FR3081030A1 - Surveillance dynamique du debit d'additif liquide injecte dans un systeme de traitement des gaz d'echappement d'un vehicule automobile - Google Patents

Surveillance dynamique du debit d'additif liquide injecte dans un systeme de traitement des gaz d'echappement d'un vehicule automobile Download PDF

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Abstract

L'invention de rapporte à un procédé de surveillance dynamique du débit d'additif liquide consommé par un injecteur d'additif liquide d'un système de traitement des gaz d'échappement de véhicule automobile. La mesure (302) de la pression du liquide, par un capteur de pression situé à l'entrée d'un orifice, de dimensions connues et situé en dérivation de la pompe dans le circuit hydraulique permet, dans un premier temps, de déduire le débit circulant à travers l'orifice et, dans un second temps, en connaissant la caractéristique de fonctionnement de la pompe, de déterminer (303) le débit d'additif liquide effectivement délivré au système de traitement des gaz polluants.

Description

La présente invention se rapporte de manière générale aux systèmes de traitement des gaz d’échappement des véhicules automobiles.
Elle concerne plus particulièrement la surveillance dynamique du débit d’additif liquide injecté dans le système de traitement des gaz d'échappement d’un véhicule automobile, tel qu'un système de traitement par réduction catalytique sélective.
L'invention trouve des applications, en particulier, dans les véhicules équipés de moteurs diesel, par exemple dans des véhicules légers, des véhicules de type utilitaires ou dans des camions (ou véhicules poids lourds) comportant un tel moteur.
Les gaz d'échappement générés par les véhicules à moteur à allumage par compression (dits moteurs diesel) ou par les véhicules à moteur à allumage commandé (dits moteurs essence), sont notamment composés de polluants atmosphériques gazeux tels que des oxydes de carbone (COx, mis pour CO et CO2) et des oxydes d'azote (NOx, mis pour NO et NO2). Les moteurs diesel, en particulier, font l'objet d'une réglementation visant à réduire la quantité de gaz polluants qu'ils émettent. Les normes plafonnant les niveaux d'oxydes d'azote émis en sont un exemple, elles tendent à être de plus en plus restrictives.
Dans le cas des véhicules équipés d'un moteur diesel, où cela est déjà d’actualité, comme dans le cas des véhicules équipés d'un moteur essence, où cela pourrait le devenir prochainement, la dépollution des gaz d'échappement du moteur peut être réalisée au moyen d’un système de traitement des gaz mettant en œuvre une méthode de dépollution telle que la méthode de réduction catalytique sélective ou méthode SCR (« Selective catalytic reduction » en langue anglo-saxonne). La méthode SCR emploie un additif liquide dépolluant afin de réduire sélectivement les oxydes d'azote (NOx) contenus dans les gaz d'échappement. Par additif liquide dépolluant, on entend un produit dépolluant qui peut être injecté dans un dispositif de traitement de gaz d'échappement d'un moteur dans le but de dépolluer les gaz d'échappement avant leur rejet dans l’atmosphère.
L'additif liquide communément utilisé dans la méthode SCR est appelé « fluide d'échappement diesel » ou FED en français ou DEF, pour « Diesel exhaust fluid», dans la langue anglo-saxonne. Cet additif est une solution aqueuse d'urée à 32,5% (en masse), aussi commercialisée sous la marque AdBlue®, qui est un précurseur de l’ammoniaque (NH3). Dans ce contexte, l’énergie thermique fournie par l’échappement est un catalyseur de la transformation du DEF en ammoniaque. L’ammoniaque réagit avec les oxydes d'azote (NOx) des gaz d'échappement pour donner des espèces moins polluantes, à savoir du diazote (N2), de l'eau et du dioxyde de carbone (CO2). Ainsi, l'ammoniaque utilisé dans la méthode SCR est un agent réducteur, fourni sous la forme d'un additif liquide.
Dans les véhicules équipés d’un système de traitement des gaz d'échappement, l'additif liquide est en général stocké dans un réservoir dédié. Il en est extrait par une pompe qui le fait circuler, avec un certain débit, dans un circuit hydraulique, jusqu’à un injecteur. Cet injecteur a pour fonction de pulvériser, sous forme de micro gouttelettes dans le flux de gaz d’échappement, la bonne quantité d’additif, à chaque instant, sous la commande d’une unité de commande. Cette unité de commande a pour fonction de doser la quantité d’additif à injecter en fonction des besoins réels du système de traitement des gaz d'échappement, et de commander l’injecteur en conséquence, en fonction par exemple, de paramètres tels que la température de l’additif liquide ou la pression hydraulique à un instant donné.
Du fait notamment des multiples changements qui peuvent intervenir dans la conduite d’un véhicule automobile (variation de vitesse et/ou d’accélération du véhicule, variation de couple du moteur, ...), des variations rapides et de grande amplitude se produisent en général dans la production de gaz polluants. Dès lors, et afin de les traiter efficacement, la quantité d’additif liquide à injecter dans le système de traitement des gaz doit être adaptée de manière dynamique et doit couvrir des amplitudes de valeurs relativement importantes.
