FR2973834A1

FR2973834A1 - Procede de controle d'un systeme d'injection avec chauffage par electrovanne de dosage, vehicule correspondant

Info

Publication number: FR2973834A1
Application number: FR1152906A
Authority: FR
Inventors: Vincent Dubois; Guillaume Massot; Clement Grise
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2011-04-05
Filing date: 2011-04-05
Publication date: 2012-10-12
Anticipated expiration: 2031-04-05
Also published as: FR2973834B1

Abstract

L'invention se rapporte à un procédé de contrôle d'un système d'injection de réducteur dans une ligne d'échappement (80) pour la réduction catalytique sélective de gaz issus d'un moteur à combustion interne, le système d'injection comprenant une électrovanne de dosage (22) du réducteur à injecter dans la ligne d'échappement (80) et le procédé comprenant l'émission d'au moins un signal électrique de contrôle de l'électrovanne de dosage (22), le réducteur à injecter étant sous forme gazeuse, et le procédé comprenant le chauffage du réducteur gazeux par l'énergie thermique provenant du contrôle de l'électrovanne de dosage (22) de réducteur par l'au moins un signal électrique de contrôle. L'invention permet d'obtenir un meilleur contrôle du débit de réducteur gazeux injecté dans la ligne d'échappement.

Description

PROCEDE DE CONTROLE D'UN SYSTEME D'INJECTION AVEC CHAUFFAGE PAR ELECTROVANNE DE DOSAGE, VEHICULE CORRESPONDANT

[0001 La présente invention concerne un procédé de contrôle d'un système d'injection de réducteur dans une ligne d'échappement pour la réduction catalytique sélective. L'invention concerne aussi un véhicule automobile comprenant un calculateur mettant en oeuvre le procédé de contrôle précédent. [0002] Dans le domaine de l'industrie automobile, la réduction de la consommation de carburant et la diminution de l'émission de polluants émis à l'échappement sont des problèmes majeurs. [0003] Ainsi, le monoxyde d'azote (NO), le dioxyde d'azote (NO2) et le protoxyde d'azote (N2O) sont des gaz polluants généralement connus sous le nom de NON et dont on cherche à réduire l'émission. Le système réduction catalytique sélective est une des solutions possibles pour le post-traitement des NON, notamment pour les moteurs à combustion interne de type Diesel. Dans la suite de ce document, l'abréviation "SCR" et le terme "réduction catalytique sélective" sont indifféremment utilisés. Le principe d'un tel système SCR est de réduire chimiquement les NON en ajoutant un agent réducteur (ammoniac, urée) en amont d'un catalyseur spécifique, appelé catalyseur SCR. Ce système permet au moteur de respecter des niveaux d'émissions de plus en plus stricts. [0004] La réduction des oxydes d'azote par l'ammoniac selon les réactions SCR est une méthode bien connue et largement utilisée dans l'industrie, notamment dans des usines stationnaires. Appliquée à l'automobile, la difficulté de la SCR est d'apporter dans la ligne d'échappement, l'ammoniac nécessaire à la réduction des NON. De systèmes connus sont notamment décrits par les documents EP-B- 2 142 773 et US-A-2006/013704. Pour de tels systèmes, il est utile de stocker le réducteur, ammoniac ou urée, sur le véhicule. Pour cela, plusieurs concepts ont été développés pour embarquer l'ammoniac, tel que l'embarquement sous forme d'urée solide, sous forme d'urée liquide en solution aqueuse ou sous forme de carbamate d'ammonium. Il également connu d'embarquer l'ammoniac sous forme gazeuse. [0005i Pour l'ammoniac sous forme gazeuse, un des enjeux principaux est la maîtrise de la quantité de gaz injectée dans l'échappement par l'unité de dosage. Une solution est de contrôler l'injection en pilotant le temps d'ouverture d'un orifice entre la partie stockage du système et la partie acheminement vers l'échappement.

