embarqué (diagnostic OBD) qui permet d'identifier les doses injectées, erronées, de la solution d'agent réducteur. Mais, le procédé décrit dans le document ci-dessus, ne permet pas de résoudre ce problème. But de l'invention La présente invention a pour but de perfectionner le procédé de surveillance de l'installation de dosage d'un système de catalyseur SCR, permettant une surveillance quantitative de la dose injectée. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'on surveille le fonctionnement de

3 l'installation de dosage pour détecter les défauts par la relation entre l'amplitude de l'excursion du courant de pompe et la commande d'au moins une soupape de dosage. En d'autres termes, le procédé selon l'invention s'applique à une installation de dosage d'un milieu liquide équipée d'une pompe d'alimentation et d'au moins une soupape de dosage. L'installation de dosage est notamment une installation de dosage d'une solution aqueuse d'urée injectée en amont d'un catalyseur SCR dans la conduite des gaz d'échappement pour réduire les oxydes d'azote.

L'injection du milieu liquide se fait sous pression avec un couplage hydraulique entre la dose injectée et la charge appliquée à la pompe d'alimentation. La soupape de dosage ou vanne de dosage est ouverte et fermée périodiquement ; pendant l'ouverture, on injecte la dose. La chute de pression qui en résulte se traduit par une augmentation de la charge appliquée à la pompe d'alimentation. La pompe est par exemple régulée en vitesse de rotation par un régulateur PI (régulateur proportionnel intégral) et elle réagit ainsi directement à la variation de charge. Du fait du bon couplage, la vitesse de rotation ne change pas de manière significative et elle est quasi constante. La charge appliquée à la pompe se détermine par la sortie du régulateur. La sortie du régulateur est convertie en un courant de pompe et représente ainsi une mesure de la puissance de la pompe ou de la quantité transférée. Le procédé selon l'invention utilise le couplage hydraulique entre la dose injectée et la charge appliquée à la pompe d'alimentation ; à l'aide de la relation entre l'amplitude ou la hauteur de l'excursion du courant de pompe et la commande d'au moins une soupape de dosage, on surveille le bon fonctionnement de l'installation de dosage. Dans le cas d'un système de dosage sans défaut, l'excursion du courant de pompe correspond à une certaine augmentation ou une certaine chute à chaque commande de la soupape de dosage, c'est-à-dire à chaque ouverture et à chaque fermeture de la soupape de dosage. Dès que la variation de l'excursion de courant de pompe à l'ouverture et à la fermeture de la soupape de dosage, s'écarte de la variation prévisible de l'excursion de courant de pompe correspondant à un système sans défaut, cela suppose, selon l'invention, qu'il y a un défaut.

