FR3043136A1 - Procede d’estimation d’un volume d’agent reducteur liquide present dans un reservoir - Google Patents

Procede d’estimation d’un volume d’agent reducteur liquide present dans un reservoir Download PDF

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Abstract

L'invention porte sur un procédé d'estimation d'un volume d'agent réducteur sous forme liquide (21) dans un réservoir (7) d'un système de réduction catalytique sélective, l'agent réducteur ayant au moins partiellement gelé (20), dans lequel il est procédé à des mesures de température à intervalles réguliers dans le réservoir (7) et à un chauffage de l'agent réducteur dès qu'une mesure de température initiale est représentative d'un agent réducteur ayant au moins partiellement gelé (20), le chauffage étant séquentiellement interrompu et rétabli, les vitesses de diminution et d'augmentation des températures mesurées pendant respectivement l'interruption et le rétablissement du chauffage étant corrélées au volume d'agent réducteur liquide (21) dans le réservoir (7) en permettant une estimation dudit volume. Application dans le domaine des véhicules automobiles.

Description

PROCEDE D’ESTIMATION D’UN VOLUME D’AGENT REDUCTEUR LIQUIDE PRESENT DANS UN RESERVOIR
[0001] L’invention porte sur un procédé d’estimation d’un volume d’agent réducteur liquide présent dans un réservoir d’un système de réduction catalytique sélective. L’invention concerne aussi un procédé de limitation de la consommation d’agent réducteur dans un système de réduction catalytique sélective, lequel intègre le procédé d’estimation du volume d’agent réducteur tel que précédemment mentionné.
[0002] On sait que les niveaux de polluants émis par les véhicules sont soumis à réglementation. Parmi ces polluants, les oxydes d’azote ou NOx sont plus particulièrement réglementés avec des normes d’émission de plus en plus contraignantes.
[0003] Afin de diminuer le niveau d’émission d’oxydes d’azote, ces derniers peuvent être traités en sortie du moteur via des systèmes de post-traitement. Ainsi, le système de posttraitement des gaz d’échappement du moteur peut comprendre une réduction catalytique sélective utilisant un agent réducteur, avantageusement de l’urée ou un autre dérivé de l’ammoniac, ceci en amont d’un catalyseur de réduction.
[0004] Un tel système de réduction catalytique sélective est aussi connu sous l’abréviation française RCS ainsi que sous l’abréviation anglaise SCR pour « sélective catalytic réduction >>. Un tel moyen de dépollution fonctionne par injection dans la ligne d’échappement d’un agent de dépollution dit agent liquide de réduction ou liquide RCS. Dans ce qui va suivre il sera utilisé système RCS aussi bien que système de réduction catalytique sélective pour désigner un tel système. Il sera aussi utilisé l’abréviation RCS pour compléter la désignation d’un élément du système RCS, par exemple un réservoir RCS ou un injecteur RCS.
[0005] Un tel système RCS comprend un réservoir d’agent réducteur liquide. Ce réservoir est relié par une canalisation à un injecteur, la canalisation comprenant une pompe. Un accumulateur est raccordé à la canalisation d’agent liquide, en étant disposé en aval de la pompe. L’accumulateur contient un petit volume d’agent liquide permettant de maintenir la canalisation sous pression alors que la pompe est arrêtée. Le contrôle commande du système RCS calcule la dose de réducteur à injecter et pilote l’injecteur pour réaliser cette consigne [0006] La présente invention concerne plus particulièrement la situation de vie où l’agent réducteur habituellement liquide se trouve partiellement ou complètement gelé dans le réservoir RCS en raison d’un environnement très froid. Un tel agent réducteur, fréquemment à base d’urée, peut par exemple geler en dessous de -11 °C. Il peut alors y avoir de l’agent réducteur sous forme solide dans le réservoir RCS ou un mélange d’agent réducteur solide et liquide, l’agent réducteur étant utilisable dans le système RCS seulement sous sa forme liquide.
[0007] Un élément de chauffage, par exemple une résistance chauffante, peut être installé dans le réservoir RCS afin de dégeler si nécessaire l’agent réducteur qu’il contient. En effet, l’agent réducteur gelant en dessous de -11 °C, il est courant, notamment dans les pays nordiques, qu’il faille le réchauffer avant de pouvoir le pomper puis l’injecter dans la ligne d’échappement du moteur du véhicule automobile pour assurer la dépollution spécifique des oxydes d’azote ou NOx contenus dans les gaz d’échappement quittant le moteur. Cet élément de chauffage peut être multiple, par exemple comprendre plusieurs résistances chauffantes.
[0008] Pour déterminer le besoin de chauffage à l’intérieur du réservoir RCS, un capteur de température est également présent dans ce réservoir. Il est situé à proximité de la résistance chauffante. Cette position permet de surveiller la température de l’agent réducteur là où il est le plus chaud, lors des phases de chauffage. Au-dessus d’un certain seuil, l’élément de chauffage peut être désactivé. En effet, il est important que l’agent réducteur ne dépasse pas une certaine température afin de conserver toutes ses propriétés chimiques.
[0009] Enfin, une jauge peut être positionnée dans le réservoir RCS afin d’estimer le volume d’agent réducteur restant et donc l’autonomie restante en terme de cette dépollution spécifique.
[0010] Pour respecter des contraintes de dimensionnement électrique, la résistance chauffante n’occupe qu’une zone restreinte du réservoir RCS. En situation froide, lorsque l’ensemble du réservoir est gelé et que le chauffage est activé, l’agent réducteur fond relativement rapidement autour de la résistance alors que les zones les plus éloignées peuvent rester gelées beaucoup plus longtemps.