Par ailleurs, l’utilisation des systèmes de traitement des gaz d'échappement dans un véhicule automobile est légalement très encadrée. En particulier, des normes imposent notamment que le débit d’additif liquide réellement délivré au système de traitement des gaz d'échappement (de type SCR) soit connu en temps réel. Plus précisément, il s’agit d’être en mesure de s’assurer qu’aucune différence significative n’existe entre la quantité d’additif théoriquement injectée par l’injecteur dans le flux de gaz d’échappement (qui correspond à celle commandée par le système) et la quantité d’additif effectivement délivrée par cet injecteur. Il s’agit donc de s’assurer in fine que le système de dépollution fonctionne correctement sans avoir nécessairement à recourir seulement à l’information du capteur de NOx. Concrètement, une telle norme impose un écart inférieur à un seuil relatif, par exemple 25%, entre la valeur de débit d’additif liquide théoriquement commandée et la valeur d’additif liquide effectivement consommée. En effet, il ne suffit pas de prévoir des moyens visant à injecter une exacte quantité d’additif de dépollution dans le flux de gaz d’échappement, il faut aussi vérifier que cette quantité est effectivement injectée.
Le but de cette réglementation est de s’assurer que le bon fonctionnement des moyens d’alimentation du système de traitement des gaz en additif liquide est vérifié en permanence, afin qu’une alarme puisse être signalée à l’utilisateur en cas de défaillance. On peut aussi limiter ou interdire l’utilisation du véhicule lorsque son fonctionnement « propre » (c’est-à-dire dans le respect des limites d’émission de gaz polluants) n’est pas garanti du fait d’une défaillance dans l’alimentation en additif liquide du système de traitement des gaz d’échappement. Ainsi, si une fuite d’additif liquide existe et qu’elle provoque une déperdition d’additif liquide, au-delà du seuil considéré comme acceptable, une information correspondante doit être signalée à l’utilisateur dans les plus brefs délais et des actions préventives peuvent éventuellement être engagées en conséquence, afin d’éviter un fonctionnement dégradé du véhicule du point de vue du traitement des gaz d’échappement.
Pour pouvoir surveiller la quantité d’additif liquide réellement injectée dans le système de traitements des gaz, une solution aisée serait d’utiliser un débitmètre placé en entrée de l’injecteur, pour mesurer la quantité d’additif liquide effectivement consommée par l’injecteur. Cette solution est cependant peu compatible avec les contraintes économiques propres au secteur automobile, compte tenu du coût d’un tel débitmètre et de son implémentation et de la complexité liée à son installation mécanique et hydraulique.
On peut aussi envisager de s’appuyer, d’une part, sur la caractéristique de fonctionnement de la pompe qui définit les valeurs théoriques de débit de la pompe en fonction de sa vitesse de fonctionnement pour une pression donnée au niveau de sa sortie de refoulement et, d’autre part, sur une table caractéristique de fonctionnement de l’injecteur qui définit les valeurs de débit théoriques de l’injecteur en fonction de sa commande d’ouverture pour une pression de liquide dépolluant donnée en entrée de l’injecteur.
Ainsi, par exemple, pour un injecteur fonctionnant suivant un modèle de type RDU (de l’anglais « Reductant Dosing Unit»), l’injecteur alterne très rapidement des cycles d’ouverture complète et des cycles de fermeture complète, dont les durées respectives fixent le débit moyen de liquide à sa sortie. On attend donc un débit théorique délivré par un tel injecteur en fonction de sa commande. Chaque injecteur voit ainsi, en général, ses caractéristiques de fonctionnement théoriques (qui lient notamment la pression, les temps d’ouverture, le débit et éventuellement la température) regroupées au sein de sa table caractéristique de fonctionnement.
De la même façon, pour une pompe, par exemple une pompe volumétrique à engrenage(s), on peut déterminer à l’avance, sur la base de sa table caractéristique de fonctionnement, et pour une température donnée de l’additif liquide, le débit de liquide qu’elle va générer en fonction de la vitesse de rotation de son moteur d’entraînement.
Toutefois l’approche consistant à utiliser les caractéristiques théoriques de la pompe et de l’injecteur pour déterminer le débit d’additif liquide délivré par l’injecteur au système de traitement des gaz d’échappement est limitée. En effet, dans la pratique, les valeurs de débit effectives sont liées à la température de l’additif liquide, à la dispersion de caractéristiques des composants de la pompe et de l’injecteur, ainsi qu’à leur vieillissement. Par exemple, les performances de l’injecteur ne sont pas les mêmes lorsqu’il est neuf ou usagé. L’usure modifie les propriétés, aussi bien de la pompe que de l’injecteur. Autrement dit, si les caractéristiques théoriques de la pompe et de l’injecteur peuvent permettre d’estimer un débit d’additif liquide délivré au système à une période donnée et dans des circonstances données, rien ne garantit la validité d’une telle estimation à un autre moment et dans d’autres circonstances.
L'invention vise à supprimer, ou du moins atténuer, tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur précités. Elle permet de mesurer le débit d’additif liquide réellement délivré au système de traitement des gaz d’échappement indépendamment des caractéristiques théoriques de la pompe et de l’injecteur.
