sélective dans un véhicule

L'invention concerne d'une façon générale le rechargement des cartouches contenant du gaz adsorbé dans un solide contenu dans la cartouche, ladite cartouche étant destinée à équiper un véhicule.

De telles cartouches ont été récemment conçues et constituent actuellement une voie prometteuse pour stocker un gaz en vue de son utilisation dans un véhicule.

Ces cartouches permettent de stocker un gaz à des pressions de stockage inférieures à celles rencontrées dans le cas d'un stockage purement gazeux.

Et une application particulièrement avantageuse de ce type de cartouche est l'utilisation d'ammoniac dans des applications de réduction des oxydes d'azote NOx par réduction catalytique sélective (SCR), notamment pour la réduction des émissions de polluants par les moteurs à combustion interne, en particulier les moteurs diesel.

De telles cartouches contiennent un gaz (dans l'exemple mentionné ci-dessus : l'ammoniac) de manière à le rendre disponible pour une utilisation en association avec le fonctionnement du véhicule.

La quantité de gaz contenu dans la cartouche étant limitée, il est nécessaire de prévoir le remplacement de la cartouche.

Les exploitations actuellement envisagées de ces cartouches dans des applications de réduction des oxydes d'azote (NOx) par réduction catalytique sélective (SCR), notamment pour la réduction des émissions de polluants par les moteurs à combustion interne, consistent à récupérer les cartouches vides et à les transporter (après les avoir regroupées) vers un site industriel de rechargement. Après leur rechargement en ammoniac sur le site industriel, les cartouches sont à nouveau transportées, vers un centre de distribution où les véhicules peuvent se rendre pour recevoir une nouvelle cartouche pleine.

Le rechargement sur site industriel se fait en alimentant un lot de cartouches vides avec une source d'ammoniac sous pression. Dans ce rechargement, les cartouches sont rechargées en lots, et toutes les cartouches du lot sont mises sous une pression unique (qui correspond à la pression de la source). La source d'ammoniac sous pression contient une quantité importante d'ammoniac et permet d'établir une pression nominale d'ammoniac dans les cartouches.

Ce schéma de remplacement de cartouches est envisageable. Cependant il est associé à certaines contraintes.

Une contrainte importante de ce schéma découle ainsi du fait qu'il nécessite la mise en place d'un système logistique relativement lourd pour acheminer les cartouches récupérées vides vers le centre de rechargement, et pour les acheminer ensuite du centre de rechargement vers le centre de distribution.

Ce système logistique nécessite en effet une infrastructure particulière pour transporter un gaz, et ceci est vrai tout particulièrement dans le cas de l'ammoniac. Ceci engendre une complexité de fonctionnement et un coût.

Par ailleurs, la logistique décrite ci-dessus engendre également des délais pour disposer d'une cartouche rechargée.

On pourrait certes envisager de stocker l'ammoniac hors du site de rechargement industriel, par exemple dans des points décentralisés de rechargement où les utilisateurs viendraient directement faire recharger leur cartouche une fois que le niveau de celle-ci est bas.

Mais cette solution impliquerait de prévoir des moyens lourds pour stocker de l'ammoniac.

L'invention se propose de pallier à ces contraintes et limitations. Afin d'atteindre cet objectif, l'invention propose un dispositif de rechargement avec de l'ammoniac d'une cartouche pour la réduction des oxydes d'azote par réduction catalytique sélective, comprenant :

- Des moyens de mémorisation de caractéristiques des cartouches à recharger, lesdits moyens comprenant des zones de mémoire pour au moins un type de cartouche à recharger,

o Lesdites caractéristiques incluant pour chaque type de cartouche des paramètres de rechargement dudit type de cartouche,

- Des moyens d'identification du type de cartouche pour reconnaître le type d'une cartouche à recharger,

- Des moyens de rechargement pour assurer le rechargement de la cartouche avec une quantité d'ammoniac désirée, lesdits moyens de rechargement comprenant :

o Des moyens de réception desdits paramètres de rechargement en provenance des moyens de mémorisation, o Une unité de fabrication d'ammoniac à la demande, en fonction d'une instruction de fabrication,

o Des moyens de commande de ladite unité de fabrication, pour transmettre à ladite unité de fabrication une consigne de fabrication correspondant à ladite quantité d'ammoniac désirée,

- Des moyens d'alimentation pour effectuer le rechargement de la cartouche avec ladite quantité d'ammoniac désirée, lesdits moyens d'alimentation comprenant des moyens de refroidissement de la cartouche.