[0011] Par ailleurs, la jauge est positionnée de façon à optimiser la mesure du volume de l’agent réducteur lorsqu’il est à l’état liquide. En particulier, elle peut être positionnée relativement loin de la résistance chauffante. En situation froide pendant la phase de chauffage, elle peut donc être gelée alors que de l’agent réducteur liquide est disponible pour assurer la dépollution des gaz d’échappement. Or, lorsque la jauge est gelée, elle délivre une information figée et souvent erronée du fait de l’expansion de l’agent réducteur lors du passage à l’état solide. Ainsi, la jauge devient inutilisable pour estimer le volume restant dans le réservoir lors des longues périodes de froid hivernal.
[0012] Dans ce contexte de chauffage localisé de l’agent réducteur, l’agent réducteur peut n’être liquide que dans une zone réduite entourant l’élément de chauffage. Dans ce cas, l’aspiration de l’agent réducteur par la pompe qui peut se trouver dans l’environnement de l’élément de chauffage peut créer une cavité au sein d’un bloc d’agent réducteur solidifié entourant de l’agent réducteur fondu et devenu liquide par le chauffage. En effet, dans certaines conditions, la consommation d’agent réducteur peut être importante et plus rapide que ce que le système de chauffage est capable de dégeler.
[0013] De plus, lorsque la cavité est créée, l’élément de chauffage n’est plus en contact direct avec l’agent réducteur. Cet élément ne peut donc plus assurer efficacement son rôle de réchauffeur. En effet, le volume d’air situé entre l’élément de chauffage et l’agent réducteur encore gelé est un isolant thermique efficace.
[0014] Selon l’état de la technique actuel, dès qu’une portion suffisante d’agent réducteur est disponible à l’état liquide, on fait tourner la pompe pour mettre en pression le système RCS et activer la dépollution des oxydes d’azotes, sans restriction et considération de la quantité d’agent réducteur liquide à conserver dans le réservoir RCS. Ces mesures ne font qu’amplifier l’apparition d’une cavité dans le réservoir RCS, cavité entourée par de l’agent réducteur encore solide.
[0015] Le document FR-A-2 983 237 décrit un procédé d'optimisation du temps de chauffage d'un agent réducteur contenu dans un réservoir d’un système RCS comprenant un dispositif de chauffage, un capteur de mesure de la température et un moyen de pompage. Il est réalisé, en dessous d'un seuil de température prédéfini, un premier cycle comprenant une séquence de chauffage et une mesure de la température obtenue ainsi qu'un essai de pompage. Ensuite, il est recommencé ce cycle plusieurs fois si nécessaire jusqu'à ce que le pompage fonctionne.
[0016] Ceci présente le grand désavantage de conduire à un épuisement de l’agent réducteur sous forme liquide présent dans le réservoir, la création d’un espace vide d’agent réducteur dans le voisinage de l’élément de chauffage diminuant l’échange thermique de l’élément de chauffage avec l’agent réducteur restant encore gelé. De plus, le risque d’avoir des injections d’agent réducteur dans le système RCS qui ne soient pas suffisantes n’est pas du tout écarté dans un tel procédé d’optimisation.
[0017] Par conséquent, le problème à la base de l’invention est, pour un réservoir d’un système de réduction catalytique sélective contenant un agent réducteur susceptible de geler, d’une part, d’estimer en temps réel la quantité d’agent réducteur sous forme liquide disponible et, d’autre part, d’éviter l’épuisement de la quantité d’agent réducteur sous forme liquide dans le réservoir afin de garantir un fonctionnement satisfaisant du système.
[0018] Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l’invention un procédé d’estimation d’un volume d’agent réducteur sous forme liquide dans un réservoir d’un système de réduction catalytique sélective, l’agent réducteur ayant au moins partiellement gelé, dans lequel il est procédé à des mesures de température, notamment à intervalles réguliers, dans le réservoir et à un chauffage de l’agent réducteur dès qu’une mesure de température initiale est représentative d’un agent réducteur ayant au moins partiellement gelé, le chauffage étant séquentiellement interrompu et rétabli, les vitesses de diminution et d’augmentation des températures mesurées pendant respectivement l’interruption et le rétablissement du chauffage étant corrélées au volume d’agent réducteur sous forme liquide dans le réservoir en permettant une estimation dudit volume.
[0019] L’effet technique est d’obtenir une information essentielle pour le contrôle du système de dépollution RCS dans des conditions de température très froides, et cela sans ajout de capteur supplémentaire par rapport au système existant. Ceci est obtenu en surveillant la dynamique du signal de température lors de la phase de dégel du réservoir par la résistance chauffante.
[0020] Avantageusement, le chauffage est interrompu quand un seuil de température maximale est atteint tandis que le chauffage est rétabli quand un seuil de température minimale est atteint.
[0021] Avantageusement, pour un agent réducteur à base d’urée, la température initiale est d’environ -11°C, le seuil de température maximde est compris entre -5°C et 0°C, préférentiellement -3°C, et le seuil de température minimale est compris entre -10°C et -5°C, préférentiellement -7°C. Il est à considérerque ceci n’est pas limitatif. En effet, suivant les fournisseurs de réservoirs RCS les températures maximales autorisant le chauffage ne sont pas les mêmes. On peut par exemple chauffer même si la température est supérieure à 0°C.
