WO2013079838A1 - Procede d'optimisation du temps de chauffage d'une source d'ammoniac pour la reduction d'oxydes d'azote - Google Patents

Procede d'optimisation du temps de chauffage d'une source d'ammoniac pour la reduction d'oxydes d'azote Download PDF

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Eric Lee
Marie-Pierre Saby
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Definitions

  • the present invention relates to a method for heating a liquid constituting a source of ammonia (NH3), such as aqueous urea contained in a tank, for the post-treatment of engine exhaust gas. internal combustion, and a heater of this tank, and a motor vehicle comprising such a device.
  • a source of ammonia NH3
  • urea called by some manufacturers “Adblue”
  • SCR catalytic selective reduction catalyst
  • a known device presented in particular by WO-A1 -2010 / 0446152 and US-B2-7836684, comprises a heating electric resistor which is immersed in the urea tank, near the pumping point of this urea, to rapidly thaw the solution near this pumping point.
  • a known device presented in particular by WO-A1 -2010 / 0446152 and US-B2-7836684, comprises a heating electric resistor which is immersed in the urea tank, near the pumping point of this urea, to rapidly thaw the solution near this pumping point.
  • It is known to improve this device to add at least one temperature sensor in the tank, to follow the evolution of the temperature of the urea and its thaw, and thus to predict the moment when the pumping goes to start, to optimize heating.
  • different temperature rise curves are obtained, which makes it difficult to predict the waiting time required before pumping is available.
  • the measurement dispersions due to the manufacturing tolerances of the components produced in large series, in particular
  • An advantage of the method for optimizing the heating time according to the invention is that by the succession of heating sequences comprising in each case a pumping test, one can calibrate the equipment of a vehicle to know the minimum temperature indicated by the temperature sensor, allowing pumping, which allows to limit by following the heating of the liquid to this minimum to ensure the possibility of pumping.
  • the method of optimizing the heating time according to the invention may further comprise one or more of the following characteristics, which may be combined with each other.
  • the method monitors the temperature indicated by the temperature sensor, to stop heating immediately this reference value reached.
  • the invention also relates to a heating device of a reservoir containing a liquid constituting a source of ammonia used for the reduction of nitrogen oxides produced by an internal combustion engine, implementing a method comprising one of the preceding features.
  • the tank heater has a single temperature sensor for measuring the temperature of the liquid.
  • the temperature sensor is of the CTN type, comprising a wire probe.
  • the heating device may include an electronic card for managing the heating of the tank, which is contiguous to this tank.
  • the electronic card may include a temperature sensor.
  • the heating device comprises an electrical resistance.
  • the invention also relates to a motor vehicle comprising a heating device of a reservoir containing a liquid constituting a source of ammonia used for the reduction of nitrogen oxides produced by an internal combustion engine, which heating device having any of the preceding features.
  • Figure 1 is a diagram of a tank with equipment for injecting urea into an exhaust line
  • Figure 2 shows temperature measurements of this urea as a function of heating time for temperature sensors located at different locations in the tank.
  • Figure 1 shows a urea injection device 1 used on a motor vehicle, comprising a tank 2 comprising urea 4, which is drawn by a pump 6 to be sent through a pipe 8 to an injector 10 opening into an exhaust line 12.
  • the reservoir comprises a reduced volume 20 surrounding the suction port of the pump 6, which contains an electric heating resistor 22, and a sensor 24 of the temperature of the urea.
  • the pump 6, the heating resistor 22 and the temperature sensor 24, are connected to an electronic card 26 for heating management, contiguous to the tank 2, which comprises a temperature sensor 28 of this card.
  • the electronic management card 26 is connected to the control computer of the engine, which provides control of the pollution of the engine.
  • FIG. 2 shows, as a function of the time t expressed in minutes on the horizontal axis, the temperature T expressed in ° C on the left vertical axis, measured by various temperature sensors placed in the tank 2 near the horizontal axis. suction port of the pump 6, and the power expressed in Watts on the vertical axis of the right, consumed by the heating resistor 22.
  • the urea temperature sensor 24 originally provided in the tank 2 near the heating resistor 22, is a sensor of the CTN type comprising a wire probe, which indicates in response to this heating a first curve 32 of the temperature of urea.