Des aspects avantageux, mais non limitatifs de ce dispositif sont les suivants :

- Le dispositif comporte également

o Dans lesdits moyens de mémorisation, une zone de mémoire pour mémoriser pour chaque type de cartouche un 'poids nominal purgé', correspondant à une valeur nominale de poids de cartouche lorsque ladite cartouche ne contient pas d'ammoniac,

o Des moyens de purge pour purger la cartouche à recharger de son contenu gazeux,

o Des moyens de pesage de la cartouche à recharger, pour acquérir une valeur mesurée de poids de cartouche purgée, dit 'poids mesuré purgé',

o Des moyens pour mesurer l'écart entre ledit poids mesuré purgé et ledit poids nominal purgé,

o Des moyens pour générer une alerte de poids purgé si ledit écart excède un seuil donné.

Le dispositif comporte également

o Dans lesdits moyens de mémorisation, une zone de mémoire pour mémoriser pour chaque type de cartouche un

'poids nominal rechargé, correspondant à une valeur nominale de poids de cartouche lorsque ladite cartouche est remplie d'ammoniac,

o Des moyens de pesage de la cartouche après son rechargement, pour acquérir une valeur mesurée de poids de cartouche rechargée, dit 'poids mesuré rechargé',

o Des moyens pour mesurer l'écart entre ledit poids mesuré rechargé et ledit poids nominal rechargé,

o Des moyens pour générer une alerte de poids rechargé si ledit écart excède un seuil donné.

Le dispositif comporte également des moyens pour déclencher un autodiagnostic du dispositif en cas d'alerte de poids rechargé.

Les moyens d'autodiagnostic comprennent :

o Des moyens de contrôle de la qualité de l'ammoniac fabriqué par ladite unité de fabrication, o Des moyens de contrôle de la température des moyens de refroidissement de la cartouche.

L'invention concerne par ailleurs un procédé de rechargement avec de l'ammoniac d'une cartouche pour la réduction des oxydes d'azote par réduction catalytique sélective, comprenant :

- la mémorisation de caractéristiques des cartouches à recharger, pour au moins un type de cartouche à recharger,

o Lesdites caractéristiques incluant pour chaque type de cartouche des paramètres de rechargement dudit type de cartouche,

- l'identification du type de cartouche pour reconnaître le type d'une cartouche à recharger,

- le rechargement de la cartouche avec une quantité d'ammoniac désirée, ledit rechargement comprenant :

o la réception desdits paramètres de rechargement, o la fabrication d'ammoniac à la demande, en fonction d'une instruction de fabrication,

o la commande de ladite fabrication, avec une consigne de fabrication correspondant à ladite quantité d'ammoniac désirée,

- l'alimentation de la cartouche avec ladite quantité d'ammoniac désirée.

L'invention concerne par ailleurs un procédé

Avantageusement, avant le rechargement de la cartouche ce procédé comprend également les étapes consistant à :

- mémoriser pour chaque type de cartouche un 'poids nominal purgé', correspondant à une valeur nominale de poids de cartouche lorsque ladite cartouche ne contient pas d'ammoniac,

- purger la cartouche à recharger de son contenu gazeux,

- acquérir une valeur mesurée de poids de cartouche purgée, dit 'poids mesuré purgé', - mesurer l'écart entre ledit poids mesuré purgé et ledit poids nominal purgé,

- générer une alerte de poids purgé si ledit écart excède un seuil donné.

D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante, faite en référence à la figure 1 qui illustre schématiquement la mise en œuvre de l'invention sur une cartouche. Sur cette figure une même cartouche C est représentée dans des états successifs, lors d'étapes successives (certaines étant optionnelles) de la mise en œuvre de l'invention.

Dans le cas de l'invention des moyens et un procédé particuliers sont prévus pour permettre le rechargement de cartouches vides, sans être exposé aux limitations exposées ci-dessus.

On entend ici par « cartouches » des cartouches contenant de l'ammoniac adsorbé dans un solide contenu dans la cartouche, ladite cartouche étant destinée à équiper un véhicule. Le solide peut être constitué d'une succession de couches de sel et de graphite. Le sel choisi a la propriété d'adsorber l'ammoniac et permet ainsi de le fixer, pour le libérer lors d'une utilisation désirée.

