EP4172475A1 - Dispositif et procédé de traitement des gaz brûlés d'un moteur thermique turbocompressé à combustion interne à bord d'un véhicule automobile - Google Patents

Dispositif et procédé de traitement des gaz brûlés d'un moteur thermique turbocompressé à combustion interne à bord d'un véhicule automobile

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EP4172475A1
EP4172475A1 EP21737085.7A EP21737085A EP4172475A1 EP 4172475 A1 EP4172475 A1 EP 4172475A1 EP 21737085 A EP21737085 A EP 21737085A EP 4172475 A1 EP4172475 A1 EP 4172475A1
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EP
European Patent Office
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pressure
reducing agent
upstream
injection line
reference value
Prior art date
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Pending
Application number
EP21737085.7A
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German (de)
English (en)
Inventor
Joel Op De Beeck
Sébastien DECAMP
Frédéric PEUCAT
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Plastic Omnium Advanced Innovation and Research SA
Original Assignee
Plastic Omnium Advanced Innovation and Research SA
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Publication date
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to the field of motor vehicles with internal combustion heat engines such as cars for example.
  • the invention relates more particularly to a method for treating the burnt gases of a turbocharged internal combustion heat engine on board a motor vehicle in operation and to a device implementing said method.
  • the invention is intended for use in particular in the field of injecting a reducing agent of the ammonia precursor solution type, such as an aqueous urea solution, into the exhaust system of an engine.
  • a reducing agent of the ammonia precursor solution type such as an aqueous urea solution
  • turbocharged internal combustion engine on board a motor vehicle in operation.
  • the fuel burned in such a vehicle can be gasoline, diesel, alcohol, or even a gas (LPG, 3 ⁇ 4, etc.).
  • this reducing agent mixes with the exhaust gases and makes it possible to reduce the emissions of pollutants called NO x .
  • the expression “in operation” means that the heat engine of the motor vehicle is not stopped.
  • the catalyst may have been deposited, for example by impregnation, on the walls of the channels of a ceramic block composed of a multitude of channels substantially parallel to the direction of flow of the exhaust gases.
  • the reducing agent converts nitrogen oxides into nitrogen and water.
  • ammonia NH3 a chemical reaction is as follows:
  • an aqueous solution of urea (and therefore a liquid) is injected, which is transformed into gaseous ammonia under the effect of the heat of the exhaust gases.
  • the aqueous urea solution is injected into the exhaust line at a relatively high pressure (about 5 bar or 0.5 MPa) compared to the pressure in the exhaust line. Since the solution is a liquid and therefore incompressible, the flow rate of the injected aqueous urea solution is relatively insensitive to small fluctuations in the pressure of the exhaust gases downstream of a turbocharger. In other words, the flow rate of the injected aqueous urea solution is practically independent of the pressure in the exhaust line downstream of a turbocharger.
  • a problem with these methods of treating nitrogen oxides present in the exhaust gases of an internal combustion engine on board a motor vehicle is the temperature which the selective catalytic reduction catalyst must reach in order to catalyze the NO (I) reduction reaction efficiently. It is generally considered that said temperature should ideally be around 250 ° C, in this case one speaks of standard SCR conditions. At lower temperatures, of at least 160 ° C, preferably of at least 180 ° C, a reduction of nitrogen oxides can also be carried out according to reaction (II), we will then speak of fast SCR: In all cases, it is therefore observed that it is essential to reach a certain temperature in order to be able to carry out the reduction of nitrogen oxides.
  • the object of the invention is in particular to overcome these drawbacks of the prior art.
  • an objective of the invention in at least one of its embodiments, is to implement a method for treating the exhaust gases from a turbocharged internal combustion heat engine on board a motor vehicle. having an optimized yield.
  • Another objective of the invention in at least one of its embodiments, is to provide a device for treating the exhaust gases of a turbocharged internal combustion heat engine on board a motor vehicle.
  • Another objective of the invention in at least one of its embodiments, is to provide a motor vehicle comprising a device for treating the burnt gases of a turbocharged internal combustion heat engine according to the invention.
  • the invention relates to a method for treating the burnt gases of a turbocharged internal combustion heat engine on board a motor vehicle in operation
  • such a method comprises:
  • the general principle of the invention is based on the injection of a reducing agent upstream of at least one turbocharger (commonly called a “turbo”) into a flue gas exhaust system of a turbocharged internal combustion engine.
  • the flue gas exhaust system includes a flue gas exhaust line.
  • exhaust line is meant a duct placed at the outlet of the turbocharged internal combustion engine of the motor vehicle which allows the exhaust gases from the internal combustion of the engine to be evacuated.
  • the invention is based on a completely new and inventive approach for injecting a reducing agent of the ammonia precursor solution type, upstream of a selective catalytic reduction catalyst (commonly called a “catalyst”) arranged upstream of at least one turbo in a flue gas exhaust system of a turbocharged internal combustion engine.
  • a selective catalytic reduction catalyst commonly called a “catalyst”
  • This injection allows the treatment of gases burnt at a higher temperature compared to an injection carried out downstream of the at least one turbo.
  • a sufficient pressure differential is a pressure differential which makes it possible to obtain an optimum size of droplets of ammonia precursor solution at the outlet of the first injector.
  • An optimal droplet size is a size that allows the droplets sprayed by the first injector to be all (or nearly all) evaporated and converted to gaseous ammonia before entering the selective catalytic reduction catalyst. In fact, it is sought to prevent the reducing agent from entering the catalyst in liquid form. Taking into account the fact that very little space is available in the exhaust line between the outlet of the first injector and the inlet of the catalyst, it is important to be able to rapidly evaporate the liquid reducing agent on pain of allowing the catalyst to enter the catalyst. reducing agent in liquid form.
