WO2020161114A1 - Procédé d'injection d'ammoniac sous forme gazeuse dans une ligne d'échappement de moteur thermique - Google Patents

Procédé d'injection d'ammoniac sous forme gazeuse dans une ligne d'échappement de moteur thermique Download PDF

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exhaust line
gaseous form
exhaust
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Cheikh Diouf
Mathieu DUPRIEZ
Charles-Albert FISCHBACH
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Vitesco Technologies GmbH
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Definitions

  • TITLE Method of injecting ammonia in gaseous form into a heat engine exhaust line
  • the present invention relates to a method for injecting ammonia in gaseous form into an exhaust line of a heat engine and to a device for injecting ammonia in gaseous form into an exhaust line of a heat engine, the device implementing such a method of injection.
  • Such a device comprises a control supervisor, an evaporation chamber incorporating means for heating a quantity of reducing agent then releasing ammonia in gaseous form leaving the evaporation chamber via a pipe opening into the line. exhaust.
  • This depollution reducing agent processes the NOx present in the exhaust line of the heat engine of the motor vehicle.
  • This RCS reducing agent is frequently ammonia or a precursor of ammonia, for example urea or a urea derivative, in particular a mixture known under the trademark AdBlue®.
  • An RCS system typically has a reservoir containing a quantity of liquid reducing agent, a pump for supplying liquid reducing agent to an exhaust line of a motor vehicle from an injector opening into the line of exhaust.
  • the liquid reducing agent decomposes into ammonia in gaseous form, with the chemical formula NH3.
  • the NH3 is stored in an RCS catalyst to reduce the NOx in the gases evacuated by the exhaust line.
  • An RCS system more particularly when the reducing agent is a derivative of urea such as AdBlue®, is effective between medium and high temperatures and can convert NOx continuously. Optimized control is also required to increase the efficiency of NOx treatment and optimize fuel and reducing agent consumption, since these parameters are all a function, in a non-linear fashion, of the conditions prevailing in the exhaust and during the process. catalysis.
  • the control of an RCS system can be divided into two parts: nominal control and adaptive control.
  • the nominal control fixes the quantity to be injected of reducing agent which is calibrated according to the RCS system and the test vehicle used during development.
  • the adaptive control fixes a multiplying factor for correcting the quantity to be injected of reducing agent based on the vehicle on which the RCS system is actually associated, in order to adapt the system in series to deviations and dispersions that may come from the injector reducing agent, NOx sensors, reducing agent quality, dosing system, catalysis temperature, exhaust flow, etc.
  • the system can have an influence on the reduction process by causing more NOx or NH3 emissions, the NH3 corresponding to the reducing agent transformed but not used for the catalysis at the outlet of the line. 'exhaust.
  • the adaptive control uses an NH3 and / or NOx sensor or works with an estimate at the output of a particulate filter impregnated with RCS or an RCS catalyst, this without taking into account the case where an RCS system auxiliary is present or if there is present an oxidation catalyst of the surplus NH3 not used for the control of the catalysis at the end of the exhaust line in order to avoid rejecting NH3 into the environment outside the motor vehicle.
  • a control of an RCS system according to the state of the art makes it possible to adapt a predetermined NOx treatment efficiency according to a volumetric ratio or a mass concentration or a level of NOx in the exhaust line, by example a mass flow in grams per second.
  • the method comprises the step of heating an organo-nitro compound to obtain its decomposition into a mixture of at least one reducing agent in gas phase containing ammonia and another reducing agent in gas phase as well as vapor. of water.
  • the method then comprises the step of compressing and cooling this mixture to condense the water vapor into a liquid phase of water and obtain a gas phase of one of the two reducing agents and a liquid phase of the other agent. reducer.
  • the method comprises the step of injecting one of the reducing agents into the exhaust line in association with at least the selective catalytic reduction means for treating the pollutants of these gases.
  • the problem underlying the invention is to design a system for reducing nitrogen oxides present in the exhaust gases discharged from a heat engine via an exhaust line which does not have the aforementioned drawbacks. by providing for injecting ammonia in gaseous form into the exhaust line and by precisely controlling the quantity of ammonia in gaseous form injected.
  • the present invention relates to a process for injecting ammonia in gaseous form into a line.
  • heat engine exhaust a reducing agent being heated in an evaporation chamber in order to release ammonia in gaseous form then introduced into the exhaust line via a pipe at the outlet of the evaporation chamber, remarkable in that, the pressure in the evaporation chamber and the pressure of the exhaust gases in the exhaust line being measured or estimated, a quantity of ammonia Q in gaseous form is injected at a time given in the estimated exhaust line according to the following equation:
  • PI being the prevailing pressure in the evaporation chamber
  • P2 the prevailing pressure of the exhaust gases in the exhaust line
  • K a constant depending on a section of the pipe and on a density of the quantity of ammonia in gaseous form injected into the exhaust line.
  • This quantity of ammonia is a function of the square root of the ratio of a pressure differential inside the evaporation chamber and the exhaust line over a constant K which is a function of a section of the pipe bringing the ammonia in gaseous form from the evaporation chamber inside the exhaust line.
  • a temperature in the evaporation chamber is measured and controlled so as to be greater than a temperature for converting the reducing agent into ammonia under the pressure prevailing in the measured or estimated evaporation chamber.
  • ammonia in gaseous form is always obtained in the evaporation chamber and ready to ensure a reduction of nitrogen oxides when a quantity of ammonia is injected into the exhaust line under the suction effected by this fact.
  • the pressure differential between the evaporation chamber and the pressure of the exhaust gases in the line is always obtained in the evaporation chamber and ready to ensure a reduction of nitrogen oxides when a quantity of ammonia is injected into the exhaust line under the suction effected by this fact.
  • a concentration of ammonia in gaseous form in the evaporation chamber is measured or estimated and when this concentration of ammonia in gaseous form is less than a minimum concentration, the reducing agent is reintroduced into the chamber. evaporation.