4 Si par exemple, la variation absolue de l'excursion de courant de pompe est inférieure à la variation prévisible de l'excursion de courant de pompe, cela suppose que la quantité fournie ou la dose injectée, sont trop faibles. Si la variation absolue de l'excursion de courant de pompe est supérieure à la variation prévisible de l'excursion de courant de pompe, cela suppose que la quantité fournie ou que la dose injectée sont trop importantes. Le procédé selon l'invention permet une détection très simple et très robuste de la quantité fournie par comparaison à la quantité prévisionnelle ou à la dose injectée et ce procédé s'implémente de manière très simple par exemple, comme fonction programmée. Cela permet au procédé de l'invention d'effectuer une surveillance très pratique et économique de l'installation de dosage. Le procédé selon l'invention permet ainsi de constater une défaillance totale des soupapes ou vannes de dosage. De plus, le procédé selon l'invention permet une surveillance quantitative de la quantité dosée, pour répondre par exemple aux exigences réglementaires du diagnostic embarqué, exigeant l'identification des erreurs de doses injectées. Il s'agit d'un procédé de surveillance dynamique qui peut diagnostiquer pendant le fonctionnement, même de faibles écarts par rapport à la dose prescrite, qui pourra ainsi être corrigé. Cela permet d'augmenter considérablement la précision du dosage. Suivant un développement particulièrement préférentiel du procédé de l'invention, la grandeur réelle est la grandeur de l'excursion du courant de pompe comparée à une valeur de seuil de la grandeur de l'excursion du courant de pompe et en cas d'écart entre la valeur réelle et la valeur de consigne, on conclut qu'il y a un défaut dans l'installation de dosage. La grandeur de l'excursion du courant de pompe est la variation absolue de l'excursion du courant de pompe (intensité du courant alimentant la pompe) lors d'une commande, c'est-à-dire à l'ouverture ou à la fermeture de la soupape ou vanne de dosage. Dans le cas de la commande d'ouverture de la vanne de dosage, il faut s'attendre à une augmentation de l'excursion de courant de pompe. Dans le cas d'une commande dans le sens de la fermeture de la vanne de dosage, on peut prévoir une diminution de l'excursion du courant de pompe. Cette variation de l'excursion du courant de pompe, peut également se saisir comme valeur absolue et être exploitée comme valeur réelle selon l'invention. La valeur de consigne de l'amplitude de l'excursion du courant de pompe, comme réaction à une commande de 5 la soupape de dosage représente le couplage hydraulique en cas de système sans défaut. La valeur de consigne peut se déterminer empiriquement par exemple pour différents états de fonctionnement et être enregistrée dans un champ de caractéristiques qui sera, actualisé régulièrement ou en fonction des besoins. Cette réalisation du procédé selon l'invention, permet une exploitation très simple implémentée sans difficulté par un appareil de régulation ou par l'appareil de commande du moteur à combustion interne, en particulier d'un véhicule automobile ou encore par l'unité de commande du catalyseur SCR. Selon une caractéristique du procédé de l'invention, on détermine la relation entre l'excursion du courant de pompe et la commande d'au moins une vanne de dosage, à partir d'une opération d'ouverture et/ou d'une opération de fermeture, d'au moins une vanne de dosage. Une opération d'ouverture et de fermeture d'au moins une vanne de dosage, signifie dans le présent contexte que la vanne de dosage est commandée dans le sens de l'ouverture ou dans le sens de la fermeture. Il est toutefois particulièrement préférentiel, de déterminer la relation à partir de la période de commande, c'est-à-dire de la commande dans le sens de l'ouverture et de la fermeture de la vanne de dosage. De manière particulièrement préférentielle, on exploite deux ou de préférence plusieurs périodes de commande d'au moins une vanne de dosage et en formant une valeur moyenne, on aura une indication particulièrement fiable des propriétés du système. Cela permet d'améliorer la sélectivité de la distinction entre un système normal et un système défectueux grâce au procédé de l'invention.

Dans le cas d'une soupape ou vanne grippées en position fermée, une commande dans le sens de l'ouverture ne se traduit pas par une ouverture. Cela pourra se prouver à l'aide du procédé de l'invention car, dans ce cas, il n'y aura pas de variation de l'excursion du courant de pompe. La même remarque s'applique de façon correspondante pour la commande dans le sens de la fermeture de la soupape de dosage. Le

6 procédé selon l'invention, permet ainsi de surveiller l'aptitude au fonctionnement du ou des soupapes ou vannes de dosage de l'installation de dosage. D'une part, on peut détecter si la commande de la soupape de dosage se traduit par une ouverture ou une fermeture de la soupape de dosage. D'autre part, on pourra également détecter si une vanne ou soupape de dosage, se grippe en position ouverte ou en position fermée. On pourra en outre détecter si par comparaison avec un système sans défaut, on a une dose trop forte ou trop faible. On pourra également constater s'il y a un quelconque défaut dans le système. En outre, les défauts éventuels pourront être précisés et quantifiés. L'invention a également pour objet un programme d'ordinateur exécutant toutes les étapes du procédé lorsque le programme est appliqué par un calculateur ou un appareil de commande. Enfin, l'invention a pour objet un produit programme d'ordinateur comportant un code programme enregistré sur un support lisible par une machine pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, lorsque le programme est appliqué ou exécuté par un calculateur ou un appareil de commande. Ce programme d'ordinateur permet d'une manière très avantageuse, simple et robuste, de surveiller la vanne ou soupape de dosage d'une installation de dosage d'un système de catalyseur SCR. De façon particulièrement avantageuse, le programme d'ordinateur permet d'utiliser le procédé selon l'invention dans des véhicules existants, sans avoir à installer d'autres composants dans le système de catalyseur SCR. Il suffit d'adapter le programme d'exploitation en exécutant le programme d'ordinateur enregistré sur un produit programme d'ordinateur, par exemple dans l'appareil de commande gérant le moteur à combustion interne. Dessins Un procédé de surveillance d'une installation de dosage selon l'invention sera décrit à titre d'exemple à l'aide des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique des composants de l'installation de dosage d'un système de catalyseur SCR selon l'état de la technique,

7 - la figure 2 est une représentation schématique de la relation entre la commande de la soupape de dosage et l'excursion du courant de la pompe pour une installation de dosage fonctionnant sans défaut, - la figure 3 est une vue schématique de la relation entre la commande de la soupape de dosage et l'excursion du courant de la pompe pour différentes possibilités d'une installation de dosage défectueuse. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre schématiquement les composants connus d'une installation de dosage d'un système de catalyseur SCR.