Cependant il existe une difficulté dans la maîtrise de la quantité de réducteur gazeux injecté par le système d'injection. Cette difficulté provient de la forte dépendance du débit de réducteur gazeux relativement à la température du réducteur gazeux lui-même. [0006i Il existe un besoin d'un procédé de contrôle de l'injection de réducteur améliorant le contrôle du débit de réducteur gazeux injecté dans la ligne d'échappement. [0007] Pour cela l'invention propose un procédé de contrôle d'un système d'injection de réducteur dans une ligne d'échappement pour la réduction catalytique sélective de gaz issus d'un moteur à combustion interne, le système d'injection comprenant une électrovanne de dosage du réducteur à injecter dans la ligne d'échappement et le procédé comprenant : - l'émission d'au moins un signal électrique de contrôle de l'électrovanne de dosage, le réducteur à injecter étant sous forme gazeuse, et le procédé comprenant en outre : - le chauffage du réducteur gazeux par l'énergie thermique provenant du contrôle de l'électrovanne de dosage de réducteur par l'au moins un signal électrique de contrôle. [0008] Selon une variante, l'électrovanne de dosage de réducteur comprend une bobine d'actionnement en ouverture et/ou en fermeture de l'électrovanne de dosage, la bobine d'actionnement transformant au moins une partie de la puissance de l'au moins signal électrique de contrôle en énergie thermique. [0009] Selon une variante, l'au moins un signal électrique de contrôle comprend un signal électrique de contrôle actionnant l'ouverture de l'électrovanne de dosage de réducteur. [0010] Selon une variante, le système de contrôle comprend une électrovanne supplémentaire en série de l'électrovanne de dosage, l'électrovanne supplémentaire étant contrôlée en fermeture lorsque l'électrovanne de dosage est contrôlée par le signal électrique de contrôle actionnant l'ouverture de l'électrovanne de dosage de réducteur. [0011] Selon une variante, l'au moins un signal électrique de contrôle comprend un signal électrique de contrôle entraînant le maintien de l'électrovanne de dosage en position fermée. [0012] Selon une variante, le signal électrique de contrôle entraînant le maintien de l'électrovanne de dosage en position fermée est : - un signal électrique d'actionnement de l'électrovanne de dosage en ouverture, le signal électrique d'actionnement ayant une puissance électrique inférieure à un seuil entraînant l'ouverture de l'électrovanne de dosage ; ou - un signal électrique d'actionnement de l'électrovanne de dosage en fermeture. [0013] Selon une variante, le moteur à combustion interne est un moteur de type Diesel. [0014] Selon une variante, le réducteur à injecter est de l'ammoniac. [0015] Selon une variante, le chauffage du réducteur gazeux est maintenu jusqu'à ce que le réducteur gazeux atteigne une température prédéterminée. [0016] L'invention propose un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne, une ligne d'échappement des gaz issus du moteur à combustion interne, un système d'injection de réducteur de réduction catalytique sélective dans la ligne d'échappement, et un calculateur de contrôle du système d'injection de réducteur mettant en oeuvre le procédé de contrôle précédent. [0017] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en référence aux dessins qui montrent : - figure 1, un schéma d'un système d'injection de réducteur dans une ligne d'échappement ; - figure 2, un schéma de mise en oeuvre du chauffage du réducteur gazeux par l'énergie thermique provenant d'une électrovanne de dosage de réducteur ; - figure 3, un schéma temporel de fonctionnement du système d'injection selon un mode de contrôle en utilisation passive ; - figure 4, un schéma temporel de fonctionnement du système d'injection selon un mode de contrôle en utilisation active avec une électrovanne supplémentaire ; - figure 5, un schéma temporel de fonctionnement du système d'injection selon un mode de contrôle en utilisation active avec le maintien de l'électrovanne en position fermée. [ools] Il est proposé un procédé de contrôle d'un système d'injection de réducteur dans une ligne d'échappement. La ligne d'échappement permet l'échappement de gaz issus d'un moteur à combustion interne. L'injection de réducteur dans la ligne d'échappement permet la réduction sélective de tels gaz. La réduction catalytique sélective est d'autant plus avantageuse