  • an exhaust gas flow rate is measured or estimated in the exhaust line, an estimate of the nitrogen oxides discharged from the heat engine in the exhaust line being carried out as a function of this measured or estimated flow rate, a quantity total ammonia in gaseous form being estimated within a determined time interval for a reduction in quantity of nitrogen oxides discharged during this time interval in the exhaust line, the total quantity of ammonia in gaseous form being injected by succession of quantities of ammonia in gaseous form at given instants of the interval of time.
  • the invention relates to a device for injecting ammonia in gaseous form into an exhaust line of a heat engine, the device comprising a control supervisor, an evaporation chamber incorporating means for heating a quantity of. 'reducing agent then releasing ammonia in gaseous form leaving the evaporation chamber via a pipe opening into the exhaust line, the device implementing such a method, remarkable in that the control supervisor is associated with a first internal pressure sensor housed in the evaporation chamber and a second pressure sensor intended to be housed in the exhaust line, comprising means for calculating a quantity of ammonia to be injected at a given time in the exhaust line as a function of the pressure values of the first and second pressure sensors.
  • the supervisor is associated with a temperature sensor and with an ammonia sensor housed in the evaporation chamber, the supervisor being associated with an exhaust gas flow mass flow sensor intended to be housed in the evaporation chamber.
  • the outlet pipe comprises a communication interface with the evaporation chamber, a metering valve downstream of the communication interface controlled by actuation means from the supervisor to deliver a quantity of ammonia to be injected. at a given time and a restriction on the pipe downstream of the metering valve, a section of the restriction being taken as a section of the pipe and the supervisor comprises means for estimating the density of the quantity of ammonia in gaseous form injected into the exhaust line as a function of the temperature measured by the temperature sensor in the evaporation chamber.
  • the pipe is intended to open into the exhaust line via a passive injector.
  • the supervisor comprises means for actuating a reducing agent metering valve in the evaporation chamber, the reducing agent metering valve being positioned upstream of an inlet interface in the chamber. 'evaporation.
  • the means for heating the evaporation chamber are electrical heating means and the reducing agent is a mixture of water and urea.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a view of a device for injecting ammonia in gaseous form into a heat engine exhaust line according to an embodiment according to the present invention.
  • the present invention relates to a method for injecting ammonia in gaseous form into an exhaust line of a heat engine. Exhaust gases pass through the exhaust line 10 at the outlet of the heat engine in the direction indicated by the arrow F.
  • a reducing agent advantageously a reducing agent precursor of ammonia being urea or a derivative of urea, in particular a mixture known under the trademark AdBlue® is heated in an evaporation chamber 3 in order to release ammonia in gaseous form.
  • This gaseous ammonia or NH 3 is then introduced into the exhaust line 10 via a pipe 16 at the outlet of the evaporation chamber 3.
  • the quantity of ammonia in gaseous form injected depends on the pressure difference between the prevailing pressure, on the one hand, in the evaporation chamber 3 and, on the other hand, in the exhaust line 10.
  • the pressure in the evaporation chamber 3 and the pressure of the exhaust gases in the exhaust line 10 are measured or estimated, advantageously measured.
  • An amount of ammonia Q in gaseous form is injected at a given time into the exhaust line estimated in accordance with the following equation:
  • the quantity of ammonia in gaseous form Q is the quantity of ammonia equal to the square root of the ratio of the pressure difference between the prevailing pressure in the evaporation chamber 3 and the prevailing pressure of the exhaust gases in the line 10 escape on a constant K.
  • PI is the prevailing pressure in the evaporation chamber 3
  • P2 the prevailing pressure of the exhaust gases in the exhaust line 10
  • K a constant depending on a section of the pipe 16 and a density of the quantity of ammonia in gaseous form injected into the exhaust line.
  • the temperature control in the evaporation chamber 3 is important in order to control the temperature in the evaporation chamber 3 to a value high enough so that there is always ammonia in the gas phase obtained after thermolysis and hydrolysis. urea.
  • AdBlue® a product known as AdBlue® which is a mixture of 32.5% urea and water
  • the first step is the thermolysis of urea according to the following chemical reaction:
  • the second step is the hydrolysis of isocyanic acid according to the following chemical reaction:
  • a temperature in the evaporation chamber 3 can be measured and controlled so as to be greater than a temperature for converting the reducing agent into ammonia, this under the pressure prevailing in the evaporation chamber 3 measured or estimated.
  • the temperature and the pressure prevailing in the evaporation chamber 3 can be measured by a temperature sensor 11 and a pressure sensor 12, as shown in Figure 1.
  • a concentration of gaseous ammonia in the evaporation chamber 3 can be measured or estimated.
  • the concentration of ammonia in gaseous form can be measured by an ammonia sensor 13, as shown in Figure 1.
  • a flow rate of exhaust gas in the exhaust line can be measured or estimated.
  • an estimate of the nitrogen oxides discharged from the heat engine in the exhaust line 10 can be carried out as a function of this flow rate measured using the first equation stated above, this within a time interval determined for a reduction. the amount of nitrogen oxides discharged during this time interval.
  • a total quantity of ammonia in gaseous form for a reduction of the nitrogen oxides can be estimated within a determined time interval for a reduction in the amount of nitrogen oxides discharged during this time interval in. the exhaust line 10.
  • the total quantity of ammonia in gaseous form can be injected by succession of quantities of ammonia in gaseous form at given instants of the time interval.
  • the invention relates to a device 1 for injecting ammonia in gaseous form into an exhaust line 10 of a heat engine.
  • the injection device 1 comprises a control supervisor 4, an evaporation chamber 3 incorporating means 6 for heating a quantity of reducing agent then releasing ammonia in gaseous form.
  • the ammonia in gaseous form leaves the evaporation chamber 3 via a pipe 16 opening into the exhaust line 10.
