FR2974388A1

FR2974388A1 - Method for validating detection of change of ammonia gas cartridge in selective catalytic reduction system of exhaust line for diesel engine of vehicle, involves validating change of cartridge by detecting increase in pressure in pipes

Info

Publication number: FR2974388A1
Application number: FR1153416A
Authority: FR
Inventors: Vincent Dubois; Guillaume Massot; Thierry Bertin
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2011-04-20
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2012-10-26
Anticipated expiration: 2031-04-20
Also published as: FR2974388B1

Abstract

The method involves heating two cartridges (12-1, 12-2), where the cartridges are connected to an injector by pipes (14). Nitrogen oxide reducing agent supplied to the pipes by one of the cartridges is detected. Change of the cartridge is validated by detecting increase in pressure in the pipes after heating of the cartridge, where the pressure in the pipes corresponds to the pressure of the cartridge having high pressure. The pressure of the cartridge is controlled by a control unit of a selective catalytic reduction (SCR) system (10) after validating the change of the cartridge. An independent claim is also included for an exhaust line.

Description

PROCEDE DE VALIDATION DE CHANGEMENT DE CARTOUCHE DE REDUCTEUR DANS UN SYSTEME SCR, LIGNE D'ECHAPPEMENT ET VEHICULE [0001 Le système SCR (expression utilisée par la suite - pour « selective catalytic reduction » en anglais ou réduction catalytique sélective) est une des solutions possibles pour le post-traitement des dioxydes d'azote (NOx par la suite) sur moteur Diesel. Le principe d'un tel système est de réduire chimiquement les NOx en ajoutant un agent réducteur (NH3 - ammoniac) en amont d'un catalyseur SCR spécifique et ainsi de permettre à ce type de moteur de respecter des niveaux d'émissions de plus en plus strictes. [0002] 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 l'échappement l'ammoniac nécessaire à la réduction des NOx. Il est nécessaire de stocker ce réducteur sur le véhicule. Pour cela, plusieurs concepts ont été développés pour embarquer l'ammoniac : sous forme d'urée solide, sous forme d'urée liquide en solution aqueuse, sous forme de carbamate d'ammonium, etc.... [0003 Il existe aujourd'hui différentes stratégies pour le contrôle du système SCR. REDUCER CARTRIDGE CHANGE ENABLING METHOD IN SCR SYSTEM, EXHAUST LINE AND VEHICLE [0001 The SCR system (expression used later - for "selective catalytic reduction" in English or selective catalytic reduction) is one of the possible solutions for the post-treatment of nitrogen dioxides (NOx thereafter) on diesel engine. The principle of such a system is to chemically reduce the NOx by adding a reducing agent (NH3 - ammonia) upstream of a specific SCR catalyst and thus to allow this type of engine to meet more emission levels. more strict. The reduction of nitrogen oxides by ammonia according to the SCR reactions is a well known method and widely used in industry, especially in stationary plants. Applied to the automobile, the difficulty of the SCR is to bring into the exhaust the ammonia necessary for the reduction of NOx. It is necessary to store this gearbox on the vehicle. For this, several concepts have been developed to ship ammonia: in the form of solid urea, in the form of liquid urea in aqueous solution, in the form of ammonium carbamate, etc. [0003 There are today different strategies for controlling the SCR system.