lorsque le moteur à combustion interne est un moteur de type Diesel. Le système de dosage comprend une électrovanne de dosage. [0019] La figure 1 montre à titre illustratif un système d'injection de réducteur conforme à la précédente description. Le réducteur peut être initialement stocké dans un réservoir de réducteur 82, avant d'être injecté dans la ligne d'échappement 80 par l'intermédiaire d'une canalisation 88. Conformément à la figure 1, la canalisation 88 peut traverser une unité de dosage 20 comprenant l'électrovanne de dosage 22 précédente. L'unité de dosage 20 et la canalisation 88 réalisent le transfert de la quantité de réducteur entre le réservoir 82 et la ligne d'échappement 80. L'électrovanne de dosage 22 permet le dosage de la quantité de réducteur à injecter dans la ligne d'échappement 80. [0020] Le procédé de contrôle comprend l'émission d'au moins un signal électrique de contrôle de l'électrovanne de dosage 22. Ce signal est par exemple émis à l'aide d'un calculateur de contrôle du système d'injection de réducteur (non représenté). [0021] Le réducteur est un réducteur gazeux, de préférence de l'ammoniac gazeux. Cependant le procédé peut s'appliquer à l'ensemble des systèmes SCR avec un réducteur injecté sous forme gazeuse. [0022] Le procédé comprend aussi le chauffage du réducteur gazeux. Le chauffage du réducteur gazeux est mis en oeuvre à l'aide de l'énergie thermique provenant de l'électrovanne de dosage 22. En effet, lors de l'émission de l'au moins un signal électrique de contrôle, l'électrovanne de dosage 22 est contrôlée pour convertir au moins une partie de l'énergie électrique reçue en énergie thermique. Ainsi, il est avantageux de dimensionner au mieux les caractéristiques de l'électrovanne de dosage 22 et de la pièce dans laquelle elle est insérée pour permettre un transfert thermique suffisant entre l'électrovanne de dosage 22 et le réducteur gazeux passant par l'électrovanne de dosage 22. Un tel dimensionnement correspond à une optimisation des caractéristiques de l'électrovanne de dosage 22 et de l'unité de dosage 20 la comprenant. En fonction de l'intensité du courant du signal électrique de contrôle, il est possible d'avoir une action sur la température du réducteur gazeux. [0023] Le chauffage du réducteur gazeux par l'intermédiaire du signal électrique de contrôle permet ainsi d'agir sur la température du réducteur gazeux. Or la maîtrise de la température du réducteur gazeux assure la maîtrise de la quantité de réducteur finalement injectée dans la ligne d'échappement. [0024] En définitive, le procédé proposé de contrôle de l'injection de réducteur permet un meilleur contrôle du débit de réducteur gazeux injecté dans la ligne 20 d'échappement. [0025] Le gain du procédé proposé est notamment économique de par l'utilisation d'une même pièce pour réaliser deux fonctions : la maîtrise de la circulation de réducteur gazeux à travers l'électrovanne de dosage et la maîtrise de la température du gaz au niveau de l'électrovanne de dosage et en aval de celle-ci, 25 permettant en définitive la maîtrise du débit de réducteur gazeux. [0026] Selon un mode de réalisation préféré, l'électrovanne de dosage 22 comprend une bobine d'actionnement. Selon un tel mode de réalisation, l'énergie thermique de chauffage peut provenir de la dissipation du courant du signal électrique de contrôle dans la bobine d'actionnement. La figure 2 montre un 30 schéma de fonctionnement du chauffage du réducteur gazeux par l'énergie thermique provenant de l'électrovanne de dosage 22 comprenant la bobine d'actionnement 28. En effet, lorsqu'un courant traverse la bobine d'actionnement 28 de l'électrovanne de dosage 22, une partie de la puissance électrique est transformée en chaleur par effet Joule. Cette chaleur est alors transférée aux pièces alentour et notamment à la canalisation 88 puis au flux de réducteur gazeux 86 s'écoulant dans la canalisation 88 en traversant l'électrovanne 22. Par le bon dimensionnement du coefficient d'échange thermique entre la bobine d'actionnement 28 et le flux de réducteur gazeux 86, il est possible de garantir une augmentation de la température du réducteur de Ti à T2 pour des débits Q fonctionnels du système d'injection. Cette augmentation de la température du réducteur gazeux 86 est possible par l'apport d'un flux thermique c provenant de la bobine d'actionnement 28. [0027] Plusieurs modes