FR2963057A1

FR2963057A1 - Procede de dosage d'un agent reactif dans le canal des gaz d'echappement d'un moteur et dispositif pour la mise en oeuvre du procede

Info

Publication number: FR2963057A1
Application number: FR1156664A
Authority: FR
Inventors: Dirk Von Meduna; Matthias Kruse; Matthias Burger; Franz-Josef Trompeter; Markus Buerglin
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2011-07-22
Publication date: 2012-01-27
Anticipated expiration: 2031-07-22
Also published as: US8528390B2; FR2963057B1; CN102345487B; US20120017571A1; CN102345487A; DE102010038394A1

Abstract

Procédé de dosage d'un agent réactif selon lequel on pulvérise l'agent réactif par une soupape de dosage (34) à commande électrique dans un tube de pulvérisation (12) dans lequel l'agent réactif est mélangé à de l'air sous pression pour être introduit dans le canal des gaz d'échappement (10). L'invention concerne également un dispositif pour la mise en œuvre du procédé. Selon l'invention, la durée du signal de commande (34) de la soupape de dosage est corrigée en fonction de la différence de pression entre la pression hydraulique p-Rea-hyd de l'agent réactif dans la soupape de dosage (24) et la pression pneumatique p-D-pneu dans le tube de pulvérisation (12). L'invention permet de doser l'agent réactif avec une pression très élevée.

Description

i Domaine de l'invention L'invention se rapporte à un procédé de dosage d'un agent réactif selon lequel l'agent réactif est pulvérisé dans un tube de pulvérisation par l'intermédiaire d'une soupape de dosage à commande électrique, pour être mélangé à l'air comprimé dans le tube de pulvérisation, et l'agent réactif combiné à l'air comprimé est introduit et pulvérisé par le tube de pulvérisation dans un canal de gaz d'échappement. L'invention se rapporte également à un dispositif de io dosage d'un agent réactif mettant en oeuvre un procédé du type défini ci-dessus. Enfin l'invention se rapporte à un programme d'ordinateur et un produit programme d'ordinateur mettant en oeuvre un tel procédé. 15 Etat de la technique Le document DE 101 39 142 Al décrit un dispositif de traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne (moteur thermique) selon lequel, on réduit les émissions d'oxydes d'azote à l'aide d'un catalyseur SCR (catalyseur de réduction catalytique 20 sélective) pour réduire les oxydes d'azote des gaz d'échappement à l'aide d'ammoniac comme agent réducteur pour obtenir de l'azote. L'ammoniac est obtenu dans un catalyseur d'hydrolyse installé en amont du catalyseur SCR à partir d'une solution aqueuse d'urée. Le catalyseur d'hydrolyse transforme l'urée de la solution aqueuse d'urée 25 en ammoniac et en dioxyde de carbone. La solution aqueuse d'urée est fournie par une pompe sous une pression déterminée. Une soupape de dosage fixe un débit et une chambre de mélange assure le mélange entre la solution aqueuse d'urée et l'air comprimé. La solution aqueuse d'urée est pulvérisée avec l'air mélangé par un tube de pulvérisation 30 dans les gaz d'échappement du moteur à combustion interne pour avoir une distribution aussi régulière que possible dans le catalyseur SCR. Le document DE 10 2004 018 221 Al décrit un procédé et un dispositif du type défini ci-dessus consistant à pulvériser sous pression un agent réactif dans les gaz d'échappement d'un moteur à 35 combustion interne en amont dans le catalyseur SCR. La pression de

2 l'agent réactif est fixée en fonction d'une grandeur caractéristique correspondant à une pression de consigne prédéfinie de l'agent réactif. Comme grandeur caractéristique on utilise un paramètre de fonctionnement du moteur à combustion interne et/ ou une grandeur caractéristique des gaz d'échappement du moteur à combustion interne. La valeur de consigne de la pression d'agent réactif est régulée par un procédé consistant à saisir la pression réelle de l'agent réactif à l'aide d'un capteur de pression d'agent réactif. On mélange l'air comprimé à l'agent réactif. La pression de l'air comprimé est régulée également en fonction des grandeurs caractéristiques dans le cadre d'une régulation suivant une valeur de consigne prédéfinie pour la pression de l'air comprimé ; pour cela on saisit la pression réelle de l'air comprimé à l'aide d'un capteur de pression d'air. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un procédé de dosage d'un agent réactif dans un canal de gaz d'échappement ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé permettant un dosage aussi exact que possible de l'agent réactif pour éviter un dosage par excédent ou par défaut.