A cet effet, un premier aspect de l’invention propose un procédé de surveillance dynamique du débit d’un additif liquide consommé par un injecteur d’additif liquide d’un système de traitement des gaz d'échappement de véhicule automobile, ledit injecteur étant apte à pulvériser l’additif liquide dans un flux de gaz d'échappement et à recevoir en entrée l’additif liquide sous pression via un circuit hydraulique qui le relie à un réservoir d’additif liquide et qui comprend une pompe située dans une voie principale du circuit hydraulique entre le réservoir et l’injecteur, ledit procédé comprenant les étapes suivantes, opérées par une unité de commande du système de traitement des gaz d’échappement :
• la commande de la pompe, à une vitesse de fonctionnement donnée pour générer un premier débit d’additif liquide dans la voie principale du circuit hydraulique en direction de l’injecteur, • la mesure d’une valeur de pression, par un capteur de pression agencé entre la sortie de refoulement de la pompe et l’entrée de l’injecteur, et directement à proximité d’un orifice calibré qui est situé dans une voie du circuit hydraulique de retour au réservoir à partir de la sortie de refoulement de la pompe et en dérivation de l’injecteur, • la détermination d’un premier débit d’additif liquide, à partir d’une table caractéristique de fonctionnement de la pompe qui définit des valeurs de débit de la pompe en fonction de sa vitesse de fonctionnement pour une pression donnée au niveau de sa sortie de refoulement ;
• la détermination d’un second débit d’additif liquide circulant à travers l’orifice calibré, à partir de la valeur de pression mesurée ; et, • le calcul du débit d’additif liquide consommé par l’injecteur, par soustraction de la valeur du second débit d’additif liquide à la valeur du premier débit d’additif liquide.
Des modes de réalisation pris isolément ou en combinaison, prévoient en outre que :
• le procédé comprend en outre les étapes suivantes, opérées par l’unité de commande dans une phase de caractérisation de la pompe :
- la commande de la fermeture de l’injecteur ;
- la mesure, par le capteur de pression, d’au moins deux valeurs de pression au niveau de la sortie de refoulement de la pompe, respectivement obtenues pour au moins deux vitesses de fonctionnement de la pompe différentes ; et,
- la mise à jour, sur la base des valeurs de pression mesurées par le capteur de pression correspondantes aux différentes vitesses de fonctionnement de la pompe, de la table caractéristique de fonctionnement de la pompe.
• les étapes de la phase de caractérisation de la pompe sont opérées : à chaque démarrage du véhicule et/ou dès qu’un délai donné s’est écoulé depuis le démarrage du véhicule, et/ou dès qu’il est détecté une variation de température de l’additif liquide supérieure à un seuil donné, et/ou dès qu’il est détecté un écart donné par rapport à une caractéristique théorique de fonctionnement de la pompe.
• le procédé comprend en outre les étapes suivantes, opérées par l’unité de commande dans une phase de caractérisation de l’injecteur :
- la commande de la pompe, à une vitesse de fonctionnement donnée pour générer un débit d’additif liquide donné dans le circuit hydraulique déterminé à partir de la caractéristique de fonctionnement de la pompe ;
- la mesure, par le capteur de pression, d’au moins deux valeurs de pression, respectivement obtenues pour au moins deux commandes différentes d’ouverture de l’injecteur ; et,
- la mise à jour, sur la base de la valeur de débit générée par la pompe, des différentes commandes d’ouverture de l’injecteur et des valeurs de pression correspondantes mesurées par le capteur, d’une table caractéristique de fonctionnement de l’injecteur définissant les valeurs de débit de l’injecteur en fonction de sa commande d’ouverture pour une pression d’entrée donnée.
• les étapes de la phase de caractérisation de l’injecteur sont opérées : à chaque démarrage du véhicule, et/ou dès qu’un délai donné s’est écoulé depuis le démarrage du véhicule, et/ou dès qu’il est détecté une variation de température de l’additif liquide supérieure à un seuil donné.
• le procédé comprend en outre, en réponse à une requête d’un débit d’additif liquide donné à injecter dans le flux de gaz d’échappement, produite par l’unité de commande pour le fonctionnement du système de traitement des gaz d'échappement :
- la comparaison du débit requis et de la valeur de débit effectivement consommée par l’injecteur, identifiée à la valeur du débit d’additif liquide calculé par la mise en oeuvre des étapes du procédé selon le premier aspect ; et,
- l’émission d’une alarme en cas d’un écart entre les deux valeurs au-delà d’un seuil relatif donné.
• la voie de retour du circuit hydraulique comprend en outre une valve interdisant la circulation de l’additif liquide dans le sens allant du réservoir vers l’injecteur.
• la pompe est une pompe volumétrique bidirectionnelle à engrenages dont le débit est lié à la vitesse de rotation d’un moteur d’entraînement de la pompe.
• les dimensions de l’orifice calibré sont adaptées pour éviter l’obturation de l’orifice par une contamination de l’additif liquide par des impuretés, et en outre pour garantir l’écoulement d’un flux turbulent à travers l’orifice.
• le circuit hydraulique comprend en outre un filtre pour filtrer l’additif liquide en sortie du réservoir d’additif liquide.