  • the optimal droplet size is linked, among other things, to the characteristics of the first injector, in particular, the diameter of the injection port (s), the injection pressure, the orientation and the location of the first injector in the injection port. exhaust line.
  • a given exhaust system corresponds to an optimal droplet size.
  • the size of a droplet can be defined by its Sauter Mean Diameter (SMD).
  • SMD Sauter Mean Diameter
  • the optimum SMD is in a range between 50 ⁇ m and 500 ⁇ m.
  • the means of pressurizing the injection line is a means other than that used for the injection of the reducing agent.
  • the pressurizing means makes it possible to cause a large and rapid pressure variation allowing, at any time, to adjust the pressure difference, P2 - Pi to the first reference value.
  • the first reference value is a target pressure value which, until it is reached, prevents the execution of the agent injection step. reducer.
  • the target pressure value is the minimum pressure necessary to guarantee a good quality of nebulization of the reducing agent, for a given exhaust system. In fact, an injection of the reducing agent at a pressure lower than the target pressure would not make it possible to obtain an optimal size of droplets, the droplets would be too large. The larger the droplets, the greater the risk of forming unwanted residual deposits on the walls of the exhaust system, which can lead to clogging or clogging of the exhaust system.
  • the first reference value is approximately at least equal to or greater than 5 bar, more preferably is approximately less than or equal to 8 bar, more preferably approximately less than or equal to 7 bar.
  • the second reference value is a threshold pressure value from which the reducing agent can be injected. This makes it possible to create droplets of the optimum size before injecting them.
  • the second reference value is approximately at least equal to or greater than 5 bar, more preferably is approximately less than or equal to 8 bar, more preferably approximately less than or equal to 7 bar.
  • the second reference value is equal to the first reference value.
  • Such values of first and second reference values thus make it possible to obtain at any time a pressure differential P2 - Pi sufficient to obtain good nebulization of the reducing agent in the exhaust system upstream of a reduction catalyst.
  • selective catalytic converter arranged upstream of the at least one turbo but also to prevent the formation of deposits on the walls of the exhaust system when the pressure differential is too high. In fact, the injection carried out with a high pressure differential causes the projection of the droplets formed by nebulization on the walls of the exhaust system and the formation of undesirable residual deposits.
  • the pressure values are relative values expressed with respect to atmospheric pressure. Atmospheric pressure can be measured using a third sensor located outside the exhaust system or located in the muffler. In the case of a third pressure sensor located in the muffler, the measured value can be corrected by calculation using vehicle data.
  • the method of treating the burnt gases of a turbocharged internal combustion heat engine on board a motor vehicle in operation is such that it comprises a step of controlling a pressure reduction means in the injection line when the pressure difference, P2 - Pi, is greater than the second reference value.
  • Said second reference value is approximately less than or equal to 8 bar, more preferably approximately less than or equal to 7 bar.
  • the pressure difference, P2- Pi can increase rapidly, which should be avoided by reducing the pressure in the turbo. the injection line.
  • the method of treating the burnt gases of a turbocharged internal combustion heat engine on board a motor vehicle in operation is such that the step of injecting the fuel.
  • reducing agent upstream of the selective catalytic reduction catalyst arranged upstream of the turbo is carried out when the pressure difference, P2 - Pi, is equal to a third reference value, said third reference value being preferably equal to 80% of the difference in pressure, i.e. 0.8 c (P2 - Pi).
  • Said third reference value being between 5 and 7 bar expressed as a relative pressure value.
  • the method for treating the burnt gases of a turbocharged internal combustion heat engine on board a motor vehicle in operation is such that the step of determining the first pressure , Pi, in a flue gas exhaust system is carried out upstream of the selective catalytic reduction catalyst.
  • the method of treating the burnt gases of a turbocharged internal combustion heat engine on board a motor vehicle in operation is such that the step of determining the second pressure , P 2 , in the injection line of a reducing agent is carried out by measuring said second pressure, P 2 , by a first pressure sensor.
  • the method for treating the burnt gases of a turbocharged internal combustion heat engine on board a motor vehicle in operation is such that the step of determining the first pressure , Pi, in the exhaust gas exhaust system upstream of the turbo is carried out by measuring the pressure by a second pressure sensor or is calculated on the basis of the exhaust gas temperature, the intake temperature and of the intake pressure, also called “turbo pressure" because the intake pressure is regulated by the flow of the turbo.
  • the step of determining the first pressure, Pi, in the exhaust system of the burnt gases upstream of the turbo is carried out by measuring the pressure by a second pressure sensor.
  • the use of a second pressure sensor makes it possible to have a more precise pressure value than that obtained by calculation. More preferably, the second pressure sensor is located on the first injector. Such an arrangement makes it possible to obtain a more precise pressure value and thus ensure better control of the nebulization.
  • the method of treating the burnt gases of a turbocharged internal combustion heat engine on board a motor vehicle in operation is such that the reducing agent is ammonia. or an ammonia precursor such as urea, preferably the reducing agent is ammonia.
  • the method for treating the burnt gases of a turbocharged internal combustion heat engine on board a motor vehicle in operation is such that the means for pressurizing the line injection is a gear pump.
  • the use of a gear pump allows better regulation of the pressure in the injection line.
  • the method for treating the burnt gases of a turbocharged internal combustion heat engine on board a motor vehicle in operation is such that the pressure reduction means in the line injection of the reducing agent is a gear pump.
  • the gear pump of the injection line pressurizing means is a reversible pump and the pressure reducing means in the injection line is said reversible pump.
  • the method for treating the burnt gases of a turbocharged internal combustion heat engine on board a motor vehicle in operation is such that the first reference value is greater than or equal to 5 bar, preferably greater than or equal to 6 bar.
  • the method of treating the burnt gases of a turbocharged internal combustion heat engine on board a motor vehicle in operation is such that the second reference value is greater than or equal to 5 bar, preferably greater than or equal to 6 bar.