[0022] Avantageusement, l’estimation d’une quantité d’agent réducteur sous forme liquide est faite en fonction des durées d’interruption ou de rétablissement du chauffage entre les seuils de températures maximale et minimale.
[0023] Avantageusement, le volume d’agent réducteur sous forme liquide dans le réservoir est régulièrement estimé.
[0024] L’invention concerne aussi un procédé de limitation de la consommation d’agent réducteur dans un système de réduction catalytique sélective, lequel intègre un tel procédé d’estimation d’un volume d’agent réducteur sous forme liquide, caractérisé en ce que, quand il est estimé un volume d’agent réducteur sous forme liquide dans le réservoir inférieur à un volume minimal, une aspiration d’agent réducteur hors du réservoir dans le reste du système est suspendue afin qu’au moins un volume minimal d’agent réducteur liquide soit toujours conservé dans le réservoir.
[0025] Avantageusement, le volume minimal d’agent réducteur correspond à un volume d’agent réducteur liquide juste suffisant soit pour fournir une quantité d’agent réducteur injectée dans le système de réduction catalytique sélective sous une pression d’injection prédéterminée ou soit pour ne pas créer une cavité autour d’un élément de chauffage dans le réservoir.
[0026] L’invention concerne aussi un système de réduction catalytique sélective comprenant un contrôle commande pilotant le fonctionnement du système et un réservoir d’agent réducteur faisant partie du système, le réservoir comprenant en son intérieur un élément de chauffage pour l’agent réducteur quand celui-ci est au moins partiellement gelé et un capteur de température mesurant la température de l’agent réducteur contenu dans le réservoir, le capteur de température transmettant ses mesures de température au contrôle commande pilotant l’élément de chauffage selon les mesures de température en comportant des moyens d’activation, d’interruption et de rétablissement en activité de l’élément de chauffage, caractérisé en ce que les moyens d’activation, d’interruption et de rétablissement en activité de l’élément de chauffage sont mis en oeuvre conformément à un procédé d’estimation d’un agent réducteur dans un réservoir tel que précédemment décrit, le capteur de température étant disposé à proximité de l’élément de chauffage dans le réservoir.
[0027] Avantageusement, le contrôle commande comprend des moyens de mémorisation d’une température initiale pour laquelle l’élément de chauffage est activé, un seuil de température maximale pour lequel le fonctionnement de l’élément de chauffage est interrompu et un seuil de température minimale pour lequel le fonctionnement de l’élément de chauffage est rétabli.
[0028] Avantageusement, le système comprend une canalisation reliant le réservoir à un injecteur délivrant une quantité d’agent réducteur sous pression dans un catalyseur de réduction et une pompe aspirant une quantité d’agent réducteur liquide calculée par le contrôle commande du réservoir vers l’injecteur, le contrôle commande commandant la pompe en l’activant et en suspendant son activation quand le volume d’agent réducteur liquide disponible dans le réservoir est inférieure à un volume minimal d’agent réducteur liquide calculé par le contrôle commande comme juste suffisant pour fournir une quantité d’agent réducteur injectée dans la canalisation entre réservoir et injecteur qui soit sous une pression d’injection supérieure à la pression d’injection minimale mise en mémoire dans le contrôle commande.
[0029] D’autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d’une ligne d’échappement de véhicule automobile comprenant plusieurs éléments de dépollution des gaz d’échappement dont un système de réduction catalytique sélective ou système RCS, ce système étant conforme à l’état de la technique mais pouvant servir pour la mise en œuvre des procédés selon la présente invention, - les figures 2 et 4 sont des représentations schématiques d’un réservoir d’un système RCS, l’agent réducteur contenu dans ce réservoir étant partiellement gelé avec une faible portion à la figure 2 et une forte portion à la figure 3 d’agent réducteur dégelé et liquide, un tel réservoir pouvant mettre en œuvre les procédés selon la présente invention, - les figures 3 et 5 illustrent des courbes d’activation de chauffage et de température de l’agent réducteur dans le réservoir, ceci pour des réservoirs à faible et forte portions d’agent réducteur liquide montrés respectivement aux figures 2 et 4, ceci dans le cadre du procédé d’estimation d’un volume d’agent réducteur sous forme liquide dans un réservoir d’un système RCS selon la présente invention, - la figure 6 illustre la formation d’une cavité vide dans un réservoir partiellement gelé quand tout l’agent réducteur liquide est pompé du réservoir pour alimenter la canalisation du système RCS selon l’état de la technique, la formation d’une telle cavité étant rendue impossible par la mise en œuvre d’un procédé de limitation de la consommation d’agent réducteur dans un système RCS selon la présente invention, - la figure 7 est une représentation schématique d’un réservoir d’un système RCS, l’agent réducteur contenu dans ce réservoir étant partiellement gelé avec une faible portion d’agent réducteur dégelé et liquide comme à la figure 2 mais avec une plus grande quantité d’agent réducteur dans le réservoir, un tel réservoir pouvant mettre en oeuvre le procédé de limitation de la consommation d’agent réducteur dans un système RCS selon la présente invention, - la figure 8 est une représentation schématique d’un réservoir d’un système RCS avec une plus grande portion d’agent réducteur dégelé et liquide qu’à la figure 7 et la formation d’une cavité limitée vide entre agent réducteur liquide et agent réducteur solide encore gelé, un tel réservoir pouvant mettre en oeuvre le procédé de limitation de la consommation d’agent réducteur dans un système RCS selon la présente invention.
