Titre : PROCEDE DE MESURE D’INJECTION DE FLUIDE

Domaine technique

[0001] La présente divulgation relève du domaine des systèmes de réduction sélective catalytique (SCR pour selective catalytic reduction en anglais) pour les moteurs Diesel et en particulier concerne les dispositifs d’injection d’urée, en amont d’un catalyseur d’échappement d’un véhicule Diesel, qui comportent un accumulateur pourvu d’une raideur hydraulique relativement faible.

Technique antérieure

[0002] Pour ces dispositifs d’injection il est nécessaire de mesurer la quantité d’urée injectée en amont du catalyseur notamment en vue d’établir un diagnostic sur le bon fonctionnement du dispositif et détecter des pannes telles qu’un injecteur d’urée partiellement bouché.

[0003] Un dispositif d’injection d’urée de type connu selon la figure 1 comporte un circuit hydraulique pourvu d’une pompe 1 raccordée à un injecteur 2 au travers d’une tuyauterie 4, relativement longue et éventuellement pourvue d’une partie flexible 4a, et d’un accumulateur 3 proche de la pompe. Un capteur de pression 5 mesure la pression à proximité de l’accumulateur pour piloter le fonctionnement de la pompe en sorte de maintenir la pression dans le circuit entre deux valeurs de consigne, par exemple une pression basse de démarrage de la pompe aux alentours de 4 bar à 6 bar et une pression d’arrêt de la pompe aux alentours de 5 à 7 bar.

[0004] L’injecteur injecte une solution comportant de l’urée dans un conduit d’échappement 7 en amont d’un catalyseur 8 d’un véhicule.

[0005] La fonction principale de l’accumulateur pourvu de la chambre 3a, de la membrane 3c et du ressort de rappel 3b, produisant une contre-pression dans la chambre, est de contenir un certain volume permettant à la pompe de fonctionner de manière intermittente de sorte que plusieurs injections puissent être effectuées en utilisant le volume de fluide accumulé dans la chambre de l’accumulateur. Une autre fonction de l’accumulateur est le lissage des pics de pression qui suivent l’ouverture de l’injecteur. Ceci est réalisé en dotant l’accumulateur d’une raideur hydraulique faible par rapport à la raideur hydraulique du reste du circuit. L’accumulateur est aussi de ce fait appelé amortisseur hydraulique.

[0006] La pompe 1 et l’injecteur 2 sont pilotés électriquement par un calculateur électronique 6 qui reçoit notamment le signal de pression du capteur de pression 5 et qui comporte une sortie de commande de l’ouverture de l’injecteur ainsi qu’une sortie de commande de la pompe. L’accumulateur fonctionne pour sa part de manière totalement passive et comporte pour ce faire une membrane souple et un ressort de rappel s’opposant à l’augmentation de volume de l’accumulateur.

[0007] Un fonctionnement typique est le suivant. Lorsque la pression mesurée par le capteur de pression atteint une pression minimale, le calculateur démarre la pompe et la pompe remonte la pression rapidement, par exemple d’environ 1 bar. Lorsque la pression maximale est atteinte le calculateur arrête la pompe. Avec l’augmentation de pression, la quantité de fluide contenue dans l’accumulateur augmente et une petite quantité de fluide est aussi stockée dans le circuit du fait de l’élasticité relative des tuyaux, joints ou autre. Une fois la pression maximale atteinte, l’injecteur est actionné plusieurs fois plus ou moins rapidement en fonction des conditions de fonctionnement du moteur jusqu’à ce que le volume de fluide dans l’accumulateur soit injecté et que la pression retombe à la valeur minimale.

Ensuite, le cycle recommence.

[0008] La détermination de la quantité de fluide injecté est réalisée par calcul au niveau du calculateur de gestion du dispositif qui connait le temps d’ouverture de l’injecteur, la périodicité des injections, le delta de pression à chaque injection au niveau du capteur de pression et la durée de la chute de pression. De nombreux tests ont montré que la quantité injectée dans un tel système calibré est très proche de la consigne et que l’erreur reste dans une fourchette de l’ordre de ±5%. Cette erreur vient de la variabilité des composants utilisés tels que l’injecteur, l’accumulateur ou autres, leur vieillissement et les conditions de fonctionnement du système. Toutefois l’erreur croît considérablement dans le cas où l’injecteur se bouche partiellement et dans un tel cas la quantité d’urée injectée devient insuffisante. Les normes antipollution requièrent pour détecter une telle situation une mesure supplémentaire de la quantité injectée appelée surveillance de la déviation de consommation appelé ci-après CDM acronyme de l’expression anglaise correspondante « Consumption Deviation Monitoring ».