Exposé et avantages de l'invention A cet effet la présente invention se rapporte à un procédé de dosage d'un agent réactif du type défini ci-dessus caractérisé en ce qu'on corrige la durée du signal de commande de la soupape de dosage en fonction de la différence de pression entre la pression de l'agent réactif dans la soupape de dosage et la pression dans le tube de pulvérisation. En d'autres termes le procédé de dosage de l'agent réactif selon l'invention pulvérise l'agent réactif dans un tube de pulvérisation par l'intermédiaire d'une soupape de dosage à commande électrique ; l'agent réactif est mélangé à de l'air comprimé dans le tube de pulvérisation pour être ensuite introduit et pulvérisé par l'intermédiaire du tube de pulvérisation dans le canal des gaz d'échappement, par exemple le canal des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. Le procédé selon l'invention se caractérise en ce que l'on corrige la durée du signal de commande appliqué à la soupape de dosage en

3 fonction de la différence de pression entre la pression hydraulique de l'agent réactif dans la soupape de dosage et la pression pneumatique dans le tube de pulvérisation. Le procédé selon l'invention permet de respecter précisément la dose d'agent réactif nécessaire ; cette dose se détermine par exemple en fonction des paramètres du procédé de combustion tels que les paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne. Un avantage important est que le procédé ne nécessite aucun moyen supplémentaire tel qu'un capteur de pression. Le procédé selon l'invention utilise des signaux connus ou simples à saisir. Selon un développement du procédé de l'invention, on détermine une mesure de la différence de pression dans le tube de pulvérisation en exploitant l'intensité du courant du signal de commande de la soupape de dosage. L'intensité du courant ou au moins une mesure du courant peut se saisir dans l'étage final ou étage de puissance commandant la soupape de dosage avec des moyens simples. Selon un développement, l'amplitude du premier maximum relatif de l'intensité du signal de commande de la soupape de dosage est saisie après le branchement comme mesure de la différence de pression. En détectant l'augmentation de l'amplitude on peut réduire la durée du signal de commande appliqué à la soupape de dosage. Selon un autre développement, la durée du signal de commande de la soupape de dosage se détermine entre le début du signal jusqu'à l'ouverture de la soupape de dosage en exploitant l'intensité du signal de commande de la soupape de dosage et en saisissant cette durée comme mesure de la différence de pression. On améliore la précision en prenant en compte la tension du signal de commande de la soupape de dosage ainsi que la température de cette soupape de dosage et en obtenant au moins une mesure de la température à partir de la résistance de la bobine électromagnétique de la soupape de dosage. Le dispositif selon l'invention pour la mise en oeuvre du procédé a pour objet un appareil de commande comportant des moyens 35 pour exécuter le procédé.

4 L'appareil de commande comporte notamment un moyen d'exploitation de l'intensité du courant du signal de commande de la soupape de dosage, un circuit de commande pour fournir le signal de commande ainsi qu'une installation de correction qui corrige le signal de commande de la soupape de dosage en fonction de la différence de pression. L'appareil de commande comporte de préférence au moins une mémoire électrique contenant les étapes du procédé sous la forme d'un programme d'appareil de commande.

