FR2949812A1

FR2949812A1 - Dispositif et procede de regulation de l'injection d'une quantite de reducteur en phase gaz

Info

Publication number: FR2949812A1
Application number: FR0956182A
Authority: FR
Inventors: Christophe Charial
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2009-09-10
Filing date: 2009-09-10
Publication date: 2011-03-11
Anticipated expiration: 2029-09-10
Also published as: CN102597445A; CN102597445B; FR2949812B1; US20120174563A1; EP2475851A1; WO2011030023A1

Abstract

L'invention se rapporte à un dispositif (16) de régulation de l'injection d'une quantité de réducteur en phase gaz comprenant une conduite (18) de fourniture en réducteur, un régulateur (20) de pression dans la conduite, des organes (24) de détection de la pression en aval du régulateur (20), un injecteur (22) de réducteur, et un calculateur contrôlant l'injecteur selon la pression mesurée.

Description

DISPOSITIF ET PROCEDE DE REGULATION DE L'INJECTION D'UNE QUANTITE DE REDUCTEUR EN PHASE GAZ [0001 La présente invention concerne un dispositif de régulation de l'injection d'une quantité de réducteur en phase gaz. Il est aussi proposé un procédé pour mettre en oeuvre ce procédé. [0002 Les oxydes d'azote (NOX) provenant des gaz d'échappement des moteurs à 10 combustion interne sont liés à des problèmes de santé pour les humains et sont un élément clé de la formation de "smog" (nuages de pollution) dans les villes. La législation impose des niveaux de rigueur croissante pour leur réduction et/ou leur élimination de sources fixes ou mobiles. Pour cela, une solution ayant fait la preuve de son efficacité est de réduire chimiquement les NOx en ajoutant un agent réducteur 15 tel que du NH3 (ammoniac) en amont d'un catalyseur mettant en oeuvre une réduction sélective catalytique (ou SCR) spécifique et ainsi de permettre à un moteur du type Diesel de respecter des niveaux d'émissions de plus en plus strictes. [0003] La difficulté de la SCR est d'apporter dans l'échappement l'ammoniac nécessaire à la réduction des NOx. Il faut alors stocker ce réducteur sur le véhicule. 20 Pour cela plusieurs concepts ont été développés pour embarquer l'ammoniac : sous forme d'urée solide, sous forme d'urée liquide en solution aqueuse, sous forme de carbamate d'ammonium,... [0004] Le document FR-A-2 725 245 présente un dispositif d'alimentation en carburant de moteur à combustion interne. Le dispositif comprend une pompe conçue 25 pour puiser du carburant dans un réservoir et un élément sensible à la pression régnant dans une conduite d'alimentation sans dérivation reliée à la sortie de la pompe et adapté pour piloter la mise en service de la pompe. Le dispositif comprend en outre un régulateur détendeur placé en série sur la conduite d'alimentation sans dérivation reliée à la sortie de la pompe, en amont du site d'utilisation de carburant. 30 [0005] Le document EP-A-1 198 740 décrit un dispositif pour déterminer le débit d'un fluide à travers un régulateur de pression, le dispositif comprenant des capteurs de pression en amont et en aval du régulateur.5 [0006] Le document US-A-2008 022670 présente un dispositif d'injection d'urée liquide dans une ligne d'échappement. Un régulateur de pression d'urée liquide ainsi qu'un capteur de pression d'urée sont utilisés. Ce dernier mesure la pression d'urée fournie à l'injecteur et le régulateur permet de réguler la pression d'arrivée. Lorsque ladite pression d'arrivée devient trop importante, l'urée retourne vers le réservoir d'urée. [0007] L'inconvénient de stocker d'utiliser de l'urée liquide ou en solution aqueuse est qu'il faut utiliser d'importants réservoirs, ce qui génère un poids supplémentaire au véhicule. Pour cette raison, l'utilisation d'un réducteur gaz est préféré, mais le problème est de parvenir à une architecture permettant la maîtrise de la quantité de réducteur gaz injectée. [0008] Pour cela, l'invention propose un dispositif de régulation de l'injection d'une quantité de réducteur en phase gaz comprenant une conduite de fourniture en réducteur, un régulateur de pression dans la conduite, des organes de détection de la pression en aval du régulateur, un injecteur de réducteur, et un calculateur contrôlant l'injecteur selon la pression mesurée. [0009] Dans une variante, le dispositif comprend en outre des organes de détection de la pression en amont du régulateur, l'organe de détection de pression en aval, et éventuellement celui en amont, étant par exemple un capteur de pression ou un manocontact. [0010] Dans une variante, le dispositif comprend en outre un capteur de température en aval et/ou en amont du régulateur de pression. [0011] Dans une variante, le régulateur comprend une première chambre d'arrivée de réducteur, une deuxième chambre d'acheminement de réducteur vers l'injecteur, un passage de réducteur entre la première chambre et la deuxième chambre, le passage étant obturé au-dessus d'une pression seuil dans la deuxième chambre et le passage étant ouvert en dessous de cette pression seuil, de sorte que la pression en aval du régulateur peut