[0009] Un objectif principal de la mesure est de permettre au système d’identifier des situations dans lesquelles la quantité de fluide injectée serait grandement différente de la consigne du fait d’un injecteur bouché au moins partiellement.

[0010] Dans le cas d’un injecteur obstrué à 50% par des particules de suie de l’échappement, le système n’injecte approximativement plus que 50% d’urée et la valeur CDM serait alors -50%.

[0011] A l’heure actuelle de nombreux constructeurs de véhicules de tourisme, de véhicules industriels ou de véhicules lourds requièrent une détection fiable de ce niveau de -50% voire même d’un niveau de -30% mais aussi une détection de niveaux de +50% voire +30% dans le cas d’injecteurs fuyards.

[0012] Cette dernière valeur est la limite de précision que peuvent atteindre la fonction CDM des systèmes actuels et une précision encore plus importante est déjà recherchée par certains constructeurs.

[0013] La masse injectée répond à l’équation suivante :

[0014] [Math. 1]

[0015] où M est la masse injectée en kg, p est la densité en kg/m ³ , K est la raideur hydraulique en Pa/m ³ et P la pression en pascal.

[0016] La raideur hydraulique du circuit ressort de l’équation :

[0017] [Math. 2]

[0018] La raideur K du circuit est fonction de la raideur KD de l’accumulateur et de la raideur Ki du reste du circuit hydraulique selon l’équation :

[0019] [Math. 3]

[0020] Pour le calcul CDM, la raideur est calculée en tant que fonction de la réponse dynamique du circuit hydraulique :

[0021] [Math. 4]

[0022] Les méthodes actuelles de mesure de raideur comportent un calcul de la variation de pression APinj divisée par le temps tinj lors d’une chute de pression au niveau de l’accumulateur pendant des injections unitaires 21 comme décrit en figure 2.

[0023] Actuellement le calcul du AP/At pour chaque injection est très sensible aux erreurs d’échantillonnage des signaux de pression et de temps en plus de l’instabilité numérique de l’opération de dérivation.

[0024] Une méthode plus précise est donc nécessaire.

Brève description de l’invention

[0025] Au vu de cet art antérieur la présente demande propose une méthode perfectionnée de mesure de masse d’urée injectée basée en premier lieu sur une mesure de AP entre deux mises en route de la pompe et ainsi autour d’une série d’injections.

[0026] Plus précisément la présente invention propose un procédé de mesure de masse d’urée injectée par un système d’injection dudit fluide dans un système d’échappement d’un véhicule comportant une pompe, un accumulateur, un capteur de pression et un circuit distribuant le fluide à un injecteur, la pompe et l’injecteur étant pilotés par un calculateur en fonction de paramètres de fonctionnement moteur et de mesures de pression au niveau du capteur de pression et pour lequel l’injection du fluide comporte des séquences de séries d’injection du fluide contenu dans l’accumulateur entre des séquences de mise en route de la pompe sur détection d’une pression inférieure à un seuil PON et d’arrêt de la pompe sur détection d’une pression supérieure à un seuil POFF entre deux séquences de séries d’injection, qui comporte une mesure de la pression après arrêt de la pompe avant le début d’une séquence d’injection, une mesure de pression après une fin de séquence d’injection et avant une mise en route de la pompe, un calcul de masse injectée selon la formule:

[Math. 5]

Pour laquelle p est la densité du fluide en kg/m ³ et K est la raideur hydraulique de circuit complet en Pa/m ³ et pour lequel K est calculé à partir de la formule [Math. 6]

Où KD est la raideur hydraulique de l’accumulateur et Ki est la raideur hydraulique du reste du circuit,

- une comparaison de la masse injectée calculée avec une masse injectée de consigne.