  • the temperature sensor of the electronic card 28 provided also original, is likewise a sensor of the CTN type comprising a wire probe, which indicates in response to this heating a second curve 34 of the temperature of this card .
  • the original temperature sensor urea 24 indicates for this urea a temperature of about 50 ° C, while a pumping test performed at that time shows that Urea is not fluid enough to be pumped.
  • the original sensor 24 is too influenced by the heating resistor 22, and may not be suitable for determining the possibility of starting the pumping.
  • the temperature of the card indicated by the curve 34 rises very slowly, to reach after 20 minutes a value of -7 ° C.
  • the other curves 40, 42, 44, 46, 48 and 50 show measurements of the temperature of the urea carried out by non-intended original sensors in the tank 2, which are added at different locations located at proximity of the heating resistor 22 and the pumping orifice, to make adjustments of the heating time optimization method.
  • the method of optimizing the heating time is as follows, it is performed for each vehicle produced.
  • the method carries out a first cycle comprising a heating sequence according to a defined short time. The process then measures the new temperature obtained, and performs a pumping test.
  • the process immediately begins this cycle in the same way. It can then start again several times if necessary, until pumping is possible.
  • the method records the temperature measured in the last cycle that allowed the pumping, and keeps it in memory. In this way, an apprenticeship is produced giving a value that becomes for this vehicle the temperature reference that will have to be reached, depending on the particular equipment of the vehicle.
  • the process then optimizes the following heating times, by monitoring the temperature indicated by the temperature sensor 24 to just reach this reference value without exceeding it, which allows to start the pumping as soon as possible, and to quickly begin the reduction of nitrogen oxides in the exhaust line.
  • the power consumption of the heating resistor is also reduced. Note that we can avoid having several temperature sensors in the tank, thanks to better use of the unique sensor made with the optimization process.
  • the method of optimizing the heating time also simplifies the development of the vehicle. It is no longer necessary to seek a precise location for the temperature sensor 24, giving an absolute value of the temperature of the urea at the point of drawing, but one can be satisfied with a relative value taken on a point lying near.

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Abstract

Procédé d'optimisation du temps de chauffage d'un liquide (4) constituant une source d'ammoniac, utilisé pour la réduction d'oxydes d'azote produits par un moteur à combustion interne, ce liquide étant contenu dans un réservoir (2) comprenant un dispositif de chauffage (22), un capteur de mesure de la température (24), et un moyen de pompage (6), caractérisé en ce qu'il réalise 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, puis il recommence ce cycle plusieurs fois si nécessaire jusqu'à ce que le pompage fonctionne, et enfin il enregistre la température de référence mesurée dans ce dernier cycle qui a permis le pompage.

Description

PROCEDE D'OPTIMISATION DU TEMPS DE CHAUFFAGE D'UNE SOURCE D'AMMONIAC POUR LA REDUCTION D'OXYDES D'AZOTE
[0001 ] La présente invention revendique la priorité de la demande française 1 160976 déposée le 30 novembre 201 1 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
[ooo2] La présente invention concerne un procédé de chauffage d'un liquide constituant une source d'ammoniac (NH3), telle que l'urée aqueuse contenue dans un réservoir, destiné au post-traitement de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, ainsi qu'un dispositif de chauffage de ce réservoir, et un véhicule automobile comportant un tel dispositif.
[ooo3] Les moteurs à combustion interne émettent dans la ligne d'échappement des gaz polluants comportant des oxydes d'azote (NOx). Pour répondre aux nouvelles normes d'émissions de gaz polluants des véhicules automobiles, il est connu de réduire ces oxydes d'azote par une réaction chimique en utilisant une source d'ammoniac, comme de l'urée sous forme aqueuse, pour obtenir de l'azote et de l'eau.
[ooo4] A cet effet l'urée, appelée par certains fabricants « Adblue », est injectée dans la ligne d'échappement en amont d'un catalyseur de réduction catalytique sélective (SCR), qui réalise la réaction de réduction éliminant les oxydes d'azote.