être augmentée. [0012] Dans une variante, le passage est dans une tige de piston et débouche dans les deux chambres, la tige supporte une tête de piston mobile en translation dans la deuxième chambre, et un ressort sollicite la tête de piston et est adapté à ouvrir le passage lorsque la pression dans la deuxième chambre est inférieure au seuil et adapté à fermer le passage lorsque la pression dans la deuxième chambre est supérieure au seuil. [0013] Dans une variante, le réducteur en phase gaz est de l'ammoniac (NH3), de l'hydrogène (H2), des hydrocarbures (HC). [0014] L'invention a également pour objet une ligne de post traitement de gaz d'échappement, caractérisée en ce qu'elle comprend un ou plusieurs réservoirs de stockage de réducteur en phase gaz et le dispositif décrit ci-dessus, relié au ou aux réservoir. [0015] L'invention a également pour objet un procédé de régulation de l'injection d'une quantité de réducteur en phase gaz dans une telle ligne de post traitement de gaz d'échappement, caractérisé en ce qu'il comprend la fourniture de réducteur à l'injecteur, la régulation de la pression en aval du régulateur, la détection de la pression en aval du régulateur, et, le contrôle du temps d'ouverture de l'injecteur par le calculateur selon la pression mesurée. [0016] Dans une variante, le procédé comprend en outre la détection de la pression en amont du régulateur, et l'émission d'un signal d'anomalie lorsque la pression en amont et/ou en aval du régulateur est au-delà ou en deçà d'un seuil. [0017] Dans une variante, adaptée au contrôle d'une ligne comprenant une pluralité de réservoirs, procédé comprend en outre la détection de la pression en amont du régulateur, et la commutation de l'alimentation de la conduite en réducteur entre les réservoirs lorsque la pression détectée en amont du régulateur est en deçà d'un seuil. [0018] Dans une variante, le procédé comprend en outre une étape de détermination de la température en aval et/ou en amont du régulateur, par mesure de la température ou par utilisation d'un modèle, le contrôle du temps d'ouverture de l'injecteur par le calculateur étant aussi réalisé selon la température. [0019] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui montrent : • figure 1, un véhicule pourvu d'une ligne de post traitement des gaz d'échappement ; • figure 2, un dispositif de régulation de l'injection de réducteur ; • figure 3, un régulateur de pression. [0020] L'invention se rapporte à un dispositif et un procédé de régulation de l'injection d'une quantité de réducteur en phase gaz. Le dispositif comprend une conduite de fourniture en réducteur et un régulateur de pression dans la conduite. Le dispositif comporte aussi des organes de détection de la pression en aval du régulateur et un injecteur de réducteur selon la pression. Le dispositif comprend également un calculateur contrôlant l'injecteur selon la pression mesurée. Ceci permet de maîtriser le débit de réducteur gaz avec précision. En outre, une telle architecture permet de maîtriser le débit avec un nombre réduit de composants, ce qui réduit le coût de l'ensemble. [0021] La figure 1 montre un véhicule 10 comportant une ligne 12 de post traitement de gaz d'échappement. Le véhicule 10 comporte un moteur 14, par exemple du type Diesel, auquel est reliée la ligne 12. La ligne 12 peut comporter différents sites de traitement des gaz d'échappement. Par exemple, la ligne 12 peut comporter un site de dénitrification 15. Le site 15 de dénitrification DeNox comprend un catalyseur provoquant la réduction des Nox par réaction avec de l'ammoniac injecté dans la ligne 12. D'autres sites peuvent être présents sur la ligne mais ne sont pas représentés. [0022] La figure 1 montre aussi un dispositif 16 de régulation de l'injection d'une quantité de réducteur en phase. Le dispositif 16 permet l'injection d'un réducteur en phase gaz. Le réducteur est par exemple de l'hydrogène (H2) ou des hydrocarbures (HC). Le réducteur peut aussi être de l'ammoniac NH3 utilisé sur le site 15. L'avantage d'injecter un réducteur sous forme gaz est qu'il n'est pas nécessaire de procéder à une transformation préalable d'un réducteur liquide en un réducteur gaz, cette transformation devant avoir lieu dans des conditions très particulières qui peuvent s'avérer difficiles à réaliser. En outre, des quantités plus importantes de réducteur en phase gaz peuvent être disponibles à bord du véhicule pour un poids de stockage bien moindre. Le dispositif 16 est relié à un ou plusieurs réservoirs 17 de stockage de réducteur. Par exemple, le réservoir 17 peut consister en un stockage par absorption de NH3 sur un sel de type XCl2. Le gaz est libéré par apport thermique ou par une baisse de pression. [0023] La figure 2 montre le dispositif 16 plus en détail. Le dispositif 16 comporte une conduite 18 de fourniture en réducteur. La conduite 18 est reliée au réservoir 17. Le réducteur est acheminé vers la ligne 12 par la conduite 18 depuis le réservoir 17. Le dispositif 16 comporte également un régulateur 20 de la pression dans la conduite.