  • the method of treating the burnt gases of a turbocharged internal combustion heat engine on board a motor vehicle in operation is such that it comprises an injection step of the reducing agent downstream of the turbo in the exhaust gas exhaust system by opening and closing a second injector.
  • the invention also relates to a device for treating the burnt gases of a turbocharged internal combustion engine on board a motor vehicle capable of implementing the method for treating the burnt gases of a turbocharged thermal engine according to the invention.
  • said processing device comprising:
  • a reducing agent reservoir connected to at least a first injector via an injection line, said at least one first injector of the injection line being located upstream of a selective catalytic reduction catalyst arranged upstream of the injection line.
  • at least one turbo in the flue gas exhaust system at least one turbo in the flue gas exhaust system
  • a first pressure sensor able to measure the pressure in the injection line
  • a gear pump fluidly connected to the injection line, said pump being able to inject the reducing agent contained in the reservoir into the injection line
  • a second pressure sensor located in the exhaust gas exhaust system upstream of the at least one turbo preferably said second sensor is located on the head of at least one first injector, said second sensor being able to measure the pressure in the exhaust gas exhaust system, a first control unit controlling the starting or stopping of the gear pump as well as its speed as a function of the pressures measured by the first and the second pressure sensor.
  • the invention also relates to a motor vehicle comprising a device for treating the burnt gases of a turbocharged heat engine according to the invention.
  • Figure 1 shows a block diagram of an implementation of a process for treating the burnt gases of a turbocharged internal combustion heat engine on board a motor vehicle in operation according to the invention.
  • FIG. 2 illustrates an embodiment of a device for treating the burnt gases of a turbocharged internal combustion heat engine on board a motor vehicle according to the invention.
  • FIG. 1 an embodiment of a method for treating the burnt gases of a turbocharged internal combustion heat engine on board a motor vehicle (1) in operation according to the invention is presented. .
  • Said method for treating the burnt gases of a turbocharged internal combustion heat engine on board a motor vehicle (1) in operation comprises:
  • the first reference value is approximately at least equal to or greater than 5 bar, more preferably is approximately less than or equal to 8 bar, more preferably approximately less than or equal to 7 bar.
  • the second reference value is approximately at least equal to or greater than 5 bar, more preferably is approximately less than or equal to 8 bar, more preferably approximately less than or equal to 7 bar.
  • FIG. 2 illustrates an embodiment of a device for treating the flue gases of a turbocharged internal combustion heat engine on board a motor vehicle according to the invention.
  • the device for treating the burnt gases of a turbocharged internal combustion engine on board a motor vehicle (2) comprises:
  • a gear pump fluidly connected to the injection line (22), said pump being able to inject the reducing agent contained in the reservoir (20) into the injection line (22), the gear pump being located in a module (23),
  • a second pressure sensor located in the flue gas exhaust system (3) upstream of the at least one turbo (30), preferably said second sensor is located on the head of at least one first injector (21), said second sensor being able to measure the pressure in the exhaust gas system (3),
  • a first control unit (24) controlling the starting or stopping of the gear pump as well as its speed according to the pressures measured by the first and the second pressure sensor.
  • the first control unit (24) records system data including in particular the pressures measured by the first and second pressure sensors and controls a second control unit (25) which controls the gear pump.
  • the first control unit (24) can also be connected to a NOx / NFL sensor (28) attached to or near the outlet of the exhaust system (3).
  • the injection line (22) can also include a second injector (27) located downstream of the at least one turbo (30).
  • the exhaust system (3) comprises a so-called SCRF unit (31) located upstream of the at least one turbo (30) and an SCR UF unit (32) coupled with an ASC unit (33).
  • Said SCRF unit (31) is located between the at least one turbo (30) and the at least one first injector, said SCR UF (32) and ASC (33) units being located downstream of the second injector (27).
  • the SCRF unit (31) (or “Selective Catalytic Reduction on Filter”) is a particulate filter which incorporates a selective catalytic reduction (SCR) catalyst, which makes it possible to fulfill both the function of soot and NO x reduction.
  • the SCR UF (or “SCR Under-Floor”) and ASC (or “Ammonia Slip Catalyst”) units are respectively a selective catalytic reduction unit for NO x and a unit containing a catalyst to treat leaks. ammonia.

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Abstract

L'invention concerne le traitement des gaz brûlés d'un moteur thermique turbocompressé comprenant : • détermination d'une première pression, P 1, dans un système d'échappement des gaz brûlés (3) en amont d'au moins un turbocompresseur (30); • détermination d'une deuxième pression, P 2, dans une ligne d'injection (22) d'un agent réducteur; • commander la mise sous pression de la ligne d'injection lorsqu'une différence de pression, P 2 - P 1, est inférieure à une première valeur référence; • injecter de l'agent réducteur en amont d'un catalyseur à réduction catalytique sélective (31) agencé en amont du au moins un turbocompresseur (30) dans le système d'échappement (3) uniquement lorsque la différence de pression, P 2 - P 1, est supérieure ou égale à une deuxième valeur référence.

Description

Dispositif et procédé de traitement des gaz brûlés d’un moteur thermique turbocompressé à combustion interne à bord d’un véhicule automobile
L’invention concerne le domaine des véhicules automobiles à moteur thermique à combustion interne tels que les voitures par exemple. L’invention concerne plus particulièrement un procédé de traitement des gaz brûlés d’un moteur thermique turbocompressé à combustion interne à bord d’un véhicule automobile en fonctionnement et un dispositif metant en œuvre ledit procédé.
