FR2993924A1 - Dispositif de jaugeage d'une quantite de reducteur dans un systeme de reduction de polluants - Google Patents

Dispositif de jaugeage d'une quantite de reducteur dans un systeme de reduction de polluants Download PDF

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Abstract

L'invention porte principalement sur un dispositif (20) de jaugeage d'une quantité de réducteur stocké sous forme de matériau solide dans une cartouche (3) d'un système de réduction d'oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement d'un véhicule automobile. Le dispositif (20) de jaugeage comporte: - un émetteur (21) apte à émettre un signal (Se) ultrasonore à l'intérieur de la cartouche, - un récepteur (22) apte à recevoir un signal (Sr) ultrasonore réfléchi à l'intérieur de la cartouche (3) correspondant, et - un calculateur apte à comparer le signal (Sr) ultrasonore réfléchi avec des signaux de référence correspondant à différents niveaux de remplissage pour en déduire le niveau de remplissage en réducteur de la cartouche.

Description

DISPOSITIF DE JAUGEAGE D'UNE QUANTITE DE REDUCTEUR DANS UN SYSTEME DE REDUCTION DE POLLUANTS [0001] L'invention porte sur un dispositif de jaugeage d'une quantité de réducteur stockée sous forme solide dans un système de réduction des oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement d'un véhicule automobile. L'invention porte également sur la cartouche équipée d'un tel dispositif ainsi que sur le procédé de jaugeage correspondant. [0002] Les véhicules thermiques sont soumis à des normes de dépollution contraignantes visant à limiter les émissions de polluants, tels que les oxydes d'azote. Afin de respecter ces réglementations, il est possible de développer des modes d'hybridation de la traction combinant l'utilisation d'énergies thermique et électrique et/ou de traiter les polluants après leur émission au moyen de systèmes dits de post-traitement. [0003] On connaît ainsi des systèmes de post-traitement des oxydes d'azote dits systèmes SCR pour "Selective Catalytic Reduction" en anglais pour réduction par catalyse sélective. Ces systèmes consistent à réduire chimiquement les oxydes d'azote en ajoutant dans la ligne d'échappement un agent réducteur, par exemple de l'ammoniac, en amont d'un catalyseur spécifique. [0004] Un système SCR comporte une ou plusieurs cartouches principales et une cartouche auxiliaire stockant le réducteur dans un matériau solide, notamment solide, susceptible d'être libéré par apport de chaleur. A cet effet, les cartouches principales et auxiliaire sont chauffées au moyen de résistances internes ou externes. Ces cartouches sont fixées à la caisse du véhicule par l'intermédiaire d'un support et sont reliées entre elles et à un système de dosage par des canalisations. La cartouche auxiliaire a la particularité de se recharger grâce aux cartouches principales dans différentes situations de vie du véhicule. [0005] II existe différentes méthodes permettant de réaliser un jaugeage de la quantité de réducteur restante dans les cartouches mises en oeuvre en temps réel ou à des moments précis de la vie du véhicule, comme par exemple au démarrage du véhicule. [0006] Suivant une première méthode connue, le jaugeage de la quantité de réducteur est effectué en utilisant des critères de temps et des profils de montée ou de descente en pression des cartouches. Toutefois, les composants des cartouches étant très dispersés en termes de profils de montée et de descente en pression à niveaux de remplissage en réducteur comparables, un tel procédé est très difficile à mettre en oeuvre. [0007] Suivant une deuxième méthode connue, le jaugeage de la quantité de réducteur est effectué par intégration de la quantité de réducteur injectée à l'échappement.