Le régulateur 20 permet de gérer la pression du réducteur. Le régulateur 20 sera mieux décrit en liaison avec la figure 3. Un injecteur 22 permet l'injection de réducteur dans la ligne 12. L'injecteur permet de gérer le débit du réducteur. En particulier, le dispositif 16 permet de contrôler l'injecteur 22 pour faire varier le temps d'injection du réducteur en fonction de la pression du réducteur dans la conduite 18. Ceci permet de maîtriser le débit de réducteur gaz avec précision et de donc de réduire les NOx. L'injecteur 22 est par exemple un injecteur à aiguille ou un injecteur à membrane, connu en soi. [0024] Le régulateur 20 permet de porter le réducteur à une pression convenant à l'injection dans la ligne 12. Le régulateur 20 peut diminuer la pression selon l'état de celle-ci. En effet, l'injecteur 22 fonctionnant de préférence à pression fixe, et la pression du réducteur étant susceptible d'être très fluctuante en raison de son état gazeux, le régulateur 20 permet de réguler la pression en amont de l'injecteur 22. La pression en sortie du réservoir 17 pouvant varier de 0 à 300 bars, ou plus généralement, de 0,1 bar à 30 bars, le régulateur permet de stabiliser la pression en amont de l'injecteur 22. Le dispositif permet donc d'utiliser la régulation de la pression couplée à un temps d'ouverture de l'injecteur pour définir la quantité de gaz passé. [0025] La figure 3 montre un exemple de réalisation du régulateur 20. Le régulateur est basé sur un principe mécanique. Le régulateur 20 permet d'augmenter la pression en aval du régulateur si la pression est au-dessous d'une pression seuil d'injection dans la ligne 12. Ceci permet de veiller à ce que la pression du réducteur soit suffisante pour une injection convenable, et pour une réduction convenable des espèces toxiques présentes dans les gaz d'échappement. Le régulateur peut comporter une première chambre 32 d'arrivée du réducteur par le biais d'une canalisation 34 reliée au conduit 18. [0026] Le régulateur 20 comporte en outre une deuxième chambre 36 d'acheminement de réducteur vers l'injecteur 22 par le biais d'une canalisation 38 reliée au conduit 18. La pression du réducteur pénétrant la première chambre est à haute pression et la pression du réducteur quittant la deuxième chambre est à basse pression. [0027] Le conduit comporte un passage 40 de réducteur entre la première chambre 32 et la deuxième chambre 36. Le passage 40 est obturé lorsque la pression dans la deuxième chambre 36 est au-dessus d'un seuil prédéterminé. Le passage 40 est ouvert lorsque la pression dans la deuxième chambre 36 est au-dessous du seuil prédéterminé. Ainsi, si en outre la pression est devenue plus élevée dans la première chambre que dans la deuxième chambre, ceci permet le passage du réducteur vers la deuxième chambre par le biais du passage 40. Ceci permet d'augmenter la pression dans la deuxième chambre et donc la pression en amont de l'injecteur 22. [0028] De manière plus détaillée, le passage 40 est dans une tige 42 de piston et débouche dans les deux chambres 32 et 36. Le passage 40 est un canal d'acheminement permettant au réducteur de circuler d'une chambre à l'autre. La tige 42 s'étend d'une chambre à l'autre au travers d'une paroi 43 du régulateur séparant les deux chambres. La tige 42 supporte une tête 44 de piston. La tête 44 est mobile en translation dans la deuxième chambre 36. Un ressort 46 sollicite la tête 44 du piston en translation dans la deuxième chambre 36. Le ressort 46 est par exemple maintenu en compression entre la tête 44 du piston et la paroi 43. [0029] Lorsque la pression dans la deuxième chambre 36 diminue et que la