L’invention est destinée à être utilisée notamment dans le domaine de l’injection d’un agent réducteur du type solution de précurseur d’ammoniac, tel qu’une solution aqueuse d’urée, dans le système d’échappement d’un moteur thermique turbocompressé à combustion interne à bord d’un véhicule automobile en fonctionnement. Le carburant brûlé dans un tel véhicule peut être de l’essence, du diesel, de l’alcool, voire un gaz (GPL, ¾, etc). Dans le cas de l’injection d’un agent réducteur, cet agent réducteur se mélange aux gaz d’échappement et permet de réduire les émissions de polluants appelés NOx. L’expression « en fonctionnement » veut dire que le moteur thermique du véhicule automobile n’est pas arrêté.
Différentes techniques ont déjà été proposées pour réduire les émissions d’éléments polluants rejetés dans l’atmosphère avec les gaz d’échappement des véhicules automobiles munis d’un moteur thermique à combustion interne. C’est notamment le cas des émissions d’oxydes d’azote NOx qui sont traitées par réduction catalytique. A cete fin, une technique consiste à mélanger un agent réducteur, notamment de l’ammoniac gazeux, avec les gaz d’échappement et de faire passer le mélange dans ou sur un catalyseur placé dans le système d’échappement. Cete technique est connue sous l’abréviation RCS (pour Réduction Catalytique Sélective) ou l’abréviation anglaise SCR (pour Sélective Catalytic Réduction). Il faut donc disposer dans le système d’échappement un injecteur d’ammoniac gazeux et un catalyseur. Le catalyseur peut avoir été déposé, par imprégnation par exemple, sur les parois des canaux d’un bloc de céramique composé d’une multitude de canaux sensiblement parallèles à la direction d’écoulement des gaz d’échappement. L’agent réducteur transforme les oxydes d’azote en azote et en eau. Lorsque l’agent réducteur est de l’ammoniac NH3 une réaction chimique est la suivante:
4 NO + 4 NH3 + O2 - ► 4 N2+ 6H2O (I)
Selon une autre forme de mise en œuvre de cette technique, on injecte une solution aqueuse d’urée (et donc un liquide), laquelle est transformée en ammoniac gazeux sous l’effet de la chaleur des gaz d’échappement. La solution aqueuse d’urée est injectée dans la ligne d’échappement à une pression relativement élevée (environ 5 bar soit 0.5 MPa) par rapport à la pression dans la ligne d’échappement. La solution étant un liquide, donc incompressible, le débit de la solution aqueuse d’urée injectée est relativement peu sensible aux petites fluctuations de la pression des gaz d’échappement en aval d’un turbocompresseur. En d’autres termes, le débit de la solution aqueuse d’urée injectée est pratiquement indépendant de la pression régnant dans la ligne d’échappement en aval d’un turbocompresseur.
Un problème hé à ces procédés de traitement des oxydes d’azote présents au sein des gaz d’échappement d’un moteur thermique à combustion interne à bord d’un véhicule automobile est la température que doit atteindre le catalyseur à réduction catalytique sélective afin de catalyser la réaction de réduction du NO (I) de manière efficace. Il est généralement considéré que ladite température doit être idéalement d’environ 250°C, dans ce cas de figure, on parle de conditions SCR standard. A des températures inférieures, d’au moins 160°C, préférentiellement d’au moins 180°C, une réduction des oxydes d’azotes peut également être effectuée selon la réaction (II), on parlera alors de la fast SCR : Dans tous les cas de figures, on observe donc qu’il est indispensable d’atteindre une certaine température afin de pouvoir effectuer la réduction des oxydes d’azote.
L’invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l’art antérieur.
Plus précisément, un objectif de l’invention, dans au moins un de ses modes de réalisation, est de mettre en œuvre un procédé de traitement des gaz d’échappement d’un moteur thermique turbocompressé à combustion interne à bord d’un véhicule automobile ayant un rendement optimisé. Un autre objectif de l’invention, dans au moins un de ses modes de réalisation, est de fournir un dispositif de traitement des gaz d’échappement d’un moteur thermique turbocompressé à combustion interne à bord d’un véhicule automobile.
L’invention, dans au moins un de ses modes de réalisation, a encore pour objectif de fournir un véhicule automobile comprenant un dispositif de traitement des gaz brûlés d’un moteur thermique turbocompressé à combustion interne selon l’invention.
Conformément à un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de traitement des gaz brûlés d’un moteur thermique turbocompressé à combustion interne à bord d’un véhicule automobile en fonctionnement,
Selon l'invention, un tel procédé comprend :
• une étape de détermination d’une première pression, Pi, dans un système d’échappement des gaz brûlés en amont d’au moins un turbocompresseur ; • une étape de détermination d’une deuxième pression, P2, dans une ligne d’injection d’un agent réducteur du type solution de précurseur d’ammoniac ;
• une étape de commande d’un moyen de mise sous pression de la ligne d’injection lorsque la différence de pression, P2 - Pi, est inférieure à une première valeur référence ;
• une étape d’injection de l’agent réducteur en amont d’un catalyseur à réduction catalytique sélective agencé en amont du au moins un turbocompresseur dans un système d’échappement des gaz brûlés par ouverture et fermeture d’un premier injecteur, ladite étape d’injection étant effectuée uniquement lorsque la différence de pression, P2 - Pi, est supérieure ou égale à une deuxième valeur référence.
Le principe général de l’invention repose sur l’injection d’un agent réducteur en amont d’au moins un turbocompresseur (communément appelé « turbo ») dans un système d’échappement des gaz brûlés d’un moteur thermique turbocompressé à combustion interne. De préférence, le système d’échappement des gaz brûlés comprend une ligne d’échappement des gaz brûlés. Par « ligne d’échappement », on entend désigner un conduit placé en sortie du moteur thermique turbocompressé à combustion interne du véhicule automobile qui permet d’évacuer les gaz d’échappement issus de la combustion interne du moteur.