  • the injection device 1 implements a method as described above. To do this, the control supervisor 4 is associated with a first internal pressure sensor 12 housed in the evaporation chamber 3 and with a second pressure sensor 14 intended to be housed in the exhaust line 10.
  • the pressure in the exhaust line 10 can also be estimated by being supplied by the electronic engine control unit which calculates it on the basis of the operating parameters in force of the heat engine. This makes it possible to simultaneously measure the prevailing pressure in the evaporation chamber 3 and the prevailing pressure of the exhaust gases in the exhaust line 10.
  • the control supervisor 4 integrates means for calculating a quantity of ammonia to be injected at a given instant into the exhaust line 10 as a function of the pressure values of the first and second pressure sensors 12, 14, this according to the first equation mentioned above, also taking into account the constant K.
  • the supervisor 4 can be associated with a temperature sensor 11 and with an ammonia sensor 13 housed in the evaporation chamber 3.
  • the supervisor 4 can be associated with a mass flow sensor 15 of flow of the exhaust gases intended to be housed in the exhaust line 10, comprising means for estimating the flow rate of nitrogen oxides in the line 10 from the mass flow rate, this in a first optional embodiment .
  • the supervisor 4 comprises a model for estimating a flow rate of nitrogen oxides as a function of operating parameters of a heat engine comprising at least one engine speed and one engine torque, this model being an exhaust gas emission model taking into account the operating parameters.
  • the model can be corrected by the measurements of a nitrogen oxide probe present in the exhaust line.
  • the supervisor 4 controls an over-injection of ammonia in gaseous form, which leads to a release of ammonia at the exhaust outlet.
  • the estimation model can be calibrated on a nominal motor and may not take into account the specifics of the motor. thermal specific to the motor vehicle and in particular its aging or its dysregulation. However, with the dispersion of the engines produced and their aging, the estimation error can be significant. Thus, it is judicious to correct the estimation model if necessary, this by learning.
  • the outlet pipe 16 may comprise a communication interface 7 with the evaporation chamber 3, positioned on the wall of the evaporation chamber 3 and passing through it locally.
  • the outlet pipe 16 can then include a metering valve 8 downstream of the communication interface 7 controlled by actuation means from the supervisor 4 to deliver a quantity of ammonia in gaseous form to be injected at a given time. , this as a function of the pressure difference in the evaporation chamber 3 and in the exhaust line 10, as estimated according to the first equation mentioned above.
  • the outlet pipe 16 can finally include a restriction 17 on the pipe 16 downstream of the metering valve 8.
  • This restriction 17 influences the value of the constant K of the first equation.
  • a section of the restriction is then taken as a section of pipe 16 in the first equation.
  • the supervisor 4 can furthermore comprise means for estimating the density of the quantity of ammonia in gaseous form injected into the exhaust line 10 as a function of the temperature measured by the temperature sensor. temperature 11 in the evaporation chamber 3.
  • the pipe 16 Due to the presence of the metering valve 8 upstream of the injector 9, forming the interface of the pipe 16 with the exhaust line 10, the pipe 16 can open into the exhaust line 10 via an injector. passive 9, that is to say not carrying out any control of the flow rate of ammonia in gaseous form passing through it.
  • the supervisor 4 may include means for actuating a metering valve 2 for reducing agent in the evaporation chamber 3.
  • the reducing agent metering valve 2 can thus be positioned upstream of an inlet interface 5 in the evaporation chamber 3.
  • the heating means 6 of the evaporation chamber 3 can be electric heating means 6.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif (1) d'injection d'ammoniac sous forme gazeuse dans une ligne (10) d'échappement d'un moteur thermique, comprenant un superviseur (4), une chambre d'évaporation (3) intégrant des moyens de chauffage (6) d'une quantité d'agent réducteur libérant alors de l'ammoniac sous forme gazeuse sortant de la chambre d'évaporation (3) par une conduite (16) débouchant dans la ligne (10) d'échappement. Le superviseur (4) de contrôle est associé à un premier capteur de pression (12) interne logé dans la chambre d'évaporation (3) et à un deuxième capteur de pression (14) destiné à être logé dans la ligne (10) d'échappement en comprenant des moyens de calcul d'une quantité d'ammoniac à injecter à un instant donné dans la ligne (10) d'échappement en fonction des valeurs de pression des premier et deuxième capteurs (12, 14) de pression.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Procédé d'injection d'ammoniac sous forme gazeuse dans une ligne d' échappement de moteur thermique
Domaine technique de 11 invention
La présente invention concerne un procédé d'injection d' ammoniac sous forme gazeuse dans une ligne d' échappement de moteur thermique ainsi qu'un dispositif d'injection d'ammoniac sous forme gazeuse dans une ligne d' échappement d' un moteur thermique, le dispositif mettant en œuvre un tel procédé d' inj ection .
Un tel dispositif comprend un superviseur de contrôle, une chambre d'évaporation intégrant des moyens de chauffage d'une quantité d' agent réducteur libérant alors de l' ammoniac sous forme gazeuse sortant de la chambre d' évaporation par une conduite débouchant dans la ligne d'échappement.
Art antérieur
Plus de 95% des moteurs Diesel seront équipés dans un proche avenir d'un dispositif de traitement des oxydes d'azote dans la ligne d'échappement. Ceci pourrait valoir aussi dans un avenir plus lointain pour les moteurs à carburant essence.
Pour ce faire, dans des véhicules automobiles notamment à moteur à allumage par compression, notamment avec carburant gazole, il est connu d'équiper une ligne d'échappement de moteur thermique d'un système de réduction catalytique sélective avec injection d'agent réducteur dans la ligne, l'unité de contrôle commande recevant les estimations ou mesures de quantités d' oxydes d' azote sortant par la ligne d' échappement au moins en aval du système de réduction catalytique sélective.