L'utilisation de cet ammoniac correspond dans le contexte de l'invention à la réduction des oxydes d'azote NOx par réduction catalytique sélective (SCR), notamment pour la réduction des émissions de polluants par les moteurs à combustion interne, en particulier les moteurs diesel. A cet effet l'ammoniac est libéré pour être mélangé aux gaz d'échappement du moteur, permettant ainsi la réduction des oxydes d'azote. Ceci définit le contexte de l'invention.

Dans le cas de l'invention on ne prévoit pas de recharger les cartouches dans une unité industrielle centrale, comme cela est actuellement envisagé. Au contraire, les cartouches sont rechargées dans une pluralité de lieux de rechargement décentralisés. Ces lieux peuvent correspondre par exemple aux concessions et garages automobiles qui entretiennent habituellement les véhicules.

Pour permettre le rechargement des cartouches dans ces lieux, sans y entraîner la mise en place d'équipements lourds, un des aspects de l'invention consiste à ne pas stocker de réserve d'ammoniac. Un tel stockage étant soumis à des contraintes lourdes, il est en effet avantageux de l'éviter.

Au lieu de stocker de l'ammoniac en vue du rechargement des cartouches, on procède de la manière suivante.

Les cartouches vides sont enlevées du véhicule (typiquement par le concessionnaire chargé de l'entretien du véhicule) dans un des lieux de rechargement, et placées dans le dispositif selon l'invention. On est averti de l'état vide de la cartouche par une mesure ou un signal adapté à cet effet.

Dans le lieu de rechargement un dispositif 100 selon l'invention est prévu.

Ce dispositif est apte à recharger la cartouche C (représentée vide ou quasi-vide en 10) sans qu'il y ait besoin de stocker de l'ammoniac sur place en vue du rechargement des cartouches.

A cet égard, le dispositif comprend des moyens 1 10 de mémorisation de caractéristiques des cartouches à recharger, lesdits moyens comprenant des zones de mémoire pour au moins un type de cartouche à recharger. Ces moyens de mémorisation peuvent comprendre une mémoire, dans laquelle les caractéristiques des cartouches (incluent en particulier des caractéristiques de rechargement) sont stockées en association avec le type de cartouche correspondant.

Par 'type de cartouche' on entend une des catégories prédéfinies de cartouche, chaque catégorie étant définie par des spécificités telles que la capacité de la cartouche. On définit ainsi a priori un ensemble de catégories de cartouches.

Ces 'caractéristiques de cartouche' sont typiquement différentes pour chaque type de cartouche. Elles incluent pour chaque type de cartouche des paramètres de rechargement dudit type de cartouche. On reviendra sur ces caractéristiques de rechargement. Ces caractéristiques peuvent également comprendre d'autres informations propres au type de cartouche concerné.

Le dispositif comprend également des moyens d'identification du type de la cartouche présentée par l'utilisateur, pour reconnaître le type de cartouche à recharger. La cartouche est quant à elle munie d'une étiquette E, visible de l'extérieur ou non (il peut s'agir par exemple d'une étiquette RFID).

Ces moyens peuvent comprendre par exemple des moyens de lecture sous la forme d'un lecteur de code barre ou un lecteur RFID.

Cette lecture permet d'identifier le type de cartouche, et cette information de type de cartouche est transmise (étape 20) aux moyens de mémorisation. Des moyens de traitement associés aux moyens de mémorisation permettent de sélectionner en conséquence des caractéristiques de rechargement de la cartouche.

Le dispositif permet en effet de recharger chaque cartouche selon son type.

Le dispositif comprend en outre des moyens 120 de rechargement pour assurer le rechargement de la cartouche avec une quantité d'ammoniac désirée.