Ainsi, l’invention repose sur une approche tout à fait nouvelle et inventive d’injection d’un agent réducteur du type solution de précurseur d’ammoniac, en amont d’un catalyseur à réduction catalytique sélective (communément appelé « catalyseur ») agencé en amont d’au moins un turbo dans un système d’échappement des gaz brûlés d’un moteur thermique turbocompressé à combustion interne. Cete injection permet d’effectuer un traitement des gaz brûlés à une température plus élevée par rapport à une injection effectuée en aval du au moins un turbo. Il est nécessaire afin d’obtenir un bon traitement des gaz brûlés que cette injection via le premier injecteur soit effectuée avec un différentiel de pression suffisant entre le système d’échappement et la ligne d’injection. Un différentiel de pression suffisant est un différentiel de pression qui permet d’obtenir une taille optimale de gouttelettes de solution de précurseur d’ammoniac à la sortie du premier injecteur. Une taille optimale de gouttelettes est une taille qui permet aux gouttelettes pulvérisées par le premier injecteur d’être toutes (ou quasiment toutes) évaporées et transformées en ammoniac gazeux avant d’entrer dans le catalyseur à réduction catalytique sélective. En effet, on cherche à éviter que de l’agent réducteur n’entre dans le catalyseur sous forme liquide. Compte tenu du fait que très peu de place est disponible dans la ligne d’échappement entre la sortie du premier injecteur et l’entrée du catalyseur, il est important de pouvoir évaporer rapidement l’agent réducteur liquide sous peine de laisser entrer dans le catalyseur de l’agent réducteur sous forme liquide. La taille optimale de gouttelettes est liée, entre autres, aux caractéristiques du premier injecteur, en particulier, au diamètre du ou des orifices d’injection, à la pression d’injection, à l’orientation et à la localisation du premier injecteur dans la ligne d’échappement. Ainsi, à un système d’échappement donné correspond une taille optimale de gouttelettes. La taille d’une gouttelette peut être définie par son diamètre moyen de Sauter (« Sauter Mean Diameter » en langue anglaise ou SMD). Dans un exemple donné de système d’échappement, le SMD optimal se situe dans une plage entre 50 pm et 500 pm.
On comprend que le moyen de mise sous pression de la ligne d’injection est un moyen autre que celui employé pour l’injection de l’agent réducteur. Le moyen de mise sous pression permet de provoquer une variation de pression importante et rapide permettant, à tout moment, d’ajuster la différence de pression, P2 - Pi à la première valeur référence.
La première valeur référence est une valeur de pression cible qui, tant qu’elle n’est pas atteinte, prévient l’exécution de l’étape d’injection de l’agent réducteur. La valeur de pression cible est la pression minimum nécessaire pour garantir une bonne qualité de nébulisation de l’agent réducteur, pour un système d’échappement donné. En effet, une injection de l’agent réducteur à une pression inférieure à la pression cible ne permettrait pas d’obtenir une taille optimale de gouttelettes, les gouttelettes seraient de taille trop importante. Plus les gouttelettes sont de taille importante et plus le risque de formation de dépôts résiduels indésirables sur les parois du système d’échappement est grand, ce qui peut conduire au colmatage ou bouchage du système d’échappement. La première valeur référence est approximativement au moins égale ou supérieure à 5 bar, plus préférentiellement est approximativement inférieure ou égale à 8 bar, plus préférentiellement approximativement inférieure ou égale à 7 bar. La deuxième valeur référence est une valeur de pression seuil à partir de laquelle l’agent réducteur peut être injecté. Ceci permet de créer des gouttelettes de taille optimale avant de les injecter. La deuxième valeur référence est approximativement au moins égale ou supérieure à 5 bar, plus préférentiellement est approximativement inférieure ou égale à 8 bar, plus préférentiellement approximativement inférieure ou égale à 7 bar. De préférence, la deuxième valeur référence est égale à la première valeur référence. De telles valeurs de première et deuxième valeurs de référence permettent ainsi d’obtenir à tout moment un différentiel de pression P2 - Pi suffisant pour obtenir une bonne nébulisation de l’agent réducteur dans le système d’échappement en amont d’un catalyseur à réduction catalytique sélective agencé en amont du au moins un turbo mais également d’éviter une formation de dépôts sur les parois du système d’échappement lorsque le différentiel de pression est trop élevé. En effet, l’injection effectuée avec un différentiel de pression élevé entraîne la projection des gouttelettes formée par nébulisation sur les parois du système d’échappement et la formation de dépôts résiduels indésirables.
Par les expressions « approximativement au moins égale ou supérieure à », « approximativement inférieure ou égale à » ; on entend désigner le fait qu’une tolérance est appliquée à cette valeur de pression, ladite tolérance étant de l’ordre de 0,5 bar. Les valeurs de pressions sont des valeurs relatives exprimées par rapport à la pression atmosphérique. La pression atmosphérique peut être mesurée à l’aide d’un troisième capteur situé à l’extérieur du système d’échappement ou bien localisé dans le pot d’échappement. Dans le cas d’un troisième capteur de pression localisé dans le pot d’échappement, la valeur mesurée peut faire l’objet d’une correction par calcul à l’aide de données du véhicule.
Avantageusement, le procédé de traitement des gaz brûlés d’un moteur thermique turbocompressé à combustion interne à bord d’un véhicule automobile en fonctionnement selon l’invention est tel qu’il comprend une étape de commande d’un moyen de réduction de pression dans la ligne d’injection lorsque la différence de pression, P2 - Pi, est supérieure à la deuxième valeur référence. Ladite deuxième valeur de référence est approximativement inférieure ou égale à 8 bar, plus préférentiellement approximativement inférieure ou égale à 7 bar. Dans un exemple, lorsque la pression dans la ligne d’échappement chute, par exemple suite à une baisse de régime du turbo, la différence de pression, P2- Pi, peut augmenter rapidement, ce qu’il faut éviter en réduisant la pression dans la ligne d’injection.