Selon un second aspect, l’invention a également pour objet une unité de commande comprenant des moyens de mise en oeuvre de toutes les étapes du procédé selon le premier aspect.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
la figure 1, est un schéma fonctionnel d'un moteur de véhicule automobile avec un dispositif de traitement des gaz d'échappement pour la réduction des NOx ;
- la figure 2 est une illustration schématique d’un circuit hydraulique de distribution d’additif liquide tel que celui dans lequel le procédé selon l’invention est réalisé ;
- la figure 3 est un diagramme d’étape décrivant un mode de réalisation du procédé selon l’invention ;
- la figure 4 est un diagramme d’étape décrivant un autre mode de réalisation du procédé selon l’invention ; et,
- la figure 5 est un diagramme d’étape décrivant un autre mode de réalisation du procédé selon l’invention.
Dans la description de modes de réalisation qui va suivre et dans les figures des dessins annexés, les mêmes éléments ou des éléments similaires portent les mêmes références numériques.
La figure 1 montre schématiquement un véhicule à moteur 101 avec un moteur à combustion interne 102, par exemple un moteur diesel. Le véhicule à moteur 101 est par exemple une voiture de tourisme, un véhicule utilitaire, un camion ou un autocar. Le véhicule à moteur 101 comprend également un système de traitement des gaz d'échappement 103 avec un convertisseur catalytique (ou catalyseur) 104 pour la mise en œuvre de la méthode de dépollution SCR. Le véhicule 101 comprend un réservoir 105 pour l'additif liquide. Le réservoir 105 est relié à un injecteur108 pour pulvériser l'additif liquide dans le système de traitement des gaz 103, par l’intermédiaire d’un conduit 107. L’injecteur est alimenté en additif liquide sous pression par une pompe qui est par exemple intégrée à un module de dosage d’additif liquide 106 qui est localisé au niveau du réservoir.
Lorsque le moteur 102 fonctionne il produit des gaz d'échappement, et ces gaz sont dirigés vers le système de traitement des gaz d'échappement 103. Le système de traitement des gaz d'échappement 103 est alimenté en additif liquide grâce à un circuit hydraulique formé par la pompe intégrée au module 106, le conduit 107 et l’injecteur 108. L'injecteur 108 pulvérise la solution dépolluante en amont du catalyseur 104 afin de causer la réduction catalytique sélective des NOx selon la méthode SCR. La dépollution des gaz d'échappement est ainsi obtenue.
L’additif liquide est extrait et injecté dans le système de dépollution, uniquement lorsque cela est nécessaire et uniquement en quantité nécessaire pour produire une réaction adaptée à la quantité de gaz d’échappement produite à chaque instant par le moteur 102 et pour éviter d’injecter de l’additif en excédant, potentiellement responsable d’une production d’ammoniaque excédentaire et de consommer cet additif inutilement.
L’ensemble des opérations de dosage de l’additif liquide et de pilotage de la pompe sont pilotées par une unité de commande 109.
En référence à la figure 2, nous allons maintenant décrire un mode de réalisation d’un circuit hydraulique qui réalise ce qui a été représenté schématiquement par le conduit 107 à la figure 1. Ce circuit hydraulique, référencé 201 à la figure 2, a pour fonction de conduire l’additif liquide depuis le réservoir 105 dans lequel le liquide est stocké jusqu’à l’injecteur 108 qui le délivre, sous forme pulvérisée, au système de traitement des gaz d’échappement ou système de dépollution (ce système n’étant pas représenté à la figure 2).
L’additif liquide, par exemple du DEF vendu sous la marque Adblue®, est stocké dans le réservoir 105 d’où il est extrait, aux instants et en quantité nécessaires, pour être injecté dans le flux de gaz d’échappement au niveau du système de dépollution. L’additif liquide circule dans une voie principale du circuit hydraulique 201 qui relie le réservoir 105 à l’injecteur 108, dans ce sens, et qui comprend la pompe 204. L’injecteur 108 assure, de manière dynamique (c’est-à-dire en temps réel), la délivrance de la juste quantité d’additif au système de dépollution. La flèche 209 représentée sur la droite de la figure 2 symbolise cette délivrance.
L’additif liquide est extrait du réservoir 105 et entraîné dans la voie principale du circuit 201 avec un certain débit par l’intermédiaire de la pompe 204. Dans certains modes de réalisation, la pompe peut être bidirectionnelle, de manière notamment, à pouvoir effectuer une purge de l’injecteur et du circuit hydraulique 201 si nécessaire. Par ailleurs, classiquement, la pompe 204 qui est utilisée pour réaliser ces fonctions peut être une pompe volumétrique (ou semi volumétrique), par exemple à engrenage. Le débit de liquide généré par une telle pompe est directement lié à la vitesse de rotation du moteur d’entraînement de la pompe (mesurée en nombre de tours par minute) et relativement peu impacté par la pression de refoulement. Avantageusement, lorsque ce moteur est un moteur à commutation électronique (aussi appelé moteur sans balais), l’information relative à la vitesse de rotation du moteur est disponible et peut être facilement exploitée selon des modes de mise en oeuvre du procédé. Aucun capteur spécifique n’est alors nécessaire pour obtenir cette information. Par ailleurs, ce type de moteur est fréquemment utilisé du fait de son faible coût. En outre, dans le cas différent des moteurs pilotés par sondes à effet hall, l’implémentation du procédé pourra aussi s’appuyer sur une lecture absolue/digitale de la vitesse de rotation inhérente à ce type de moteur.
