D'ECHAPPEMENT ET VEHICULE

[0001 ] La présente demande revendique la priorité des demandes françaises 1 153416 et 1 153432 déposées le 20 avril 201 1 dont les contenus (texte, dessins et revendications) sont ici incorporés par référence.

[ooo2] L'invention se situe dans le domaine technique du système de posttraitement des oxydes d'azote (NOx) par injection d'un réactif à l'échappement (système SCR - utilisée par la suite - pour « sélective catalytic réduction » en anglais ou réduction catalytique sélective), d'un moteur essence ou diesel.

[ooo3] Le système SCR (expression utilisée par la suite - pour « sélective catalytic réduction » en anglais ou réduction catalytique sélective) est une des solutions possibles pour le post-traitement des dioxydes d'azote (NOx par la suite) sur moteur Diesel. Le principe d'un tel système est de réduire chimiquement les NOx en ajoutant un agent réducteur (NH3 - ammoniac) en amont d'un catalyseur SCR spécifique et ainsi de permettre à ce type de moteur de respecter des niveaux d'émissions de plus en plus strictes.

[ooo4] La réduction des oxydes d'azote par l'ammoniac selon les réactions SCR est une méthode bien connue et largement utilisée dans l'industrie, notamment dans des usines stationnaires. Appliquée à l'automobile, la difficulté de la SCR est d'apporter dans l'échappement l'ammoniac nécessaire à la réduction des NOx. Il est nécessaire de stocker ce réducteur sur le véhicule. 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, etc....

[ooo5] Il existe aujourd'hui différentes stratégies pour le contrôle du système SCR. Il existe des systèmes comprenant un seul réservoir (ou cartouche) de réducteur et au moins un capteur de pression en amont du système d'injection. Il existe également des systèmes comprenant une grande cartouche, une plus petite (réservoirs ou cartouches « Main » et « Start-up ») et au moins un capteur de pression en amont du système d'injection. Il existe encore des systèmes comprenant deux cartouches, deux clapets anti-retour et au moins un capteur de pression en amont du système d'injection. Il existe en outre des systèmes comprenant deux grandes cartouches, une petite cartouche, deux clapets anti- retour et au moins un capteur de pression en amont du système d'injection.

[0006] Les documents US 2007 1 63245, WO 0601 2903, WO 07000170, WO08077626, DE1 02001024544, DE1 02008012543, EP1 977 817, EP 1 992 397, US 2001 053342, US 2004045284, WO 03090908 donnent des exemples de systèmes de systèmes de SCR avec réducteur gaz. [ooo7] Cependant, aucun de ces documents ne permet de détecter de manière simple le changement de la cartouche ou réservoir de réducteur. Il existe donc un besoin pour cela.

[ooo8] Un des enjeux de tels systèmes est l'utilisation à bon escient des différentes cartouches de stockage de NH3 dans le cas d'un système à plusieurs cartouches. Le système de pilotage doit connaître quelle est la cartouche en cours d'utilisation.

[ooo9] Pour connaître la cartouche active qui est celle en cours d'utilisation, la stratégie de pilotage demande soit l'ajout de capteurs, soit l'ajout d'actionneurs (ex : électrovannes) supplémentaires au système. Ce qui a un coût et complexifie la solution. Il est donc souhaitable que la stratégie de contrôle utilise les capteurs et actionneurs déjà prévus dans le système et intègre des algorithmes de détection de cartouche en cours d'utilisation. Le problème est de devoir rendre le système indisponible pour réaliser la détection durant un temps trop long.

[ooi o] Il existe donc un besoin en un procédé permettant de vérifier rapidement le changement de cartouche.

[ooi i] Pour cela, l'invention propose un procédé de validation de la détection d'un changement de cartouche de réducteur d'oxyde d'azote dans un système SCR comportant une pluralité de cartouches et des canalisations reliant les cartouches à un injecteur, caractérisé en ce que le procédé comprend - la réalisation d'une pluralité de chauffes au sein d'une première cartouche alimentant les canalisations ,

- la réalisation d'au moins une chauffe d'une deuxième cartouche,

- la détection de l'alimentation des canalisations par la deuxième cartouche,

- la validation du changement de cartouche d'alimentation par la détection d'une augmentation de la pression dans les canalisations suite à la réalisation d'une chauffe au sein de la deuxième cartouche.

[0012] Selon une variante, le procédé comprend une temporisation avant de réaliser l'étape de validation, au cours de laquelle aucune chauffe n'est réalisée. [ooi 3] Selon une variante, si suite à la réalisation d'une chauffe au sein de la deuxième cartouche, une diminution de la pression est constatée, le changement de cartouche n'est pas validé.