[ooo5] Toutefois, un problème qui se pose est que l'urée stockée dans un réservoir disposé dans le véhicule, gèle en dessous d'une température qui est de l'ordre de -1 1 °C. Le gel de l'urée empêche alors le pompage de ce liquide par une pompe, pour pouvoir l'injecter dans la ligne d'échappement. On ne peut obtenir la dépollution souhaitée dans ces conditions.
[ooo6] Pour y remédier, un dispositif connu, présenté notamment par les documents WO-A1 -2010/046152 et US-B2-7836684, comporte une résistance électrique chauffante qui est plongée dans le réservoir d'urée, près du point de pompage de cette urée, pour réaliser rapidement un dégel de la solution à proximité de ce point de pompage. [ooo7] Il est connu pour améliorer ce dispositif d'ajouter au moins un capteur de température dans le réservoir, pour suivre l'évolution de la température de l'urée et son dégel, et ainsi permettre de prévoir le moment où le pompage va pouvoir commencer, afin d'optimiser le chauffage. [ooo8] Toutefois suivant la localisation du capteur de température, on obtient des courbes d'élévation de température différentes, qui rendent difficiles les prévisions du temps d'attente nécessaire avant la disponibilité du pompage. De plus les dispersions de mesures dues aux tolérances de fabrication des composants produits en grandes séries, notamment de la résistance chauffante ou du capteur de température, ajoutent une incertitude sur ces prévisions.
[ooo9] Il est alors nécessaire de prévoir un temps de chauffe généralement plus long pour tenir compte des écarts, qui entraîne un retard dans la dépollution, et une consommation d'énergie électrique plus élevée. [ooi o] La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure.
[ooi i ] Elle propose à cet effet un procédé d'optimisation du temps de chauffage d'un liquide constituant une source d'ammoniac, utilisé pour la réduction d'oxydes d'azote produits par un moteur à combustion interne, ce liquide étant contenu dans un réservoir comprenant un dispositif de chauffage, un capteur de mesure de la température, et un moyen de pompage, caractérisé en ce qu'il réalise 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, puis il recommence ce cycle plusieurs fois si nécessaire jusqu'à ce que le pompage fonctionne, et enfin il enregistre la température de référence mesurée dans ce dernier cycle qui a permis le pompage.
[ooi 2] Un avantage du procédé d'optimisation du temps de chauffage selon l'invention, est que par la succession de séquences de chauffage comportant à chaque fois un essai de pompage, on peut étalonner les équipements d'un véhicule pour connaître la température minimum nécessaire indiquée par le capteur de température, permettant le pompage, ce qui permet de limiter par la suite les chauffages du liquide à ce minimum pour assurer la possibilité de pompage.
[0013] Le procédé d'optimisation du temps de chauffage selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles.
[ooi 4] Avantageusement, en cas de nouveaux risques de gel de l'urée, le procédé surveille la température indiquée par le capteur de température, pour arrêter le chauffage aussitôt cette valeur de référence atteinte.
[0015] L'invention a aussi pour objet un dispositif de chauffage d'un réservoir contenant un liquide constituant une source d'ammoniac utilisé pour la réduction d'oxydes d'azote produits par un moteur à combustion interne, mettant en œuvre un procédé comprenant l'une des caractéristiques précédentes.
[ooi 6] Avantageusement, le dispositif de chauffage du réservoir comporte un unique capteur de température, pour mesurer la température du liquide.
[0017] Avantageusement, le capteur de température est du type CTN, comportant une sonde filaire.
[0018] En particulier, le dispositif de chauffage peut comporter une carte électronique de gestion du chauffage du réservoir, qui est accolée à ce réservoir.
[0019] La carte électronique peut comporter un capteur de température.
[0020] Avantageusement, le dispositif de chauffage comporte une résistance électrique.
[0021 ] L'invention a aussi pour objet un véhicule automobile comprenant un dispositif de chauffage d'un réservoir contenant un liquide constituant une source d'ammoniac utilisé pour la réduction d'oxydes d'azote produits par un moteur à combustion interne, ce dispositif de chauffage comportant l'une quelconque des caractéristiques précédentes.