Dans un exemple non limitatif de réalisation du circuit hydraulique 201, celui-ci comprend un filtre 202 qui permet de filtrer le liquide extrait du réservoir 105, afin de limiter le risque de contamination du circuit hydraulique, de l’injecteur 108 et/ou du système de traitement des gaz 103 par des impuretés qui seraient contenues dans le réservoir 105.
L’injecteur 108 peut être du type « Reductant Dosing Unit», RDU, connu de l’Homme du métier. Comme discuté en introduction de la présente description, ce type d’injecteur ne présente que deux états, à savoir : complètement ouvert ou complètement fermé. En revanche, le débit de liquide consommé par l’injecteur 108 (c’est-à-dire pulvérisé dans le flux de gaz d’échappement au niveau du système de dépollution 103) est piloté par le fait que des séquences alternées, de durées respectives plus ou moins longues, d’ouverture et de fermeture de l’injecteur sont commandées.
Dans le mode de réalisation décrit, la surveillance du débit repose en particulier sur l’utilisation de l’orifice 207, du capteur de pression 208 et de la valve 206. L’orifice associé au capteur, permet de mesurer indirectement le débit d’additif dans le circuit hydraulique. La valve 206 impose un sens de circulation dans l’orifice, à savoir de l’entrée de l’injecteur 108 vers le réservoir 105.
L’Homme du métier appréciera par ailleurs que le filtre 202 n’est ni spécifique ni indispensable à la mise en oeuvre du procédé selon l’invention.
L’intérêt principal de l’utilisation de l’orifice provient du fait, si celui-ci est calibré, c’est-à-dire si ses dimensions sont connues, que le débit le traversant peut être directement déduit de la différence de pression à ses bornes. On assimile la différence de pression aux bornes de l’orifice à celle mesurée à son entrée du point de vue du sens du flux d’additif, puisque la pression en sortie de l’orifice est proche de la pression de retour au réservoir, qui peut être négligée. Ainsi, à partir de la pression mesurée par le capteur 208, on peut déduire directement le débit d’additif qui traverse l’orifice 207. Comme on le verra plus en détail dans la suite, on peut alors en déduire le débit effectivement délivré par l’injecteur au système de traitement des gaz d’échappement.
En effet, si les dimensions de l’orifice sont connues (et stables dans le temps) une fonction connue relie l’évolution de la pression en entrée de l’orifice au débit de liquide traversant l’orifice. En particulier, la caractéristique de l’orifice peut être mesurée parfaitement en usine et rapportée sous forme d’une table numérique liant pression et débit et mémorisée par l’une unité de traitement.
L’Homme du métier appréciera que, si le fait de mesurer la pression aux bornes de l’orifice calibré 207 peut permettre de connaître le débit du liquide le traversant, il est préférable que le flux de liquide traversant l’orifice soit dans un régime bien déterminé : laminaire ou turbulent. En effet, la détermination du débit est valable pour un flux laminaire comme pour un flux turbulent, mais la transition entre ces deux régimes (typiquement pour un nombre de Reynolds compris entre 1500 et 3000) peut conduire à une estimation erronée du débit en fonction de la pression mesurée.
De plus, pour ne pas être affecté par des effets de viscosité et permettre une détermination du débit indépendante de la température, on pourra choisir les dimensions de manière à ce que le flux traversant soit toujours turbulent (c’est-à-dire supérieur à 3000 Reynolds) pour la plage de valeurs de débits concernés. Par ailleurs, un orifice suffisamment gros permet d’éviter sa contamination éventuelle par une particule.
Ainsi, l’homme du métier peut, par exemple, rechercher un compromis dans les dimensions de l’orifice : suffisamment gros pour éviter la contamination et minimiser les effets de l’usure tout en restant turbulent mais sans atteindre les dimensions qui induiraient un flux laminaire à travers l’orifice.
Enfin, un avantage important du procédé provient du fait que ce type d’orifice est souvent déjà prévu dans la voie de retour au réservoir 105, à partir de la sortie de la pompe 204. En effet, dans le cas par exemple d’une pompe volumétrique avec un moteur sans balai, un tel orifice dans une voie de retour au réservoir permet de stabiliser le fonctionnement de la pompe pour un faible débit consommé par l’injecteur. En effet, les drivers de moteur de ce type de pompe imposent une vitesse de rotation minimum du moteur pour garantir une certaine stabilité de fonctionnement. Dès lors, la voie de retour au réservoir avec un orifice de petit calibre aide à assurer des valeurs faibles du débit d’additif injecté même pour une vitesse de fonctionnement de la pompe au-delà de ce qui est nécessaire pour obtenir un tel débit. C’est pour cela qu’un tel orifice de petit calibre est parfois prévu dans la voie de retour, sans participer toutefois à aucune autre fonction que celle de stabilisation de la pression en sortie de la pompe pour laquelle il est prévu. De plus, la présence d’un capteur de pression est souvent associée d’office à ce type de dispositif. En effet, elle est en général nécessaire au contrôle de l’injecteur.