Pour la dépollution des oxydes d'azote ou NOx, il est donc fréquemment utilisé un système de réduction catalytique sélective autrement connu sous l' abréviation française de RCS correspondant à l'abréviation anglaise de SCR pour « sélective catalytic réduction ». Par la suite, dans la présente demande, le système de réduction catalytique sélective pourra aussi être cité par son abréviation RCS de même que les oxydes d' azote pourront être cités sous leur abréviation NOx et l' ammoniac sous sa formule chimique NH3.
Dans un système RCS, il est fréquemment utilisé un agent réducteur liquide destiné à être introduit en quantités prédéfinies et par injections consécutives dans une ligne d'échappement d'un véhicule automobile.
L'ajout de cet agent réducteur de dépollution effectue le traitement des NOx présents dans la ligne d' échappement du moteur thermique du véhicule automobile. Cet agent réducteur RCS est fréquemment de l'ammoniac ou un précurseur de l'ammoniac, par exemple de l'urée ou un dérivé de l'urée, notamment un mélange connu sous la marque AdBlue®.
Un système RCS présente typiquement un réservoir contenant une quantité d'agent réducteur liquide, une pompe pour l'alimentation en agent réducteur liquide d'une ligne d'échappement d'un véhicule automobile à partir d'un injecteur débouchant dans la ligne d'échappement.
L'agent réducteur liquide se décompose en ammoniac sous forme gazeuse, de formule chimique NH3. Le NH3 se stocke dans un catalyseur RCS pour réduire les NOx se trouvant dans les gaz évacués par la ligne d'échappement.
Un système RCS, plus particulièrement quand l'agent réducteur est un dérivé de l'urée comme de l'AdBlue®, est efficace entre des températures moyennes et hautes et peut convertir les NOx de manière continue. Une commande optimisée est aussi requise pour augmenter l'efficacité de traitement des NOx et optimiser les consommations de carburant et d' agent réducteur, étant donné que ces paramètres sont tous fonction, de manière non linéaire, des conditions régnantes dans l'échappement et lors de la catalyse.
La commande d' un système RCS peut se diviser en deux parties : une commande nominale et une commande adaptative. La commande nominale fixe la quantité à injecter d'agent réducteur qui est calibrée en fonction du système RCS et du véhicule d'essai ayant servi lors du développement. La commande adaptative fixe un facteur multiplicatif de correction de la quantité à injecter d'agent réducteur basé pour le véhicule sur lequel est effectivement associé le système RCS, afin d'adapter le système en série à des déviations et dispersions pouvant provenir de l'injecteur d'agent réducteur, des capteurs NOx, de la qualité d'agent réducteur, du système de dosage, de la température de catalyse, du débit d'échappement, etc.
II faut aussi tenir compte que le système peut avoir une influence sur le procédé de réduction en provoquant plus d'émissions de NOx ou de NH3, le NH3 correspondant à de l'agent réducteur transformé mais non utilisé pour la catalyse en sortie de ligne d'échappement.
De manière générale, la commande adaptative utilise un capteur de NH3 et/ou de NOx ou travaille avec une estimation en sortie d'un filtre à particules imprégné de RCS ou d'un catalyseur RCS, ceci sans tenir compte du cas où un système RCS auxiliaire est présent ou si est présent un catalyseur d' oxydation du surplus de NH3 non utilisé pour le contrôle de la catalyse en fin de ligne d' échappement afin d' éviter de rejeter du NH3 dans l'environnement extérieur au véhicule automobile .
Une commande d'un système RCS selon l'état de la technique rend possible une adaptation d'une efficacité de traitement de NOx prédéterminé selon un rapport volumétrique ou une concentration massique ou d'un niveau de NOx dans la ligne d'échappement, par exemple un débit massique en gramme par seconde .
Les systèmes RCS les plus répandus agissent avec un agent réducteur liquide avec ou sans ajout d'air. Un système RCS avec ajout d'air présente le désavantage de ne pas garantir une injection d'agent à forte charge du moteur thermique. Un système RCS sans ajout d'air présente le risque d'un dépôt liquide puis solide d' agent réducteur dû à une mauvaise vaporisation de l'agent réducteur à des températures basses. Le document FR-A-2 953 737 décrit un procédé de traitement de polluants contenus dans des gaz d'échappement, notamment d'un moteur thermique. Dans la ligne d'échappement en sortie du moteur thermique, il est prévu des moyens de réduction catalytique sélective traversés par les gaz et des moyens d'injection d'un agent réducteur dans ladite ligne pour traiter lesdits polluants lors du passage au travers des moyens de catalyse .
Le procédé comprend l'étape de chauffage d'un composé organo-nitré pour obtenir sa décomposition en un mélange d'au moins un agent réducteur en phase gazeuse contenant de l'ammoniac et un autre agent réducteur en phase gazeuse ainsi que de la vapeur d'eau.
Le procédé comprend ensuite l'étape de compression et de refroidissement de ce mélange pour condenser la vapeur d'eau en une phase liquide d'eau et obtenir une phase gazeuse d'un des deux agents réducteurs et une phase liquide de l'autre agent réducteur .
Enfin, le procédé comprend l'étape d'injection de l'un des agents réducteurs dans la ligne d'échappement en association avec au moins les moyens de réduction catalytique sélective pour traiter les polluants de ces gaz.
Ce document ne donne aucune indication comment l'injection se fait pour que le dosage de la quantité d'ammoniac injectée dans la ligne d'échappement se fasse précisément.
Par conséquent, le problème à la base de l' invention est de concevoir un système de réduction des oxydes d' azote présents dans les gaz d' échappement évacués d' un moteur thermique par une ligne d' échappement qui ne présente pas les inconvénients précités en prévoyant d'injecter de l'ammoniac sous forme gazeuse dans la ligne d' échappement et en contrôlant précisément la quantité d'ammoniac sous forme gazeuse injectée.