Il existe des systèmes comprenant un seul réservoir (ou cartouche) de réducteur et au moins un capteur de pression en amont du système d'injection. Il existe également des systèmes comprenant une grande cartouche, une plus petite (réservoirs ou cartouches « Main » et « Start-up ») et au moins un capteur de pression en amont du système d'injection. Il existe encore des systèmes comprenant deux cartouches, deux clapets anti-retour et au moins un capteur de pression en amont du système d'injection. Il existe en outre des systèmes comprenant deux grandes cartouches, une petite cartouche, deux clapets antiretour et au moins un capteur de pression en amont du système d'injection. [0004] Les documents US 2007 163245, WO 06012903, WO 07000170, 30 WO08077626, DE102001024544, DE102008012543, EP1 977 817, EP 1 992 397, US 2001053342, US 2004045284, WO 03090908 donnent des exemples de systèmes de systèmes de SCR avec réducteur gaz. [0005] Un des enjeux de tels systèmes est l'utilisation à bon escient des différentes cartouches de stockage de NH3 dans le cas d'un système à plusieurs cartouches. Le système de pilotage doit connaitre quelle est la cartouche en cours d'utilisation. [0006] Pour connaître la cartouche active qui est celle en cours d'utilisation, la stratégie de pilotage demande soit l'ajout de capteurs, soit l'ajout d'actionneurs (ex : électrovannes) supplémentaires au système. Ce qui a un coût et complexifie la solution. Il est donc souhaitable que la stratégie de contrôle utilise les capteurs et actionneurs déjà prévus dans le système et intègre des algorithmes de détection de cartouche en cours d'utilisation. Le problème est de devoir rendre le système indisponible pour réaliser la détection durant un temps trop long. [000n Il existe donc un besoin en un procédé permettant de vérifier rapidement le 15 changement de cartouche. [0008] Pour cela, l'invention propose un procédé de validation de la détection d'un changement de cartouche de réducteur d'oxyde d'azote dans un système SCR comportant une pluralité de cartouches et des canalisations reliant les cartouches à un injecteur, caractérisé en ce que le procédé comprend 20 - la réalisation d'une pluralité de chauffes au sein d'une première cartouche alimentant les canalisations , - la réalisation d'au moins une chauffe d'une deuxième cartouche, - la détection de l'alimentation des canalisations par la deuxième cartouche, - la validation du changement de cartouche d'alimentation par la détection d'une 25 augmentation de la pression dans les canalisations suite à la réalisation d'une chauffe au sein de la deuxième cartouche. [0009] Selon une variante, le procédé comprend une temporisation avant de réaliser l'étape de validation, au cours de laquelle aucune chauffe n'est réalisée. [0010] Selon une variante, si suite à la réalisation d'une chauffe au sein de la deuxième cartouche, une diminution de la pression est constatée, le changement de cartouche n'est pas validé. [0011] Selon une variante, le système SCR comporte un organe de contrôle 5 commande qui régule en pression les cartouches et assure la montée en pression des cartouches. [0012] Selon une variante, après la validation de l'alimentation des canalisations par la deuxième cartouche, l'organe de contrôle régule la pression de la deuxième cartouche. 10 [0013] Selon une variante, le procédé comprend en outre la mesure ou l'estimation de la pression dans les canalisations. [0014] Selon une variante, la pression dans les canalisations correspond à la pression de la cartouche ayant la plus grande pression. [0015] Selon une variante, le procédé comprend, au cours de la validation du 15 changement d'alimentation, une augmentation de la dérivée de la pression dans les canalisations. [0016] L'invention se rapporte aussi à une ligne d'échappement caractérisée en ce qu'elle comprend : - une tuyauterie de gaz d'échappement, 20 - un système SCR comportant une pluralité de cartouches et des canalisations reliant les cartouches à un injecteur de réducteur dans la tuyauterie de gaz d'échappement et - un organe de contrôle commande pour la mise en oeuvre du procédé tel que décrit précédemment. 