[0030] Il est à garder à l’esprit que les figures sont données à titre d'exemples et ne sont pas limitatives de l’invention. Elles constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier, les dimensions des différents éléments illustrés ne sont pas représentatives de la réalité.
[0031] Dans ce qui va suivre, il est fait référence à toutes les figures prises en combinaison. Quand il est fait référence à une ou des figures spécifiques, ces figures sont à prendre en combinaison avec les autres figures pour la reconnaissance des références numériques désignées.
[0032] La figure 1 montre des moyens de dépollution placés dans la ligne 2 d’échappement sortant d’un moteur thermique 1. Ce mode de réalisation d’une ligne conforme à l’état de la technique comprend un système de réduction catalytique sélective ou système RCS qui peut être piloté conformément à un ou aux deux procédés faisant l’objet de la présente invention.
[0033] En partant de l’échappement du moteur les gaz d’échappement peuvent traverser un catalyseur d’oxydation 3 ou DOC, ce qui est optionnel. La ligne 2 d’échappement traverse ensuite un catalyseur 5 d’un système RCS, ce catalyseur 5 étant, dans ce mode de réalisation, intégré dans un filtre à particules 6 ou FAP.
[0034] Le filtre à particules 6 présente avantageusement un substrat poreux servant au filtrage des gaz d’échappement, la taille des pores du substrat correspondant à la dimension minimale des particules à retenir qui sont présentes dans les gaz d’échappement, fréquemment des particules de suie. Un capteur 10 de détection d’au moins un polluant présent dans les gaz d’échappement peut être présent en fin de ligne 2 d’échappement.
[0035] Avantageusement, le substrat poreux est imprégné par la phase active du catalyseur 5 RCS sur laquelle s’effectue la transformation des oxydes d’azote sous l’action de l’ajout d’agent réducteur dans le catalyseur 5. Dans un autre mode de réalisation, le catalyseur 5 RCS peut être placé avant le filtre à particules 6, ces deux éléments étant ou non regroupés dans un même ensemble.
[0036] L’agent réducteur RCS contribue à la réduction chimique des oxydes d’azote, ceci par transformation initiale, si besoin est, de l’agent réducteur de départ en ammoniac ou NH3. Le plus fréquemment, l’agent réducteur est une solution aqueuse contenant de l’urée connue sous la marque AdBlue®.
[0037] Dans le système RCS, cette solution aqueuse d’urée est contenue dans un réservoir 7 RCS d’agent réducteur et est d’abord injectée par un injecteur 8 dans une boîte de mélange 9 ou mélangeur se trouvant avantageusement dans la ligne 2 d’échappement en amont du catalyseur 5 RCS. Cette boîte de mélange 9 a pour but d’augmenter le temps de séjour de l’agent réducteur avec les gaz d’échappement et d’atomiser les gouttelettes de la solution aqueuse injectée par l’intermédiaire d’un ou de plusieurs impacteurs.
[0038] En se référant à toutes les figures, la présente invention consiste, d’une part, à estimer le volume d’agent réducteur disponible sous forme liquide dans un réservoir 7 RCS, lorsqu’une grande partie de l’agent réducteur du réservoir 7 est sous forme solide 20 en étant gelée, ceci notamment au niveau de la jauge 12.
[0039] Conformément à l’invention, cette estimation se fait à partir des informations données par un capteur de température 13 présent dans le réservoir 7 RCS en étant situé à proximité d’un élément de chauffage 11 pour le chauffage de l’agent réducteur, c’est-à-dire dans une zone où l’agent réducteur est dégelé en premier en donnant un agent réducteur liquide 21.
[0040] Comme le montre notamment les figures 2, 4, 6 à 8 prises en combinaison avec la figure 1, un réservoir 7 RCS pour un système de réduction catalytique sélective ou système RCS comprend en son intérieur un agent réducteur ayant pu geler au moins partiellement donc sous une forme solide 20 avec ou non une forme liquide 21. Le réservoir 7 RCS alimente une canalisation 4 comportant une pompe 14 pour l’aspiration de l’agent réducteur. La canalisation 4 débouche sur un injecteur 8 pour l’injection de quantité de réducteur prédéterminée par un contrôle commande du système dans un catalyseur 5 RCS.
[0041] Le réservoir 7 RCS comprend un bol de puisage 15, un élément de chauffage 11 chauffant l’agent réducteur notamment quand celui-ci est au moins partiellement gelé. Une jauge 12 est aussi prévue dans le réservoir 7 RCS, cette jauge 12 n’étant pas en fonction quand l’agent réducteur dans le réservoir 7 est gelé. Enfin, le réservoir 7 RCS comprend un capteur de température 13.
[0042] La présente invention concerne un procédé d’estimation d’un volume d’agent réducteur sous forme liquide 21 dans un réservoir 7 d’un système de réduction catalytique sélective, l’agent réducteur ayant au moins partiellement gelé en étant sous forme solide 20.
[0043] Dans le procédé d’estimation selon la présente invention, il est procédé à des mesures de température à intervalles réguliers par un capteur de température 13 dans le réservoir 7 et à un chauffage de l’agent réducteur, par un élément de chauffage 11, dès qu’une mesure de température initiale Tini est représentative d’un agent réducteur ayant au moins partiellement gelé 20, cet élément de chauffage 11 pouvant aussi être multiple. La température Tini est visible sur les courbes des figures 3 et 5 et peut être d’environ entre -11 °C à -20 °C ou même être plus basse.