Toutefois, ce procédé ne permet pas d'effectuer un jaugeage précis dans la mesure où le système de dosage utilisé est formé par des composants ayant des tolérances de fabrication importantes. En outre, ces composants sont sujets au vieillissement susceptible d'altérer leur fonctionnement. [0008] Il existe donc le besoin de pouvoir effectuer un jaugeage précis sans dégrader la quantité de réducteur injectée et le matériau solide du type sel afin d'optimiser le procédé de dépollution des gaz d'échappement. [0009] L'invention vise à répondre à ce besoin en proposant un dispositif de jaugeage d'une quantité de réducteur stockée sous forme de matériau solide, notamment du type sel, dans une cartouche d'un système de réduction d'oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement d'un véhicule automobile, qui comporte: - un émetteur apte à émettre un signal ultrasonore à l'intérieur de la cartouche, - un récepteur apte à recevoir un signal ultrasonore réfléchi à l'intérieur de la cartouche correspondant, et - un calculateur apte à comparer le signal ultrasonore réfléchi avec des signaux de référence correspondant à différents niveaux de remplissage pour en déduire le niveau de remplissage en réducteur de la cartouche. [0010] Selon une réalisation, l'émetteur et le récepteur sont intégrés à l'intérieur d'un même boîtier. [0011] Selon une réalisation, le boîtier est destiné à être positionné à une extrémité de la 25 cartouche. [0012] Selon une réalisation, une résistance chauffante étant installée à l'intérieur de la cartouche, le boîtier est adapté pour être positionné du côté de l'alimentation électrique de cette résistance. [0013] Selon une réalisation, l'émetteur et le récepteur sont de type électro-capacitif, 30 piézoélectrique, électromagnétique, laser ou électromagnéto-acoustique. [0014] Selon une réalisation, le calculateur est associé à une mémoire stockant une pluralité de cartographies de signaux de référence correspondant à des niveaux de remplissage de la cartouche pour différentes valeurs de pression à l'intérieur de la cartouche. [0015] Selon une réalisation, la mémoire contient une première cartographie pour une pression à l'intérieur de la cartouche correspondant à un démarrage du véhicule et/ou une deuxième cartographie pour une pression à l'intérieur de la cartouche correspondant à une pression de consigne d'injection du réducteur dans une ligne d'échappement du véhicule et/ou une troisième cartographie pour une pression à l'intérieur de la cartouche correspondant notamment à une phase de rechargement de la cartouche ou à une phase de régénération d'un filtre à particules ou à une phase de roulage sur autoroute du véhicule ou à une phase de roulage à une vitesse supérieure à 80km/h pendant au moins cinq minutes. [0016] L'invention a également pour objet une cartouche d'un système de réduction d'oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement d'un véhicule automobile équipée d'un dispositif de jaugeage selon l'invention. [0017] L'invention concerne en outre un procédé de jaugeage d'une quantité de réducteur stockée sous forme de matériau solide, notamment du type sel, dans une cartouche d'un système de réduction d'oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement d'un véhicule automobile, et qui comporte les étapes suivantes: - émettre un signal ultrasonore à l'intérieur de la cartouche, - recevoir un signal ultrasonore réfléchi à l'intérieur de la cartouche correspondant, - comparer le signal ultrasonore réfléchi avec des signaux de référence correspondant à différents niveaux de remplissage, et - déterminer le niveau de remplissage en réducteur de la cartouche en fonction de cette comparaison. [0018] Selon une mise en oeuvre, le procédé comporte l'étape de déterminer le niveau de remplissage en réducteur de la cartouche pour au moins deux niveaux de pression à l'intérieur de la cartouche afin d'augmenter la précision du jaugeage. [0019] Selon une mise en oeuvre, le procédé comporte les étapes suivantes: - déterminer un premier niveau de remplissage de la cartouche lors d'un démarrage du véhicule, - comparer le premier niveau de remplissage déterminé avec un niveau de remplissage estimé, - si il existe un écart entre le premier niveau déterminé et le niveau estimé de remplissage en réducteur alors il comporte l'étape de - déterminer un deuxième niveau de remplissage pour une pression à l'intérieur de la cartouche correspondant à une pression de consigne d'injection du réducteur dans une ligne d'échappement du véhicule, et - si l'écart entre le niveau de remplissage déterminé et le niveau de remplissage estimé est confirmé, alors il comporte l'étape d'adapter le niveau de remplissage estimé. [0020] Selon une mise en oeuvre, le procédé comporte en outre l'étape de déterminer un troisième niveau de remplissage pour une pression à l'intérieur de la cartouche correspondant notamment à une phase de rechargement de la cartouche ou à une phase de régénération d'un filtre à particules ou à une phase de roulage sur autoroute du véhicule ou à une phase de roulage à une vitesse supérieure à 80km/h pendant au moins cinq minutes, et le cas échéant adapter le niveau de remplissage