25 [0017] L'invention se rapporte aussi à un véhicule caractérisé en ce qu'il comprend un moteur alimentant en gaz d'échappement une ligne d'échappement telle que décrite précédemment. [ools] 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 références aux dessins qui montrent : - figure 1, un schéma d'un système SCR ; - figures 2 et 3, des graphiques montrant des stratégies de validation de changement de cartouche. [0019] L'invention se rapporte à un procédé de validation de la détection d'un changement de cartouche de réducteur d'oxyde d'azote dans un système SCR comportant une pluralité de cartouches et des canalisations reliant les cartouches à un injecteur. Le procédé comprend la réalisation d'une pluralité de chauffes au sein d'une première cartouche alimentant les canalisations, la réalisation d'au moins une chauffe d'une deuxième cartouche et la détection de l'alimentation des canalisations par la deuxième cartouche. Le procédé comprend en outre la validation du changement de cartouche d'alimentation par la détection d'une augmentation de la pression dans les canalisations suite à la réalisation d'une chauffe au sein de la deuxième cartouche. Le procédé permet de vérifier rapidement si la cartouche est convenablement changée. [0020] La figure 1 montre un système SCR 10. Le système 10 fait partie d'une ligne d'échappement comprenant une tuyauterie (non représentée) dans laquelle un réducteur est injecté par un injecteur (non représenté). Le système 10 comporte une unité de stockage composée de plusieurs réservoirs ou cartouches 12 (121, 122,... 12n) toutes reliées par des canalisations 14. Les canalisations 14 permettent l'acheminement du réducteur vers l'injecteur. Toutes les cartouches sont reliées par une canalisation 14 dont la pression est connue par mesure à l'aide d'un organe 16 d'information pression qui peut être un capteur ou une estimation. Chaque cartouche 12 est reliée à la canalisation 14 par zéro, un ou plusieurs clapets antiretour 18. Les clapets 18 sont facultatifs. Notamment, le système peut comporter une cartouche sans clapet anti-retour et une ou plusieurs cartouches avec un clapet anti-retour. Chaque cartouche est chauffée par un organe de chauffe 19 dédié. Le système SCR 10 comporte en outre un organe de contrôle commande permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. [0021] Les cartouches comprennent un solide enfermant un réducteur gazeux qui est libéré par déplacement de l'équilibre chimique, notamment par l'augmentation de la température du solide. La montée en pression des cartouches est donc par exemple obtenue par la chauffe des cartouches. L'élément de chauffe est par exemple un élément externe ou interne à la cartouche et peut être une résistance chauffante. Le solide est par exemple un sel de stockage tel que du chlorure de strontium. Le réducteur est par exemple de l'ammoniac en phase gaz. L'invention décrite est décrite pour une solution SCR ammoniac (gaz), mais peut s'appliquer à l'ensemble des concepts SCR sous forme gazeuse. L'avantage de la forme gazeuse est qu'elle nécessite moins d'énergie pour être libérée qu'un réducteur liquide. [0022] Un réservoir ou cartouche est dit actif lorsque le gaz utilisé par le système vient de ce réservoir ou cartouche, c'est-à-dire quand son clapet-anti retour 18 est ouvert et met en communication le volume de la cartouche avec la canalisation. There are systems comprising a single reservoir (or cartridge) gearbox and at least one pressure sensor upstream of the injection system. There are also systems including a large cartridge, a smaller one (tanks or cartridges "Main" and "Start-up") and at least one pressure sensor upstream of the injection system. There are still systems comprising two cartridges, two check valves and at least one pressure sensor upstream of the injection system. There are also systems comprising two large cartridges, a small cartridge, two check valves and at least one pressure sensor upstream of the injection system. The documents US 2007 163245, WO 06012903, WO 07000170, WO08077626, DE102001024544, DE102008012543, EP1 977 817, EP 1 992 397, US2001053342, US 2004045284, WO 03090908 give examples of systems of SCR systems with reducer. gas. One of the stakes of such systems is the proper use of the various NH3 storage cartridges in the case of a multi-cartridge system. The control system must know which cartridge is in use. To find out which active cartridge is in use, the control strategy requires either the addition of sensors, or the addition of additional actuators (eg solenoid valves) to the system. Which has a cost and complicates the solution. It is therefore desirable that the control strategy uses the sensors and actuators already provided in the system and incorporates cartridge detection algorithms in use. The problem is having to make the system unavailable to perform the detection for a long time. There is therefore a need for a method to quickly check the cartridge change. For this, the invention provides a method for validating the detection of a nitrogen oxide reducer cartridge change in an SCR system comprising a plurality of cartridges and pipes connecting the cartridges to an injector, characterized in that the method comprises - producing a plurality