[0044] En effet, au début du roulage du véhicule automobile doté d’un système RCS pour la dépollution en oxydes d’azote ou NOx, la température de l’agent réducteur dans le réservoir 7 est uniforme et le capteur de température 13 présent dans le réservoir 7 RCS indique une valeur représentative de l’état global du réservoir 7. Si, pour l’agent réducteur classiquement utilisé portant le nom d’AdBlue® et qui est à base d’urée, le capteur de température 13 indique une température inférieure à -11°C, c’est que le contenu du réservoir 7 RCS est au moins partiellement gelé. Grâce à cette information, le contrôle commande du système RCS active dans ce cas le chauffage du réservoir 7.
[0045] L’élément de chauffage 11 est activé en fonctionnement. Cet élément de chauffage 11 réchauffe la zone d’agent réducteur se trouvant dans son environnement. L’agent réducteur se réchauffe progressivement, en commençant par cette zone la plus proche de l’élément de chauffage 11.
[0046] Conformément au procédé d’estimation selon la présente invention, l’augmentation de la température résultant de ce chauffage de l’agent réducteur peut être suivie par le capteur de température 13 qui est disposé à proximité de l’élément de chauffage 11.
[0047] Lors d’une transformation infiniment longue, le changement d’état solide à liquide de l’agent réducteur se déroule à température constante et uniforme, c’est-à-dire que la portion d’agent réducteur liquide 21 se trouve à la même température que la portion d’agent réducteur solide 20. Ceci n’est cependant pas le cas d’un chauffage avec élément de chauffage 11, du fait de la proximité d’une certaine quantité d’agent réducteur avec l’élément de chauffage 11 dont la température est bien supérieure à -11 °C. Cette quantité d’agent réducteur réchauffée et devenue liquide est rapidement plus chaude que la portion d’agent réducteur gelé 20 qui reste solide car trop éloigné de l’élément de chauffage 11.
[0048] Selon la présente invention, comme on le voit notamment en regard des figures 3 et 5 prises en combinaison notamment avec les figures 2 et 4, le chauffage est séquentiellement interrompu et rétabli. Les vitesses de diminution et d’augmentation des températures mesurées pendant respectivement l’interruption et le rétablissement du chauffage sont corrélées au volume d’agent réducteur liquide 21 dans le réservoir 7 en permettant une estimation dudit volume.
[0049] Les interruptions permettent par exemple de protéger des composants du réservoir 7 RCS et la qualité de l’agent réducteur qui ne doit pas être soumis à un chauffage trop intensif. Le chauffage peut être coupé lorsque la température augmente au-dessus d’un certain seuil dit seuil de température maximale STmax.
[0050] Le chauffage étant coupé, l’agent réducteur liquide 21 se refroidit au contact de l’agent réducteur solide 20 qui lui, ne fond que très progressivement, par échange de chaleur entre agent réducteur liquide 21 et agent réducteur solide 20. Ainsi la température lue par le capteur de température 13 diminue, et en dessous d’un certain seuil, dit seuil de température minimale STmin, le chauffage peut être de nouveau rétabli.
[0051] Aux figures 3 et 5, le seuil de température minimale STmin est compris entre -5°C et -10°C, préférentiellement aux environs de -7°C è le seuil de température maximale STmax est compris entre -0°C et -5°C, préférentieément aux environs de -3°C, ce qui n’est pas limitatif. Ceci peut être séquentiellement reproduit, le chauffage restant activé par intermittence en étant interrompu au fur et à mesure que l’agent réducteur contenu dans le réservoir 7 RCS fond, comme le montre la courbe d’activation de chauffage CH+ avec des rectangles alors que la courbe avec des points représente les températures.
[0052] Pour un fort volume d’agent réducteur liquide, comme montré à la figure 5, les durées de descente en température lors d’interruptions de chauffage sont plus longues que pour un faible volume d’agent réducteur liquide, comme montré à la figure 3, étant donné l’inertie thermique plus importante d’un fort volume d’agent réducteur liquide. Cela peut aussi être vrai pour une montée de température pendant une réactivation du chauffage.
[0053] En se référant à toutes les figures, il va maintenant être expliqué comment les vitesses de diminution et d’augmentation des températures mesurées sont corrélées au volume d’agent réducteur liquide 21 dans le réservoir 7. En effet, dans le cas où la température est au-dessus de la température de fusion de l’agent réducteur et lorsque le chauffage est « dynamique >>, c’est-à-dire lorsque la température augmente puis diminue rapidement avec donc une vitesse élevée, cela signifie que le volume d’agent réducteur liquide 21 est faible puisqu’il a une faible inertie thermique.
[0054] A l’inverse, si la température augmente lentement lors d’un chauffage ou diminue lentement lors d’une interruption de chauffage, cela signifie qu’un grand volume d’agent réducteur liquide 21 est présent pour recevoir la chaleur de l’élément de chauffage 11. Plus le volume dégelé d’agent réducteur est important, plus le signal de température lors de la phase de dégel sera peu dynamique donc avec une vitesse faible, et inversement. Il peut ainsi être procédé à une estimation du volume d’agent réducteur liquide 21 disponible lorsque la jauge 12 est inopérante, ce qui est dû à un réservoir 7 gelé.
[0055] Dans ce mode du procédé, l’estimation d’une quantité d’agent réducteur sous forme liquide 21 est faite en fonction des durées d’interruption ou de rétablissement du chauffage entre les seuils de températures maximale et minimale STmax, STmin. Plus le chauffage dure, plus il y aura une plus grande quantité d’agent réducteur, et si cette quantité d’agent réducteur n’est pas utilisée dans le système RCS, les durées d’atteinte des seuils augmentent lors du rétablissement du chauffage ou de l’interruption du chauffage.
