EP2705230A1 - Une ligne d'echappement et vehicule muni de cette ligne - Google Patents
Une ligne d'echappement et vehicule muni de cette ligneInfo
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- EP2705230A1 EP2705230A1 EP12722411.1A EP12722411A EP2705230A1 EP 2705230 A1 EP2705230 A1 EP 2705230A1 EP 12722411 A EP12722411 A EP 12722411A EP 2705230 A1 EP2705230 A1 EP 2705230A1
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- line
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- exhaust
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
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- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
- F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
- F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
- F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
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- F01N2610/14—Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
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- F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
- F01N2610/14—Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
- F01N2610/1453—Sprayers or atomisers; Arrangement thereof in the exhaust apparatus
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- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Definitions
- the invention relates to a vehicle exhaust system equipped with a selective catalytic reduction system of nitrogen oxides (often referred to by the English acronym "SCR") and to the vehicle equipped with this line.
- SCR selective catalytic reduction system of nitrogen oxides
- This ammonia can come from the decomposition by thermolysis of a solution of an ammonia precursor whose concentration can be that of the eutectic.
- an ammonia precursor is generally a urea solution.
- the systems implementing the selective catalytic reduction process whether with precursor or without precursor may comprise a non-return valve as is the case of the system described later in Figure 1. These systems can become contaminated as explained in US-B-6 387 336 and US-A-201 0/0242439 in the case of liquid urea.
- the invention provides a vehicle exhaust line equipped with a selective catalytic reduction system of nitrogen oxides.
- the line comprises an exhaust pipe for the discharge of exhaust gases into the atmosphere and a tube supplying a reducing agent piping from a tank, the tube being fixed by one of its ends to the exhaust pipe and supporting a connection member.
- the line further comprises a check valve preventing the rise of particles to the tank.
- a section of the tube between its ends extends along the pipe.
- the exhaust pipe is provided with an insulation fiber, a section of the tube between its ends extending into the fiber. [ooi o] Alternatively, the tube has a bend.
- the tube has two elbows.
- the line further comprises a pipe connected to the tube by the snap-in element, a bend to facilitate the snapping of the snap-on element.
- the line further comprises a pipe connected to the tube by the connecting member, a bend to facilitate the connection of the connecting member.
- the connecting member is a snap-in element.
- the line further comprises a pipe connected to the tube by the connecting member, the tube being more rigid than the pipe.
- the line further comprises a pipe connected to the tube by the snap-in element, the tube being more rigid than the pipe.
- the pipework forms a ceramic sheath of the selective catalytic reduction system.
- the pipe section is supported by the pipe by one or more thermal bridges.
- the supports are regularly spaced apart.
- the reducing agent is gaseous ammonia. It is also proposed a vehicle having one of the previously described lines.
- FIG. 1 a block diagram of an example of a selective catalytic reduction system
- FIG. 5 a line example view
- FIG. 6 a perspective view of another example of a line
- FIG. 7 a perspective view of another example of a line
- one or more reservoirs (sometimes called vectors) storing a reducing agent can be used.
- Such reservoirs may in particular be in the form of a solid storage cartridge of the strontium chloride type.
- two tanks 10 are used.
- the two tanks may have the same size or not.
- the desorption of the reductant contained in the tanks 10 is usually obtained by implementing an internal or external heating. This heating is represented diagrammatically by the heating elements 12.
- each of the tanks 10 are insulated by a main sheath 14 ("canning main" according to the English expression) and an insulator 16 placed in contact with the tank 10. This allows in particular to isolate the tanks 10 relative to the outside air represented by the bubble 18.
- the set of elements 10, 12, 14 and 16 corresponding exchange a heat flow.
- the assembly is connected to the rest of the vehicle (bubble 20) by a device 22 for holding and protecting the elements. In order not to weigh down Figure 1, the interaction between all the elements 10, 12, 14 and 16 and the device 22 is not shown schematically.
- each filter 24 has a particle size smaller than the smallest of the grains of salt contained in the reservoir 10 when it is at ambient temperature.
- the filter 24 is typically a metal filter with gas passage orifices whose characteristic size is of the order of one micron. The presence of the filters 24 can be avoided for economic reasons.
- hoses allow the transport of the gear in the gaseous state.
- the hoses 26 may be provided with nonreturn valves 28. According to the embodiments no, one or more of the hoses 26 are provided with the valves 28.
- the hoses 26 meet at a branch 30.
- This branch 30 may in particular have the shape of a T.
- the branch 30 may be part of a housing 32.
- the housing 32 may include a pressure sensor 34 and a sonic neck 35.
- the housing 32 may also include one or more solenoid valves 36.
- the housing 32 shown schematically in Figure 1 comprises two solenoid valves 36.
- the position of the second solenoid valve 36 may be upstream or downstream of the first solenoid valve 36 which can be dedicated to the pressure sensor 34. In such a configuration, the purge of the selective catalytic reduction system can also be achieved by opening the first solenoid valve 36 during restart.
- the housing 32 may also include temperature sensors. In the case of the figure
- the housing 32 does not have one.
- Such a housing 32 is connected to a gear reducer injection system 38 in the exhaust line 40, which system will be described more precisely in the figures.