Résumé de 1 invention
A cet effet, la présente invention concerne un procédé d'injection d'ammoniac sous forme gazeuse dans une ligne d'échappement de moteur thermique, un agent réducteur étant chauffé dans une chambre d' évaporation afin de libérer de l'ammoniac sous forme gazeuse ensuite introduit dans la ligne d' échappement par une conduite en sortie de la chambre d'évaporation, remarquable en ce que, la pression dans la chambre d'évaporation et la pression des gaz d'échappement dans la ligne d'échappement étant mesurées ou estimées, il est procédé à une injection d'une quantité d'ammoniac Q sous forme gazeuse à un instant donné dans la ligne d' échappement estimée conformément à l' équation suivante :
[Math. 1]
Q= j[(PI - P2)/K]
PI étant la pression régnante dans la chambre d'évaporation, P2 la pression régnante des gaz d'échappement dans la ligne d'échappement et K une constante dépendant d'une section de la conduite et d'une densité de la quantité d'ammoniac sous forme gazeuse injectée dans la ligne d'échappement.
Il est important de connaître précisément la quantité d' ammoniac en phase gazeuse pénétrant dans la ligne d'échappement. Cette quantité d'ammoniac est fonction de la racine carrée du rapport d'un différentiel de pression à l'intérieur de la chambre d'évaporation et de la ligne d' échappement sur une constante K fonction d' une section de la conduite amenant l'ammoniac sous forme gazeuse de la chambre d'évaporation à l'intérieur de la ligne d'échappement.
De par le différentiel de pression, un effet Venturi se crée aspirant l'ammoniac contenu dans la conduite à l'intérieur de la ligne d'échappement.
Contrairement à un système RCS classique, ce n'est pas de l'agent réducteur qui est introduit dans la ligne d'échappement mais de l'ammoniac sous forme gazeuse. Dans un système selon l'état de la technique, la transformation de l'agent réducteur en ammoniac à l'intérieur de la ligne d'échappement pouvait être incomplète du fait d'une trop basse température des gaz d'échappement dans la ligne, ce qui est évité par le procédé selon l'invention. De plus, il ne risque pas d'avoir de dépôt d'agent réducteur dans la conduite ni de risque d' éclatement de cette conduite en arrêt prolongé du véhicule automobile par température extérieure très froide du fait du gel de l'agent réducteur que la conduite contient, ce qui accroît la sécurité et la maintenance du dispositif d'injection en ne nécessitant plus de purge de la conduite et de l'injecteur.
De plus, la réaction de l'ammoniac sous forme gazeuse et chaud est plus rapide avec les oxydes d' azote à l' intérieur de la ligne d'échappement que pour un système RCS selon l'état de la technique, aucune transformation chimique de l'agent réducteur n'étant requise.
Avantageusement, une température dans la chambre d' évaporation est mesurée et pilotée pour être supérieure à une température de transformation de l' agent réducteur en ammoniac sous la pression régnante dans la chambre d' évaporation mesurée ou estimée.
Ainsi, de l'ammoniac sous forme gazeuse est toujours obtenu dans la chambre d' évaporation et prêt à assurer une réduction des oxydes d' azote quand une quantité d' ammoniac est injectée dans la ligne d'échappement sous l'aspiration effectuée du fait du différentiel de pression entre chambre d'évaporation et pression des gaz d'échappement dans la ligne.
Avantageusement, une concentration en ammoniac sous forme gazeuse dans la chambre d' évaporation est mesurée ou estimée et quand cette concentration en ammoniac sous forme gazeuse est inférieure à une concentration minimale, il est procédé à une réintroduction d'agent réducteur dans la chambre d'évaporation.
Ceci permet d'assurer un apport régulier d'agent réducteur dans la chambre d'évaporation pour obtenir de l'ammoniac sous forme gazeuse.
Avantageusement, un débit de gaz d'échappement est mesuré ou estimé dans la ligne d'échappement, une estimation des oxydes d' azote évacués du moteur thermique dans la ligne d' échappement étant réalisée en fonction de ce débit mesuré ou estimé, une quantité totale d' ammoniac sous forme gazeuse étant estimée dans un intervalle de temps déterminé pour une réduction de la quantité d' oxydes d' azote évacués pendant cet intervalle de temps dans la ligne d'échappement, la quantité totale d'ammoniac sous forme gazeuse étant injectée par succession de quantités d' ammoniac sous forme gazeuse à des instants donnés de l'intervalle de temps.
L'invention concerne un dispositif d'injection d'ammoniac sous forme gazeuse dans une ligne d' échappement d' un moteur thermique, le dispositif comprenant un superviseur de contrôle, une chambre d'évaporation intégrant des moyens de chauffage d'une quantité d'agent réducteur libérant alors de l'ammoniac sous forme gazeuse sortant de la chambre d' évaporation par une conduite débouchant dans la ligne d'échappement, le dispositif mettant en œuvre un tel procédé, remarquable en ce que le superviseur de contrôle est associé à un premier capteur de pression interne logé dans la chambre d'évaporation et à un deuxième capteur de pression destiné à être logé dans la ligne d' échappement en comprenant des moyens de calcul d' une quantité d'ammoniac à injecter à un instant donné dans la ligne d'échappement en fonction des valeurs de pression des premier et deuxième capteurs de pression.
Avantageusement, le superviseur est associé à un capteur de température et à un capteur d' ammoniac logés dans la chambre d'évaporation, le superviseur étant associé à un capteur de débit massique d'écoulement des gaz d'échappement destiné à être logé dans la ligne d' échappement et des moyens d' estimation du débit d'oxydes d'azote dans la ligne à partir du débit massique ou comprenant un modèle d' estimation d' un débit d' oxydes d' azote en fonction de paramètres de fonctionnement d'un moteur thermique comprenant au moins un régime moteur et un couple moteur.