estimé en fonction de ce troisième niveau de remplissage. [0021] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'a titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. [0022] La figure 1 montre une représentation schématique du système SCR selon l'invention ; [0023] La figure 2 montre une représentation schématique d'une cartouche équipée d'un dispositif de jaugeage selon l'invention; [0024] La figure 3 montre une représentation graphique d'exemples de signaux de référence correspondant à différents niveaux de remplissage d'une cartouche; [0025] La figure 4 représente un diagramme des étapes du procédé de jaugeage d'une quantité de réducteur présente dans une cartouche du système SCR selon l'invention. [0026] Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. [0027] La figure 1 montre un système 1 de type SCR comportant deux cartouches 2 principales et une cartouche 3 auxiliaire contenant un ensemble de sel, par exemple du chlorure de strontium, et de réducteur, tel que de l'ammoniac. Le sel est apte à absorber/adsorber l'ammoniac, à le stocker de façon plus générale. Afin de libérer le réducteur, les cartouches 2 principales sont chauffées au moyen de résistances externes 5 situées en partie supérieure uniquement. La cartouche 3 auxiliaire est chauffée par une résistance interne 6 prenant la forme d'un barreau central. Alternativement, les cartouches 2 principales sont chauffées par une résistance interne. Les cartouches 2 et 3 présentent par exemple une forme cylindrique ou ovoïde. Les cartouches 2 principales sont fixées à un support 8 réalisé par exemple dans un matériau plastique. Ce support 8 muni d'un isolant 9 hachuré sur la figure est destiné à être fixé à la caisse du véhicule, non représentée. [0028] Ces cartouches 2 et 3 sont reliées entre elles et à une unité 12 de dosage par l'intermédiaire d'un circuit 14 de canalisations. Un collecteur 15 permet d'établir une jonction entre les différentes canalisations. L'unité 12 de dosage assure l'injection du réducteur dans une ligne d'échappement 16. Des clapets anti-retour 17 sont installés en sortie des cartouches 2 et de l'unité 12 de dosage. [0029] Comme visible sur la figure 2, la cartouche 3 auxiliaire est équipée d'un dispositif 20 de jaugeage comportant un émetteur 21 apte à émettre un signal Se ultrasonore à l'intérieur de la cartouche ainsi qu'un récepteur 22 apte à recevoir un signal Sr ultrasonore réfléchi à l'intérieur de la cartouche correspondant au signal Se. [0030] L'émetteur 21 et le récepteur 22 sont intégrés à l'intérieur d'un même boîtier 24. Ce boîtier 24 est positionné à une extrémité de la cartouche 3 du côté opposé par rapport à un connecteur 25 relié au circuit 14 de canalisation. La résistance chauffante 6 étant installée à l'intérieur de la cartouche 3, le boîtier 24 est positionné du côté de l'alimentation électrique de cette résistance 6. De préférence, l'émetteur 21 et le récepteur 22 sont de type électro-capacitif, piézoélectrique, électromagnétique, laser ou électromagnéto-acoustique. [0031] Bien entendu, les cartouches principales 2 pourront également être équipées d'un dispositif 20 de jaugeage du même type. [0032] Un calculateur 28 est en relation avec une mémoire 32 de données et d'instructions pour gérer la commande des différents éléments du système 1. La mémoire 32 stocke une pluralité de cartographies Cl-ON de signaux de référence Sref correspondant à différents niveaux Nref de remplissage de la cartouche pour différentes valeurs de pression P1 -PN à l'intérieur de la cartouche. En l'occurrence, la mémoire 28 contient trois cartographies C1-03 correspondant à trois niveaux de pression distincts Pl-P3. [0033] La mémoire 32 contient ainsi une première cartographie Cl pour une pression P1 correspondant à une mise en fonctionnement du véhicule, une deuxième cartographie 02 pour une pression P2 correspondant à une pression de consigne d'injection du réducteur dans une ligne d'échappement du véhicule, et une troisième cartographie 03 pour une pression P3 correspondant notamment à une phase de rechargement de la cartouche ou à une phase de régénération d'un filtre à particules ou à une phase de roulage sur autoroute du véhicule ou à une phase de roulage à une vitesse supérieure à 80km/h pendant au moins cinq minutes. [0034] La figure 3 montre ainsi un exemple des formes de signaux de référence Sref stockés pour trois niveaux de remplissage de la cartouche (100%, 50% et 10%) pour un niveau de pression donné. Les pics d'extrémités Al et A2 des signaux correspondent respectivement à la position des deux extrémités de la cartouche tandis que le pic A3 correspond à un volume mort 41 de la cartouche 2, 3. [0035] Ainsi, le jaugeage de la quantité de réducteur restante est basé sur le fait que la forme du signal reçu Sr dépend du niveau de remplissage de la cartouche 2, 3 dans la mesure où chaque fois qu'une quantité de réducteur est libérée, il se crée un volume mort 41 qui perturbe la transmission des ondes à l'intérieur de la cartouche 2, 3 en renvoyant un écho. En outre, cette transmission dépend de la pression à l'intérieur de la cartouche. [0036] On décrit ci-après, en référence avec la figure 4, les