La conduite des gaz d'échappement 10 d'un moteur à combustion interne 11 est équipée d'un catalyseur SCR 12 assurant la réduction catalytique sélective (réduction SCR) des oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement. Cette réaction nécessite de l'ammoniac NH3 comme agent réducteur. Comme l'ammoniac est une substance toxique, on l'obtient à partir d'une substance non dangereuse qui est l'urée. L'urée est fournie à l'état de solution aqueuse d'urée, par une installation de dosage 13, par exemple une soupape ou vanne de dosage dans la conduite des gaz d'échappement 10 en amont du catalyseur SCR 12 par injection. La solution aqueuse d'urée est stockée dans un réservoir d'agent réducteur 14. Une conduite d'aspiration 15 permet de prélever la solution aqueuse d'urée. L'agent réducteur est transféré par une pompe d'alimentation 16 à partir du réservoir d'agent réducteur 14, sous pression dans la conduite 17 vers la soupape ou vanne de dosage 13. La solution aqueuse d'urée est injectée de manière précise et en fonction de la demande dans la conduite des gaz d'échappement 10. La pression de l'agent réducteur dans la conduite de pression 17, est importante pour cela. La pression de l'agent réducteur est régulée sur une pression de consigne prédéfinie. Un capteur de pression 18 est prévu à cet effet. Il transmet les signaux de pression à un appareil de commande 19 pour que la pompe d'alimentation 16 puisse être régulée sur la pression de consigne prédéfinie par le signal fourni par l'appareil de commande 19. La commande de la soupape de dosage 13 se fait également à partir d'un signal fourni par l'appareil de commande 19. Le procédé selon l'invention peut s'utiliser par exemple dans une installation de dosage d'un système de catalyseur SCR pour surveiller

8 d'une manière particulièrement avantageuse, le fonctionnement sans défaut de l'installation de dosage. Pour cela, selon l'invention, à partir de la relation entre l'amplitude de l'excursion du courant de pompe et la commande de la soupape de dosage 13, on en conclut qu'il y a ou non un défaut. Pour expliciter le procédé selon l'invention, la figure 2 montre de manière schématique la relation entre la commande de la soupape de dosage et le courant de pompe régulé pour un système normal, c'est-à-dire une installation de dosage fonctionnant sans io défaut. La représentation est faite en fonction du temps. La courbe 21 montre la commande de la soupape de dosage dans une période de commande comprise entre deux traits verticaux. La première montée brusque de la courbe 21 représente la commande d'ouverture de la soupape de dosage ; la chute brusque que l'on a ensuite dans la courbe 15 21, représente la commande de fermeture de la soupape de dosage. Le couplage hydraulique entre la quantité introduite de manière dosée et la charge appliquée à la pompe d'alimentation, modifie la vitesse de rotation de la pompe. Celle-ci est représentée par la courbe 22. La vitesse de rotation 22 de la pompe est par exemple régulée par un 20 régulateur PI (régulateur proportionnel/intégral) ; la sortie du régulateur définit la charge appliquée à la pompe. La sortie du régulateur est transformée en un courant de pompe 23 qui est une mesure de la puissance de la pompe. La variation du courant de pompe 23 (intensité du courant alimentant la pompe), c'est-à-dire l'excursion 25 du courant régulé de la pompe, est mise en corrélation selon l'invention, avec la commande de la soupape de dosage. A partir de la relation entre l'excursion 23 du courant de la pompe et la commande 21 de la soupape de dosage, l'invention permet de savoir si l'installation de dosage fonctionne correctement ou si son fonctionnement est 30 défectueux. A chaque ouverture de la soupape de dosage, le régulateur de vitesse de rotation de la pompe adapte le courant de pompe 23 à la situation hydraulique modifiée. La même relation existe à la fermeture de la soupape de dosage, en sens inverse. La course de 35 courant 23 se comporte pour chaque ouverture et chaque fermeture, en