pression dans la deuxième chambre 36 devient inférieure au seuil prédéterminé, le ressort 46 sollicite la tête 44 en direction de la canalisation 38. Ceci permet de libérer l'orifice de l'extrémité du passage 40 située dans la première chambre 32. La pression étant devenue plus importante dans la première chambre 32, le réducteur pénètre par l'orifice dans le passage 40 et pénètre par l'orifice de l'autre extrémité du passage 40 située dans la deuxième chambre 36. Lorsque la pression dans la deuxième chambre 36 est suffisamment haute pour contrer la force du ressort 46, la pression régnant dans la deuxième chambre 36 sollicite la tête 44 de piston en direction de la paroi 43 à l'encontre du ressort 46. L'orifice situé à l'extrémité du passage 40 située dans la première chambre 32 est plaqué contre le corps du régulateur 20 et est obturé. Le réducteur ne peut plus circuler de la première chambre 32 vers la deuxième chambre 36. [0030] Le ressort 46 est taré pour réguler la pression en amont de l'injecteur 22 quelque soit la pression en amont du régulateur 20. [0031] Des joints toriques assurent l'étanchéité entre la tête 44 du piston et le corps du régulateur et entre la tige 42 du piston et le corps du régulateur, en particulier la paroi 43. [0032] Le dispositif 16 comporte aussi des organes 24 de détection de la pression en aval du régulateur 20. Les organes de détection 24 permettent de savoir si la pression en amont de l'injecteur 22 est trop haute ou trop basse par rapport à la pression requise pour l'injection dans la ligne 12. En conséquence, le calculateur contrôle l'injecteur selon la pression mesurée, et en particulier le temps d'ouverture de l'injecteur. [0033] Le dispositif 16 peut aussi comporter des organes 26 de détection de la pression en amont du régulateur 20. Les organes 26 de détection permettent de piloter le ou les réservoirs 17. L'information des organes 26 est aussi délivrée au calculateur. Par exemple, si les organes 26 détectent une trop forte montée en pression de la part du ou des réservoirs 17, cela peut indiquer que les réservoirs 17 libèrent trop de réducteur. A l'inverse, si la pression est trop basse et en deçà d'un seuil, cela peut indiquer que le ou les réservoirs 17 sont en passe de s'épuiser. Dans le cas où le véhicule comporte plusieurs réservoirs 17, par exemple deux réservoirs 17, le calculateur peut commander une commutation de l'alimentation de la conduite en réducteur entre les réservoirs 17 et de signaler que l'un des réservoirs doit être changé. Ceci permet d'avoir plusieurs réservoirs utilisés de manière automatique. [0034] Les organes 24, 26 de détection de la pression permettent aussi de définir l'état du dispositif, à savoir s'il est fonctionnel ou dysfonctionnel. En d'autres termes, les organes 24, 26 de détection permettent de détecter le bon fonctionnement du régulateur 20 ou une anomalie. Par exemple, les organes 24 permettent de détecter le bon état du ressort. En effet, l'information des organes 24 est délivrée à un calculateur qui permet de déterminer le bon fonctionnement du régulateur, et notamment du ressort 46. Les organes 24 sont reliés au calculateur, pour lui fournir une information relative à la pression en amont de l'injecteur 22. Les organes 26 permettent de détecter un mauvais fonctionnement du ou des réservoirs. Un signal d'anomalie peut être envoyé par le calculateur pour informer le conducteur. [0035] Les organes 24 et 26 sont par exemples des manocontacts. Les manocontacts, tels que ceux divulgués dans le document FR-A-2 725 245, permettent de convertir une pression en un signal électrique délivré au calculateur.