- All of the actuators can be controlled by an EE box 42.
- the housing 42 will exchange information with a computer 44 concerning the state of the system.
- the housing 42 can extract data from the heating elements 1 2, the pressure sensor 34 or the state of the solenoid valves 36.
- the computer 43 issues binary commands based on the information received.
- the role of the box 42 is also to convert these binary orders into electrical order for the various actuators of the system.
- the selective catalytic reduction technique of nitrogen oxides may in particular be applied in a vehicle exhaust line comprising exhaust gas piping for the discharge of exhaust gases into the atmosphere.
- a vehicle exhaust line comprising exhaust gas piping for the discharge of exhaust gases into the atmosphere.
- a line 40 is shown in Figure 2.
- This line 40 comprises a pipe 44 in which the exhaust gas from the engine are released into the atmosphere after treatment.
- the flow direction of the exhaust gas in the pipe 44 from left to right is indicated by the arrows 45.
- the line 40 can equip any type of engine, including diesel engines.
- the line 40 further comprises a tube 46 supplying reducing agent tubing 44.
- the tube 46 is generally metallic.
- the selective catalytic reduction technique used is a decontamination technique qualified as a solid.
- the tube 46 is usually connected to the line 40 by welding or by means of a screw connection system. According to the example of FIG. 2, the tube 46 is welded as symbolically indicated by the reference number 48.
- the line 40 also comprises a pipe 50.
- the pipe 46 is generally more rigid than the pipe 50. Indeed, a flexible pipe 50 on the reducing agent storage tank side and vehicle underbody allows the existence of deflections between the exhaust line 40 and the vehicle.
- the pipe 50 is connected to the tube 46 by a connecting member 52.
- the connecting member 52 may in particular be a snap-on element 52.
- Line 40 is further provided with a valve 54 anti-return.
- the valve 54 serves to pass the reducing agent from the tank 1 0 to the exhaust line 40 while preventing the particles and other compounds present in the exhaust line 40 back to the tank 1 0.
- the flapper 54 may advantageously be a spring ball type system with stop.
- the non-return valve 54 may be in the pipe 50 or in the pipe 46. It is also possible for the valve 54 to be integrated in the connection member 52.
- An example of arrangement of the non-return valve 54 in the element 52 at the junction of the pipe 50 and the tube 46 so as to prevent the exhaust gases from to go up in the tube 46 is illustrated by the enlarged view of FIG. 4. This makes it possible to prevent the fouling of the tube 46 by soot or other sub-compounds during the pressure fluctuations in the line 40 and the stopping the engine.
- the rise of the exhaust in the tube 46 may occur during an engine stop or during a cutoff of the injection of reducing agent. Such a risk also exists during a transient phase of strong acceleration.
- the mixture between the exhaust gas and a reducing agent such as ammonia can generate in particular ammonium bicarbonate (NH 4 HC0 3 ) which the melting temperature is between 35 and 60 ° C, ammonium nitrate (NH 4 N0 3 ) whose melting point is 170 ° C, various soot resulting from the imperfect combustion of the fuel (hydrocarbons and sub-compounds ), particles, other sub-compounds resulting from the reaction of the reducing agent with the exhaust gases (H 2 0, CO 2 , CO, NO x , etc.) and various additives present in the gases exhaust.
- a reducing agent such as ammonia
- valve 54 in the element 52 is justified by the removal of an interface. Indeed, an additional interface can not only be expensive and increase the risk of leakage.
- the insertion of the check valve 54 in the element 52 has the disadvantage of increasing the positioning of the valve 54 relative to the line 40 stresses.
- the good conservation of the joints of sealing imposes a maximum temperature generally of the order of 1 10 ° C (it may be higher depending on the material considered) for the valve 54.
- a severe maximum temperature of the environment is thus imposed because the heat conduction during the contact of the joints around the tube 46.
- Compliance with this constraint requires that a sufficient distance between the interface of the tube 46 on the hot exhaust and the snap-in element exists. This implies positioning at a distance greater than 20 cm from the tube 46.
- Such positioning of the valve 54 has several consequences. Some are positive. Thus, the risk of clogging of the valve 54 decreases because the length of the tube 46 increases and therefore, the occurrence that the exhaust gas reaches the valve 54 decreases. Others are unfavorable. For example, the risk of fouling the tube 46 on the exhaust side increases. Indeed, the volume traveled by the gas in the tube 46 increases. As the thermal gradually decreases, the risk of fouling the walls of the tube 46 is increased. In addition, it becomes difficult to ensure that the non-return valve 54 is subjected episodically to an environment of a temperature of 80 ° C for cleaning the valve 54. In addition, the impact of the outside temperature, in the case where it is weak or the presence of an aulic flow generates dimensional constraints. Finally, the length of the tube causes a heat exchange with the outside resulting in a heat loss of the tube and therefore increases the risk of fouling.
- ammonium nitrate it is an odorless crystalline substance having hydroscopic properties and tending to agglomerate into lumps. Its dissolution in water, whose solubility varies with temperature, is an endothermic process. The corresponding chemical reaction is written:
- the tube 46 is arranged with respect to the pipe 44 so that the skin temperature of the tube 46 is less than a predetermined skin temperature.