différentes étapes de fonctionnement du système SCR lors de la mise en oeuvre du procédé de jaugeage d'une quantité de réducteur à l'intérieur de la cartouche 2, 3 selon l'invention. [0037] Dans une première étape 101, l'émetteur 21 émet un signal Se ultrasonore à l'intérieur de la cartouche 2, 3, lors d'un démarrage du véhicule. Lors de cette phase de vie, la pression P1 à l'intérieur de la cartouche 2, 3 est relativement basse, par exemple de l'ordre de 0.5 bar à 20°C. [0038] Le récepteur 22 reçoit alors un signal Sr réfléchi à l'intérieur de la cartouche 2, 3 et fait appel à la cartographie Cl pour en déduire un premier niveau Ni de remplissage en réducteur de la cartouche. [0039] Le premier niveau Ni de remplissage déterminé est comparé dans une étape 102 avec un niveau de remplissage NE estimé de la cartouche 2, 3. Ce niveau NE aura pu être estimé par exemple à l'aide d'une cartographie moyenne établie à partir d'un nombre d'échantillons représentatifs de l'évolution du remplissage d'une cartouche 2, 3. [0040] Dans le cas où il n'existe pas d'écart significatif entre les valeurs Ni et NE, alors on revient à l'étape 101 et on attend une nouvelle phase de démarrage du véhicule. Par 10 écart "significatif", on entend par exemple une différence entre les valeurs d'au moins 10`)/0. [0041] Dans le cas où il existe un écart significatif entre les valeurs Ni et NE alors on attend que la pression à l'intérieur de la cartouche 2, 3 atteigne une pression P2 de consigne d'injection de réducteur dans la ligne d'échappement. Cette pression de 15 consigne est de l'ordre de 3 bars. Cette pression est généralement atteinte environ 200 secondes après le démarrage du véhicule. [0042] Dans cette nouvelle phase de vie, l'émetteur 21 émet dans une étape 103 de nouveau un signal Se ultrasonore à l'intérieur de la cartouche. Le récepteur 22 reçoit alors un signal Sr réfléchi à l'intérieur de la cartouche et fait appel à la cartographie C2 pour en 20 déduire un deuxième niveau N2 de remplissage de la cartouche. [0043] Ce deuxième niveau N2 de remplissage est comparé dans une étape 104 avec le niveau de remplissage estimé NE. Dans le cas où l'écart entre le niveau de remplissage déterminé et le niveau de remplissage estimé NE est confirmé, alors le niveau de remplissage estimé NE de la cartouche 2, 3 est adapté dans une étape 105. 25 [0044] Dans le cas où l'écart n'est pas confirmé par le deuxième niveau N2 calculé, alors la cartographie Cl est corrigée dans une étape 106. [0045] Pour améliorer la précision du jaugeage, il est également possible de déterminer, dans une étape 107, un troisième niveau N3 de remplissage pour une pression P3 à l'intérieur de la cartouche 2, 3 correspondant à une phase de rechargement de la 30 cartouche ou à une phase de régénération d'un filtre à particules ou à une phase de roulage sur autoroute du véhicule ou à une phase de roulage à une vitesse supérieure à 80km/h pendant au moins cinq minutes. Pour toutes ces phases de vie, la pression P3 à l'intérieur de la cartouche est de l'ordre de 5 bars. [0046] Ces phases de vies ayant des occurrences moindres que la phase de démarrage du véhicule ou d'injection de réducteur, le niveau N3 déterminé à la pression P3 ne sera pas systématiquement utilisé dans le procédé de jaugeage pour adapter le cas échéant le niveau de remplissage estimé NE dans une étape 108. [0047] L'invention permet ainsi d'augmenter considérablement la précision du jaugeage de l'ensemble du système de sorte qu'il sera possible de réduire la quantité de réactif embarquée. Sur la durée de vie véhicule, on passera également moins de temps à recharger la cartouche auxiliaire qui nécessite d'activer la chauffe d'une cartouche principale pendant au minimum 20 à 30 minutes avec une puissance nominale de l'ordre de 250W. L'invention permet ainsi de réduire la consommation électrique du système. [0048] L'homme du métier pourra bien entendu modifier le dispositif 20 et le procédé de jaugeage décrits ci-dessus sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, en variante, l'émetteur 21 et le récepteur 22 sont positionnés à deux extrémités distinctes de la cartouche 2, 3. Par ailleurs, le jaugeage pourra être effectué pour plus ou moins de trois niveaux de pression P1-P3 à l'intérieur de la cartouche 2, 3, cela dépend bien entendu de l'application. On peut également envisager que le jaugeage ne soit effectué qu'au moment du démarrage du véhicule.20

Claims (12)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif (20) de jaugeage d'une quantité de réducteur stockée sous forme de matériau solide du type sel solide dans une cartouche (2, 3) d'un système (1) de réduction d'oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte: - un émetteur (21) apte à émettre un signal (Se) ultrasonore à l'intérieur de la cartouche (2, 3), - un récepteur (22) apte à recevoir un signal (Sr) ultrasonore réfléchi à l'intérieur de la cartouche (2, 3) correspondant, et - un calculateur (28) apte à comparer le signal (Sr) ultrasonore réfléchi avec des signaux de référence (Sref) correspondant à différents niveaux (Nref) de remplissage pour en déduire le niveau de remplissage en réducteur de la cartouche (2, 3).