9 général de la même manière, de sorte que la valeur absolue de la course de courant A est chaque fois la même. La figure 3 montre schématiquement les différentes possibilités de variation de l'excursion du courant à la commande de la soupape de dosage en fonction du temps dans le cas d'installations de dosage défectueuses. Par comparaison avec la figure 2, la courbe 31 correspond à la commande de la soupape de dosage ; la courbe 32 correspond à la vitesse de rotation de la pompe et la courbe 33 correspond au courant de pompe régulé. La courbe 33 du courant de pompe régulé montre différentes possibilités de systèmes défectueux. Les doubles flèches 41, 42, 43 indiquent chaque fois l'excursion du courant de pompe. L'excursion de courant de pompe 41 représente un système défectueux dans lequel le courant de pompe régulé réagit avec un certain écart A de l'excursion de courant de pompe en réponse à la commande de la soupape de dosage du fait du couplage hydraulique entre la quantité dosée, injectée et la charge appliquée à la pompe d'alimentation. Par comparaison avec l'excursion de courant de pompe 41, l'excursion de courant de pompe 42 est beaucoup plus petite. Dans ce cas, le système réagit à l'ouverture et à la fermeture de la soupape de dosage avec une variation considérablement plus petite que la charge appliquée à la pompe d'alimentation. Dans ce cas, on peut considérer que la quantité effectivement dosée et injectée est considérablement plus petite que la dose de consigne. Il s'agit alors d'un défaut de l'installation de dosage. Par exemple, il peut s'agir du blocage de l'ouverture complète de la soupape de dosage ou encore la soupape de dosage peut être bouchée. L'excursion de courant 43 est beaucoup plus grande que l'excursion de courant 41 du système sans défaut. Dans ce cas, l'excursion de courant 43 comparée à l'excursion de courant 41, indique que la dose est trop grande.

Une installation de dosage défectueuse pourra ainsi se détecter déjà par les différents évènements d'ouverture et/ou de fermeture, du fait de l'écart de l'excursion de courant. D'une manière particulièrement préférentielle, on exploite les résultats de l'excursion de courant sur plusieurs périodes de commande, notamment en

10 formant une valeur moyenne pour obtenir ainsi une information relative aux défauts du système permettant de mieux discerner les cas. Le procédé selon l'invention permet d'avoir des informations sur l'excédent ou le manque de la quantité dosée. En outre, cela permet de déterminer si la commande de la soupape de dosage se traduit effectivement par une ouverture ou une fermeture de la soupape de dosage ou si, le cas échéant, on est en présence d'une soupape de dosage bloquée en position fermée ou bloquée en position ouverte. Sur le fondement de telles constatations, on pourra émettre des signaux de défaut correspondants. En outre, on peut adapter le système par exemple si l'on constate que le système injecte par dosage, systématiquement, une dose trop faible ou trop grande.15 NOMENCLATURE 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 21 22 15 23 31 32 33 41, 42, 43conduite des gaz d'échappement moteur à combustion interne catalyseur SCR installation de dosage réservoir d'agent réducteur conduite d'aspiration pompe d'alimentation conduite de pression capteur de pression appareil de commande courbe de commande de la soupape de dosage courbe de la vitesse de rotation de la pompe excursion du courant de pompe commande de la soupape de dosage vitesse de rotation de la pompe excursion du courant de pompe excursion du courant de pompe 20

Claims (1)

1. REVENDICATIONS1°) Procédé de surveillance d'une installation de dosage d'un fluide avec une pompe d'alimentation (16) et au moins une soupape de dosage (13), notamment une installation de dosage d'un système de catalyseur SCR, avec un couplage hydraulique entre la dose injectée et la charge appliquée à la pompe d'alimentation (16), procédé caractérisé en ce qu' on surveille le fonctionnement de l'installation de dosage pour détecter les défauts par la relation entre l'amplitude de l'excursion du courant de pompe (33) et la commande (31) d'au moins une soupape de dosage (13). 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on compare la valeur réelle de l'amplitude de l'excursion du courant de pompe (42, 43) à une valeur de consigne de l'amplitude de l'excursion du courant de pompe (41), la valeur de consigne (41) représentant une installation de dosage sans défaut et en cas d'écart entre la valeur réelle (42, 43) et la valeur de consigne (41), on conclut que l'installation de dosage est défectueuse. 3°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on détermine la relation à partir de l'opération d'ouverture et/ou de fermeture d'au moins une soupape de dosage (13). 4°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on détermine la relation à partir de la période de commande d'au moins une soupape de dosage (13). 5°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' 13 on détermine la relation à partir de deux ou plusieurs périodes de commande d'au moins une soupape de dosage (13) et de la valeur moyenne formée. 6°) Programme d'ordinateur exécutant toutes les étapes du procédé selon l'une des revendications 1 à 5, lorsque ces étapes sont effectuées par un calculateur ou un appareil de commande (19). 7°) Produit programme d'ordinateur comportant un code programme enregistré sur un support lisible par une machine pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, lorsque le programme est exécuté par un calculateur ou un appareil de commande (19). 20