- the distance between the tube 46 and the pipe 44 may be sufficiently small so that the amount of heat exchanged between the tube 46 and the pipe 44 is greater than a threshold value when the exhaust line 10 is in operation.
- the length of the tube 46 may be chosen to be sufficient so that the amount of soot deposited on the tube 46 is less than a threshold value when the exhaust line 40 is in operation.
- the tube 46 comprises a section 56.
- the section 56 of the tube 46 is then along the Piping 44.
- the section 56 can then be at a relatively small distance from the tube 46 to eliminate fouling of the tube 46. It is thus proposed to run a portion of the tube 46 along the exhaust the time that the skin temperature of the tube due to conduction has sufficiently decreased and thus allows the integration of the snap-in element 22 and the holding of its joints.
- the scrubbing heat is ensured by the fact that the path remains in a sufficiently hot thermal environment. This thus reduces the risk of failure of the tube 46 due to the strong limitation of the risk of clogging of the tube 46 and the valve 54.
- the risk of failure of the tube 46 due to the shift of the element 22 and maintaining a relatively high temperature is also decreased. This also avoids the use of electric heating systems as is the case in systems using Adblue (trademark) liquid while allowing to deport the valve 54 to minimize its fouling by the exhaust gas.
- the tube 46 may include a bend 58. This allows to extend the length of the tube 46 while making its integration into the vehicle possible. Without elbow 58, the length of the tube 46 is limited by the fact that a tube 46 perpendicular to the pipe 44 is bulky and hardly fits under the vehicle. In particular, the length of the tube 46 may then be sufficient so that the amount of soot deposited on the tube 46 is less than a threshold value when the exhaust line 40 is in operation.
- FIG. 6 is a perspective view showing a configuration with two elbows 58, the second elbow 58 facilitating the insertion of the pipe 50 into the tube 46.
- FIG. 7 illustrates an example of an exhaust line 40 in which the calories present in the piping 44 are advantageously recovered.
- Figure 7 thus provides a line 40 as described in Figure 5.
- the line 14 has further comprises at least one support 60 serving as a thermal bridge.
- the support 60 brings the calories to the pipe to limit its fouling under normal operating conditions and regenerates the deposits during the phases of temperature rise (for example during a regeneration of the particulate filter where the gases have temperatures 550 to 600 ° C at the injection site).
- Such a support may in particular be a particulate filter pressure tube support as usually used. The additional cost associated with the addition of the thermal bridge (or paw recovery) is thus reduced.
- thermal bridges 60 can be modulated on production vehicles according to the climate of the local country. Such regeneration effect deposits while improving the mechanical maintenance of the tube 46 is increased if the supports are evenly spaced.
- thermal bridges 60 may be made at regular intervals between the exhaust and the tube 46.
- it may be proposed to provide the pipe 44 with an insulation fiber 62.
- the fiber 62 may have an annular shape around the pipe 44 as shown in the schematic section of FIG. 8. This fiber has the property of conserving heat for the elements placed within it. In addition, it can have complex shapes to adapt to all forms of piping 44.
- the variant of Figure 8 allows, in addition to contributing to the slag, to limit the risk of fouling by limiting the sensitivity to external conditions. This variant thus combines preventive and curative aspects.
- Each of the previously presented variants allows to take advantage of the thermal exhaust to obtain a slagging of the tube and the pipe (curative aspect).
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Abstract
L'invention concerne une ligne (40) d'échappement de véhicule équipée d'un système de réduction catalytique sélective des oxydes d'azote caractérisé en ce que la ligne (40) comprend : - une tuyauterie (44) d'échappement pour le rejet des gaz d'échappement dans l'atmosphère, - un tube (46) alimentant en agent réducteur la tuyauterie (44) depuis un réservoir, le tube (46) étant fixé par une de ses extrémités à la tuyauterie (44) d'échappement et supportant un organe (52) de connexion - un clapet anti-retour empêchant la remontée de particules vers le réservoir, un tronçon du tube (46) entre ses extrémités s'étendant le long de la tuyauterie (44). L'invention concerne en outre un véhicule muni de cette ligne. L'invention permet de mettre en œuvre la technique de réduction catalytique sélective avec un risque d'encrassement réduit.
Description
UNE LIGNE D'ECHAPPEMENT ET VEHICULE MUNI DE CETTE LIGNE
[0001 ] La présente invention revendique les priorités des demandes françaises 1 153729 déposée le 2 mai 201 1 et 1 153730 déposée le 2 mai 201 1 dont les contenus (textes, dessins et revendications) sont ici incorporés par référence.
[ooo2] L'invention se rapporte à une ligne d'échappement de véhicule équipée d'un système de réduction catalytique sélective des oxydes d'azote (souvent désignée par l'acronyme anglophone « SCR ») et au véhicule muni de cette ligne d'échappement. [ooo3] La combustion de combustible fossile comme le pétrole ou le charbon dans un système de combustion, en particulier le carburant diesel dans un moteur diesel de véhicule thermique, peut entraîner la production en quantité non négligeable de polluants qui peuvent être déchargés par l'échappement dans l'environnement et y causer des dégâts. Parmi ces polluants, l'émission des oxydes d'azote appelés NOx pose un problème puisque ces gaz sont soupçonnés d'être un des facteurs qui contribuent à la formation des pluies acides et à la déforestation.