de contrôle de l'électrovanne de dosage peuvent être envisagés : - un mode de contrôle en utilisation passive ; ^ un mode de contrôle en utilisation active avec une électrovanne supplémentaire ; et - un mode de contrôle en utilisation active avec un maintien de l'électrovanne de dosage en position fermée. [0028] Indépendamment du mode de contrôle choisi, la chauffe du réducteur gazeux peut être pilotée pour que la température du réducteur gazeux passe de la température initiale Ti à une température T2 comprise dans un intervalle souhaité de températures. L'intervalle souhaité de températures peut être prédéterminé pour obtenir un débit souhaité de réducteur gazeux s'écoulant dans la canalisation 88. Ainsi le pilotage de la chauffe du réducteur gazeux à une température T2 dans l'intervalle prédéterminé permet d'assurer un contrôle précis de la quantité de réducteur gazeux à injecter dans la ligne d'échappement 80. Le chauffage du réducteur gazeux est avantageusement maintenu jusqu'à ce que le réducteur gazeux atteigne une température prédéterminée correspondant à la borne inférieure de l'intervalle souhaité de températures. [0029] Selon le mode de contrôle en utilisation passive, l'au moins un signal électrique de contrôle comprend un signal électrique de contrôle actionnant l'ouverture de l'électrovanne de dosage 22. En d'autres termes l'ouverture de l'électrovanne « chauffante » est réalisée, et une énergie correspondant au signal électrique de contrôle en ouverture chauffe le réducteur gazeux. Selon ce mode de contrôle, la chauffe du réducteur gazeux n'est pas décorélée de l'ouverture de l'électrovanne de dosage 22. C'est le dimensionnement de l'énergie dissipée par la bobine d'actionnement 28 en effet Joule, du coefficient d'échange avec le réducteur gazeux et le débit du réducteur gazeux qui permet de maîtriser la température T2 dans l'intervalle de température prédéterminé. [0030] La figure 3 montre un schéma temporel de fonctionnement du système d'injection selon le mode de contrôle en utilisation passive. La température T2 suit la courbe 44 dans l'intervalle souhaité de températures 42. La température T2 est de plus à comparer à la température Ti représentée par la courbe 40. L'augmentation de la température T2 est due à l'énergie dissipée 50 par effet Joule lors de l'ouverture 52 de l'électrovanne de dosage 22. Dans ce mode de contrôle en utilisation passive, du réducteur gazeux 86 est injecté dans la ligne d'échappement 80 conformément au débit de gaz 84, consécutivement à l'ouverture 52 de l'électrovanne de dosage 22. [0031] Selon le mode de contrôle en utilisation active avec une électrovanne supplémentaire, une électrovanne supplémentaire est disposée en série de l'électrovanne de dosage 22. En référence à la figure 1, le système d'injection peut comprendre l'électrovanne supplémentaire 30 en amont ou en aval de l'électrovanne de dosage 22. Selon ce mode de contrôle lorsque l'électrovanne de dosage 22 est contrôlée par le signal électrique de contrôle actionnant son ouverture, l'électrovanne supplémentaire 30 est contrôlée en fermeture, ce contrôle en fermeture étant réalisée par l'émission d'un autre signal électrique ou par l'absence de signal électrique. Ceci permet l'utilisation active du système d'injection en n'injectant pas de réducteur gazeux vers la ligne d'échappement 80 lors des ouvertures de l'électrovanne « chauffante » 22. En d'autres termes, ce mode de contrôle permet de faire une utilisation similaire au mode de contrôle précédent mais permet aussi de mettre le système dans une certaine configuration pour ne pas injecter lors de l'ouverture de l'électrovanne « chauffante » et ainsi chauffer au juste nécessaire les pièces et le gaz de manière décorélée du dosage de gaz vers l'échappement. Ceci est particulièrement utile même si le dimensionnement de l'unité de dosage 20 ne permet pas la maîtrise de T2 pour tout les cas de vie. [0032] La figure 4 montre un schéma temporel de fonctionnement du système d'injection selon le mode de contrôle en utilisation active avec une électrovanne supplémentaire. La température T2 suit la courbe 44 dans l'intervalle souhaité de températures 42. La température T2 est de plus à comparer à la température Ti représentée par la courbe 40. L'augmentation de la température T2 est due à l'énergie dissipée 50 par effet Joule lors de l'ouverture 52 d'électrovanne de dosage 