Les mouvements d'une membrane dans une chambre en fonction de la pression régnant dans la chambre permettre d'ouvrir ou de fermer un contact électrique ce qui délivre ou non le signal électrique. Il s'agit d'un signal binaire. Il peut être envisagé de mettre un ou deux manocontacts pour chacun des organes 24 et 26. L'avantage de deux manocontacts est de pouvoir palier l'insuffisance de l'un d'entre eux. Les organes 24 et 26 peuvent aussi être des capteurs de pression. Un seul capteur de pression pour chacun des organes 24, 26 suffit du fait de sa fiabilité. [0036] Des capteurs de température 30, 31 peuvent être présents en amont et/ou en aval du régulateur 20. Le contrôle du temps d'ouverture de l'injecteur par le calculateur est alors réalisé aussi selon la température Ceci permet d'affiner la connaissance de la pression du réducteur, qui varie selon la température dans la conduite 38. L'information relative à la température peut aussi être obtenue par calcul, notamment à l'aide d'un modèle. Ceci permet d'éviter des capteurs supplémentaires.

Claims

REVENDICATIONS1. Un dispositif (16) de régulation de l'injection d'une quantité de réducteur en phase gaz comprenant une conduite (18) de fourniture en réducteur, un régulateur (20) de pression dans la conduite, des organes (24) de détection de la pression en aval du régulateur (20), un injecteur (22) de réducteur, et un calculateur contrôlant l'injecteur selon la pression mesurée.
2. Le dispositif (16) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des organes (26) de détection de la pression en amont du régulateur (20).
3. Le dispositif (16) selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un capteur (30, 31) de température en aval et/ou en amont du régulateur (20) de pression.
4. Le dispositif (16) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le régulateur (20) comprend une première chambre (32) d'arrivée de réducteur, une deuxième chambre (36) d'acheminement de réducteur vers l'injecteur, un passage (40) de réducteur entre la première chambre (32) et la deuxième chambre (36), le passage (40) étant obturé au-dessus d'un seuil de pression dans la deuxième chambre (36) et le passage (40) étant ouvert en dessous de ce seuil de pression.
5. Le dispositif (16) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le passage (40) est dans une tige (42) de piston et débouche dans les deux chambres, la tige supporte une tête de piston mobile en translation dans la deuxième chambre (36), et un ressort (46) sollicite la tête de piston et est adapté à ouvrir le passage (40) lorsque la pression dans la deuxième chambre (36) est inférieure au seuil et adapté à fermer le passage (40) lorsque la pression dans la deuxième chambre (36) est supérieure au seuil.
6. Une ligne (12) de post traitement de gaz d'échappement, caractérisée en ce qu'elle comprend un ou plusieurs réservoirs (17) de stockage de réducteur en phase gaz et le dispositif (16) selon l'une des revendications 1 à 5 relié au ou aux réservoirs (17).
7. Un procédé de régulation de l'injection d'une quantité de réducteur en phase gaz dans la ligne (12) de post traitement de gaz d'échappement selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend la fourniture de réducteur à l'injecteur, la régulation de la pression en aval du régulateur, la détection de la pression en aval du régulateur, et, le contrôle du temps d'ouverture de l'injecteur par le calculateur selon la pression mesurée.
8. Le procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le procédé comprend en outre la détection de la pression en amont du régulateur, et l'émission d'un signal d'anomalie lorsque la pression en amont et/ou en aval du régulateur est au-delà ou en deçà d'un seuil.
9. Le procédé selon l'une des revendications 7 à 8, la ligne de post traitement comprenant une pluralité de réservoirs, caractérisé en ce que le procédé comprend en outre la détection de la pression en amont du régulateur, et la commutation de l'alimentation de la conduite (18) en réducteur entre les réservoirs lorsque la pression détectée en amont du régulateur est en deçà d'un seuil.
10. Le procédé selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de détermination de la température en aval et/ou en amont du régulateur (20), par mesure de la température ou par utilisation d'un modèle, le contrôle du temps d'ouverture de l'injecteur par le calculateur étant aussi réalisé selon la température.