  2. 2. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'émetteur (21) et le récepteur (22) sont intégrés à l'intérieur d'un même boîtier (24).
  3. 3. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le boîtier (24) est destiné à être positionné à une extrémité de la cartouche (2, 3).
  4. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une résistance chauffante (6) étant installée à l'intérieur de la cartouche (3), le boîtier (24) est adapté pour être positionné du côté de l'alimentation électrique de cette résistance.
  5. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'émetteur (21) et le récepteur (22) sont de type électro-capacitif, piézoélectrique, électromagnétique, laser ou électromagnéto-acoustique.
  6. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le calculateur (28) est associé à une mémoire (32) stockant une pluralité de cartographies (C1-03) de signaux de référence (Sref) correspondant à des niveaux (Nref) de remplissage de la cartouche pour différentes valeurs de pression (P1-P3) à l'intérieur de la cartouche.
  7. 7. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la mémoire (32) contient une première cartographie (Cl) pour une pression (P1) à l'intérieur de la cartouche (2, 3) correspondant à un démarrage du véhicule et/ou une deuxièmecartographie (02) pour une pression (P2) à l'intérieur de la cartouche (2, 3) correspondant à une pression de consigne d'injection du réducteur dans une ligne d'échappement du véhicule et/ou une troisième cartographie (03) pour une pression à l'intérieur de la cartouche (2, 3) correspondant notamment à une phase de rechargement de la cartouche ou à une phase de régénération d'un filtre à particules ou à une phase de roulage sur autoroute du véhicule ou à une phase de roulage à une vitesse supérieure à 80km/h pendant au moins cinq minutes.
  8. 8. Cartouche (2, 3) d'un système de réduction d'oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement d'un véhicule automobile équipée d'un dispositif (20) de jaugeage selon l'une des revendications précédentes.
  9. 9. Procédé de jaugeage d'une quantité de réducteur stockée sous forme de matériau solide, notamment du type sel, dans une cartouche (2, 3) d'un système (1) de réduction d'oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - émettre un signal (Se) ultrasonore à l'intérieur de la cartouche (2, 3), - recevoir un signal (Sr) ultrasonore réfléchi à l'intérieur de la cartouche (2, 3) correspondant, - comparer le signal (Sr) ultrasonore réfléchi avec des signaux de référence (Sref) correspondant à différents niveaux (Nref) de remplissage, et - déterminer le niveau de remplissage en réducteur de la cartouche (2, 3) en fonction de cette comparaison.
  10. 10. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape de déterminer le niveau de remplissage en réducteur de la cartouche (2, 3) pour au moins deux niveaux de pression (P1-P3) à l'intérieur de la cartouche (2, 3) afin d'augmenter la précision du jaugeage.
  11. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - déterminer un premier niveau (Ni) de remplissage de la cartouche lors d'un démarrage du véhicule, - comparer le premier niveau (Ni) de remplissage déterminé avec un niveau de remplissage (NE) estimé, - si il existe un écart entre le premier niveau (Ni) déterminé et le niveau estimé de remplissage en réducteur alors il comporte l'étape de- déterminer un deuxième niveau (N2) de remplissage pour une pression à l'intérieur de la cartouche (2, 3) correspondant à une pression (P2) de consigne d'injection du réducteur dans une ligne d'échappement du véhicule, et - si l'écart entre le niveau de remplissage déterminé et le niveau de remplissage estimé est confirmé, alors il comporte l'étape d'adapter le niveau de remplissage (NE) estimé.
  12. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte en outre l'étape de déterminer un troisième niveau (N3) de remplissage pour une pression (P3) à l'intérieur de la cartouche correspondant notamment à une phase de rechargement de la cartouche ou à une phase de régénération d'un filtre à particules ou à une phase de roulage sur autoroute du véhicule ou à une phase de roulage à une vitesse supérieure à 80km/h pendant au moins cinq minutes, et le cas échéant adapter le niveau de remplissage (NE) estimé en fonction de ce troisième niveau (N3) de remplissage.
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