[0022] L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple et de manière non limitative, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
• la figure 1 est un schéma d'un réservoir comportant des équipements pour injecter de l'urée dans une ligne d'échappement ; et
• la figure 2 présente des mesures de température de cette urée en fonction du temps de chauffage, pour des capteurs de température disposés à différents endroits du réservoir.
[0023] La figure 1 présente un dispositif d'injection d'urée 1 utilisé sur un véhicule automobile, comprenant un réservoir 2 comportant de l'urée 4, qui est puisée par une pompe 6 pour être envoyée par une canalisation 8 à un injecteur 10 débouchant dans une ligne d'échappement 12.
[0024] Le réservoir comporte un volume réduit 20 entourant l'orifice d'aspiration de la pompe 6, qui contient une résistance chauffante électrique 22, et un capteur 24 de la température de l'urée.
[0025] La pompe 6, la résistance chauffante 22 ainsi que le capteur de température 24, sont reliés à une carte électronique 26 de gestion du chauffage, accolée au réservoir 2, qui comporte un capteur de température 28 de cette carte. Avantageusement, la carte électronique de gestion 26 est reliée au calculateur de contrôle du moteur thermique, qui assure le contrôle de la pollution de ce moteur.
[0026] La figure 2 présente en fonction du temps t exprimé en minutes sur l'axe horizontal, la température T exprimée en °C sur l'axe vertical de gauche, mesurée par différents capteurs de température placés dans le réservoir 2 près de l'orifice d'aspiration de la pompe 6, et la puissance exprimée en Watts sur l'axe vertical de droite, consommée par la résistance chauffante 22.
[0027] La courbe 30 présente pour un réservoir 2 comprenant de l'urée gelée à une température de -15°C au temps initial t=0, la puissance du chauffage démarrant à ce temps initial, qui oscille d'abord entre 65 et 75W, pour se stabiliser ensuite après 10mn à 65W. [0028] Le capteur de température de l'urée 24 prévu d'origine dans le réservoir 2 près de la résistance chauffante 22, est un capteur du type CTN comprenant une sonde filaire, qui indique en réponse à ce chauffage une première courbe 32 de la température de l'urée. [0029] Le capteur de température de la carte électronique 28 prévu aussi d'origine, est de la même manière un capteur du type CTN comprenant une sonde filaire, qui indique en réponse à ce chauffage une deuxième courbe 34 de la température de cette carte.
[0030] On constate qu'au bout de 10mn le capteur d'origine de température de l'urée 24 indique pour cette urée une température d'environ 50 °C, alors qu'un essai de pompage effectué à ce moment montre que l'urée n'est pas assez fluide pour être pompée. Le capteur d'origine 24 est trop influencé par la résistance chauffante 22, et ne peut pas convenir pour déterminer la possibilité de commencer le pompage. [0031 ] En parallèle à cette température de l'urée, on constate aussi que la température de la carte indiquée par la courbe 34 monte très lentement, pour atteindre au bout de 20mn une valeur de -7°C.
[0032] Les autres courbes 40, 42, 44, 46, 48 et 50, présentent des mesures de la température de l'urée effectuées par des capteurs non prévus d'origine dans le réservoir 2, qui sont ajoutés à différents endroits situés à proximité de la résistance chauffante 22 et de l'orifice de pompage, pour faire des mises au point du procédé d'optimisation du temps de chauffage.
[0033] On constate qu'au bout de 10mn, les capteurs correspondant aux quatre premières courbes 40, 42, 44 et 46 indiquent une température d'urée supérieure à 0°C, alors que le pompage n'est toujours pas possible.
[0034] Il est difficile dans ce cas en partant d'une température inférieure à - 1 1 °C, pour laquelle l'urée est gelée, de prévoir en fonction de l'information donnée par un de ces capteurs, un temps de chauffage permettant le pompage de manière sûre. [0035] De plus il faut tenir compte des dispersions de fabrication des différents composants liés au chauffage, et à la mesure de cette température. [0036] Le procédé d'optimisation du temps de chauffage est le suivant, il est réalisé pour chaque véhicule produit.