Avantageusement, la conduite de sortie comprend une interface de communication avec la chambre d' évaporation, une vanne de dosage en aval de l' interface de communication pilotée par des moyens d' actionnement à partir du superviseur pour délivrer une quantité d'ammoniac à injecter à un instant donné et une restriction sur la conduite en aval de la vanne de dosage, une section de la restriction étant prise comme section de la conduite et le superviseur comprend des moyens d' estimation de la densité de la quantité d'ammoniac sous forme gazeuse injectée dans la ligne d' échappement en fonction de la température mesurée par le capteur de température dans la chambre d' évaporation .
Avantageusement, la conduite est destinée à déboucher dans la ligne d'échappement par un injecteur passif.
Avantageusement, le superviseur comprend des moyens d' actionnement d' une vanne de dosage d' agent réducteur dans la chambre d'évaporation, la vanne de dosage d'agent réducteur étant positionnée en amont d'une interface d'entrée dans la chambre d'évaporation.
Avantageusement, les moyens de chauffage de la chambre d'évaporation sont des moyens de chauffage électrique et l'agent réducteur est un mélange d'eau et d'urée.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard du dessin annexé donné à titre d' exemple non limitatif et sur lequel :
[Fig. 1] - la figure 1 est une représentation schématique d'une vue d'un dispositif d'injection d'ammoniac sous forme gazeuse dans une ligne d' échappement de moteur thermique selon un mode de réalisation conforme à la présente invention.
Description détaillée de 11 invention
En se référant à la figure 1, la présente invention concerne un procédé d'injection d'ammoniac sous forme gazeuse dans une ligne 10 d'échappement de moteur thermique. Des gaz d'échappement transitent dans la ligne 10 d'échappement en sortie du moteur thermique dans la direction indiquée par la flèche F.
Dans ce procédé, un agent réducteur, avantageusement un agent réducteur précurseur de l'ammoniac en étant de l'urée ou un dérivé de l'urée, notamment un mélange connu sous la marque AdBlue®, est chauffé dans une chambre d' évaporation 3 afin de libérer de l'ammoniac sous forme gazeuse.
Cet ammoniac ou NH3 gazeux est ensuite introduit dans la ligne 10 d'échappement par une conduite 16 en sortie de la chambre d' évaporation 3.
La quantité d'ammoniac sous forme gazeuse injectée dépend de la différence de pression entre la pression régnante, d'une part, dans la chambre d'évaporation 3 et, d'autre part, dans la ligne 10 d'échappement.
Selon l' invention, la pression dans la chambre d'évaporation 3 et la pression des gaz d'échappement dans la ligne 10 d'échappement sont mesurées ou estimées, avantageusement mesurées. Il est procédé à une injection d'une quantité d' ammoniac Q sous forme gazeuse à un instant donné dans la ligne 10 d'échappement estimée conformément à l'équation suivante :
[Math. 2]
Q = V[(pi - P2)/K]
La quantité d' ammoniac en forme gazeuse Q est la quantité d' ammoniac égale à la racine carrée du rapport de la différence de pression entre la pression régnante dans la chambre d'évaporation 3 et la pression régnante des gaz d'échappement dans la ligne 10 d'échappement sur une constante K.
Dans cette équation, PI est la pression régnante dans la chambre d'évaporation 3, P2 la pression régnante des gaz d'échappement dans la ligne 10 d'échappement et K une constante dépendant d'une section de la conduite 16 et d'une densité de la quantité d'ammoniac sous forme gazeuse injectée dans la ligne 10 d'échappement.
Le contrôle de la température dans la chambre d'évaporation 3 est important afin de piloter la température dans la chambre d' évaporation 3 à une valeur suffisamment haute pour qu'il y ait toujours de l'ammoniac en phase gazeuse obtenu après thermolyse et hydrolyse de l'urée.
La formation du réducteur NH3 à partir de l' agent réducteur, fréquemment un produit connu sous le nom d'AdBlue® qui est un mélange d'urée à 32,5% et d'eau, se fait en deux étapes .
La première étape est la thermolyse de l'urée selon la réaction chimique suivante :
[Math. 2]
(NH2)2CO ® NH3 + HNC0
La deuxième étape est l'hydrolyse de l'acide isocyanique selon la réaction chimique suivante :
[Math. 3]
HNCO + H20 ® NH3 + C02
Ces deux étapes et surtout la première nécessitent des températures d'au moins 180° à 200°C.
Une température dans la chambre d' évaporation 3 peut être mesurée et pilotée pour être supérieure à une température de transformation de l' agent réducteur en ammoniac, ceci sous la pression régnante dans la chambre d'évaporation 3 mesurée ou estimée .
De préférence, la température et la pression régnantes dans la chambre d' évaporation 3 peuvent être mesurées par un capteur de température 11 et un capteur de pression 12, comme il est montré à la figure 1.
Pour le remplacement de l'ammoniac sous forme gazeuse consommé dans la ligne 10 d'échappement, une concentration en ammoniac sous forme gazeuse dans la chambre d' évaporation 3 peut être mesurée ou estimée. De préférence, la concentration en ammoniac sous forme gazeuse peut être mesurée par un capteur d'ammoniac 13, comme il est montré à la figure 1.
Quand cette concentration en ammoniac sous forme gazeuse est inférieure à une concentration minimale, il peut être procédé à une réintroduction d' agent réducteur dans la chambre d'évaporation 3, ceci à partir d'un réservoir d'agent réducteur disposé à distance de la chambre d'évaporation 3, ce réservoir n'étant pas montré à la figure 1.
Pour calculer la quantité d' ammoniac Q sous forme gazeuse introduite à un instant donné, un débit de gaz d'échappement dans la ligne 10 d'échappement peut être mesuré ou estimé. Dans une première alternative, une estimation des oxydes d'azote évacués du moteur thermique dans la ligne 10 d' échappement peut être réalisée en fonction de ce débit mesuré en utilisant la première équation précédemment énoncée, ceci dans un intervalle de temps déterminé pour une réduction de la quantité d' oxydes d' azote évacués pendant cet intervalle de temps .