[0056] Dans un mode de réalisation faisant partie de l’invention, il serait possible d’utiliser une seconde jauge située proche de l’élément de chauffage 11 et suffisamment petite pour pouvoir être dégelée aussi rapidement que la première portion d’agent réducteur permettant au système RCS de fonctionner. Cependant, l’inconvénient de ce mode est qu’il nécessite l’ajout d’une seconde jauge en tant que second capteur de niveau.
[0057] Le volume d’agent réducteur sous forme liquide 21 dans le réservoir 7 peut être régulièrement estimé, ce qui est très avantageux pour la mise en œuvre d’un procédé de limitation de la consommation d’agent réducteur dans un système de réduction catalytique sélective qui va maintenant être décrit.
[0058] Un autre aspect de la présente invention consiste à interrompre l’utilisation d’agent réducteur dans le système RCS et donc d’interrompre la dépollution en NOx, pendant certaines phases de dégel du réservoir 7 RCS de façon à conserver un volume minimal d’agent réducteur sous forme liquide 21 dans le réservoir 7 encore partiellement gelé.
[0059] Ainsi l’agent réducteur liquide 21 transporte la chaleur jusqu’aux zones éloignées de l’élément de chauffage 11 et permet de dégeler l’ensemble du réservoir 7. Un plus grand volume d’agent réducteur est alors susceptible de se trouver à l’état liquide, particulièrement lors de roulages longs du véhicule, et la dépollution des oxydes d’azote par l’agent réducteur peut alors être assurée plus longtemps ou de façon plus efficace sans interruption pour manque d’agent réducteur liquide.
[0060] Ainsi, selon l’état de la technique, après un certain temps de dégel, une demande de mise en pression du système RCS était appliquée et la pompe 14 dans la canalisation 4 aspirait l’agent réducteur dégelé afin de l’acheminer vers l’injecteur 8. Si cette mise en pression échouait par manque d’agent réducteur liquide, l’élément de chauffage 11 du réservoir 7 RCS pouvait alors être activé de nouveau pendant un certain temps avant de refaire une nouvelle tentative d’aspiration.
[0061] Ainsi, dans cet état de la technique, lorsque le système est prêt, c’est-à-dire lorsque l’agent réducteur est en pression au niveau de l’injecteur 8, la dépollution des oxydes d’azote commence. L’agent réducteur est alors pompé dans le réservoir 7 au fur et à mesure qu’il est injecté dans la canalisation 4 d’échappement en fonction de la quantité de NOx à traiter et sans restriction vis-à-vis du volume dégelé. L’agent réducteur sous forme liquide 21 peut donc être épuisé dans le réservoir 7 RCS. Il peut alors se créer une cavité 22 vide entre l’élément de chauffage 11 et l’agent réducteur contenu dans le réservoir 7, cet agent réducteur étant alors sous forme solide 20. Ceci est montré à la figure 6.
[0062] En opposition avec cet état de la technique, comme il est montré aux figures 7 et 8 respectivement pour des faible et fort volumes d’agent réducteur liquide 21 dans le réservoir 7 RCS, le procédé de limitation de la consommation d’agent réducteur dans un système de réduction catalytique sélective selon la présente invention comprend les étapes suivantes, les trois premières étant communes avec celles de l’état de la technique.
[0063] Dans la première étape du procédé de limitation selon la présente invention, au début du roulage du véhicule, si la température de l’agent réducteur dans le réservoir 7 est inférieure à un seuil qui est représentatif d’un agent réducteur gelé donc sous forme solide 20, le chauffage du réservoir 7 du système RCS est activé.
[0064] Dans la deuxième étape, après un certain temps de dégel, une demande de mise en pression du système est appliquée et la pompe 14 aspire l’agent réducteur dégelé afin de l’acheminer vers l’injecteur 8.
[0065] Dans la troisième étape, si cette mise en pression échoue par manque d’agent réducteur liquide, l’élément de chauffage 11 du réservoir 7 peut être activé de nouveau pendant un certain temps avant de refaire une nouvelle tentative d’aspiration.
[0066] Dans la quatrième étape, lorsque l’injecteur 8 du système RCS est apte à injecter une quantité d’agent réducteur sous pression dans le catalyseur 5 RCS, la dépollution des oxydes d’azote commence. Puis à partir de l’estimation du volume d’agent réducteur dégelé donc d’agent réducteur liquide 21 dans le réservoir 7 RCS, estimation qui peut être obtenue conformément au procédé d’estimation précédemment décrit et qui est mémorisée dans le contrôle commande du système RCS, le contrôle commande peut inhiber les injections de quantité d’agent réducteur dans le catalyseur 5 si le volume d’agent réducteur liquide 21 dans le réservoir 7 est faible afin de conserver suffisamment de quantité d’agent réducteur liquide 21 dans le réservoir 7.
[0067] Ainsi, en phase de dégel du réservoir 7 lors du chauffage par l’élément de chauffage 11, le volume d’agent réducteur liquide 21 est estimé et contrôlé par le contrôle commande du système selon le procédé d’estimation conforme à la présente invention qui a été précédemment décrit.