Ainsi, une telle étape de commande d’un moyen de réduction de pression dans la ligne d’injection de l’agent réducteur permet de garantir la conservation d’une bonne qualité de nébulisation de l’agent réducteur.
Selon un mode de réalisation préférentiel ou conforme à l’invention, le procédé de traitement des gaz brûlés d’un moteur thermique turbocompressé à combustion interne à bord d’un véhicule automobile en fonctionnement est tel que l’étape d’injection de l’agent réducteur en amont du catalyseur à réduction catalytique sélective agencé en amont du turbo est effectuée lorsque la différence de pression, P2 - Pi, est égale à une troisième valeur référence, ladite troisième valeur de référence étant préférentiellement égale à 80% de la différence de pression, soit 0,8 c (P2 - Pi). Ladite troisième valeur de référence étant comprise entre 5 et 7 bar exprimée en valeur de pression relative. Ainsi, une étape d’injection de l’agent réducteur effectuée à cette différence de pression permet encore de garantir une bonne qualité de nébulisation de l’agent réducteur optimum en garantissant encore une taille des gouttelettes suffisamment fine.
Selon une mise en œuvre avantageuse ou variante de l’invention, le procédé de traitement des gaz brûlés d’un moteur thermique turbocompressé à combustion interne à bord d’un véhicule automobile en fonctionnement est tel que l’étape de détermination de la première pression, Pi, dans un système d’échappement des gaz brûlés est effectuée en amont du catalyseur à réduction catalytique sélective.
Selon une mise en œuvre avantageuse ou variante de l’invention, le procédé de traitement des gaz brûlés d’un moteur thermique turbocompressé à combustion interne à bord d’un véhicule automobile en fonctionnement est tel que l’étape de détermination de la deuxième pression, P2, dans la ligne d’injection d’un agent réducteur est effectuée par mesure de ladite deuxième pression, P2, par un premier capteur de pression.
Selon une mise en œuvre avantageuse ou variante de l’invention, le procédé de traitement des gaz brûlés d’un moteur thermique turbocompressé à combustion interne à bord d’un véhicule automobile en fonctionnement est tel que l’étape de détermination de la première pression, Pi, dans le système d’échappement des gaz brûlés en amont du turbo est réalisée par mesure de la pression par un second capteur de pression ou est calculée sur base de la température des gaz d’échappement, de la température d’admission et de la pression d’admission, aussi appelé « pression turbo » car la pression d’admission est régulée par le débit du turbo. Préférentiellement, l’étape de détermination de la première pression, Pi, dans le système d’échappement des gaz brûlés en amont du turbo est réalisée par mesure de la pression par un second capteur de pression. L’utilisation d’un second capteur de pression permet de disposer d’une valeur de pression plus précise que celle obtenue par calcul. Plus préférentiellement, le second capteur de pression est localisé sur le premier injecteur. Une telle disposition permet d’obtenir une valeur de pression plus précise et ainsi assurer un meilleur contrôle de la nébulisation.
Selon une mise en œuvre avantageuse ou variante de l’invention, le procédé de traitement des gaz brûlés d’un moteur thermique turbocompressé à combustion interne à bord d’un véhicule automobile en fonctionnement est tel que l’agent réducteur est de l’ammoniac ou un précurseur de l’ammoniac tel que l’urée, préférentiellement l’agent réducteur est de l’ammoniac.
Selon une mise en œuvre avantageuse ou variante de l’invention, le procédé de traitement des gaz brûlés d’un moteur thermique turbocompressé à combustion interne à bord d’un véhicule automobile en fonctionnement est tel que le moyen de mise sous pression de la ligne d’injection est une pompe à engrenage. L’utilisation d’une pompe à engrenage permet une meilleure régulation de la pression dans la ligne d’injection.
Selon une mise en œuvre avantageuse ou variante de l’invention, le procédé de traitement des gaz brûlés d’un moteur thermique turbocompressé à combustion interne à bord d’un véhicule automobile en fonctionnement est tel que le moyen de réduction de pression dans la ligne d’injection de l’agent réducteur est une pompe à engrenage.
Avantageusement, la pompe à engrenage du moyen de mise sous pression de la ligne d’injection est une pompe réversible et le moyen de réduction de pression dans la ligne d’injection est ladite pompe réversible.
Selon une mise en œuvre avantageuse ou variante de l’invention, le procédé de traitement des gaz brûlés d’un moteur thermique turbocompressé à combustion interne à bord d’un véhicule automobile en fonctionnement est tel que la première valeur référence est supérieure ou égale à 5 bar, préférentiellement supérieure ou égale à 6 bar. Selon une mise en œuvre avantageuse ou variante de l’invention, le procédé de traitement des gaz brûlés d’un moteur thermique turbocompressé à combustion interne à bord d’un véhicule automobile en fonctionnement est tel que la deuxième valeur référence est supérieure ou égale à 5 bar, préférentiellement supérieure ou égale à 6 bar.
Selon une mise en œuvre avantageuse ou variante de l’invention, le procédé de traitement des gaz brûlés d’un moteur thermique turbocompressé à combustion interne à bord d’un véhicule automobile en fonctionnement est tel qu’il comprend une étape d’injection de l’agent réducteur en aval du turbo dans le système d’échappement des gaz brûlés par ouverture et fermeture d’un second injecteur.
Ainsi, une telle étape d’injection en aval du turbo dans le système d’échappement des gaz brûlés par ouverture et fermeture d’un second injecteur permet d’optimiser l’injection d’agent réducteur dans le système d’échappement des gaz brûlés.