of heaters within a first cartridge supplying the pipes, - performing at least one heating of a second cartridge, - detecting the feed piping by the second cartridge, - validation of the change of cartridge supply by detecting an increase in the pressure in the pipes following the completion of a heater in the second cartridge. According to a variant, the method comprises a delay before performing the validation step, during which no heating is performed. Alternatively, if following the completion of a heater in the second cartridge, a decrease in pressure is found, the cartridge change is not validated. According to one variant, the SCR system comprises a control member 5 which regulates the cartridges in pressure and ensures the pressure rise of the cartridges. According to a variant, after the validation of the supply of the pipes by the second cartridge, the control member regulates the pressure of the second cartridge. Alternatively, the method further comprises measuring or estimating the pressure in the pipes. According to one variant, the pressure in the pipes corresponds to the pressure of the cartridge having the greatest pressure. According to a variant, the method comprises, during the validation of the supply change, an increase in the derivative of the pressure in the pipes. The invention also relates to an exhaust line characterized in that it comprises: an exhaust gas pipe, an SCR system comprising a plurality of cartridges and pipes connecting the cartridges to a gear reducer injector in the exhaust gas pipe and - a control member controls for the implementation of the method as described above. [0017] The invention also relates to a vehicle characterized in that it comprises a motor supplying exhaust gas as an exhaust line as described above. Other features and advantages of the invention will appear on reading the following detailed description of the embodiments of the invention, given by way of example only and with reference to the drawings which show: FIG. 1 , a diagram of an SCR system; - Figures 2 and 3, graphs showing cartridge change validation strategies. The invention relates to a method for validating the detection of a change of nitrogen oxide reductant cartridge in an SCR system comprising a plurality of cartridges and pipes connecting the cartridges to an injector. The method comprises producing a plurality of heaters within a first cartridge supplying the pipes, producing at least one heater of a second cartridge and detecting the supply of the pipes by the second cartridge. The method further includes enabling the supply cartridge change by detecting an increase in the pressure in the pipes as a result of heating within the second cartridge. The method makes it possible to quickly check whether the cartridge is suitably changed. Figure 1 shows a system SCR 10. The system 10 is part of an exhaust line comprising a pipe (not shown) in which a reducer is injected by an injector (not shown). The system 10 comprises a storage unit composed of several tanks or cartridges 12 (121, 122, ... 12n) all connected by pipes 14. The pipes 14 allow the transport of the reducer to the injector. All the cartridges are connected by a pipe 14 whose pressure is known by measurement with the aid of a pressure information member 16 which may be a sensor or an estimate. Each cartridge 12 is connected to the pipe 14 by zero, one or more non-return valves 18. The valves 18 are optional. In particular, the system may include a cartridge without non-return valve and one or more cartridges with a non-return valve. Each cartridge is heated by a dedicated heater 19. The SCR system 10 further comprises a control device for implementing the method according to the invention. The cartridges comprise a solid enclosing a gaseous reducing agent which is released by displacement of the chemical equilibrium, in particular by increasing the temperature of the solid. The pressure increase of the cartridges is for example obtained by heating the cartridges. The heating element is for example an external element or internal to the cartridge and may be a heating resistor. The solid is for example a storage salt such as strontium chloride. The reducing agent is, for example, ammonia in the gas phase. The described invention is described for a SCR ammonia solution (gas), but can be applied to all SCR concepts in gaseous form. The advantage of the gaseous form is that it requires less energy to be released than a liquid reductant. A tank or cartridge is said to be active when the gas used by the system comes from the tank or cartridge, that is to say when its check valve 18 is open and communicates the volume of the cartridge with the pipeline.