Ces moyens de rechargement, illustrés en référence à l'étape 50, comprennent :

- Des moyens de réception desdits paramètres de rechargement en provenance des moyens de mémorisation. Il s'agit d'une connexion (filaire ou non) permettant de récupérer dans les moyens de mémorisation les caractéristiques de rechargement qui sont mémorisées en association avec le type de la cartouche, - Une unité de fabrication d'ammoniac à la demande. Cette unité est apte à fabriquer de l'ammoniac à la demande (par électrolyse ou par hydrolyse d'urée, ou par électrolyse d'urine par exemple), en fonction d'une consigne de fabrication qu'elle est apte à recevoir, - Des moyens de commande de ladite unité de fabrication, pour transmettre à ladite unité de fabrication une consigne de fabrication correspondant à ladite quantité d'ammoniac désirée,

- Des moyens d'alimentation pour effectuer le rechargement de la cartouche avec ladite quantité d'ammoniac désirée, lesdits moyens d'alimentation comprenant des moyens de refroidissement de la cartouche.

La consigne de fabrication est dans un mode de réalisation un temps de fabrication d'ammoniac, et de rechargement de cartouche avec l'ammoniac fabriqué. Dans ce mode de réalisation l'ammoniac est généré par l'unité de fabrication avec une pression définie (cette pression est supérieure à la pression atmosphérique, par exemple supérieure à 4 bars) pendant le temps de rechargement, et c'est le temps de rechargement de la cartouche qui détermine la quantité d'ammoniac injectée dans la cartouche.

On va présenter ci-dessous des options de l'invention. Ces options sont combinables entre elles selon toute combinaison possible.

Option : purge et pesée de cartouche purgée L'option qui va être présentée dans cette section est facultative pour le dispositif selon l'invention, qui peut être réalisé sans les moyens de purge et de pesage mentionnés dans cette section. Cette option est importante pour le procédé selon l'invention, comme on va le voir.

On peut également prévoir que les moyens de mémorisation 1 10 du dispositif comprennent une zone de mémoire pour mémoriser pour chaque type de cartouche un 'poids nominal purgé', en association avec chaque type de cartouche.

Ce poids nominal purgé correspond, pour le type de cartouche concerné, à une valeur nominale de poids de cartouche lorsque ladite cartouche ne contient pas d'ammoniac.

Selon cette option illustrée par les étapes 30 et 40 de la figure, le dispositif comprend également des moyens de purge pour purger la cartouche à recharger de son contenu gazeux. La cartouche apparaît ainsi vide à l'étape 30.

Les moyens de purge comprennent typiquement une source de dépression (typiquement une pompe calibrée pour établir une pression faible, par exemple de l'ordre d'un ou plusieurs centibars) et des moyens de raccordement de cette source de dépression à l'espace intérieur de la cartouche.

Cette purge vise à vider la cartouche de son éventuel contenu gazeux. Ce contenu gazeux peut comprendre de l'ammoniac résiduel. Il peut également comprendre des contaminants sous forme gazeuse. Or il est avantageux de s'assurer que de tels contaminants, qui seraient susceptibles de dégrader les performances (notamment de stockage) de la cartouche, sont absents de la cartouche qui va être rechargée.

Selon cette option le dispositif comprend également des moyens de pesage de la cartouche à recharger, pour acquérir (étape 40) une valeur mesurée de poids de cartouche purgée, dit 'poids mesuré purgé'. Cette mesure est en effet effectuée après la purge de la cartouche.

Et le dispositif comprend en outre des moyens pour mesurer l'écart entre ledit poids mesuré purgé et ledit poids nominal purgé, qui est mémorisé.

Enfin, selon cette option le dispositif comprend des moyens pour générer une alerte de poids purgé si ledit écart excède un seuil donné. Ceci permet de détecter les cartouches dont le poids, à l'issue de la purge, est sensiblement différent du poids nominal - attendu - de ce type de cartouche purgé.

Un tel écart est en effet un symptôme d'une cartouche contenant des contaminants non gazeux, les éventuels contaminants gazeux ayant été éliminés par la purge.

Le contaminant non gazeux peut par exemple être de l'eau.

Le dispositif et le procédé selon cette option de l'invention permettent ainsi de détecter les cartouches contenant un contaminant non gazeux.

Ces cartouches peuvent ainsi être mises de côté sans les recharger, ce qui évite de fabriquer de l'ammoniac pour une cartouche défectueuse. Option : pesage après rechargement - avantage intrinsèque à cette option, synergie avec l'option précédente, et variante avec autodiagnostic

Selon une autre option, illustrée par l'étape 60, on prévoit que le dispositif comprenne également dans les moyens de mémorisation et en association avec chaque type de cartouche, une zone de mémoire pour mémoriser pour le type de cartouche un 'poids nominal rechargé'.