[0014] l'invention propose aussi un procédé de détection d'un changement de cartouche d'un réducteur dans un système SCR comportant une pluralité de cartouches et des canalisations reliant les cartouches à un injecteur, caractérisé en ce que le procédé comprend

- la régulation de la pression au sein d'une première cartouche alimentant les canalisations, la régulation comprenant des phases de montée en pression de la première cartouche,

- la montée en pression d'une deuxième cartouche

- la détection de l'alimentation des canalisations par la deuxième cartouche par la détection d'une variation de la pression dans les canalisations alors que la première cartouche est en dehors d'une phase de montée en pression.

[ooi 5] Selon une variante, la montée en pression des cartouches est réalisée par la chauffe des cartouches.

[0016] Selon une variante, le système SCR comporte un organe de contrôle commande qui régule en pression les cartouches et assure la montée en pression des cartouches.

[0017] Selon une variante, l'organe de contrôle commande régule en pression une cartouche à la fois. [0018] Selon une variante, après la validation de l'alimentation des canalisations par la deuxième cartouche, l'organe de contrôle régule la pression de la deuxième cartouche.

[0019] Selon une variante, le procédé comprend en outre la mesure ou l'estimation de la pression dans les canalisations.

[0020] Selon une variante, la pression dans les canalisations correspond à la pression de la cartouche ayant la plus grande pression.

[0021 ] Selon une variante, le procédé comprend, au cours de la validation du changement d'alimentation, une augmentation de la dérivée de la pression dans les canalisations.

[0022] L'invention se rapporte aussi à une ligne d'échappement caractérisée en ce qu'elle comprend :

- une tuyauterie de gaz d'échappement,

- un système SCR comportant une pluralité de cartouches et des canalisations reliant les cartouches à un injecteur de réducteur dans la tuyauterie de gaz d'échappement et

- un organe de contrôle commande pour la mise en œuvre du procédé tel que décrit précédemment.

[0023] L'invention se rapporte aussi à un véhicule caractérisé en ce qu'il comprend un moteur alimentant en gaz d'échappement une ligne d'échappement telle que décrite précédemment.

[0024] 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 schéma d'un système SCR ;

- figures 2 et 3, des graphiques montrant des stratégies de validation de changement de cartouche.

- La figure 4, des graphiques montrant la détection du changement de cartouche. [0025] L'invention se rapporte à un procédé de validation de la détection d'un changement de cartouche de réducteur d'oxyde d'azote dans un système SCR comportant une pluralité de cartouches et des canalisations reliant les cartouches à un injecteur. Le procédé comprend la réalisation d'une pluralité de chauffes au sein d'une première cartouche alimentant les canalisations, la réalisation d'au moins une chauffe d'une deuxième cartouche et la détection de l'alimentation des canalisations par la deuxième cartouche. Le procédé comprend en outre la validation du changement de cartouche d'alimentation par la détection d'une augmentation de la pression dans les canalisations suite à la réalisation d'une chauffe au sein de la deuxième cartouche. Le procédé permet de vérifier rapidement si la cartouche est convenablement changée.

[0026] La figure 1 montre un système SCR 10. Le système 10 fait partie d'une ligne d'échappement comprenant une tuyauterie (non représentée) dans laquelle un réducteur est injecté par un injecteur (non représenté). Le système 10 comporte une unité de stockage composée de plusieurs réservoirs ou cartouches 12 (121 , 122, ... 12n) toutes reliées par des canalisations 14. Les canalisations 14 permettent l'acheminement du réducteur vers l'injecteur. Toutes les cartouches sont reliées par une canalisation 14 dont la pression est connue par mesure à l'aide d'un organe 16 d'information pression qui peut être un capteur ou une estimation. Chaque cartouche 12 est reliée à la canalisation 14 par zéro, un ou plusieurs clapets antiretour 18. Les clapets 18 sont facultatifs. Notamment, le système peut comporter une cartouche sans clapet anti-retour et une ou plusieurs cartouches avec un clapet anti-retour. Chaque cartouche est chauffée par un organe de chauffe 19 dédié. Le système SCR 10 comporte en outre un organe de contrôle commande permettant la mise en œuvre du procédé selon l'invention.

[0027] Les cartouches comprennent un solide enfermant un réducteur gazeux qui est libéré par déplacement de l'équilibre chimique, notamment par l'augmentation de la température du solide. La montée en pression des cartouches est donc par exemple obtenue par la chauffe des cartouches. L'élément de chauffe est par exemple un élément externe ou interne à la cartouche et peut être une résistance chauffante. Le solide est par exemple un sel de stockage tel que du chlorure de strontium. Le réducteur est par exemple de l'ammoniac en phase gaz. L'invention décrite est décrite pour une solution SCR ammoniac (gaz), mais peut s'appliquer à l'ensemble des concepts SCR sous forme gazeuse. L'avantage de la forme gazeuse est qu'elle nécessite moins d'énergie pour être libérée qu'un réducteur liquide. [0028] Le contrôle commande du système SCR comporte une régulation en pression des cartouches 12, la pression dans les cartouches n'étant pas connue, seule la pression des canalisations 14 étant connue. La régulation en pression des cartouches comprend des phases de montée en pression des cartouches par chauffe des cartouches 12. Les phases de montée en pression par chauffe sont alternées avec des phases sans chauffage impliquant une baisse de pression.