De ce fait, le procédé selon l’invention ne nécessite pratiquement aucun équipement supplémentaire pour pouvoir permettre la détermination du débit d’additif liquide. Et, quoiqu’il en soit, l’orifice et le capteur de pression représentent un coût très faible, notamment en comparaison du coût d’un débitmètre dans le circuit hydraulique qui serait la solution standard au problème posé.
Avantageusement, dans un autre mode de réalisation non représenté, la voie de retour relie directement la valve 206 au réservoir 105 sans être reliée à la voie principale en aval du filtre 202. De cette façon, on minimise l'auto-échauffement du liquide par recirculation.
La figure 3 est un diagramme d’étape qui illustre des modes de mise en œuvre du procédé.
L’objectif du procédé est donc de pouvoir surveiller, de manière dynamique, puisque celui-ci évolue constamment et de manière parfois brutale, le débit d’additif liquide consommé par le système de traitement des gaz d'échappement d’un véhicule automobile.
Lors de l’étape 301, la pompe est commandée pour fonctionner à une vitesse donnée, permettant de générer un débit choisi dans le circuit hydraulique. Le débit généré par la pompe 204 est connu grâce à la caractéristique de la pompe elle-même connue. Cette caractéristique, sous la forme d’une table de caractéristiques de fonctionnement, associe en effet à une vitesse de fonctionnement donnée un débit d’additif liquide généré.
L’étape 302 est une étape de mesure de la pression à l’entrée de l’orifice 207 et de déduction, à partir de valeurs de pressions mesurées, du débit d’additif liquide passant à travers l’orifice.
Enfin, lors de l’étape 303, le débit d’additif liquide directement délivré au système de traitement des gaz est calculé par une simple opération de soustraction effectuée sur les deux valeurs déterminées. En soustrayant la valeur du débit traversant l’orifice au débit généré par la pompe on obtient le débit d’additif délivré au système dépolluant et symbolisé par la flèche 209 de la figure 2.
De manière classique, les opérations d’approvisionnement d’additif liquide du système de traitement des gaz d’échappement sont pilotées par une unité de commande du type unité de contrôle du moteur (en anglais ECU de « Engine Control Unit ») qui requiert une certaine quantité d’additif liquide et régule le débit d’additif délivré au système de traitement des gaz dans le temps en commandant à la fois la pompe et l’injecteur.
Dans l’exemple du mode de réalisation de la figure 3, outre la commande de la pompe, l’ouverture de l’injecteur est aussi contrôlée en présupposant une réponse donnée à sa commande. Or, si l’injecteur ne répond pas exactement comme attendu, du fait par exemple d’une détérioration, le débit effectivement délivré au système de traitement des gaz est affecté. C’est pourquoi, en déterminant le débit traversant l’orifice, et donc non-délivré, le procédé tient compte, à chaque mesure de toute dérive potentielle dans la réponse de l’injecteur à sa commande et donne ainsi une information plus précise.
La mesure de pression par le capteur et la déduction de valeurs de débits à partir de celle-ci étant rapide, elles permettent donc une surveillance dynamique du débit adaptée à ses évolutions rapides.
Enfin, grâce au procédé de surveillance du débit, si la quantité requise par l’unité de contrôle n’est pas en adéquation avec celle effectivement délivrée, l’unité de commande pourra signaler un dysfonctionnement à l’utilisateur du véhicule (par exemple par une alarme) ou même, le cas échéant, limiter ou bloquer le fonctionnement du moteur. Par exemple, en application des règles imposées par la loi quant au fonctionnement d’un système de dépollution utilisant la méthode SCR, dans l’hypothèse, par exemple, où un écart de plus de 25% existerait entre la valeur requise et la valeur mesurée du débit délivré, l’unité de commande pourra déclencher une action consécutive à la détection d’un dysfonctionnement du système.
Le diagramme d’étapes de la figure 4 illustre un autre mode de réalisation du procédé selon l’invention. Dans ce mode de réalisation, l’objectif des étapes 401 à 403 est de permettre une calibration de la pompe. Plus précisément, il s’agit de déterminer exactement la caractéristique de la pompe qui associe un débit généré à une vitesse de fonctionnement.
Ainsi, dans le cadre d’un circuit hydraulique tel que celui décrit à la figure 2, l’étape 401 consiste, dans un premier temps à fermer l’injecteur 108. De cette façon, l’intégralité du débit généré par la pompe circule à travers l’orifice 206.
Ensuite, lors de l’étape 402, le capteur, situé à l’entrée de l’orifice, mesure plusieurs valeurs de pression pour différentes vitesses différentes de fonctionnement de la pompe. Pour pouvoir établir la caractéristique de la pompe, c’est-à-dire connaître précisément la fonction qui permet de relier un débit généré à une vitesse de fonctionnement donnée de la pompe (par exemple un nombre de tours par minute pour une pompe volumétrique à engrenages), un minimum de deux points de mesure, permettant de reconstruire la courbe associée à cette fonction, est nécessaire. Ainsi, en mesurant la pression à l’entrée de l’orifice, on déduit le débit d’additif liquide effectivement généré par la pompe.