L’invention concerne également un dispositif de traitement des gaz brûlés d’un moteur thermique turbocompressé à combustion interne à bord d’un véhicule automobile apte à mettre en œuvre le procédé de traitement des gaz brûlés d’un moteur thermique turbocompressé selon l’invention, ledit dispositif de traitement comprenant :
• un réservoir d’agent réducteur connecté à au moins un premier injecteur via une ligne d’injection, ledit au moins un premier injecteur de la ligne d’injection étant situé en amont d’un catalyseur à réduction catalytique sélective agencé en amont d’au moins un turbo dans le système d’échappement des gaz brûlés,
• un premier capteur de pression apte à mesurer la pression dans la ligne d’injection • une pompe à engrenage connectée fluidiquement à la ligne d’injection, ladite pompe étant apte à injecter l’agent réducteur contenu dans le réservoir dans la ligne d’injection,
• un second capteur de pression situé dans le système d’échappement des gaz brûlés en amont du au moins un turbo, préférentiellement ledit second capteur est situé sur la tête de l’au moins un premier injecteur, ledit second capteur étant apte à mesurer la pression dans le système d’échappement des gaz brûlés, · une première unité de contrôle commandant le démarrage ou l’arrêt de la pompe à engrenage ainsi que sa vitesse en fonction des pressions mesurées par le premier et le second capteur de pression.
Finalement, l’invention concerne également un véhicule automobile comprenant un dispositif de traitement des gaz brûlés d’un moteur thermique turbocompressé selon l’invention.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d’un mode de réalisation préférentiel, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels :
• La figure 1 présente un synoptique d’un mode de mise en œuvre d’un procédé de traitement des gaz brûlés d’un moteur thermique turbocompressé à combustion interne à bord d’un véhicule automobile en fonctionnement selon l’invention.
La figure 2 illustre un mode de réalisation d’un dispositif de traitement des gaz brûlés d’un moteur thermique turbocompressé à combustion interne à bord d’un véhicule automobile selon l’invention. On présente, en relation avec la figure 1, un mode de mise en œuvre d’un procédé de traitement des gaz brûlés d’un moteur thermique turbocompressé à combustion interne à bord d’un véhicule automobile (1) en fonctionnement selon l’invention. Ledit procédé de traitement des gaz brûlés d’un moteur thermique turbocompressé à combustion interne à bord d’un véhicule automobile (1) en fonctionnement comprend :
• une étape de détermination d’une première pression, Pi, dans un système d’échappement des gaz brûlés en amont d’au moins un turbo (10) ;
• une étape de détermination d’une deuxième pression, P2, dans une ligne d’injection d’un agent réducteur (11) du type solution de précurseur d’ammoniac ;
• une étape de commande d’un moyen de mise sous pression de la ligne d’injection lorsque la différence de pression, P2 - Pi, est inférieure à une première valeur référence (12) ;
• une étape d’injection de l’agent réducteur en amont du au moins un turbo dans un système d’échappement des gaz brûlés par ouverture et fermeture d’un premier injecteur, ladite étape d’injection étant effectuée uniquement lorsque la différence de pression, P2 - Pi, est supérieure ou égale à une deuxième valeur référence (13).
La première valeur référence est approximativement au moins égale ou supérieure à 5 bar, plus préférentiellement est approximativement inférieure ou égale à 8 bar, plus préférentiellement approximativement inférieure ou égale à 7 bar. La deuxième valeur référence est approximativement au moins égale ou supérieure à 5 bar, plus préférentiellement est approximativement inférieure ou égale à 8 bar, plus préférentiellement approximativement inférieure ou égale à 7 bar. De telles valeurs de première et deuxième valeurs de référence permetent d’obtenir à tout moment un différentiel de pression suffisant pour obtenir une bonne nébulisation de l’agent réducteur dans le système d’échappement en amont du au moins un turbo mais également d’éviter un dépôt sur les parois du système d’échappement lorsque le différentiel de pression est trop élevé. L’injection effectuée avec un différentiel de pression élevé entraîne la projection des goutteletes formées par nébulisation sur les parois du système d’échappement et la formation de dépôts.
La figure 2 illustre un mode de réalisation d’un dispositif de traitement des gaz brûlés d’un moteur thermique turbocompressé à combustion interne à bord d’un véhicule automobile selon l’invention. Le dispositif de traitement des gaz brûlés d’un moteur thermique turbocompressé à combustion interne à bord d’un véhicule automobile (2) comprend :
• un réservoir d’agent réducteur (20) connecté à au moins un premier injecteur (21) via une ligne d’injection (22), ledit au moins un premier injecteur (21) de la ligne d’injection (22) étant situé en amont d’un catalyseur à réduction catalytique sélective agencé en amont du turbo (30) dans le système d’échappement des gaz brûlés (3),
• un premier capteur de pression apte à mesurer la pression dans la ligne d’injection (22),
• une pompe à engrenage connectée fluidiquement à la ligne d’injection (22), ladite pompe étant apte à injecter l’agent réducteur contenu dans le réservoir (20) dans la ligne d’injection (22), la pompe à engrenage se situant dans un module (23),
• un second capteur de pression situé dans le système d’échappement des gaz brûlés (3) en amont du au moins un turbo (30), préférentiellement ledit second capteur est situé sur la tête de l’au moins un premier injecteur (21), ledit second capteur étant apte à mesurer la pression dans le système d’échappement des gaz brûlés (3),
• une première unité de contrôle (24) commandant le démarrage ou l’arrêt de la pompe à engrenage ainsi que sa vitesse en fonction des pressions mesurées par le premier et le second capteur de pression. Préférentiellement la première unité de contrôle (24) enregistre les données du système dont notamment les pressions mesurées par le premier et le second capteur de pression et commande une seconde unité de contrôle (25) laquelle pilote la pompe à engrenage. Cette disposition permet d’optimiser le contrôle des différents composants présent dans le module (23) tel que la pompe à engrenage ou les chauffeurs (26). La première unité de contrôle (24) peut également être connectée à un capteur de NOx/NFL (28) fixé en sortie ou proche de la sortie du système d’échappement (3).