[0029] Un réservoir ou cartouche est dit actif lorsque le gaz utilisé par le système vient de ce réservoir ou cartouche, c'est-à-dire quand son clapet-anti retour 18 est ouvert et met en communication le volume de la cartouche avec la canalisation. Pour le bon fonctionnement du système deux cartouches ne seront pas actives en même temps, sauf lors de brefs moments durant le changement de cartouche active.

[0030] La stratégie ou procédé de validation du changement de cartouche 12 active est de détecter une augmentation de la pression caractéristique de la chauffe de la cartouche active. Pour cela, il faut au préalable avoir détecté le changement de cartouche active. Puis, de préférence, il faut ne pas avoir chauffé un certain temps les deux cartouches pour ne pas avoir de fausse détection lors du test de validation. Le test de validation consiste en la chauffe de la cartouche supposée active et la détection d'une augmentation de la pression dans les canalisations qui viendrait de l'augmentation de la pression dans la cartouche elle-même. [0031 ] La stratégie ou procédé peut se décomposer en trois phases. La phase 1 est la phase entre le début du changement de cartouche active et la détection du changement de cartouche active. La phase 2 est la phase de préparation du système pour le test de validation. La phase 3 est la phase du test de validation terminée par la confirmation ou l'infirmation du changement de cartouche active. [0032] Selon les figures 2 et 3, alors qu'une pluralité de chauffes 30 est réalisée au sein de la cartouche active 1 , un changement de cartouche active a été demandé selon la phase 1 . Pour cela, la cartouche 2 est chauffée selon 32 sur les figures 2 et 3 durant cette phase afin que sa pression interne augmente et dépasse la pression dans la canalisation qui est celle de la cartouche 1 . La cartouche 2 peut subir une ou plusieurs chauffes. La phase 1 se termine avec la détection 34 que la cartouche 2 a une pression interne supérieure à celle de la cartouche 1 et que c'est maintenant la cartouche 2 qui fait la pression dans la canalisation. Ceci est par exemple détecté par la détection du dépassement d'un seuil de pression au sein de la cartouche ou alors par la détection d'une variation de la pression dans les canalisations alors que la première cartouche est en dehors d'une phase de montée en pression.

[0033] Toutefois, cette détection n'est pas toujours robuste dans certain cas de vie ; de ce fait, il est préférable de mettre en œuvre une stratégie de validation du changement de cartouche.

[0034] Lors de la phase 2, le système 10 peut être préparé pour être dans les bonnes conditions initiales pour réaliser le test de validation. Ainsi, aucune des cartouches n'est chauffée pendant une durée qui permet d'être sûr que toute augmentation de la pression dans les canalisations 14 sera le résultat de la chauffe de la phase 3, et non d'une chauffe antérieure. La pression à la fin de la phase 2 est donc décroissante.

[0035] La phase 3 est celle du test de validation. La cartouche 2 supposée active est chauffée durant un temps donné 36 ce qui doit entraîner une augmentation de la pression dans les canalisations 14. Cette chauffe est de préférence dosée afin de garantir la validation, mais ne pas entraîner une augmentation trop importante de la pression du système.

[0036] Il y a alors deux possibilités. Soit la pression augmente comme prévu. Il s'agit alors bien de la cartouche 2 qui est active. Ceci est le cas de la figure 2 ou l'on constate une augmentation 38 de la pression. La figure 2 correspond à une validation du changement de cartouche 1 vers 2. Soit la pression continue de descendre. Il s'agit alors toujours de la cartouche 1 qui est active. Ceci est le cas de la figure 3 ou l'on constate une diminution 38 de la pression.

[0037] Il est en outre possible, lors du test de validation, de détecter l'augmentation de la dérivée de la pression après la chauffe de la phase 3. Il n'est donc pas nécessaire d'attendre que la pression soit décroissante à la fin de la phase 2. Ceci permet de valider plus rapidement le changement de cartouche.