22. Dans ce mode de contrôle en utilisation active, l'électrovanne supplémentaire 30 permet de ne pas injecter de réducteur gazeux dans la ligne d'échappement 80 conformément au débit de gaz 84, malgré l'ouverture 52 de l'électrovanne de dosage 22. [0033] Selon le mode de contrôle en utilisation active avec un maintien de l'électrovanne de dosage en position fermée, l'au moins un signal électrique de contrôle comprend un signal électrique de contrôle entraînant le maintien de l'électrovanne de dosage 22 en position fermée. Ce mode de contrôle permet d'utiliser l'électrovanne de dosage 22 de façon active tout en garantissant une non ouverture de l'électrovanne « chauffante » c'est-à-dire de l'électrovanne de dosage 22. Selon ce mode de contrôle, il est possible, en pilotant de deux manières différentes le courant traversant l'électrovanne de dosage 22, de : - soit ouvrir l'électrovanne de dosage 22 en dissipant aussi de l'énergie dans la bobine d'actionnement 28 par effet Joule, - soit de juste dissiper de l'énergie dans la bobine d'actionnement 28 par effet Joule en maintenant la fermeture de l'électrovanne de dosage 22. [0034] Dans le premier cas, le courant est important. Dans l'autre cas, le signal électrique de contrôle entraînant le maintien de l'électrovanne de dosage en position fermée est : - soit, un signal électrique d'actionnement de l'électrovanne en ouverture, le signal électrique d'actionnement ayant une puissance électrique inférieure à un seuil entraînant l'ouverture de l'électrovanne ; - soit, un signal électrique d'actionnement de l'électrovanne en fermeture. [0035] Lorsque le signal électrique d'actionnement a une puissance électrique inférieure à un seuil entraînant l'ouverture de l'électrovanne de dosage 22, la force magnétique créée par la bobine est plus faible que la force de rappel d'un ressort de l'électrovanne de dosage 22 allant dans le sens de la fermeture de l'électrovanne de dosage 22. [0036] Ce mode de contrôle permet aussi de chauffer le réducteur gazeux de manière décorrélée du dosage de réducteur gazeux vers la ligne d'échappement 80. [0037] La figure 5 montre un schéma temporel de fonctionnement du système d'injection selon le mode de contrôle en utilisation active avec le maintien de l'électrovanne en position fermée. La température T2 suit la courbe 44 dans l'intervalle souhaité de températures 42. La température T2 est de plus à comparer à la température Ti représentée par la courbe 40. L'augmentation de la température T2 est due à l'énergie dissipée 50 par effet Joule lors de l'ouverture 52 de l'électrovanne de dosage 22. Dans ce mode de contrôle en utilisation active, il est possible, en l'absence d'électrovanne supplémentaire 30, de ne pas injecter de réducteur gazeux dans la ligne d'échappement 80 conformément au débit de gaz 84 tout en maintenant la fermeture 52 de l'électrovanne de dosage 22. [0038] Le système d'injection de réducteur décrit comprend un réservoir de réducteur 82. Le système décrit d'injection de réducteur peut avantageusement correspondre à l'une des architectures de systèmes suivantes : - système comprenant un seul réservoir et au moins un capteur de pression en amont de l'injection dans la ligne d'échappement 80 ; - système comprenant un grand réservoir, un plus petit réservoir et au moins un capteur de pression en amont de l'injection dans la ligne d'échappement 80 ; - système comprenant deux réservoirs, deux clapets anti-retour et au moins un capteur de pression en amont de l'injection dans la ligne d'échappement 80 ; - système comprenant deux grands réservoirs, un petit réservoir, deux clapets anti-retour et au moins un capteur de pression en amont de l'injection dans la ligne d'échappement 80. [0039] Pour améliorer la maîtrise du débit de réducteur gazeux, le procédé proposé peut comprendre la mise en oeuvre d'une estimation ou d'une mesure de la température de réducteur gazeux. [0040] Il est en outre proposé un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne, la ligne d'échappement 80 des gaz issus du moteur à combustion interne et le système d'injection de réducteur de réduction catalytique sélective dans la ligne d'échappement précédemment décrit. Le véhicule automobile comprend en outre le calculateur de contrôle du système d'injection de réducteur précédemment décrit, le calculateur mettant avantageusement en oeuvre le procédé de contrôle précédent.