Pour le bon fonctionnement du système deux cartouches ne seront pas actives en même temps, sauf lors de brefs moments durant le changement de cartouche active. [0023] La stratégie ou procédé de validation du changement de cartouche 12 active est de détecter une augmentation de la pression caractéristique de la chauffe de la cartouche active. Pour cela, il faut au préalable avoir détecté le changement de cartouche active. Puis, de préférence, il faut ne pas avoir chauffé un certain temps les deux cartouches pour ne pas avoir de fausse détection lors du test de validation. Le test de validation consiste en la chauffe de la cartouche supposée active et la détection d'une augmentation de la pression dans les canalisations qui viendrait de l'augmentation de la pression dans la cartouche elle-même. [0024] La stratégie ou procédé peut se décomposer en trois phases. La phase 1 est la phase entre le début du changement de cartouche active et la détection du changement de cartouche active. La phase 2 est la phase de préparation du système pour le test de validation. La phase 3 est la phase du test de validation terminée par la confirmation ou l'infirmation du changement de cartouche active. [0025] Selon les figures 2 et 3, alors qu'une pluralité de chauffes 30 est réalisée au sein de la cartouche active A, un changement de cartouche active a été demandé selon la phase 1. Pour cela, la cartouche B est chauffée selon 32 sur les figures 2 et 3 durant cette phase afin que sa pression interne augmente et dépasse la pression dans la canalisation qui est celle de la cartouche A. La cartouche B peut subir une ou plusieurs chauffes. La phase 1 se termine avec la détection 34 que la cartouche B a une pression interne supérieure à celle de la cartouche A et que c'est maintenant la cartouche B qui fait la pression dans la canalisation. Ceci est par exemple détecté par la détection du dépassement d'un seuil de pression au sein de la cartouche ou alors par la détection d'une variation de la pression dans les canalisations alors que la première cartouche est en dehors d'une phase de montée en pression. [0026] Toutefois, cette détection n'est pas toujours robuste dans certain cas de vie ; de ce fait, il est préférable de mettre en oeuvre une stratégie de validation du 15 changement de cartouche. [0027] Lors de la phase 2, le système 10 peut être préparé pour être dans les bonnes conditions initiales pour réaliser le test de validation. Ainsi, aucune des cartouches n'est chauffée pendant une durée qui permet d'être sûr que toute augmentation de la pression dans les canalisations 14 sera le résultat de la chauffe 20 de la phase 3, et non d'une chauffe antérieure. La pression à la fin de la phase 2 est donc décroissante. [0028] La phase 3 est celle du test de validation. La cartouche B supposée active est chauffée durant un temps donné 36 ce qui doit entrainer une augmentation de la pression dans les canalisations 14. Cette chauffe est de préférence dosée afin de 25 garantir la validation, mais ne pas entraîner une augmentation trop importante de la pression du système. [0029] II y a alors deux possibilités. Soit la pression augmente comme prévu. Il s'agit alors bien de la cartouche B qui est active. Ceci est le cas de la figure 2 ou l'on constate une augmentation 38 de la pression. La figure 2 correspond à une 30 validation du changement de cartouche A vers B. Soit la pression continue de descendre. Il s'agit alors toujours de la cartouche A qui est active. Ceci est le cas de la figure 3 ou l'on constate une diminution 38 de la pression. [0030] Il est en outre possible, lors du test de validation, de détecter l'augmentation de la dérivée de la pression après la chauffe de la phase 3. Il n'est donc pas nécessaire d'attendre que la pression soit décroissante à la fin de la phase 2. Ceci permet de valider plus rapidement le changement de cartouche. [0031] Le procédé met donc en oeuvre une architecture de capteurs et d'actionneurs permettant la maitrise et la réalisation de la quantité de réducteur gazeux injectée. Ce procédé ne nécessite pas de mode spécifique de fonctionnement provoquant une perte de temps lors de la validation du changement de cartouche. Le gain est technique en termes de disponibilité du système, car la validation du changement de cartouche active permet de garantir une bonne régulation de la pression du système sans écart trop important à la consigne et donc la disponibilité de l'injection de gaz vers l'échappement.15 For the proper functioning of the system two cartridges will not be active at the same time, except for brief moments during the active cartridge change. The strategy or method of validating the cartridge change 12 active is to detect an increase in the characteristic pressure of the heating of the active cartridge. For this, you must first have detected the change of active cartridge. Then, preferably, it is necessary not to have heated some time the two cartridges to not have false detection during the validation test. The validation test consists in heating the supposed active cartridge and detecting an increase in the pressure in the pipes that would come from the increase of the pressure in the cartridge itself. The strategy or process can be broken down into three phases. Phase 1 is the phase between the beginning of the active cartridge change and the detection of the active cartridge change. Phase 2 is the system preparation phase for the validation test. Phase 3 is the phase of the validation test completed by the confirmation or denial of the active cartridge change. According to Figures 2 and 3, while a plurality of heaters 30 is formed within the active cartridge A, an active cartridge change has been requested according to phase 1. For this, the cartridge B is heated according to 32 in Figures 2 and 3 during this phase so that its internal pressure increases and exceeds the pressure in the pipe which is that of the cartridge A. The cartridge B may undergo one or more heating. Phase 1 ends with the detection 34 that the cartridge B has an internal pressure greater than that of the cartridge A and that it is now the cartridge B which is the pressure in the pipe. This is for example detected by the detection of the exceeding of a pressure threshold within the cartridge or by the detection of a variation of the pressure in the pipes while the first cartridge is outside of a rising phase. in pressure. However, this detection is not always robust in certain cases of life; therefore, it is preferable to implement a cartridge change validation strategy. During phase 2, the system 10 can be prepared to be in the right initial conditions to perform the validation test. Thus, none of the cartridges are heated for a period of time which makes it possible to be sure that any increase in the pressure in the lines 14 will be the result of the heating of the phase 3, and not of an earlier heating. The pressure at the end of phase 2 is decreasing. Phase 3 is that of the validation test. The cartridge B that is supposed to be active is heated for a given time 36, which must cause an increase in the pressure in the pipes 14. This heating is preferably metered in order to guarantee the validation, but not to cause an excessive increase in pressure. of the system. There are then two possibilities. Either the pressure increases as expected. This is then the cartridge B that is active. This is the case of FIG. 2 where an increase in pressure is observed. Figure 2 corresponds to a validation of cartridge change A to B. Either the pressure continues to descend. It is then always the cartridge A which is active. This is the case of Figure 3 where there is a decrease 38 of the pressure. It is also possible, during the validation test, to detect the increase of the derivative of the pressure after the heating phase 3. It is therefore not necessary to wait until the pressure is decreasing at the end of phase 2. This makes it possible to validate the cartridge change more quickly. The method therefore implements an architecture of sensors and actuators for controlling and realizing the amount of gaseous reductant injected. This method does not require a specific mode of operation causing a loss of time during the validation of the cartridge change. The gain is technical in terms of the availability of the system, because the validation of the active cartridge change makes it possible to guarantee a good regulation of the pressure of the system without too much deviation from the set point and thus the availability of the injection of gas towards the échappement.15