[ooo4] Les législations sur les émissions des véhicules et poids lourds prévoient une diminution de l'émission de polluants dans l'atmosphère. Cela concerne entre autres des rejets d'oxydes d'azote NOx. Pour atteindre cet objectif, une alternance judicieuse des modes de combustion et d'hybridation ou des post-traitements dans la ligne d'échappement peuvent être développés. Dans le cadre des techniques de post-traitement, le document WO-A2-2007104779 mentionne le procédé de réduction catalytique sélective (en anglais « Sélective Catalytic Réduction ») qui permet la réduction des oxydes d'azote par injection d'un réducteur ou agent réducteur (ces deux termes étant équivalents) dans la ligne d'échappement. Ce réducteur est généralement de l'ammoniac. Cet ammoniac peut provenir de la décomposition par thermolyse d'une solution d'un précurseur d'ammoniac dont la concentration peut être celle de l'eutectique. Un tel précurseur d'ammoniac est généralement une solution d'urée. [ooo5] Avec le procédé de réduction catalytique sélective, les dégagements élevés d'oxydes d'azote NOx produits dans la chambre de combustion lors d'une
combustion à rendement optimisé sont traités en sortie de la chambre de combustion dans un catalyseur spécifique. Ce traitement requiert l'utilisation de l'agent réduction à un niveau de concentration précis et dans une qualité extrême. La solution est ainsi précisément dosée et injectée par une buse dans le flux de gaz d'échappement. La solution est alors hydrolysée avant de convertir l'oxyde d'azote (ΝΟχ) en azote (N2) et en eau (H20) inoffensifs pour l'environnement.
[ooo6] Les systèmes mettant en œuvre le procédé de réduction catalytique sélective que ce soit avec précurseur ou sans précurseur peuvent comprendre un clapet anti-retour comme cela est le cas du système décrit ultérieurement dans la figure 1 . Ces systèmes peuvent s'encrasser ainsi que l'expliquent les documents US-B-6 387 336 et US-A-201 0/0242439 dans le cas de l'urée liquide.
[ooo7] Il existe donc un besoin pour une ligne d'échappement mettant en œuvre la technique de réduction catalytique sélective présentant un risque d'encrassement réduit. [ooo8] Pour cela l'invention propose une ligne d'échappement de véhicule équipée d'un système de réduction catalytique sélective des oxydes d'azote. La ligne comprend une tuyauterie d'échappement pour le rejet des gaz d'échappement dans l'atmosphère et un tube alimentant en agent réducteur la tuyauterie depuis un réservoir, le tube étant fixé par une de ses extrémités à la tuyauterie d'échappement et supportant un organe de connexion. La ligne comporte en outre un clapet anti-retour empêchant la remontée de particules vers le réservoir. Un tronçon du tube entre ses extrémités s'étend le long de la tuyauterie.
[ooo9] En variante, la tuyauterie d'échappement est munie d'une fibre d'isolation, un tronçon du tube entre ses extrémités s'étendant dans la fibre. [ooi o] En variante, le tube comporte un coude.
[ooi i] En variante, le tube comporte deux coudes.
[0012] En variante, la ligne comporte en outre une canalisation reliée au tube par l'élément encliquetable, un coude permettant de faciliter l'encliquetage de l'élément encliquetable.
[0013] En variante, la ligne comporte en outre une canalisation reliée au tube par l'organe de connexion, un coude permettant de faciliter la connexion de l'organe de connexion.
[0014] En variante, l'organe de connexion est un élément encliquetable. [0015] En variante, la ligne comporte en outre une canalisation reliée au tube par l'organe de connexion, le tube étant plus rigide que la canalisation.
[0016] En variante, la ligne comporte en outre une canalisation reliée au tube par l'élément encliquetable, le tube étant plus rigide que la canalisation.
[0017] En variante, la tuyauterie forme un gainage en céramique du système de réduction catalytique sélective.
[0018] En variante, le tronçon du tube est supporté par la tuyauterie par un ou plusieurs ponts thermiques.
[0019] En variante, les supports sont régulièrement espacés.
[0020] En variante, l'agent réducteur est de l'ammoniac gazeux. [0021 ] Il est également proposé un véhicule comportant une des lignes précédemment décrites.
[0022] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui montrent : · figure 1 , un schéma synoptique d'un exemple de système de réduction catalytique sélective ;
• figure 2, un schéma d'un exemple de ligne d'échappement ;
• figure 3, un schéma d'un autre exemple de ligne d'échappement ;
• figure 4, une vue agrandie d'une partie de la ligne d'échappement de la figure 3 ;
• figure 5, une vue d'exemple de ligne ;
• figure 6, une vue en perspective d'un autre exemple de ligne ;
• figure 7, une vue en perspective d'un autre exemple de ligne ;
• figure 8, une vue en perspective d'un autre exemple de ligne.
[0023] La mise en œuvre de la technique de réduction catalytique sélective des oxydes d'azote suppose des interfaçages complexes avec les différents éléments du véhicule et l'environnement. Cette complexité est bien mise en évidence par le schéma synoptique de la figure 1 . Celui-ci a été simplifié en ne représentant que les éléments extérieurs interagissant directement avec le système mettant en œuvre la technique de réduction catalytique sélective. Ainsi, les piétons, les occupants du véhicule ne sont pas représentés dans ce schéma synoptique.