Dans une deuxième alternative, une quantité totale d'ammoniac sous forme gazeuse pour une réduction des oxydes d' azote peut être estimée dans un intervalle de temps déterminé pour une réduction de la quantité d' oxydes d' azote évacués pendant cet intervalle de temps dans la ligne 10 d'échappement.
Pour ces deux alternatives, la quantité totale d'ammoniac sous forme gazeuse peut être injectée par succession de quantités d' ammoniac sous forme gazeuse à des instants donnés de l'intervalle de temps.
L'invention concerne un dispositif 1 d'injection d'ammoniac sous forme gazeuse dans une ligne 10 d'échappement d'un moteur thermique. Le dispositif 1 d'injection comprend un superviseur 4 de contrôle, une chambre d'évaporation 3 intégrant des moyens de chauffage 6 d'une quantité d'agent réducteur libérant alors de l'ammoniac sous forme gazeuse.
L'ammoniac sous forme gazeuse sort de la chambre d'évaporation 3 par une conduite 16 débouchant dans la ligne 10 d' échappement .
Le dispositif 1 d'injection met en œuvre un procédé tel que décrit précédemment. Pour ce faire, le superviseur 4 de contrôle est associé à un premier capteur de pression 12 interne logé dans la chambre d' évaporation 3 et à un deuxième capteur de pression 14 destiné à être logé dans la ligne 10 d' échappement .
Comme précédemment mentionné, la pression dans la ligne d'échappement 10 peut aussi être estimée en étant fournie par l'unité électronique de contrôle moteur qui la calcule sur la base des paramètres de fonctionnement en vigueur du moteur thermique . Ceci permet de mesurer simultanément la pression régnante dans la chambre d'évaporation 3 et la pression régnante des gaz d'échappement dans la ligne 10 d'échappement.
Le superviseur 4 de contrôle intègre des moyens de calcul d'une quantité d'ammoniac à injecter à un instant donné dans la ligne 10 d'échappement en fonction des valeurs de pression des premier et deuxième capteurs 12, 14 de pression, ceci selon la première équation précédemment mentionnée en tenant compte aussi de la constante K.
De plus, le superviseur 4 peut être associé à un capteur de température 11 et à un capteur d' ammoniac 13 logés dans la chambre d'évaporation 3. De plus, le superviseur 4 peut être associé à un capteur de débit 15 massique d' écoulement des gaz d'échappement destiné à être logé dans la ligne 10 d'échappement en comprenant des moyens d' estimation du débit d' oxydes d' azote dans la ligne 10 à partir du débit massique, ceci dans une première forme de réalisation optionnelle.
Dans une deuxième forme de réalisation optionnelle, le superviseur 4 comprend un modèle d' estimation d' un débit d' oxydes d' azote en fonction de paramètres de fonctionnement d'un moteur thermique comprenant au moins un régime moteur et un couple moteur, ce modèle étant un modèle d'émission de gaz d'échappement tenant compte des paramètres de fonctionnement.
Le modèle peut être corrigé par les mesures d'une sonde à oxydes d'azote présente dans la ligne 10 d'échappement.
En effet, dans le cas où la quantité d'oxydes d'azote en sortie moteur est sous-estimée par le modèle, le superviseur 4 commande une sous-injection d'ammoniac sous forme gazeuse, ce qui entraîne une efficacité insuffisante du système de post traitement RCS dont le dispositif 1 fait partie pour respecter les normes de dépollution.
Dans le cas où la quantité d'oxydes d'azote en sortie moteur est surestimée par le modèle, le superviseur 4 commande une sur-injection d'ammoniac sous forme gazeuse, ce qui entraîne un relâchement d'ammoniac en sortie d'échappement.
Le modèle d' estimation peut être calibré sur un moteur nominal et peut ne pas tenir compte des particularités du moteur thermique spécifique au véhicule automobile et notamment de son vieillissement ou de son dérèglement. Or, avec la dispersion des moteurs produits et leur vieillissement, l'erreur d'estimation peut être importante. Ainsi, il est judicieux de corriger le modèle d'estimation si besoin est, ceci par apprentissage .
La conduite 16 de sortie peut comprendre une interface de communication 7 avec la chambre d'évaporation 3, positionnée sur la paroi de la chambre d' évaporation 3 et la traversant localement .
La conduite 16 de sortie peut comprendre ensuite une vanne de dosage 8 en aval de l' interface de communication 7 pilotée par des moyens d' actionnement à partir du superviseur 4 pour délivrer une quantité d'ammoniac sous forme gazeuse à injecter à un instant donné, ceci en fonction de la différence de pression dans la chambre d' évaporation 3 et dans la ligne 10 d'échappement, comme estimée selon la première équation précédemment mentionnée.
La conduite 16 de sortie peut enfin comprendre une restriction 17 sur la conduite 16 en aval de la vanne de dosage 8. Cette restriction 17 influe sur la valeur de la constante K de la première équation. Une section de la restriction est alors prise comme section de la conduite 16 dans la première équation.
Pour le calcul de la constante K, le superviseur 4 peut comprendre de plus des moyens d'estimation de la densité de la quantité d'ammoniac sous forme gazeuse injectée dans la ligne 10 d' échappement en fonction de la température mesurée par le capteur de température 11 dans la chambre d'évaporation 3.
Du fait de la présence de la vanne de dosage 8 en amont de l'injecteur 9, formant l'interface de la conduite 16 avec la ligne 10 d'échappement, la conduite 16 peut déboucher dans la ligne 10 d'échappement par un injecteur passif 9, c'est-à-dire n' effectuant aucun contrôle du débit d' ammoniac sous forme gazeuse le traversant.