Le procédé de l’invention propose ainsi une méthode de mesure plus précise que les méthodes connues et qui est basée sur des mesures de pressions entre deux recharges de l’accumulateur par la pompe pour réaliser un calcul de masse injectée sur une série d’injections.

[0027] Le procédé comporte avantageusement le déclenchement d’un dispositif d’alarme au cas où la masse injectée mesurée est inférieure à un pourcentage donné de la masse injectée de consigne sur un nombre de mesures déterminé ce qui permet par exemple de détecter un injecteur partiellement bouché.

[0028] Le procédé peut aussi comporter le déclenchement d’un dispositif d’alarme au cas où la masse injectée est supérieure d’un pourcentage donné de la masse injectée de consigne sur un nombre de mesures déterminé par exemple pour détecter un injecteur qui fuit par exemple.

[0029] Ki étant une donnée comportant une valeur de base Kib dépendante du type de véhicule comportant le système d’injection le procédé peut comporter une étape d’intégration de ladite valeur de base dans le calculateur dans une étape de fabrication dudit véhicule.

[0030] Ainsi, la raideur n’a pas besoin d’être calculée au niveau du véhicule comportant le dispositif.

[0031] Ki étant une donnée comportant une valeur de correction K| _C dépendant de la température de fonctionnement du dispositif, le procédé comporte un algorithme de mesure de température et de calcul de la correction K| _C au moyen d’une sonde de température lors du fonctionnement dudit véhicule.

[0032] Ceci accroît la précision de la mesure.

[0033] Le procédé peut comporter un algorithme de détermination du seuil POFF comportant un moyennage de la pression du capteur de pression sur un intervalle de temps ti après la coupure de la pompe par le calculateur et avant le début de la séquence d’injection et comportant un algorithme de détermination du seuil PON comportant un moyennage de la pression donnée par le capteur de pression sur un intervalle de temps t2 entre la mesure du seuil PON et une commande de démarrage de la pompe par le calculateur.

[0034] Ainsi les pressions de début et de fin de mesure sont moyennées ce qui évite des fausses détections.

[0035] Le procédé peu comporter un algorithme de détermination du seuil POFF pourvu d’une détection de la fin d’un gradient croissant de pression ainsi qu’un moyennage de valeurs de pression mesurées par le capteur de pression sur un intervalle de temps t _mi suivant la fin du gradient croissant.

[0036] Le procédé peut, de manière alternative ou complémentaire, comporter un algorithme de détermination du seuil POFF pourvu d’une détection d’un début de gradient décroissant de pression et un moyennage de valeurs de pression mesurées par le capteur de pression sur un intervalle de temps t _m 3 avant ce début de gradient décroissant

[0037] Le procédé peut aussi comporter un algorithme de détermination du seuil PON pourvu d’une détection d’une fin de gradient décroissant de pression ainsi qu’un moyennage de valeurs de pression mesurées par le capteur de pression sur un intervalle de temps t _m 2 suivant la fin du gradient décroissant respectivement.

[0038] De manière alternative ou complémentaire, le procédé peut comporter un algorithme de détermination d’une détection d’un début d’un gradient croissant et un moyennage de valeurs de pression mesurées par le capteur de pression sur un intervalle de temps t _m 4 avant le début du gradient croissant.

[0039] Ces différentes méthodes de détection de PON et POFF peuvent permettre d’affiner la détection des seuils PON et POFF.

[0040] Le procédé peut comporter une mesure de la raideur de l’accumulateur KD réalisée lors de la fabrication de l’accumulateur et l’intégration de cette mesure dans une mémoire non volatile dudit calculateur dans un étape de fabrication dudit véhicule. Ceci permet d’apparier les accumulateurs et les calculateurs.

[0041] Selon un mode de réalisation alternatif, le procédé peut comporter la mémorisation dans une mémoire non volatile de calculateurs d’une pluralité de véhicules d’une valeur moyenne de la raideur KD d’une série d’accumulateurs produits.