[0038] Le procédé met donc en œuvre une architecture de capteurs et d'actionneurs permettant la maîtrise et la réalisation de la quantité de réducteur gazeux injectée. Ce procédé ne nécessite pas de mode spécifique de fonctionnement provoquant une perte de temps lors de la validation du changement de cartouche. Le gain est technique en termes de disponibilité du système, car la validation du changement de cartouche active permet de garantir une bonne régulation de la pression du système sans écart trop important à la consigne et donc la disponibilité de l'injection de gaz vers l'échappement. [0039] L'invention se rapporte encore à un procédé de détection d'un changement de cartouche d'un réducteur dans un système SCR comportant une pluralité de cartouches et des canalisations reliant les cartouches à un injecteur. Le procédé comprend la régulation de la pression au sein d'une première cartouche alimentant les canalisations, la régulation comprenant des phases de montée en pression de la première cartouche, la montée en pression d'une deuxième cartouche, la détection de l'alimentation des canalisations par la deuxième cartouche par la détection d'une variation de la pression dans les canalisations alors que la première cartouche est en dehors d'une phase de montée en pression. Cette invention permet de détecter de manière simple le changement de la cartouche active à l'aide de l'information de pression des canalisations seulement. Il n'est donc pas nécessaire d'ajouter des capteurs de pression afin de connaître la pression dans les cartouches. En outre, ceci permet d'éviter une surconsommation électrique qui peut se produire dans les dispositifs de l'art antérieur.

[0040] On considère que la cartouche active est celle qui met en pression les canalisations 14. Lorsque l'organe de contrôle commande souhaite changer de cartouche active, il continue la régulation en pression de la cartouche actuellement active (première cartouche) afin d'assurer les prestations fonctionnelles du système et monte en pression la cartouche prochainement active (deuxième cartouche) jusqu'à détecter une variation significative de la pression alors même que la première cartouche est en dehors d'une phase de montée en pression, c'est-à-dire dans une phase ou la première cartouche n'est pas chauffée. Cette variation correspond au changement effectif de la cartouche active. La cartouche qui montait en pression devient la cartouche active.

[0041 ] Le système SCR comporte plusieurs cartouches 12 mais l'organe de contrôle commande ne peut réguler qu'une seule cartouche 12 à la fois car les pressions des cartouches ne sont pas connues, seule la pression dans les canalisations 14 étant connue. Tout au plus, l'organe peut monter en pression une cartouche tout en régulant une autre en pression. La pression dans les canalisations 14 correspond toujours à la pression de la cartouche 12 ayant la plus grande pression (différence de pression ΔΡ du/des clapet(s) 18 inclus). La cartouche active est celle qui met en pression les canalisations.

[0042] La variation significative peut être l'accélération de la pression dans les canalisations 14. La chauffe de la cartouche active provoque toujours une accélération positive de la pression. Lorsqu'une accélération positive est détectée alors que la cartouche active n'a pas été chauffée, cette accélération est alors due à la chauffe de la cartouche qui montait en pression et qui devient ainsi active.

[0043] La figure 4 montre la détection de la variation de la pression dans les canalisations. La figure 4 montre un graphique en haut relatif à la variation de pression dans les canalisations. La figure 4 montre en dessous un graphique relatif à l'accélération de la pression dans les canalisations. La figure 4 montre encore en dessous un graphique relatif à la mise en pression de la première cartouche 1 qui est celle active. La figure 4 montre un graphique en bas relatif à la mise en pression de la deuxième cartouche 2 qui est destinée à remplacer la cartouche 1 comme cartouche active. Le temps est représenté en abscisse des graphiques.

[0044] L'organe de contrôle commande régule la pression via la cartouche 1 et souhaite que la cartouche 2 devienne la cartouche active. [0045] Les flèches 40 et 42 montrent une accélération positive qui est détectée quelques secondes après la chauffe de la cartouche 1 . En d'autres termes, le chauffage de la cartouche 1 est mis sur « on » et la cartouche est chauffée. Ceci se traduit par une accélération de la pression visible par deux pics sur le deuxième graphique en partant de celui du haut. La flèche 44 montre une accélération positive qui est détectée alors que la cartouche 1 n'a pas été chauffée. Cette accélération est due à la mise en pression de la cartouche 2 obtenue par la chauffe de la cartouche dont le chauffage est mis sur « on ». Cette accélération signifie que la cartouche 2 devient active et qu'à présent le contrôle commande peut donc réguler la pression sur la cartouche 2.

[0046] Dans ce cas il n'est pas nécessaire que la pression soit décroissante à la fin de la phase 2 (fig. 2 ou 3).

[0047] L'invention se rapporte aussi à un véhicule comprenant un moteur alimentant en gaz d'échappement une ligne d'échappement. La ligne comprend la tuyauterie de gaz d'échappement, le système SCR 10 comportant une pluralité de cartouches 12 et les canalisations 14 reliant les cartouches à un injecteur de réducteur dans la tuyauterie de gaz d'échappement. La ligne comprend aussi l'organe de contrôle commande pour la mise en œuvre du procédé de détection de changement de cartouche de réducteur.