[0024] Selon cet exemple, un ou plusieurs réservoirs (parfois appelés vecteurs) stockant un agent réducteur peuvent être utilisés. De tels réservoirs peuvent en particulier se présenter sous la forme d'une cartouche de stockage solide de type chlorure de strontium. Dans la figure 1 , deux réservoirs 10 sont utilisés. Les deux réservoirs peuvent avoir une taille identique ou non. La désorption du réducteur contenu dans les réservoirs 10 est usuellement obtenue par mise en œuvre d'un chauffage interne ou externe. Ce chauffage est représenté schématiquement par les éléments chauffants 12. En outre, chacun des réservoirs 10 sont isolés par un gainage 14 principal (« canning main » selon l'expression anglaise) et un isolant 16 placés en contact avec le réservoir 10. Cela permet notamment d'isoler les réservoirs 10 par rapport à l'air extérieur représenté par la bulle 18. L'ensemble des éléments 10, 12, 14 et 16 correspondants échangent un flux thermique. En outre, l'ensemble est relié au reste du véhicule (bulle 20) par un dispositif 22 de maintien et de protection des éléments. Afin de ne pas alourdir la figure 1 , l'interaction entre l'ensemble des éléments 10, 12, 14 et 16 et le dispositif 22 n'est pas schématisée.
[0025] En sortie des réservoirs 10, le flux gazeux en agent réducteur peut être filtré par des filtres 24 permettant le stockage à l'état solide quand la température de l'élément chauffant 12 diminue. Idéalement, chaque filtre 24 a une granulométrie inférieure au plus petit des grains de sel contenus dans le réservoir 10 lorsque celui-ci est à température ambiante. Ainsi, le filtre 24 est typiquement un filtre métallique avec des orifices de passage de gaz dont la grandeur caractéristique est
de l'ordre du micron. La présence des filtres 24 peut être évitée pour des raisons économiques.
[0026] Depuis les réservoirs 1 0, des durits 26 permettent le transport du réducteur à l'état gazeux. Les durits 26 peuvent être munies de clapets 28 anti-retour. Selon les modes de réalisation aucune, une ou plusieurs des durits 26 sont munies des clapets 28.
[0027] Les durits 26 se rejoignent au niveau d'un embranchement 30. Cet embranchement 30 peut notamment avoir la forme d'un T. Selon certains modes de réalisation, l'embranchement 30 peut faire partie d'un boîtier 32. Le boîtier 32 peut comporter un capteur de pression 34 et un col sonique 35. Le boîtier 32 peut également comprendre une ou plusieurs électrovannes 36. Le boîtier 32 schématisé dans la figure 1 comporte deux électrovannes 36. La position de la deuxième électrovanne 36 peut être en amont ou en aval de la première électrovanne 36 qui peut être dédiée au capteur de pression 34. Dans une telle configuration, la purge du système de réduction catalytique sélective peut aussi se réaliser en ouvrant la première électrovanne 36 lors du redémarrage. Le boîtier 32 peut également comprendre des capteurs de températures. Dans le cas de la figure
1 , le boîtier 32 n'en comporte pas.
[0028] Un tel boîtier 32 est relié à un système 38 d'injection de réducteur dans la ligne 40 d'échappement, système qui sera décrit plus précisément dans les figures
2, 3 et 4.
[0029] L'ensemble des actionneurs peut être piloté par un boîtier EE 42. pour cela, le boîtier 42 échangera des informations avec un calculateur 44 concernant l'état du système. Ainsi, le boîtier 42 peut extraire des données issues des éléments chauffants 1 2, du capteur de pression 34 ou de l'état des électrovannes 36. Le calculateur 43 émet des ordres binaires en fonction des informations reçues. Le rôle du boîtier 42 est également de convertir ces ordres binaires en ordre électrique pour les différents actionneurs du système.
[0030] La technique de réduction catalytique sélective des oxydes d'azote peut notamment être appliquée dans une ligne d'échappement de véhicule comprenant
une tuyauterie de gaz d'échappement pour le rejet des gaz d'échappement dans l'atmosphère. Une telle ligne 40 est représentée à la figure 2. Cette ligne 40 comporte une tuyauterie 44 dans laquelle les gaz d'échappement issus du moteur sont rejetés dans l'atmosphère après traitement. Le sens de circulation des gaz d'échappement dans la tuyauterie 44 de la gauche vers la droite est indiqué par les flèches 45. La ligne 40 peut équiper tout type de moteur, dont notamment les moteurs Diesel.