Claims

REVENDICATIONS1. A method of enabling detection of a change in nitrogen oxide reducer cartridge (12) in an SCR system (10) having a plurality of cartridges (12) and lines (14) connecting the cartridges to an injector , characterized in that the method comprises - the production of a plurality of heaters within a first cartridge (A) supplying the pipes, - the realization of at least one heating of a second cartridge (B), - the detection of the supply of the pipes by the second cartridge (B), - the validation of the change of the supply cartridge by the detection of an increase of the pressure in the pipes following the realization of a heating within the second cartridge (B).

2. The method of claim 1, characterized in that the method comprises a time delay before performing the validation step, during which no heating is performed.

3. The method according to one of claims 1 or 2, characterized in that, if following the realization of a heater within the second cartridge (B), a decrease in pressure is noted, the cartridge change Is not valid.

4. The method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the SCR system comprises a control member which regulates pressure cartridges (12) and ensures the pressure rise of the cartridges (12).

5. The method according to one of the two claims 1 to 4, characterized in that, after the validation of the supply of the pipes by the second cartridge, the control member regulates the pressure of the second cartridge.

6. The method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the method further comprises measuring or estimating the pressure in the pipes.

7. The method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the pressure in the pipes corresponds to the pressure of the cartridge having the largest pressure.

8. The method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the method comprises, during the validation of the supply change, an increase in the derivative of the pressure in the pipes.

9. An exhaust line characterized in that it comprises: - exhaust gas piping, - an SCR system comprising a plurality of cartridges and pipes connecting the cartridges to a reducer injector in the gas piping. exhaust and - a control member for the implementation of the method according to one of claims 1 to 8.

10. A vehicle characterized in that it comprises a motor supplying exhaust gas an exhaust line according to claim 9.