[0068] En se référant notamment aux figures 1 et 6 à 8, si le volume d’agent réducteur liquide 21 est trop faible au moment où la pompe 14 du système RCS doit être actionnée pour aspirer l’agent réducteur et mettre en pression la canalisation 4 jusqu’à l’injecteur 8 RCS, la demande d’activation de la pompe 14 est annulée. Inversement, si ce volume est suffisant au moment de la mise en pression, alors la pompe 14 est commandée sans restriction de fonctionnement. Ensuite, en cours de roulage, le volume d’agent réducteur liquide 21 dans le réservoir 7 RCS est toujours surveillé.
[0069] Si la consommation d’agent réducteur au titre de la dépollution en NOx fait baisser trop rapidement le volume d’agent réducteur liquide 21 dans le réservoir 7 RCS, alors il est procédé à l’interruption des injections de quantités d’agent réducteur dans le système RCS. Le chauffage du réservoir 7 étant maintenu, davantage d’agent réducteur encore gelé et donc sous forme solide 20 va fondre et devenir de l’agent réducteur liquide 21. Ainsi, le volume d’agent réducteur liquide 21 dans le réservoir 7 RCS va augmenter et lorsqu’il dépasse un seuil minimal pour procéder à des injections, le procédé comprend l’étape de nouvelles injections d’agent réducteur hors du réservoir 7.
[0070] Le procédé de limitation de la consommation d’agent réducteur dans un système de réduction catalytique sélective intègre donc un procédé d’estimation d’un volume d’agent réducteur sous forme liquide 21 tel que décrit précédemment. Quand il est estimé un volume d’agent réducteur sous forme liquide 21 dans le réservoir 7 inférieur à un volume minimal, une aspiration d’agent réducteur hors du réservoir 7 dans le reste du système RCS est suspendue afin qu’au moins un volume minimal d’agent réducteur liquide 21 soit toujours conservé dans le réservoir 7.
[0071] Ce volume minimal d’agent réducteur peut correspondre à un volume d’agent réducteur liquide 21 juste suffisant pour fournir une quantité d’agent réducteur injectée dans le système de réduction catalytique sélective sous une pression d’injection prédéterminée ou peut aussi correspondre à un volume minimal pour ne pas créer une cavité 22 autour de l’élément de chauffage 11 dans le réservoir 7 RCS. Ainsi, il est possible de conserver un volume d’agent réducteur liquide 21 dans le réservoir 7 RCS partiellement gelé avant de l’utiliser pour la dépollution des NOx.
[0072] La création d’une cavité 22 au sein du réservoir 7 RCS contenant un agent réducteur au moins partiellement gelé, ce que veut précisément éviter le procédé de limitation de la présente invention principalement quand le volume d’agent réducteur liquide 21 est faible dans le réservoir 7 RCS, entraîne des alertes au tableau de bord du véhicule, comme par exemple un voyant allumé et/ou une alerte sonore, etc.
[0073] En effet, le système RCS n’étant plus capable d’aspirer l’agent réducteur, la dépollution n’est plus du tout assurée. Dans ce cas, la réglementation oblige le conducteur à faire réparer son véhicule. L’intérêt de la présente invention est donc d’éviter ces retours non justifiés de tels véhicules automobiles en concession.
[0074] La mise en ordre de marche du système RCS à -20 °C dans un temps minimal est une exigence réglementaire. La présente invention permet de satisfaire cette exigence tout en évitant des retours de véhicules non justifiés en concession, ce qui améliore l’image de marque des véhicules embarquant dans leur contrôle commande les procédés selon la présente invention.
[0075] A la figure 8, dans le cadre du procédé de limitation selon l’invention, il peut se créer temporairement une cavité 22 à proximité de l’élément de chauffage 11. Mais comme cette cavité 22 est associée à un volume d’agent réducteur liquide 21 relativement important les désavantages précédemment mentionnés ne sont plus effectifs et le réchauffement de l’agent réducteur sous forme solide 20 restant dans le réservoir s’effectue progressivement.
[0076] L’invention concerne aussi un système de réduction catalytique sélective comprenant un contrôle commande pilotant le fonctionnement du système et un réservoir 7 d’agent réducteur faisant partie du système. Pour effectuer le chauffage de l’agent réducteur contenu dans le réservoir 7, celui-ci comprend en son intérieur un élément de chauffage 11 pour l’agent réducteur quand celui-ci est au moins partiellement gelé.
[0077] Le réservoir 7 comprend aussi un capteur de température 13 mesurant la température de l’agent réducteur contenu dans le réservoir 7. Le capteur de température 13 transmet ses mesures de température au contrôle commande pilotant l’élément de chauffage 11 selon les mesures de température en comportant des moyens d’activation, d’interruption et de rétablissement en activité de l’élément de chauffage 11.
[0078] Ces moyens d’activation, d’interruption et de rétablissement en activité de l’élément de chauffage 11 servent à mettre en œuvre le procédé d’estimation d’un agent réducteur dans un réservoir 7 tel que décrit précédemment. Le capteur de température 13 est disposé à proximité de l’élément de chauffage 11 dans le réservoir 7 afin de connaître la température du volume d’agent réducteur qui est devenu liquide par chauffage.
[0079] Le contrôle commande peut comprendre des moyens de mémorisation d’une température initiale Tini pour laquelle l’élément de chauffage 11 est activé, un seuil de température maximale STmax pour lequel le fonctionnement de l’élément de chauffage 11 est interrompu, et un seuil de température minimale STmin pour lequel le fonctionnement de l’élément de chauffage 11 est rétabli en activité.