[0042] Le procédé peut comporter une mesure périodique de Ki en réalisant des évènements arrêt de pompe et injection à une pression inférieure à la pression minimale ouvrant l’accumulateur pendant une durée calibrée correspondant à un volume injecté calibré et une mesure de AP sur ladite durée calibrée pour calculer Ki. [0043] Ceci donne une valeur de base de Ki, KD n’entrant pas en considération pour cette mesure.

[0044] L’invention peut comporter aussi un produit programme d’ordinateur comportant des instructions de code de programme enregistrées sur un support lisible par ordinateur pour la mise en œuvre des étapes du procédé tel que décrit précédemment lorsque ledit programme est exécuté par le calculateur d’un véhicule.

[0045] L’invention concerne en outre un support d’enregistrement non transitoire lisible par ordinateur sur lequel est enregistré un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour la mise en œuvre des étapes du procédé tel que décrit précédemment.

Brève description des dessins

[0046] D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après d’exemples de réalisation non limitatifs, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :

[0047] [Fig. 1] montre une vue schématique d’un système d’injection auquel s’applique le procédé de l’invention ;

[0048] [Fig. 2] montre un graphique représentant deux méthodes de l’art antérieur ;

[0049] [Fig. 3] montre un graphique représentant une mesure selon le procédé de l’invention ;

[0050] [Fig. 4] représente un exemple de logigramme d’un procédé de l’invention ;

[0051] [Fig. 5A] montre un premier exemple de mesure de pressions dans le cadre du procédé de l’invention ;

[0052] [Fig. 5B] montre un deuxième exemple de mesure de pressions dans le cadre du procédé de l’invention ;

[0053] [Fig. 5C] montre un troisième exemple de mesure de pressions dans le cadre du procédé de l’invention.

Description des modes de réalisation

[0054] Les dessins et la description ci-après contiennent des éléments pouvant non seulement servir à mieux faire comprendre la présente invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.

[0055] Il est maintenant fait référence à la figure 1 qui représente un système d’injection d’un fluide contenant de l’urée dans un système d’échappement d’un véhicule 9 pourvu d’un tube 7 dans lequel débouche l’injecteur 2 et un catalyseur 8 dans lequel l’urée va permettre de réduire les molécules NOx. Le système comporte une pompe 1 qui pompe le fluide depuis un réservoir 10, un accumulateur 3, un capteur de pression 5 et un circuit 4, 4a distribuant le fluide depuis la pompe vers un injecteur 2, la pompe 1 et l’injecteur 2 étant pilotés par un calculateur (6) en fonction de paramètres de fonctionnement moteur et de mesures de pression au niveau du capteur de pression 5.

[0056] Selon la figure 3, dans ce système, l’injection du fluide comporte des séquences 20 de séries d’injections 21 de fluide contenu dans l’accumulateur entre des séquences de mise en route de la pompe 23a, 23b sur détection d’une pression inférieure à un seuil PON (ON pour en marche en anglais) et d’arrêt de la pompe 24a, 24b sur détection d’une pression supérieure à un seuil POFF (OFF pour à l’arrêt en anglais) pour recharger l’accumulateur avec la montée en pression 25.

[0057] Les durées d’ouverture des injecteurs sont de l’ordre de 20 ms à 40 ms et la chute de pression dure de 50 ms à 150 ms selon la souplesse du système et son inertie. Chaque injection cause une chute de pression de l’ordre de 100 mbar. Leur nombre et fréquence dépend notamment de la charge moteur et du régime moteur. Dans ce cadre, la figure 3 concerne un cas où les injections sont globalement très rapprochées ce qui correspond à un régime moteur et/ou une charge élevée du moteur.

[0058] La pompe se met en marche pour une pression 23 de l’ordre de 6 bar et s’arrête pour une pression 24 de l’ordre de 7 bar. On notera que ces valeurs sont approximatives et peu précises lorsque les injections sont très serrées comme dans l’exemple représenté.