Le programme d'ordinateur selon l'invention exécute toutes les étapes du procédé de l'invention lorsque le programme se déroule sur un ordinateur. L'invention a également pour objet un produit-programme d'ordinateur comportant un code programme enregistré sur un support lisible par une machine et mettant en oeuvre le procédé de l'invention lorsque le programme est exécuté par un ordinateur. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation d'un procédé de dosage d'un agent réactif selon l'invention représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre une soupape de dosage d'agent réactif avec un tube de pulvérisation, - la figure 2 montre le chronogramme de l'intensité du courant du 25 signal de commande de la soupape de dosage. Description détaillée d'exemples de réalisation de l'invention La figure 1 montre un tube de pulvérisation 12 pénétrant dans la conduite des gaz d'échappement 10 d'un moteur à combustion interne non détaillé. Un mélange 14 d'air comprimé et d'agent réactif est 30 introduit dans la veine des gaz d'échappement 16 par l'intermédiaire du tube de pulvérisation 12. Le mélange 14 arrive par une sortie 18 prévue dans la zone avant du tube de pulvérisation 12 comportant le cas échéant un pulvérisateur, dans la conduite des gaz d'échappement 10 pour être entraîné par la veine des gaz d'échappement 16. L'agent réactif est par exemple une solution aqueuse d'urée servant à convertir dans un catalyseur SCR en aval du tube de pulvérisation 12, les composants des oxydes d'azote NOx de la veine des gaz d'échappement 16 en azote N2 et en eau H2O. 5 L'agent réactif stocké dans un réservoir 20 est fourni par une pompe 22 générant une pression d'agent réactif p-Rea à une soupape de dosage 24 ; la soupape est une soupape électromagnétique comportant une bobine 26 dans laquelle un champ magnétique conduit un induit 28 équipé d'une aiguille d'injecteur 30. L'aiguille d'injecteur 30 selon la figure se présente sous la forme d'une bille qui libère ou ferme une buse 32. La bobine 26 est commandée par un signal de commande de soupape de dosage 34 par une tension U-DV résultant d'une intensité de courant 1-DV. Lorsque la bobine électromagnétique 26 est coupée du courant, un ressort de précontrainte 36 pousse l'induit 28 avec l'aiguille d'injecteur 30 contre la buse 32 pour fermer la buse 32. A l'état fermé on a dans la soupape de dosage 24 une pression d'agent réactif p-Rea d'agent réactif qui se situe par exemple dans une plage comprise entre 3 et 10 bars. Lorsqu'un courant d'intensité de courant i-DV passe, le champ magnétique de la bobine 26 rappelle l'induit 28 avec l'aiguille d'injecteur 30 libérant ainsi la buse 32 et permettant de doser de l'agent réactif dans le tube de pulvérisation 12. Dans cette situation, du fait de l'ouverture de la buse 32, la pression de l'agent réactif diminue par rapport à la pression d'agent réactif p-Rea. La pression d'agent réactif importante pour la dose lorsque la soupape de dosage 24 est ouverte, est représentée dans la figure et est appelée ci-après « pression hydraulique p-Rea-hyd ». La pulvérisation de l'agent réactif est facilitée par de l'air comprimé dosé en même temps, fourni par une source d'air comprimé 38 sous une pression d'air p-D. Ainsi dans le tube de pulvérisation 12 on aura un mélange 14 composé d'agent réactif et d'air comprimé. La pression d'air qui se produit dans le tube de pulvérisation 12 au cours du dosage et qui peut être différente de la pression d'air p-D, sera appelée ci-après « pression pneumatique p-D-pneu ». Pour cela on admet que la pression d'air p-D et ainsi également la pression

6 pneumatique p-D-pneu dans le tube de pulvérisation 12 peuvent subir des variations importantes. La pression d'air p-D peut se situer par exemple dans une plage comprise entre 5 et 12 bars. Les oxydes d'azote à convertir se trouvent à une concentration déterminée dans la veine des gaz d'échappement 16 ; cette concentration dépend du procédé de combustion par exemple des conditions de fonctionnement du moteur à combustion interne. On a un état de fonctionnement optimum si la dose d'agent réactif est adaptée exactement à la demande du catalyseur SCR en tenant compte de la capacité d'accumulation du catalyseur SCR en fonction de la température. En cas de sous-dosage, il n'y aura plus suffisamment d'agent réactif pour la conversion et les oxydes d'azote seront dégagés tels quels à l'air libre. Un surdosage augmente inutilement la consommation d'agent réactif et se traduit par un glissement d'agent réactif qui dans le cas d'une solution aqueuse d'urée comme agent réactif se traduit par un glissement croissant d'ammoniac dangereux. C'est pourquoi il faut respecter le réglage aussi exactement que possible de la dose déterminée par la soupape de dosage 24 par l'appareil de commande non détaillé et qui est réglé par le signal de commande 34 de la soupape de dosage. Comme dose d'agent réactif on peut prendre la quantité à doser dans une période déterminée par exemple au cours d'un cycle. Dans le dispositif représenté, la dose ne dépend plus de la pression hydraulique p-Rea-hyd d'agent réactif dans la soupape de dosage 24 mais de la pression pneumatique p-D-pneu dans le tube de pulvérisation 12. Plus précisément, la dose dépend de la différence entre la pression hydraulique p-Rea-hyd et la pression pneumatique p-D-pneu. La dépendance de la dose par rapport au rapport de pression n'est pas souhaitable car cela ne permet de garantir un dosage exact.

Comme selon l'invention, la différence entre la pression hydraulique p-Rea-hyd et la pression pneumatique p-D-pneu dans le tube de pulvérisation 12 est prise en compte, on peut doser d'une manière relativement précise la dose prédéfinie. La correction se fait en fonction de la durée du signal de commande 34 de la soupape de dosage.

