Le post-traitement des gaz d’échappement contribue à réduire davantage les émissions des véhicules à moteur. Parallèlement à la réduction des émissions de CO2, la réduction du niveau des émissions d’oxydes d’azote nocifs est l’un des plus grands défis pour l’industrie automobile. Voilà pourquoi la société Continental a porté le développement des systèmes de réduction catalytique sélective (SCR) depuis 2011. Beaucoup de voitures particulières, de véhicules utilitaires et de poids lourds équipés de moteurs diesel sont déjà dotés d’un système SCR.
En faisant réagir une solution aqueuse d’urée (« AdBlue » ou solution d’urée) avec les oxydes d’azote dans les gaz d’échappement du moteur, on convertit chimiquement (« réduit ») de l’oxyde d’azote en azote (N2) et en eau. L’efficacité de ce procédé dépend d’un dosage précis de la quantité d’urée qui est injectée, ce qui nécessite à son tour une mesure de la concentration de l’urée. Pour réaliser cette fonction de contrôle, la production d’un capteur d’urée Continental est maintenant lancée pour la première fois. Ce capteur permettra en outre d’optimiser le SCR et de documenter son efficacité. Le capteur d’urée innovant peut mesurer la qualité, le niveau et la température de la solution d’urée dans le réservoir. Plusieurs constructeurs automobiles ont l’intention d’utiliser ce capteur.
« Notre technologie de capteur d’urée complète les systèmes SCR. Tout d’abord, le capteur fournit les données de base nécessaires à l’adaptation de la quantité injectée d’urée à la charge instantanée du moteur. Deuxièmement, ces données sont nécessaires pour le diagnostic de la fonction de post-traitement des gaz d’échappement. En outre, le capteur surveille le niveau de remplissage de l’urée dans le réservoir pour aider le conducteur à rajouter de l’AdBlue en temps utile », explique Klaus Hau, chef de la Business Unit Capteurs & Actionneurs dans la division Powertrain Continental. Alors qu’un SCR efficace est une exigence de base pour le respect de la législation Euro 6c qui est imminente, intégrer un capteur d’urée dans le système permettra également d’obtenir la confiance des conducteurs concernant la fonction de post-traitement des gaz d’échappement du véhicule.
Le capteur d’urée contient des éléments piézo-électriques, un thermomètre à résistance à coefficient de température négatif (NTC), un circuit intégré spécifique à l’application (ASIC), lesquels Continental utilise déjà pour mesurer les niveaux d’huile. Des signaux ultrasons mesurent à la fois la concentration d’urée dans l’eau et le niveau de remplissage du réservoir. A cet effet, le capteur d’urée peut être soit soudé dans le réservoir soit dans l’unité de pompe d’urée.
Une conception intelligente du capteur d’urée qui permet de surmonter les difficultés d’installation
« Chaque fois que de la précision est demandée pour le contrôle d’un système du véhicule, les capteurs sont très sollicités », ajoute Hau. « Le système SCR fournit un excellent exemple. Si l’on veut qu’un système SCR atteigne son maximum d’efficacité, la quantité injectée d’AdBlue devra être dosée avec précision en fonction du flux de gaz d’échappement et de sa composition ». Plusieurs facteurs sont à l’œuvre ici. La quantité injectée de la solution d’urée doit être calculée pour la charge instantanée du moteur. Pour calculer la bonne quantité à injecter, le taux d’urée réel dans la solution d’AdBlue (sa qualité) doit être connu. En outre, la solution d’urée ne doit pas être trop froide. Par conséquent, la température dans le réservoir d’urée doit être surveillée afin d’assurer la disponibilité constante du système par l’activation d’un système de chauffage en cas de besoin. Last but not least, il faut bien sûr qu’il y ait une quantité d’urée suffisante dans le réservoir. Le principe du capteur à ultrasons offre la possibilité de mesurer le liquide depuis l’extérieur du réservoir. C’est non seulement un élément essentiel pour la résistance à la congélation; mais cela permet également d’éviter toute formation de corrosion sur l’élément capteur ou sur les composants électroniques.
Le capteur d’urée peut fournir toutes ces données en tant que valeur d’entrée pour le dosage de l’urée. « Une augmentation de la qualité du contrôle du SCR permet d’éviter un sous-dosage ou un surdosage de l’urée », explique le Dr Wighard Jäger, directeur de la R&D Capteurs de fluide, Business Unit Sensors & Actuators. « Une fois que vous contrôlez dynamiquement la quantité d’urée injectée par le traitement du signal du capteur, il est beaucoup moins probable que des NOx ou de l’ammoniac passe à travers le catalyseur SCR.”
La cellule de mesure du capteur d’urée contient deux céramiques piézo-électriques qui émettent et reçoivent les signaux d’ondes ultrasoniques. En mesurant à la fois le temps de trajet vertical des ondes jusqu’à ce qu’elles atteignent la surface du liquide et la vitesse de propagation horizontale dans la solution d’urée, le niveau et la qualité de la solution peuvent être calculés. Le capteur utilise le fait que les ondes ultrasons se déplacent plus rapidement dans une solution ayant une plus grande teneur en urée. Pour assurer une mesure précise du niveau même lorsque le véhicule est dans une position inclinée, une seconde mesure de niveau est disponible pour fournir un signal fiable sur les hautes inclinations.
Source : Continental