[0031 ] La ligne 40 comporte en outre un tube 46 alimentant en agent réducteur la tuyauterie 44. Le tube 46 est généralement métallique. Lorsque le tube 46 injecte de l'ammoniac à l'état gazeux, la technique de réduction catalytique sélective utilisée est une technique de dépollution qualifiée de solide. Le tube 46 est usuellement relié à la ligne 40 par soudure ou à l'aide d'un système d'assemblage vissé. Selon l'exemple de la figure 2, le tube 46 est soudé ainsi que l'indique symboliquement le numéro de référence 48. [0032] Selon l'exemple de la figure 3, la ligne 40 comprend également une canalisation 50. Le tube 46 est généralement plus rigide que la canalisation 50. En effet, une canalisation 50 souple côté réservoir de stockage d'agent réducteur et soubassement véhicule permet l'existence de débattements entre la ligne 40 d'échappement et le véhicule. [0033] La canalisation 50 est reliée au tube 46 par un organe 52 de connexion. L'organe 52 de connexion peut en particulier être un élément 52 encliquetable.
[0034] La ligne 40 est en outre munie d'un clapet 54 anti-retour. Le clapet 54 sert à laisser passer l'agent réducteur depuis le réservoir 1 0 vers la ligne 40 d'échappement tout en empêchant les particules et les autres composés présents dans la ligne 40 d'échappement de remonter vers le réservoir 1 0. Le clapet 54 peut avantageusement être un système de type bille ressort avec arrêt.
Le clapet 54 anti-retour peut être dans la canalisation 50 ou dans le tube 46. Il est également possible que le clapet 54 soit intégré dans l'organe 52 de connexion. Un exemple d'agencement du clapet 54 anti-retour dans l'élément 52 à la jonction de la canalisation 50 et du tube 46 de façon à empêcher les gaz d'échappement de
remonter dans le tube 46 est illustré par la vue agrandie de la figure 4. Cela permet d'éviter l'encrassement du tube 46 par les suies ou d'autres sous-composés lors des fluctuations de pression dans la ligne 40 et à l'arrêt du moteur. La remontée de l'échappement dans le tube 46 peut arriver lors d'un arrêt moteur ou lors d'une coupure de l'injection d'agent réducteur. Un tel risque existe également lors d'une phase transitoire de forte accélération. Tant que l'équilibre de pression n'est pas réalisée, une augmentation importante de la pression d'échappement est alors observée de sorte que la pression peut devenir supérieure à celle dans le tube 46. L'encrassement du filtre à particules, si la ligne d'échappement en est équipée, peut également générer une augmentation de pression ponctuelle favorisant la remontée d'éléments chimiques de la ligne d'échappement vers la canalisation.
[0035] Parmi les composés qui peuvent encrasser les parois du tube 46 et le clapet 54, le mélange entre les gaz d'échappement et un agent réducteur comme l'ammoniac peut générer notamment du bicarbonate d'ammonium (NH4HC03) dont la température de fusion est entre 35 et 60 °C, du nitrate d'ammonium (NH4N03) dont la température de fusion est de 170 °C, des suies diverses issues de la combustion imparfaite du carburant (hydrocarbures et sous-composés), des particules, d'autres sous-composés provenant de la réaction de l'agent réducteur avec les gaz d'échappement (H20, C02, CO, NOx, etc ..) et divers additifs présents dans les gaz d'échappement.
[0036] L'intégration du clapet 54 dans l'élément 52 est justifiée par la suppression d'une interface. En effet, une interface supplémentaire peut non seulement être coûteuse et accroître le risque de fuite.
[0037] Cependant, l'insertion du clapet 54 anti-retour dans l'élément 52 présente l'inconvénient d'augmenter les contraintes de positionnement du clapet 54 par rapport à la ligne 40. En effet, la bonne conservation des joints d'étanchéité impose une température maximale généralement de l'ordre de 1 10 °C (elle peut être plus élevée selon le matériau considérée) pour le clapet 54. Une température maximale sévère de l'environnement est ainsi imposée du fait que la conduction de chaleur lors du contact des joints autour du tube 46. Le respect de cette contrainte impose qu'une distance suffisante entre l'interface du tube 46 sur l'échappement chaud et
l'élément encliquetable existe. Cela implique un positionnement à une distance supérieure à 20 cm du tube 46.
[0038] Un tel positionnement du clapet 54 entraîne plusieurs conséquences. Certaines sont positives. Ainsi, le risque d'encrassement du clapet 54 diminue car la longueur du tube 46 augmente et donc, l'occurrence que les gaz d'échappement atteignent le clapet 54 diminue. D'autres sont défavorables. Par exemple, le risque d'encrasser le tube 46 du côté échappement augmente. En effet, le volume parcouru par le gaz dans le tube 46 augmente. Comme la thermique diminue au fur et à mesure, le risque d'encrasser les parois du tube 46 est accru. En outre, il devient difficile d'assurer que le clapet 54 anti-retour soit soumis épisodiquement à un environnement d'une température de 80 °C pour le nettoyage du clapet 54. De plus, l'impact de la température extérieure, dans le cas où celle-ci est faible ou la présence d'un écoulement aéraulique génère des contraintes du point de vue dimensionnel. Enfin, la longueur du tube provoque un échange thermique avec l'extérieur entraînant une perte thermique du tube et par conséquent augmente le risque d'encrassement.
[0039] Pour pallier aux inconvénients susmentionnés, il peut être remarqué que toutes les réactions de dissolution des composés formés ou de décollement des suies sont endothermiques (de la chaleur doit être fournie pour que ces réactions aient lieu).