[0059] Le procédé comporte comme représenté en figure 4 une initialisation avec test de pompe en marche 100 puis un test de pompe arrêtée 110 pour réaliser une mesure 120 de la pression P1 après arrêt de la pompe, par exemple au point 24a de la figure 3 avant le début d’une séquence d’injection, une recherche de une fin de séquence d’injection 130 par exemple au point 23b et avant une mise en route de la pompe, une mesure 140 de la pression PON et un calcul 150 de masse injectée selon la formule vue plus haut:

[0060] [Math. 7]

[0061] Pour laquelle p est la densité du fluide en kg/m ³ et K est la raideur hydraulique de circuit complet en Pa/m ³ et pour lequel K est calculé à partir de la formule vue plus haut :

[0062] [Math. 8] où KD est la raideur hydraulique de l’accumulateur et Ki est la raideur hydraulique du reste du circuit,

[0063] Toujours selon la figure 4, le procédé comporte une comparaison 160 de la masse injectée calculée avec un pourcentage de la masse injectée de consigne programmée dans le calculateur, par exemple 70% pour détecter une baisse répétée de 30% de la masse injectée.

[0064] Cette comparaison est suivie d’un test 180 réalisé par la comparaison du nombre Nb1 de détections d’écarts entre la masse injectée calculée et la masse de consigne par rapport à une limite L1 et si ce nombre dépasse ladite limite, le système déclenche une alarme 190 selon laquelle le système ne peut plus fournir la quantité d’urée nécessaire pour réduire suffisamment les polluants.

[0065] Toujours selon la figure 4, un second test 165 va comparer la masse injectée à une limite haute correspondant à la masse de consigne additionnée d’un pourcentage de cette dernière par exemple +30%. Ce test va déclencher une alarme 190 si le défaut se reproduit sur un nombre d’occurrences Nb2 supérieur à une limite L2 selon le test 185.

[0066] Ceci va alerter dans le cas où le dispositif injecterait trop d’urée ce qui peut causer une génération d’ammoniac.

[0067] L’invention n’est ainsi pas tributaire d’une mesure de pression au niveau de chaque injection ce qui accroît la précision de mesure et permet de répondre à des normes plus strictes sur la fonction de surveillance du bon fonctionnement du dispositif d’injection d’urée.

[0068] En effet, dans le procédé de l’invention, la valeur AP des injections unitaires 21 n’a pas besoin d’être calculée ce qui réduit les erreurs de mesure. En outre la détermination de POFF et de PON peut être réalisée en moyennant respectivement la mesure donnée par le capteur de pression dans un intervalle ti après l’arrêt de la pompe pour la valeur POFF suite à la montée en pression 25 et dans un intervalle t2 avant le démarrage de la pompe pour la valeur PON après une série d’injections 20 pour avoir une valeur plus précise compte tenu du bruit au niveau du capteur comme représenté en figure 5A.

[0069] Il est aussi possible comme représenté en figure 5B de déterminer le moment où mesurer la valeur du capteur de pression pour déterminer la pression POFF au moyen d’un premier algorithme qui, à partir des mesures de pression du capteur 5, détecte la fin 25b d’un gradient de pression croissant pour la mesure de pression POFF suite à la montée en pression 25. Cet algorithme peut alors moyenner la pression mesurée sur un intervalle de temps donné t _mi après la fin 25b du gradient croissant de pression 25.

[0070] Pour la mesure de la pression PON, le procédé peut comporter un second algorithme qui, à partir des mesures de pression du capteur 5, détecte la fin 20b d’un gradient décroissant de pression avant le démarrage de la pompe après la série d’injections 20.

[0071] Ce second algorithme peut alors comporter un moyennage de la pression sur une durée t _m 2 après la fin 20b du gradient décroissant de pression 20.

[0072] Les moyennages peuvent se faire typiquement sur une durée de 20 ms à 40 ms ou sur un nombre d’échantillons donné, par exemple 5 à 10 échantillons après l’évènement déclencheur de la mesure.

[0073] Selon la figure 5C, la mesure peut aussi être réalisée par un troisième algorithme de mesure, toujours avec le capteur de pression 5, qui détecte le démarrage 20a d’un gradient décroissant de pression 20 après une montée en pression 25 pour détecter le seuil POFF. Dans ce cas, la pression sera moyennée sur des mesures antérieures mémorisées faites pendant une durée t _m s avant le démarrage du gradient décroissant.

[0074] Pour la mesure de PON, un quatrième algorithme de mesure peut comporter la détection du démarrage 25a d’un gradient de pression croissant 25 après une série d’injections 20. Dans ce cas, la pression PON sera moyennée sur les mesures mémorisée pendant une durée tm4 avant le démarrage du gradient croissant.