Enfin, lors de l’étape 403, la caractéristique de la pompe est mise à jour, sur la base des valeurs de pression mesurées par le capteur.
Cette mise à jour de la caractéristique de la pompe permet de s’assurer régulièrement de la fiabilité des valeurs de débit de la pompe en fonction de sa vitesse de fonctionnement pour une pression donnée au niveau de sa sortie de refoulement. Ainsi, ces valeurs peuvent être utilisées, lors des étapes 301 à 303, identiques à celles décrites en lien avec le mode de réalisation de la figure 3, pour pouvoir déterminer le débit d’additif liquide effectivement délivré au système de traitement de gaz d’échappement.
L’Homme du métier appréciera que, les étapes 401 à 403 peuvent être réalisées avant et/ou après les étapes 301 à 303 du procédé, autant qu’il sera jugé utile de réaliser une calibration de la pompe. De cette manière, l’usure ou la dégradation de la pompe susceptibles d’entraîner une dérive de ces caractéristiques théoriques peuvent être pris en compte et compensées dès que nécessaire pour optimiser la détermination du débit d’additif liquide.
Par ailleurs, pour garantir la fiabilité des données mesurées, toutes les étapes précitées peuvent être réalisées au démarrage du véhicule mais aussi après l’écoulement d’un temps donné ou pour un changement de température important ou dès qu’il est détecté un écart trop important par rapport à une caractéristique théorique attendue de fonctionnement de la pompe. De cette manière, la connaissance des paramètres réels de la pompe est garantie et la mesure du débit peut être faite très régulièrement tout en restant fiable. Une calibration de la pompe selon les étapes 401 à 403 du procédé durera, par exemple, environ une seconde, et pourra donc être faite régulièrement, sans porter atteinte à la réalisation régulière de la mesure du débit d’additif liquide délivré. De plus, elle pourra être déclenchée par des conditions de conduites données, comme par exemple, une immobilisation du véhicule pendant une certaine durée ou, de manière générale, dès lors qu’une condition indique un fonctionnement perturbé de la pompe.
Le diagramme d’étapes de la figure 5 illustre à nouveau un mode de réalisation du procédé selon l’invention. Dans ce mode de réalisation, l’objectif des étapes 501 à 503 est de permettre une calibration de l’injecteur. En effet, comme il a été décrit précédemment, l’ouverture et la fermeture de l’injecteur répondent à une commande requérant une alternance rapide d’ouvertures et de fermetures respectivement plus ou moins longues de manière à créer une ouverture « moyenne » attendue du point de vue du liquide.
Toutefois, de la même manière que pour la pompe, la réponse de l’injecteur à une commande donnée peut être amenée à évoluer dans le temps ou l’injecteur peut subir un dysfonctionnement l’amenant à fonctionner très différemment de ces caractéristiques théoriques. C’est pourquoi une réactualisation de ces paramètres peut permettre de s’assurer plus précisément d’effectuer la bonne commande de l’injecteur pour obtenir le débit d’additif liquide délivré le plus proche possible du débit requis.
Ainsi, les étapes 501 à 503 peuvent être réalisée antérieurement et/ ou ultérieurement aux étapes 301 à 303 et 401 à 403 décrites en références aux modes de réalisation des figures 3 et 4.
L’étape 501 consiste à commander la pompe, à une vitesse de fonctionnement donnée pour générer un débit d’additif liquide dans le circuit hydraulique souhaité sur la base de la caractéristique de fonctionnement de la pompe.
L’étape 502 consiste à mesurer, avec le capteur de pression, au moins deux valeurs de pression (pour les mêmes raisons que celles décrites ci-avant) obtenues pour au moins deux commandes différentes d’ouverture de l’injecteur.
Enfin, l’étape 503 est la mise à jour, sur la base de valeurs obtenues lors de l’étape 502 d’un tableau de caractéristique de fonctionnement de l’injecteur qui définit les valeurs de débit théoriques de l’injecteur en fonction de sa commande.
La présente invention a été décrite et illustrée dans la présente description détaillée et dans les figures des dessins annexés. La présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation présentées. D’autres variantes et modes de réalisation peuvent être déduits et mis en oeuvre par la personne du métier à la lecture de la présente description et des dessins.