[0040] Ainsi, pour le cas du nitrate d'ammonium, il s'agit d'une substance cristalline inodore présentant des propriétés hydroscopiques et tendant à s'agglomérer en grumeaux. Sa dissolution dans l'eau, dont la solubilité varie avec la température, est un processus endothermique. La réaction chimique correspondante s'écrit :
[0041 ] NH4N03 (s) → NH4 + (aq) + N03 "(aq)
[0042] L'abréviation « s » signifie solide tandis que l'abréviation « aq » signifie aqueux.
[0043] Le nitrate d'ammonium se décompose à la chaleur en eau et en oxyde nitreux à l'état gazeux (formule N20). Ainsi, les trois réactions suivantes ont lieu :
[0044] NH4N03 → 2H20 + N2 + ½ 02 (1 )
[0045] NH4N03 → 2H20 (i>+ N20 (g) (2) [0046] NH4N03 → 2H20 (g)+ N20 (g) (3)
[0047] L'abréviation « I » signifie liquide tandis que l'abréviation « g » signifie gazeux.
[0048] Les trois réactions (1 ), (2) et (3) sont endothermiques ainsi que les valeurs d'enthalpies associées à ces réactions, soit respectivement : · ΔΗι = - 1 18,04 kJ. mol"1 pour la réaction (1 ) de décomposition du nitrate d'ammonium ;
• ΔΗ2 = - 126 kJ.mol"1 pour la réaction (2) de décomposition du nitrate d'ammonium avec formation de protoxyde d'azote ;
• ΔΗ3 = - 43 kJ.mol"1 pour la réaction (3) de décomposition du nitrate d'ammonium avec formation de protoxyde d'azote ;
[0049] Du fait de l'existence de telles réactions endothermiques, il est favorable d'apporter de la chaleur pour détacher potentiellement les suies présentes dans le clapet 54 et aussi sublimer les dépôts de bicarbonate d'ammonium.
[0050] Un tel apport de chaleur permet de réduire les risques d'encrassement. Une telle diminution des risques permet de prévenir une injection d'agent réducteur insuffisante, ce qui résulterait en une efficacité du système de post-traitement en termes de dépollution insuffisante.
[0051 ] Pour obtenir un tel apport de chaleur, selon l'exemple de la figure 5, il est donc proposé une ligne 40 telle que décrit à la figure 2 pour laquelle le tube 46 est agencé par rapport à la tuyauterie 44 pour que la température de peau du tube 46 soit inférieure à une température de peau prédéterminée. En outre, la distance entre le tube 46 et la tuyauterie 44 peut être suffisamment faible pour que la quantité de chaleur échangée entre le tube 46 et la tuyauterie 44 soit supérieure à
une valeur seuil lorsque la ligne d'échappement 10 est en fonctionnement. De plus, la longueur du tube 46 peut être choisie suffisante pour que la quantité de suie déposée sur le tube 46 soit inférieure à une valeur seuil lorsque la ligne 40 d'échappement est en fonctionnement. [0052] Un exemple particulier d'agencement du tube 46 permettant d'obtenir les effets précédents est illustré par la figure 5. Selon cet exemple, le tube 46 comprend un tronçon 56. Le tronçon 56 du tube 46 est alors le long de la tuyauterie 44. Le tronçon 56 peut alors être à une distance relativement faible du tube 46 pour supprimer l'encrassement du tube 46. [0053] Il est ainsi proposé de faire cheminer une partie du tube 46 le long de l'échappement le temps que la température de peau du tube due à la conduction ait suffisamment diminué et permette ainsi l'intégration de l'élément 22 encliquetable et la tenue de ses joints. La thermique de décrassage est assurée par le fait que le cheminement reste dans un ambiant thermique suffisamment chaud. [0054] Cela permet ainsi de diminuer le risque de défaillance du tube 46 du fait de la forte limitation du risque d'encrassement du tube 46 et du clapet 54. Le risque de défaillance du tube 46 à cause du décalage de l'élément 22 et du maintien à une température relativement élevée est également diminué. Cela évite aussi de recourir à des systèmes électriques chauffants comme c'est le cas dans les systèmes utilisant de l'Adblue (marque déposée) liquide tout en permettant de déporter le clapet 54 pour minimiser son encrassement par les gaz d'échappement.
[0055] En outre, selon l'exemple de la figure 5, le tube 46 peut comporter un coude 58. Cela permet d'allonger la longueur du tube 46 tout en rendant son intégration dans le véhicule possible. Sans coude 58, la longueur du tube 46 est limitée par le fait qu'un tube 46 perpendiculaire à la tuyauterie 44 est encombrant et s'insère difficilement sous le véhicule. Notamment, la longueur du tube 46 peut alors être suffisante pour que la quantité de suie déposée sur le tube 46 soit inférieure à une valeur seuil lorsque la ligne 40 d'échappement est en fonctionnement.
[0056] La figure 6 est une vue en perspective mettant en évidence une configuration à deux coudes 58, le deuxième coude 58 facilitant l'insertion de la canalisation 50 dans le tube 46.