[0080] Comme précédemment mentionné, le système comprend une canalisation 4 reliant le réservoir 7 à un injecteur 8 délivrant une quantité d’agent réducteur sous pression dans un catalyseur 5 de réduction ou catalyseur RCS et une pompe 14 aspirant une quantité d’agent réducteur liquide 21 calculée par le contrôle commande du réservoir 7 vers l’injecteur 8. Le contrôle commande pilote la pompe 14 en l’activant et en suspendant son activation quand le volume d’agent réducteur liquide 21 disponible dans le réservoir 7 est inférieure à un volume minimal d’agent réducteur qui a été estimé comme juste suffisant pour fournir une quantité d’agent réducteur injectée dans la canalisation 4 entre réservoir 7 et injecteur 8 qui soit sous une pression d’injection supérieure à la pression d’injection minimale mise en mémoire dans le contrôle commande.
[0081] L’invention n’est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n’ont été donnés qu’à titre d’exemples.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé d’estimation d’un volume d’agent réducteur sous forme liquide (21) dans un réservoir (7) d’un système de réduction catalytique sélective, l’agent réducteur ayant au moins partiellement gelé (20), dans lequel il est procédé à des mesures de température, notamment à intervalles réguliers, dans le réservoir (7) et à un chauffage de l’agent réducteur dès qu’une mesure de température initiale (Tini) est représentative d’un agent réducteur ayant au moins partiellement gelé (20), le chauffage étant séquentiellement interrompu et rétabli, les vitesses de diminution et d’augmentation des températures mesurées pendant respectivement l’interruption et le rétablissement du chauffage étant corrélées au volume d’agent réducteur sous forme liquide (21) dans le réservoir (7) en permettant une estimation dudit volume.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le chauffage est interrompu quand un seuil de température maximale (STmax) est atteint tandis que le chauffage est rétabli quand un seuil de température minimale (STmin) est atteint.
  3. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel, pour un agent réducteur à base d’urée, la température initiale (Tini) est d’environ -11°C, le seuil de température maximale (STmax) est compris entre -5°C et 0°C, préférentidbment -3°C, et le seuil de température minimale (STmin) est compris entre -10°C et -5°C, préférentiellement -7°C.
  4. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, dans lequel l’estimation d’une quantité d’agent réducteur sous forme liquide (21) est faite en fonction des durées d’interruption ou de rétablissement du chauffage entre les seuils de températures maximale et minimale (STmax, STmin).
  5. 5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le volume d’agent réducteur sous forme liquide (21) dans le réservoir (7) est régulièrement estimé.
  6. 6. Procédé de limitation de la consommation d’agent réducteur dans un système de réduction catalytique sélective, lequel intègre un procédé d’estimation d’un volume d’agent réducteur sous forme liquide (21) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, quand il est estimé un volume d’agent réducteur sous forme liquide (21) dans le réservoir (7) inférieur à un volume minimal, une aspiration d’agent réducteur hors du réservoir (7) dans le reste du système est suspendue afin qu’au moins un volume minimal d’agent réducteur liquide (21) soit toujours conservé dans le réservoir (7).
  7. 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel le volume minimal d’agent réducteur liquide correspond à un volume d’agent réducteur liquide (21) juste suffisant soit pour fournir une quantité d’agent réducteur injectée dans le système de réduction catalytique sélective sous une pression d’injection prédéterminée ou soit pour ne pas créer une cavité (22) autour d’un élément de chauffage (11) dans le réservoir (7).
  8. 8. Système de réduction catalytique sélective comprenant un contrôle commande pilotant le fonctionnement du système et un réservoir (7) d’agent réducteur comprenant en son intérieur un élément de chauffage (11) pour l’agent réducteur quand celui-ci est au moins partiellement gelé et un capteur de température (13) mesurant la température de l’agent réducteur contenu dans le réservoir (7), le capteur de température (13) transmettant ses mesures de température au contrôle commande pilotant l’élément de chauffage (11) selon les mesures de température en comportant des moyens d’activation, d’interruption et de rétablissement en activité de l’élément de chauffage (11), caractérisé en ce que les moyens d’activation, d’interruption et de rétablissement en activité de l’élément de chauffage (11) sont mis en oeuvre conformément à un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, le capteur de température (13) étant disposé à proximité de l’élément de chauffage (11) dans le réservoir (7).
  9. 9. Système selon la revendication 8, dans lequel le contrôle commande comprend des moyens de mémorisation d’une température initiale (Tini) pour laquelle l’élément de chauffage (11) est activé, un seuil de température maximale (STmax) pour lequel le fonctionnement de l’élément de chauffage (11) est interrompu et un seuil de température minimale (STmin) pour lequel le fonctionnement de l’élément de chauffage (11) est rétabli.
  10. 10. Système selon l’une quelconque des revendications 8 ou 9, lequel comprend une canalisation (4) reliant le réservoir (7) à un injecteur (8) délivrant une quantité d’agent réducteur sous pression dans un catalyseur (5) de réduction et une pompe (14) aspirant une quantité d’agent réducteur liquide (21), calculée par le contrôle commande, du réservoir (7) vers l’injecteur (8), le contrôle commande commandant la pompe (14) en l’activant et en suspendant son activation quand le volume d’agent réducteur liquide (21) disponible dans le réservoir (7) est inférieur à un volume minimal d’agent réducteur liquide calculé par le contrôle commande comme juste suffisant pour fournir une quantité d’agent réducteur injectée dans la canalisation (4) entre réservoir (7) et injecteur (8) qui soit sous une pression d’injection supérieure à la pression d’injection minimale mise en mémoire dans le contrôle commande.
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