7 Sur le strict plan des principes, les deux pressions à savoir la pression hydraulique p-Rea-hyd et la pression d'air p-D seront mesurées et en particulier on s'approchera de la pression hydraulique p-Rea-hyd par la pression d'agent réactif p-Rea de l'agent réactif ou encore on pourra utiliser un coefficient de correction alors que la pression pneumatique p-D-pneu sera mesurée notamment en cas de pression d'air p-D variable. La différence de la pression hydraulique p-Rea-hyd et de la pression pneumatique p-D-pneu n'a toutefois pas d'influence sur la dose mais sur la force d'ouverture de la soupape de dosage 24. On peut utiliser cette influence pour déterminer la différence de pression. Dans le cas d'une électrovanne, la force d'ouverture agit en réaction sur le signal de commande de la soupape de dosage 34. Si la différence de pression est faible, l'aiguille de soupape 32 s'ouvre sous l'effet d'une force électromagnétique réduite. En revanche si la différence de pression est élevée, il faut une force plus importante. La force électromagnétique nécessaire pour ouvrir la soupape de dosage 24 se caractérise selon l'exemple de réalisation par le chronogramme de l'intensité de courant i-DV du signal de commande de soupape de dosage 34 ; ce signal est représenté de manière plus détaillée à la figure 2. L'effet de la force de niveau différent s'aperçoit lors de l'ouverture de la soupape de dosage 24 à partir de l'instant de démarrage tO du signal de commande de soupape de dosage 34 jusqu'à l'instant tl. Après l'augmentation de l'intensité 40 qui se situe par exemple sur une pente 1A/200 ps on atteint une intensité maximum ip-DV qui peut par exemple se situer à 1A, au premier instant t1 puis on continue par une chute d'intensité 42. La chute d'intensité 42 conditionne également par modification du temps, le circuit magnétique lors de l'ouverture de l'électrovanne 24 qui, en plus de la bobine 36 comprend l'induit 28 avec l'aiguille 30. Après l'effondrement de l'intensité on peut réguler un courant de maintien qui se situe de préférence en dessous de l'intensité maximum ip-DV. Par approximation on peut considérer que le fait d'atteindre l'intensité maximum ip-DV correspond au premier instant tl avec l'ouverture de la soupape de dosage 24. Le premier instant tl se détermine par exemple en différentiant l'intensité de courant i-DV. La dérivée première fournit l'intensité maximum ip-DV alors qu'avec la dérivée seconde de l'intensité de courant i-DV on obtient de manière connue, la courbure. L'intensité maximum ip-DV de l'intensité de courant i-DV est une mesure caractéristique de la force d'ouverture de la soupape de dosage 24. On peut corriger la durée du signal de commande de la soupape de dosage 34 en déterminant la force d'ouverture qui représente une mesure de la différence entre la pression hydraulique p- Rea-hyd et la pression pneumatique p-D-pneu. La correction du signal de commande 34 de la soupape de dosage se traduit ainsi en ce que pour une faible différence correspondant ainsi à une faible force d'ouverture, on fixe une durée plus longue que par exemple pour une différence plus grande.

Une autre possibilité d'exploiter l'intensité de courant i-DV consiste à déterminer la durée caractéristique (dt) entre l'instant initial tO et l'ouverture à l'instant tl de la soupape de dosage 24. La durée (dt) est également une mesure de la différence de la pression hydraulique p-Rea-hyd et de la pression pneumatique p-D-pneu. Pour une durée (dt) courte, cela correspond à une faible différence. Si la durée du signal de commande 34 de la soupape de dosage augmente, pour une durée plus longue (dt) celle-ci sera raccourcie. Pour la correction faite à l'aide de la durée (dt) on tient compte de préférence de la tension U-DV du signal de commande 34 de la soupape de dosage et/ou de la température de la soupape de dosage 24. La température influence la résistance de la bobine 26 de sorte que la correction peut se faire à partir de la température à l'aide de la résistance de la bobine 26. La résistance de la bobine 26 se détermine à partir de la tension U-DV connue de l'étage de puissance de l'appareil de commande et de l'intensité de courant i-DV du signal de commande 34 de la soupape de dosage. La correction se fait avantageusement au début de chaque cycle de dosage qui commence par l'opération d'ouverture de la soupape de dosage 24.