Claims

REVENDICATIONS1. Un procédé de contrôle d'un système d'injection de réducteur dans une ligne d'échappement (80) pour la réduction catalytique sélective de gaz issus d'un moteur à combustion interne, le système d'injection comprenant une électrovanne de dosage (22) du réducteur à injecter dans la ligne d'échappement (80) et le procédé comprenant : - l'émission d'au moins un signal électrique de contrôle de l'électrovanne de dosage (22), le procédé étant caractérisé en ce que le réducteur à injecter est sous forme gazeuse, et en ce que le procédé comprend : - le chauffage du réducteur gazeux par l'énergie thermique provenant du contrôle de l'électrovanne de dosage (22) de réducteur par l'au moins un signal électrique de contrôle.
2. Le procédé de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrovanne de dosage (22) de réducteur comprend une bobine d'actionnement (28) en ouverture et/ou en fermeture de l'électrovanne de dosage (22), la bobine d'actionnement (28) transformant au moins une partie de la puissance de l'au moins signal électrique de contrôle en énergie thermique.
3. Le procédé de contrôle selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'au moins un signal électrique de contrôle comprend un signal électrique de contrôle actionnant l'ouverture de l'électrovanne de dosage (22) de réducteur.
4. Le procédé de contrôle selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le système de contrôle comprend une électrovanne supplémentaire (30) en série de l'électrovanne de dosage (22), l'électrovanne supplémentaire (30) étant contrôlée en fermeture lorsque l'électrovanne de dosage (22) est contrôlée par le signal électrique de contrôle actionnant l'ouverture de l'électrovanne de dosage (22) de réducteur.
5. Le procédé de contrôle selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'au moins un signal électrique de contrôle comprend un signal électrique de contrôle entraînant le maintien de l'électrovanne de dosage (22) en position fermée.
6. Le procédé de contrôle selon la revendication 5, caractérisé en ce que le signal électrique de contrôle entraînant le maintien de l'électrovanne de dosage (22) en position fermée est : - un signal électrique d'actionnement de l'électrovanne de dosage (22) en ouverture, le signal électrique d'actionnement ayant une puissance électrique inférieure à un seuil entraînant l'ouverture de l'électrovanne de dosage (22) ; ou - un signal électrique d'actionnement de l'électrovanne de dosage (22) en fermeture.
7. Le procédé de contrôle selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le moteur à combustion interne est un moteur de type Diesel.
8. Le procédé de contrôle selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le réducteur à injecter est de l'ammoniac.
9. Le procédé de contrôle selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le chauffage du réducteur gazeux est maintenu jusqu'à ce que le réducteur gazeux atteigne une température prédéterminée.
10. Un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne, une ligne d'échappement (80) des gaz issus du moteur à combustion interne, un système d'injection de réducteur de réduction catalytique sélective dans la ligne d'échappement (80), et un calculateur de contrôle du système d'injection de réducteur, le véhicule étant caractérisé en ce que le calculateur met en oeuvre le procédé de contrôle selon l'une des revendication 1 à 9.