[0057] En variante, dans le cas d'applications sévères présentant un risque d'encrassement élevé, il peut être judicieux d'utiliser les calories présentes dans la ligne d'échappement. Des exemples de telles applications sont les cas de forte longueur entre clapet 54 anti-retour et la tuyauterie 44, de véhicule fonctionnant dans des conditions de basses températures, de tube 46 cheminant dans des zones de basse température ou de dépôt de composés difficilement décomposables à faible température (comme par exemple le nitrate d'ammonium). Ainsi, suivant l'implantation de la ligne 40, il se peut que la température de l'ambiant thermique destiné à limiter le risque d'encrassement soit insuffisante (pas assez de radiation, trop de renouvellement d'air par exemple). Pour résoudre ce problème, il peut être choisi de rajouter des supports entre la ligne d'échappement et la canalisation.
[0058] La figure 7 illustre un exemple de ligne 40 d'échappement dans laquelle les calories présentes dans la tuyauterie 44 sont avantageusement récupérées. La figure 7 propose ainsi une ligne 40 telle que décrit à la figure 5. La ligne 14 présente comporte en outre au moins un support 60 servant de pont thermique. Le support 60 apporte les calories à la canalisation permettant de limiter son encrassement en condition normale de fonctionnement et permet de régénérer les dépôts lors des phases de montée en température (par exemple lors d'une régénération du filtre à particules où les gaz ont des températures de 550 à 600 °C au niveau du point d'injection). Un tel support peut notamment être un support de tube de pression de filtre à particules tel qu'utilisé usuellement. Le surcoût lié à l'ajout du pont thermique (ou patte de reprise) est ainsi diminué. Pour un risque faiblement accru d'abîmer la ligne 40 lors des manipulations de montage ou de transport, l'emploi d'un support 60 permet de favoriser la régénération des dépôts tout en assurant le maintien mécanique du tube 46. Un meilleur maintien mécanique assure une diminution des vibrations et d'un éventuel débattement. L'ajout des ponts thermiques peut être modulée sur les véhicules de série selon le climat du pays local.
[0059] Un tel effet de régénération des dépôts tout en améliorant le maintien mécanique du tube 46 est accru si les supports sont régulièrement espacés. Pour cela, des ponts thermiques 60 pourront être réalisés à intervalle régulier entre l'échappement et la le tube 46. [0060] En variante, il peut être proposé de munir la tuyauterie 44 d'une fibre 62 d'isolation. La fibre 62 peut avoir une forme annulaire autour de la tuyauterie 44 ainsi que le montre la coupe schématique de la figure 8. Cette fibre présente la propriété de bien conserver la chaleur pour les éléments placés en son sein. En outre, elle peut présenter des formes complexes pour s'adapter à toutes formes de tuyauterie 44.
[0061 ] Cela permet d'accroître les effets obtenus précédemment avec la ligne selon la figure 5. En outre, si le tube 46 est intégré à l'isolation fibreuse de la tuyauterie 44 d'échappement, les risques d'être abîmé lors des manipulations de montage sont limités. [0062] Selon la figure 8, cet effet est encore accru car un pont thermique 60 tel que décrit en référence à la figure 7 est présent.
[0063] La variante selon la figure 8 permet, en plus de contribuer au décrassage, de limiter le risque d'encrassement en limitant la sensibilité aux conditions extérieures. Cette variante cumule ainsi des aspects préventif et curatif. [0064] Chacune des variantes précédemment présentées permet de profiter de la thermique de l'échappement pour obtenir un décrassage du tube et de la canalisation (aspect curatif).
Claims
1. Une ligne (40) d'échappement de véhicule équipée d'un système de réduction catalytique sélective des oxydes d'azote caractérisée en ce que la ligne (40) comprend :
- une tuyauterie (44) d'échappement pour le rejet des gaz d'échappement dans l'atmosphère,
- un tube (46) alimentant en agent réducteur la tuyauterie (44) depuis un réservoir, le tube (46) étant fixé par une de ses extrémités à la tuyauterie (44) d'échappement et supportant un organe (52) de connexion
- un clapet (54) anti-retour empêchant la remontée de particules vers le réservoir, un tronçon (56) du tube (46) entre ses extrémités s'étendant le long de la tuyauterie (44).
2. La ligne selon la revendication 1 , caractérisée en ce que la tuyauterie d'échappement est munie d'une fibre d'isolation (62), un tronçon du tube (46) entre ses extrémités étant dans la fibre (62).
3. La ligne selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le tube (46) comporte un coude (58) ou deux coudes (58).
4. La ligne selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la ligne (40) comporte en outre une canalisation (50) reliée au tube (46) par l'organe (52) de connexion, un coude (58) permettant de faciliter la connexion de l'organe (52) de connexion.
5. La ligne selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'organe (52) de connexion est un élément (52) encliquetable..
6. La ligne selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la tuyauterie (44) forme un gainage en céramique du système de réduction catalytique sélective.
7. La ligne selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le tronçon (56) du tube (46) est supporté par la tuyauterie (44) par un ou plusieurs ponts thermiques (60).
8. La ligne selon la revendication 7, caractérisée en ce que les ponts (60) sont régulièrement espacés.
9. La ligne selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que l'agent réducteur est de l'ammoniac gazeux.
10. Un véhicule caractérisé en ce que le véhicule comporte la ligne (40) selon l'une des revendications 1 à 9.
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