Ce poids nominal rechargé correspond à une valeur nominale - attendue pour une cartouche normale de ce type - de poids de cartouche lorsque la cartouche est remplie d'ammoniac.

Selon cette option le dispositif comprend également des moyens de pesage de la cartouche après son rechargement, pour acquérir une valeur mesurée de poids de cartouche rechargée, dit 'poids mesuré rechargé'.

Cette pesée est effectuée après le rechargement de la cartouche. Ces moyens de pesée peuvent être les mêmes que les moyens de pesée mentionnés à propos de l'option précédente, si ces deux options sont combinées.

Selon cette option, le dispositif comprend des moyens pour mesurer l'écart entre ledit poids mesuré rechargé et ledit poids nominal rechargé.

Et le dispositif comprend également des moyens pour générer une alerte de poids rechargé si ledit écart excède un seuil donné.

De la sorte on détecte les cartouches qui, après rechargement, ont un poids sensiblement différent du poids attendu pour des cartouches du type identifié.

Cet écart de poids de cartouche rechargée peut avoir une des causes suivantes :

• la cartouche contient un contaminant gazeux ou non gazeux, (dans le cas où l'option précédente n'a pas été mise en œuvre - car si elle a été mise en œuvre les éventuels contaminants gazeux ont été évacués par la purge, et les éventuels contaminants non gazeux ont déjà été détectés), ou

• le processus de rechargement est défectueux, ou

· le matériau de stockage de la cartouche est défectueux (par exemple les couches de graphite contenu dans des compartiments de la cartouche présentent des défauts qui altèrent leurs propriétés de conductivité thermique).

La mesure de cet écart permet de détecter les cartouches défectueuses, et d'éviter leur remise en circulation.

Il est à noter que la combinaison de cette option avec l'option mentionnée précédemment est particulièrement avantageuse.

En effet, en combinant ces deux options on peut :

• grâce à l'analyse de la pesée du poids à vide, avant le rechargement, détecter les cartouches contenant un contaminant non gazeux, et • grâce à l'analyse du poids rechargé, après le rechargement, détecter les cartouches dont le matériau de stockage est défectueux, et signaler également les cas dans lesquels le processus de rechargement est défectueux,

· tout en simplifiant l'analyse du poids rechargé car si ce poids rechargé présente un écart avec le poids rechargé nominal, cet écart n'est pas dû à la présence de contaminants dans la cartouche (cette cause aurait en effet été détectée lors de l'analyse de la première pesée, du poids à vide).

Un écart détecté entre le poids rechargé mesuré et le poids rechargé nominal est ainsi susceptible de signaler que le processus de rechargement est défectueux, c'est à dire que les moyens de rechargement ne fonctionnent pas correctement.

On peut ainsi prévoir des moyens complémentaires pour déclencher automatiquement un autodiagnostic du dispositif en cas d'alerte de poids rechargé.

L'autodiagnostic peut en particulier consister à contrôler :

- la qualité de l'ammoniac fabriqué par ladite unité de fabrication. Il est à cet égard avantageux de contrôler la teneur en eau, en hydrogène, en CO2, ou encore en azote de cet ammoniac,

- la température des moyens de refroidissement de la cartouche. En effet si ces moyens sont défectueux le rechargement de la cartouche en ammoniac ne s'effectue pas correctement. L'invention permet ainsi de recharger des cartouches sans être exposé aux limitations mentionnées en introduction de ce texte à propos de l'art antérieur.

En outre l'invention peut être déployée de manière particulièrement simple, car l'urée devient maintenant aisément disponible (par exemple dans des stations-service, ou dans les réseaux de concessionnaires automobiles de certaines marques de véhicules). On trouve ainsi des points de distribution d'urée (notamment sous la forme d'AdBlue (marque déposée d'une solution de 32,5 % d'urée diluée dans de l'eau) couvrant un nombre croissant de territoires.

Et selon une variante il est même possible de mettre en œuvre l'invention en prévoyant que l'unité de fabrication fabrique de l'ammoniac à partir d'urine.

Dans les deux cas, la 'matière première' à partir de laquelle l'ammoniac est fabriqué est disponible sur place, sans nécessiter de contraintes lourdes de stockage telles que les contraintes associés au stockage d'ammoniac.