[0037] En dessous d'un seuil de température prédéfini indiqué par le capteur d'origine de température de l'urée 24, par exemple en dessous d'un seuil de - 7°C entraînant un risque de gel de cette urée, le procédé réalise un premier cycle comprenant une séquence de chauffage suivant un temps court défini. Le procédé mesure ensuite la nouvelle température obtenue, et réalise un essai de pompage.
[0038] Si le pompage échoue par défaut d'amorçage de la pompe 6, alors le procédé recommence aussitôt ce cycle de la même manière. Il peut recommencer ensuite plusieurs fois si nécessaire, jusqu'à ce que le pompage soit possible.
[0039] Dès que le pompage fonctionne, le procédé enregistre la température mesurée dans ce dernier cycle qui a permis le pompage, et le garde en mémoire. On réalise ainsi un apprentissage donnant une valeur devenant pour ce véhicule la référence de température qu'il faudra atteindre, en fonction de l'équipement particulier du véhicule.
[0040] En cas de nouveaux risques de gel de l'urée, le procédé optimise alors les temps de chauffage suivant, en surveillant la température indiquée par le capteur de température 24 pour atteindre tout juste cette valeur de référence sans la dépasser, ce qui permet de démarrer au plus tôt le pompage, et de commencer rapidement la réduction des oxydes d'azote dans la ligne d'échappement. On réduit aussi la consommation électrique de la résistance de chauffage. [0041 ] On notera qu'on peut ainsi éviter de disposer plusieurs capteurs de température dans le réservoir, grâce à une meilleure utilisation de l'unique capteur réalisée avec le procédé d'optimisation.
[0042] Le procédé d'optimisation du temps de chauffage simplifie aussi le développement du véhicule. On n'a plus besoin de chercher un emplacement précis pour le capteur de température 24, donnant une valeur absolue de la température de l'urée au point de puisage, mais on peut se contenter d'une valeur relative prise sur un point se trouvant à proximité.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Procédé d'optimisation du temps de chauffage d'un liquide (4) constituant une source d'ammoniac, utilisé pour la réduction d'oxydes d'azote produits par un moteur à combustion interne, ce liquide étant contenu dans un réservoir (2) comprenant un dispositif de chauffage (22), un capteur de mesure de la température (24), et un moyen de pompage (6), caractérisé en ce qu'il réalise 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, puis il recommence ce cycle plusieurs fois si nécessaire jusqu'à ce que le pompage fonctionne, et enfin il enregistre la température de référence mesurée dans ce dernier cycle qui a permis le pompage.
2 - Procédé d'optimisation du temps de chauffage selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'en cas de nouveaux risques de gel de l'urée, le procédé surveille la température indiquée par le capteur de température (24), pour arrêter le chauffage aussitôt cette valeur de référence atteinte.
3 - Dispositif de chauffage d'un réservoir contenant un liquide (4) constituant une source d'ammoniac utilisé pour la réduction d'oxydes d'azote produits par un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il met en œuvre un procédé selon la revendication 1 ou 2.
4 - Dispositif de chauffage d'un réservoir selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte un unique capteur de température (24), pour mesurer la température du liquide (4). 5 - Dispositif de chauffage d'un réservoir selon la revendication 4, caractérisé en ce que le capteur de température est du type du type CTN, comportant une sonde filaire.
6 - Dispositif de chauffage d'un réservoir selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une carte électronique (26) de gestion du chauffage du réservoir (2), qui est accolée à ce réservoir. 7 - Dispositif de chauffage d'un réservoir selon la revendication 6, caractérisé en ce que la carte électronique (26) comporte un capteur de température (28).
8 - Dispositif de chauffage d'un réservoir selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte une résistance électrique.
9 - Véhicule automobile comprenant un dispositif de chauffage d'un réservoir contenant un liquide (4) constituant une source d'ammoniac utilisé pour la réduction d'oxydes d'azote produits par un moteur à combustion interne, caractérisé en ce que ce dispositif de chauffage est réalisé selon l'une quelconque des revendications 3 à 8.
PCT/FR2012/052455 2011-11-30 2012-10-25 Procede d'optimisation du temps de chauffage d'une source d'ammoniac pour la reduction d'oxydes d'azote WO2013079838A1 (fr)

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