Dans les revendications, le terme “comporter” n’exclut pas d’autres éléments ou d’autres étapes. Un seul processeur ou plusieurs autres unités de traitement peuvent être utilisées pour mettre en oeuvre l’invention. De même, plusieurs mémoires, éventuellement de types différents, peuvent être utilisés pour stocker et transférer des informations. Les différentes caractéristiques présentées et/ou revendiquées peuvent être avantageusement combinées. Leur présence dans la description ou dans des revendications dépendantes différentes, n’excluent pas cette possibilité. Les signes de référence ne sauraient être compris comme limitant la portée de l’invention.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de surveillance dynamique du débit d’un additif liquide consommé par un injecteur (108) d’additif liquide d’un système de traitement des gaz d'échappement (103) de véhicule automobile (101), ledit injecteur étant apte à pulvériser l’additif liquide dans un flux de gaz d'échappement et à recevoir en entrée l’additif liquide sous pression via un circuit hydraulique (201) qui le relie à un réservoir (105) d’additif liquide et qui comprend une pompe (204) située dans une voie principale du circuit hydraulique entre le réservoir et l’injecteur, ledit procédé comprenant les étapes suivantes, opérées par une unité de commande du système de traitement des gaz d’échappement :
    • (301) la commande de la pompe, à une vitesse de fonctionnement donnée pour générer un premier débit d’additif liquide dans la voie principale du circuit hydraulique en direction de l’injecteur, • (302) la mesure d’une valeur de pression, par un capteur (208) de pression agencé entre la sortie de refoulement de la pompe et l’entrée de l’injecteur, et directement à proximité d’un orifice calibré (207) qui est situé dans une voie du circuit hydraulique de retour au réservoir à partir de la sortie de refoulement de la pompe et en dérivation de l’injecteur, • la détermination d’un premier débit d’additif liquide, à partir d’une table caractéristique de fonctionnement de la pompe qui définit des valeurs de débit de la pompe en fonction de sa vitesse de fonctionnement pour une pression donnée au niveau de sa sortie de refoulement ;
    • la détermination d’un second débit d’additif liquide circulant à travers l’orifice calibré, à partir de la valeur de pression mesurée ; et, • (303) le calcul du débit d’additif liquide consommé par l’injecteur, par soustraction de la valeur du second débit d’additif liquide à la valeur du premier débit d’additif liquide.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1 comprenant en outre les étapes suivantes, opérées par l’unité de commande dans une phase de caractérisation de la pompe :
    • (401 ) la commande de la fermeture de l’injecteur (108) ;
    • (402) la mesure, par le capteur (208) de pression, d’au moins deux valeurs de pression au niveau de la sortie de refoulement de la pompe (204), respectivement obtenues pour au moins deux vitesses de fonctionnement de la pompe différentes ; et, • la mise à jour, sur la base des valeurs de pression mesurées par le capteur de pression correspondantes aux différentes vitesses de fonctionnement de la pompe, de la table caractéristique de fonctionnement de la pompe.
  3. 3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel, les étapes (401,402) de la phase de caractérisation de la pompe sont opérées : à chaque démarrage du véhicule et/ou dès qu’un délai donné s’est écoulé depuis le démarrage du véhicule, et/ou dès qu’il est détecté une variation de température de l’additif liquide supérieure à un seuil donné, et/ou dès qu’il est détecté un écart donné par rapport à une caractéristique théorique de fonctionnement de la pompe.
  4. 4. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 comprenant en outre les étapes suivantes, opérées par l’unité de commande dans une phase de caractérisation de l’injecteur :
    • (501) la commande de la pompe, à une vitesse de fonctionnement donnée pour générer un débit d’additif liquide donné dans le circuit hydraulique déterminé à partir de la caractéristique de fonctionnement de la pompe ;
    • (502) la mesure, par le capteur de pression, d’au moins deux valeurs de pression, respectivement obtenues pour au moins deux commandes différentes d’ouverture de l’injecteur ; et, • (503) la mise à jour, sur la base de la valeur de débit générée par la pompe, des différentes commandes d’ouverture de l’injecteur et des valeurs de pression correspondantes mesurées par le capteur, d’une table caractéristique de fonctionnement de l’injecteur définissant les valeurs de débit de l’injecteur en fonction de sa commande d’ouverture pour une pression d’entrée donnée.
  5. 5. Procédé selon la revendication 4 dans lequel, les étapes (501,502, 503) de la phase de caractérisation de l’injecteur sont opérées : à chaque démarrage du véhicule, et/ou dès qu’un délai donné s’est écoulé depuis le démarrage du véhicule, et/ou dès qu’il est détecté une variation de température de l’additif liquide supérieure à un seuil donné.
  6. 6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 comprenant en outre, en réponse à une requête d’un débit d’additif liquide donné à injecter dans le flux de gaz d’échappement, produite par l’unité de commande pour le fonctionnement du système de traitement des gaz d'échappement :
    • la comparaison du débit requis et de la valeur de débit effectivement consommée par l’injecteur, identifiée à la valeur du débit d’additif liquide calculé par la mise en oeuvre des étapes du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 ; et, • l’émission d’une alarme en cas d’un écart entre les deux valeurs au-delà d’un seuil relatif donné.
  7. 7. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel, la voie de retour du circuit hydraulique comprend en outre une valve (206) interdisant la
    5 circulation de l’additif liquide dans le sens allant du réservoir (105) vers l’injecteur (108).
  8. 8. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel, la pompe (204) est une pompe volumétrique bidirectionnelle à engrenages dont le débit est lié à la vitesse de rotation d’un moteur d’entraînement de la pompe.
  9. 9. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 dans lequel, les 10 dimensions de l’orifice calibré (207) sont adaptées pour éviter l’obturation de l’orifice par une contamination de l’additif liquide par des impuretés, et en outre pour garantir l’écoulement d’un flux turbulent à travers l’orifice.
  10. 10. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel, le circuit hydraulique comprend en outre un filtre (202) pour filtrer l’additif liquide en sortie du
    15 réservoir d’additif liquide.
  11. 11. Unité de commande (109) comprenant des moyens de mise en œuvre de toutes les étapes du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 10.
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