9 L'appareil de commande 50 présenté à la figure 3 exécute le procédé décrit ci-dessus. L'appareil de commande 50 comporte un moyen de fixation 52 du signal de dosage qui fixe un signal de dosage s-DV fourni à une installation de correction 54. La correction se fait à l'aide du premier signal de correction K1 déterminé par une première exploitation d'intensité 56 en fonction de l'intensité de courant i-DV du signal de commande 34 de la soupape de dosage avec les différentes procédures décrites. Le cas échéant il est prévu un moyen d'exploitation de signal 58 qui détermine la tension U-DV du signal de commande 34 de la soupape de dosage et/ou la température temp-DV de la soupape de dosage 24 pour en déduire un second signal de correction K2 fourni à l'installation de correction 54. Cette installation transmet le signal de dosage corrigé s-DV-korr à l'étage de puissance 60 fournissant le signal de commande 34 de la soupape de dosage.

L'étage de puissance 60 fournit le signal de commande 34 de la soupape de dosage pour avoir une durée d'ouverture de la soupape de dosage 24 comprise par exemple entre 0 et 98 % et une fréquence de dosage qui se situe par exemple dans une plage comprise entre 1 et 4 Hz et se situe de préférence à 1 Hz.20 NOMENCLATURE NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 10 conduite de gaz d'échappement 12 tube de pulvérisation 14 mélange d'air comprimé et d'agent réactif 16 veine de gaz d'échappement 18 cavité 22 pompe 24 soupape de dosage 26 bobine électromagnétique 28 induit 30 aiguille d'injecteur 32 buse 34 signal de commande de la soupape de dosage 36 ressort de précontrainte 38 source d'air comprimé 40 augmentation de l'intensité 42 chute de l'intensité 50 appareil de commande 52 moyen de fixation du signal de dosage 54 installation de correction 56 moyen d'exploitation de l'intensité 58 moyen d'exploitation du signal 60 étage de puissance30

Claims

REVENDICATIONS1 °) Procédé de dosage d'un agent réactif selon lequel l'agent réactif est pulvérisé dans un tube de pulvérisation (12) par l'intermédiaire d'une soupape de dosage (24) à commande électrique, pour être mélangé à l'air comprimé dans le tube de pulvérisation (12), et l'agent réactif combiné à l'air comprimé est introduit et pulvérisé par le tube de pulvérisation (12) dans un canal de gaz d'échappement (10), procédé caractérisé en ce qu' on corrige la durée du signal de commande de la soupape de dosage (34) en fonction de la différence de pression entre la pression hydraulique p-Rea-hyd de l'agent réactif dans la soupape de dosage (24) et la pression pneumatique p-D-pneu dans le tube de pulvérisation (12). 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on détermine une mesure de la différence de pression dans le tube de pulvérisation (12) en exploitant l'intensité du courant i-DV du signal de commande de la soupape de dosage (34). 3°) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' on détermine la première intensité maximum ip-DV du signal de commande de soupape de dosage (34) comme mesure de la différence de pression. 4°) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on raccourcit la durée du signal de commande de la soupape de dosage (34) lorsque intensité maximum ip-DV augmente. 5°) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' on détermine la durée (dt) du signal de commande de la soupape de dosage (34) à partir du début tO du signal jusqu'à l'instant d'ouverture (t1) de la soupape de dosage (24) en exploitant l'intensité de courant i-DV du signal de commande de soupape de dosage (34) et on saisit cette durée comme mesure de la pression différentielle. 6°) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' en déterminant la mesure de la pression différentielle on tient compte de la tension U-DV du signal de commande de la soupape de dosage (34) ainsi que d'au moins une mesure de la température de la soupape de dosage (24). 7°) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu' on saisit la résistance de la bobine électromagnétique (26) de la soupape de dosage (24) comme mesure de la température de la soupape de 15 dosage (24). 8°) Dispositif de dosage d'un agent réactif caractérisé en ce qu' il comporte un appareil de commande (50) comportant des moyens (54, 20 56, 60) pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 7. 9°) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que 25 l'appareil de commande (50) comporte un moyen d'exploitation de l'intensité (56) qui exploite l'intensité de courant i-DV du signal de commande de la soupape de dosage (34), un étage de puissance (60) fournissant le signal de commande de la soupape de dosage (34) ainsi qu'une installation de correction (54) qui, en fonction de la différence de 30 pression, corrige la durée du signal de commande de la soupape de dosage (34). 10°) Programme d'ordinateur exécutant toutes les étapes d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 7 lorsque le programme est exécuté 35 par un ordinateur.