• La ligne d’injection (22) peut également comprendre un second injecteur (27) situé en aval du au moins un turbo (30).
• Le système d’échappement (3) comprend une unité dite SCRF (31) située en amont du au moins un turbo (30) et une unité SCR UF (32) couplée avec une unité ASC (33). Ladite unité SCRF (31) est située entre le au moins un turbo (30) et le au moins un premier injecteur, lesdites unités SCR UF (32) et ASC (33) étant située en aval du second injecteur (27). L’unité SCRF (31) (ou « Sélective Catalytic Réduction on Filter » en langue anglaise) est un filtre à particules qui intègre un catalyseur à réduction catalytique sélective (SCR), ce qui permet de remplir à la fois la fonction de filtre à suie et de réduction des NOx. Les unités SCR UF (ou « SCR Under- Floor » en langue anglaise) et ASC (ou « Ammonia Slip Catalyst » en langue anglaise) sont respectivement une unité de réduction catalytique sélective de NOx et une unité contenant un catalyseur pour traiter les fuites d’ammoniac.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement des gaz brûlés d’un moteur thermique turbocompressé à combustion interne à bord d’un véhicule automobile (1) en fonctionnement, ledit procédé (1) comprenant :
• une étape de détermination d’une première pression, Pi, dans un système d’échappement des gaz brûlés en amont d’au moins un turbocompresseur (10) ;
• une étape de détermination d’une deuxième pression, P2, dans une ligne d’injection d’un agent réducteur (11) du type solution de précurseur d’ammoniac ; · une étape de commande d’un moyen de mise sous pression de la ligne d’injection lorsque la différence de pression, P2 - Pi, est inférieure à une première valeur référence (12) ;
• une étape d’injection de l’agent réducteur en amont d’un catalyseur à réduction catalytique sélective agencé en amont du au moins un turbocompresseur dans un système d’échappement des gaz brûlés par ouverture et fermeture d’un premier injecteur, ladite étape d’injection étant effectuée uniquement lorsque la différence de pression, P2 - Pi, est supérieure ou égale à une deuxième valeur référence (13).
2. Procédé selon la revendication 1, tel qu’il comprend une étape de commande d’un moyen de réduction de pression dans la ligne d’injection lorsque la différence de pression, P2 - Pi, est supérieure à la deuxième valeur référence (12).
3. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, tel que l’étape d’injection de l’agent réducteur en amont du catalyseur à réduction catalytique sélective agencé en amont du turbo dans un système d’échappement des gaz brûlés (13) est effectuée lorsque la différence de pression P2 - Pi est égale à une troisième valeur référence, ladite troisième valeur de référence étant préférentiellement égale à 80% de la différence de pression, soit 0,8 x (P2 - P1).
4. Procédé selon la revendication 1, tel que l’étape de détermination de la deuxième pression, P2, dans la ligne d’injection d’un agent réducteur (11) est effectuée par mesure de ladite deuxième pression, P2, par un premier capteur de pression.
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, tel que l’étape de détermination de la première pression, Pi, dans le système d’échappement des gaz brûlés en amont du turbo (10) est réalisée par mesure de la pression par un second capteur de pression ou est calculée sur base de la température des gaz d’échappement, de la température d’admission et de la pression d’admission.
6. Procédé selon la revendication 5, tel que l’étape de détermination de la première pression, Pi, dans le système d’échappement des gaz brûlés en amont du turbo (10) est réalisée par mesure de la pression par le second capteur de pression.
7. Procédé selon la revendication 6, tel que le second capteur de pression est localisé sur le premier injecteur.
8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, tel que l’agent réducteur est de l’ammoniac ou un précurseur de l’ammoniac tel que l’urée, préférentiellement l’agent réducteur est de l’ammoniac.
9. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, tel que le moyen de mise sous pression de la ligne d’injection est une pompe à engrenage.
10. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, tel que la première valeur référence est supérieure ou égale à 5 bar, préférentiellement supérieure ou égale à 6 bar.
11. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, tel que la deuxième valeur référence est supérieure ou égale à 5 bar, préférentiellement supérieure ou égale à 6 bar.
12. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, tel qu’il comprend une étape d’injection de l’agent réducteur en aval du turbo dans le système d’échappement des gaz brûlés par ouverture et fermeture d’un second injecteur.
13. Dispositif de traitement des gaz brûlés d’un moteur thermique turbocompressé à combustion interne à bord d’un véhicule automobile (2) apte à mettre en œuvre le procédé de traitement des gaz brûlés d’un moteur thermique turbocompressé (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, ledit dispositif de traitement comprenant :
• un réservoir d’agent réducteur (20) connecté à au moins un premier injecteur (21) via une ligne d’injection (22), ledit au moins un premier injecteur (21) de la ligne d’injection (22) étant situé en amont d’un catalyseur à réduction catalytique sélective agencé en amont d’au moins un turbocompresseur (30) dans le système d’échappement des gaz brûlés (3),
• un premier capteur de pression apte à mesurer la pression dans la ligne d’injection,
• une pompe à engrenage connectée fluidiquement à la ligne d’injection, ladite pompe étant apte à injecter l’agent réducteur contenu dans le réservoir dans la ligne d’injection, un second capteur de pression situé dans le système d’échappement des gaz brûlés en amont du au moins un turbocompresseur (30), préférentiellement ledit second capteur est situé sur la tête de l’au moins un premier injecteur,
• une première unité de contrôle (23) commandant le démarrage ou l’arrêt de la pompe à engrenage ainsi que sa vitesse en fonction des pressions mesurées par les premier et second capteurs de pression.
14. Véhicule automobile comprenant un dispositif de traitement des gaz brûlés d’un moteur thermique turbocompressé selon la revendication 13.
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