En amont de la chambre d'évaporation 3 dans le dispositif 1 d'injection, le superviseur 4 peut comprendre des moyens d' actionnement d'une vanne de dosage 2 d'agent réducteur dans la chambre d' évaporation 3. La vanne de dosage 2 d' agent réducteur peut ainsi être positionnée en amont d'une interface d'entrée 5 dans la chambre d'évaporation 3.
Les moyens de chauffage 6 de la chambre d'évaporation 3 peuvent être des moyens de chauffage 6 électrique.
L'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n' ont été donnés qu' à titre d' exemples .

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'injection d'ammoniac sous forme gazeuse dans une ligne (10) d'échappement de moteur thermique, un agent réducteur étant chauffé dans une chambre d'évaporation (3) afin de libérer de l' ammoniac sous forme gazeuse ensuite introduit dans la ligne (10) d'échappement par une conduite (16) en sortie de la chambre d'évaporation (3), caractérisé en ce que, la pression dans la chambre d'évaporation (3) et la pression des gaz d'échappement dans la ligne (10) d'échappement étant mesurées ou estimées, il est procédé à une injection d'une quantité d'ammoniac Q sous forme gazeuse à un instant donné dans la ligne (10) d'échappement estimée conformément à l' équation suivante :
[Math. 3]
Q = V[(pi - P2)/K]
PI étant la pression régnante dans la chambre d'évaporation (3), P2 la pression régnante des gaz d'échappement dans la ligne (10) d'échappement et K une constante dépendant d'une section de la conduite (16) et d'une densité de la quantité d'ammoniac sous forme gazeuse injectée dans la ligne (10) d' échappement .
2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel une température dans la chambre d'évaporation (3) est mesurée et pilotée pour être supérieure à une température de transformation de l'agent réducteur en ammoniac sous la pression régnante dans la chambre d'évaporation (3) mesurée ou estimée.
3. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel une concentration en ammoniac sous forme gazeuse dans la chambre d'évaporation (3) est mesurée ou estimée et quand cette concentration en ammoniac sous forme gazeuse est inférieure à une concentration minimale, il est procédé à une réintroduction d' agent réducteur dans la chambre d'évaporation (3) .
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un débit de gaz d'échappement est mesuré ou estimé dans la ligne (10) d'échappement, une estimation des oxydes d' azote évacués du moteur thermique dans la ligne (10) d'échappement étant réalisée en fonction de ce débit mesuré ou estimé, une quantité totale d' ammoniac sous forme gazeuse étant estimée dans un intervalle de temps déterminé pour une réduction de la quantité d' oxydes d' azote évacués pendant cet intervalle de temps dans la ligne (10) d'échappement, la quantité totale d'ammoniac sous forme gazeuse étant injectée par succession de quantités d' ammoniac sous forme gazeuse à des instants donnés de l'intervalle de temps.
5. Dispositif (1) d'injection d'ammoniac sous forme gazeuse dans une ligne (10) d'échappement d'un moteur thermique, le dispositif (1) comprenant un superviseur (4) de contrôle, une chambre d'évaporation (3) intégrant des moyens de chauffage (6) d'une quantité d'agent réducteur libérant alors de l' ammoniac sous forme gazeuse sortant de la chambre d'évaporation (3) par une conduite (16) débouchant dans la ligne (10) d'échappement, le dispositif (1) mettant en œuvre un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le superviseur (4) de contrôle est associé à un premier capteur de pression (12) interne logé dans la chambre d'évaporation (3) et à un deuxième capteur de pression (14) destiné à être logé dans la ligne (10) d'échappement en comprenant des moyens de calcul d' une quantité d' ammoniac à injecter à un instant donné dans la ligne (10) d'échappement en fonction des valeurs de pression des premier et deuxième capteurs (12, 14) de pression.
6. Dispositif (1) selon la revendication précédente, dans lequel le superviseur (4) est associé à un capteur de température (11) et à un capteur d'ammoniac (13) logés dans la chambre d'évaporation (3), le superviseur (4) étant associé à un capteur de débit (15) massique d'écoulement des gaz d' échappement destiné à être logé dans la ligne (10) d'échappement et des moyens d'estimation du débit d'oxydes d'azote dans la ligne (10) à partir du débit massique ou comprenant un modèle d'estimation d'un débit d' oxydes d' azote en fonction de paramètres de fonctionnement d'un moteur thermique comprenant au moins un régime moteur et un couple moteur.
7. Dispositif (1) selon la revendication précédente, dans lequel la conduite (16) de sortie comprend une interface de communication (7) avec la chambre d'évaporation (3), une vanne de dosage (8) en aval de l'interface de communication (7) pilotée par des moyens d' actionnement à partir du superviseur (4) pour délivrer une quantité d'ammoniac à injecter à un instant donné et une restriction (17) sur la conduite (16) en aval de la vanne de dosage (8), une section de la restriction (17) étant prise comme section de la conduite (16) et le superviseur (4) comprend des moyens d' estimation de la densité de la quantité d'ammoniac sous forme gazeuse injectée dans la ligne (10) d' échappement en fonction de la température mesurée par le capteur de température (11) dans la chambre d'évaporation (3) .
8. Dispositif (1) selon l'une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel la conduite (16) est destinée à déboucher dans la ligne (10) d'échappement par un injecteur passif (9) .
9. Dispositif (1) selon l'une quelconque des trois revendications précédentes, dans lequel le superviseur (4) comprend des moyens d' actionnement d' une vanne de dosage (2) d'agent réducteur dans la chambre d'évaporation (3), la vanne de dosage (2) d'agent réducteur étant positionnée en amont d'une interface d'entrée (5) dans la chambre d'évaporation (3) .
10. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, dans lequel les moyens de chauffage (6) de la chambre d'évaporation (3) sont des moyens de chauffage (6) électrique et l'agent réducteur est un mélange d'eau et d' urée .
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