[0075] Les moyennages peuvent aussi se faire sur un nombre d’échantillons donné mémorisés avant ces évènements.

[0076] Les moyennages peuvent là aussi se faire typiquement sur une durée de 20 ms à 40 ms ou sur un nombre d’échantillons de 5 à 10 échantillons.

[0077] Une combinaison de ces méthodes peut être utilisée par exemple en fonction des phases de fonctionnement moteur pour accroitre la précision sur la mesure et le calcul de AP.

[0078] L’invention nécessite de connaître KD et, pour ce faire, KD est par exemple déterminé en mesurant dans des conditions quasi statiques la relation entre le déplacement hydraulique de l’accumulateur et la pression. Ceci est réalisé sur un banc de mesure en fin de ligne de fabrication des accumulateurs qui sont testés à 100%.

[0079] Les données pour chaque accumulateur peuvent être mémorisées dans une base de données et retrouvées lors de la fabrication du véhicule ou imprimées sur un code barre ou autre sur chaque accumulateur et lu automatiquement pour être intégré au calculateur du véhicule recevant l’accumulateur respectif.

[0080] Pour un système moins performant, il est possible de mesurer la moyenne des raideurs d’une série d’accumulateurs et de l’introduire dans une série correspondante de calculateurs de véhicules. Comme l’erreur est dans un tel cas de moins de+/-10 %, cette méthode reste acceptable pour améliorer la fonction CDM par rapport à l’art antérieur.

[0081] La masse totale injectée du fluide et donc de l’urée est simplement calculée en ajoutant les masses des mesures effectuées entre les évènements arrêt de pompe et mise en route de pompe en comparant avec la somme des valeurs définies pour chaque injection sur plusieurs dizaines d’injection.

[0082] Un autre élément à connaître est la valeur de Ki la raideur du reste du circuit. Cette raideur comporte une première composante Kib qui dépend du circuit hydraulique du véhicule, lignes, joints, flexibles etc. et du fluide et qui est pratiquement identique pour l’ensemble des véhicules d’un même modèle et ne nécessite pas d’être recalculée. Cette valeur peut être introduite dans le calculateur pour tous les véhicules d’un même type. Elle peut être déterminée avec précision lors d’un test avec le système complet sans l’accumulateur qui est remplacé par un bouchon. Le test comporte par exemple un test classique de mesure de pression sans l’accumulateur. La raideur Ki comporte en outre une seconde composante K| _C dépendante de la température de fonctionnement du dispositif qui peut être déterminée pour un type de véhicule par la réalisation du test précité dans une chambre climatique à plusieurs températures pour pouvoir intégrer sa loi de variation dans le calculateur.

[0083] Un autre paramètre qui peut fausser les mesures est la présence de bulles d’air dans le circuit en particulier au démarrage du système ce qui modifie de manière très importante la valeur de Ki et fausse les mesures. Aussi la mesure est désactivée pendant une période déterminée après démarrage du moteur du véhicule pour laisser le temps aux bulles d’air éventuellement présentes dans le circuit suite à sa purge lors de l’arrêt du moteur de s’évacuer.

[0084] Il est aussi possible de périodiquement mesurer Ki pour accroître la précision de la mesure. Pour ce faire il est possible de procéder à des injections à une pression inférieure à la pression d’ouverture de l’accumulateur et de mesurer la pression après un nombre d’injections donné à comparer à une mesure préalable sur banc de test.

[0085] Cette mesure qui se base sur la mesure d’un AP sur une durée calibrée sans influence de l’accumulateur permet de corriger la raideur Kl en tenant compte de la quantité d’air effectivement présente dans le circuit en utilisant les valeurs de AP et de At obtenues lors de ces injections à pression plus basse pour estimer la quantité d’air sur présente dans le système.

[0086] Le procédé décrit est donc adapté à accroître la précision de la mesure CDM. L’invention n’est pas limitée aux exemples décrit et notamment en moyennant les valeurs mesurées sur plusieurs cycles arrêt-marche de la pompe offrir une précision encore meilleure.