EP3194052A1 - Procédé de dépollution des oxydes d'azote - Google Patents

Procédé de dépollution des oxydes d'azote

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EP3194052A1
EP3194052A1 EP15751056.1A EP15751056A EP3194052A1 EP 3194052 A1 EP3194052 A1 EP 3194052A1 EP 15751056 A EP15751056 A EP 15751056A EP 3194052 A1 EP3194052 A1 EP 3194052A1
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EP
European Patent Office
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ammonia
scr
lnt
nox
exhaust gas
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Withdrawn
Application number
EP15751056.1A
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German (de)
English (en)
Inventor
Gabriel Crehan
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PSA Automobiles SA
Original Assignee
Peugeot Citroen Automobiles SA
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Filing date
Publication date
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    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
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    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • 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 the field of the depollution of gases released by diesel engines.
  • Diesel engine exhaust gases contain pollutant elements which it is preferable to limit the discharges into the atmosphere. These pollutants emanate from the combustion of diesel fuel by air and generally include nitrogen oxides (commonly referred to as NOx), carbon monoxide (CO), unburned fuel or soot particles.
  • NOx nitrogen oxides
  • CO carbon monoxide
  • the exhaust gases leave the engine and, after possibly feeding a turbocharger (now widespread on diesel vehicles), are channeled to an exhaust line.
  • a turbocharger now widespread on diesel vehicles
  • the gases undergo several treatments by catalysis and filtration so that at least partially extracted certain harmful elements.
  • SCR selective catalytic reducer
  • Urea is converted to ammonia at a certain temperature close to 180 ° C. Below this temperature, it is not possible to inject urea because the transformation into ammonia will not be done. Motor vehicles therefore release quantities of NOx into the atmosphere when the range of use of the vehicle implies that the exhaust gases are at a temperature below 180 ° C. Moreover, this always happens to the cold start of the vehicle.
  • LNT NOx adsorber
  • the LNT is located before the SCR so that the gases first pass through the LNT and then the SCR.
  • the LNT operates at lower temperatures compared to the SCR.
  • LNT adsorbs NOx from 25 ° C.
  • the LNT can not adsorb indefinitely.
  • the regeneration is done by enriching the air / fuel mixture so that the fuel is present in proportions higher than the air.
  • the exhaust gases contain unburned fuel that reacts with NOx. The LNT is thus regenerated.
  • the primary catalyst and the LNT are charged with nitrogen oxides and produce ammonia. However, a part of the nitrogen oxides passes through these two devices.
  • the SCR is therefore supplied with ammonia produced in the primary catalyst and in the LNT.
  • the nitrogen oxides are then removed by the SCR.
  • the primary catalyst and the LNT must be discharged.
  • the mixture is then enriched and the NOx are detached from the LNT without being removed.
  • the SCR then removes NOx from the LNT during the enrichment phase of the mixture.
  • LNT nitrogen oxide adsorber
  • NOx nitrogen oxides
  • SCR selective catalytic reduction gear
  • a temperature sensor for measuring the temperature of the exhaust gas
  • the method comprising an additional step of injecting ammonia into the SCR when the quantity of ammonia produced in the LNT is decreed insufficient, the ammonia thus injected being drawn into an auxiliary storage tank containing a reducing agent comprising ammonia.
  • ammonia injection the introduction of ammonia into the SCR, whether via a pipe connected to an auxiliary tank of reducing agent and an injector for accurately dosing the amount of ammonia introduced into the exhaust line upstream of the SCR, or introducing ammonia in the SCR by ammonia production in the LNT then introduction of it into the SCR in the flow of exhaust gas (and therefore without a dedicated injector for this mode of supply).
  • injection or feed or introduction in a general manner, the introduction via a specific dedicated injector in the exhaust line upstream of the SCT being otherwise specifically precise (in the case of the auxiliary tank reducer).
  • upstream or downstream refer throughout the present text in the general sense of displacement of the exhaust gas from the engine outlet to the end of the exhaust line to the outside of the vehicle.
  • a reducing agent comprising ammonia relative to the auxiliary reservoir comprises ammonia or other reducing agent or any ammonia precursor agent capable of releasing ammonia, for example by thermal activation. (Urea in liquid form or solid salts of the strontium chloride type in particular). Generically, it is therefore possible to inject ammonia (or a urea-type ammonia precursor) from the auxiliary tank into the exhaust line via a pipe, the injection being controlled by a controlled injector. calculator.
  • ammonia or its precursor, as indicated above
  • a source other than the LNT improves the pollution control of the exhaust gas. Indeed, when the quantity of ammonia produced in the LNT proves to be insufficient, the SCR has a secondary source of ammonia, and this for the benefit of the depollution.
  • the computer determines the quantity of ammonia necessary to charge the SCR, if this necessary quantity is greater than the available quantity produced by the LNT, the computer controls the injection of ammonia from the auxiliary storage tank;
  • the computer controls, if it considers necessary, the injection of ammonia into the SCR from the auxiliary tank of storage;
  • the LNT when the temperature of the exhaust gas is greater than about 220 ° C, the LNT produces ammonia, this ammonia is injected into the SCR according to the estimates of the calculator;
  • the computer starts regenerating the LNT by enriching the fuel / oxidant mixture in the engine.
  • an exhaust gas treatment device mounted on an exhaust line of a motor vehicle and comprising:
  • LNT nitrogen oxide adsorber
  • NOx nitrogen oxides
  • SCR selective catalytic reduction gear
  • the device further comprising an auxiliary storage tank containing a reducing agent comprising ammonia and an auxiliary injection circuit provided with an injector for supplying the SCR from the auxiliary storage tank.
  • a motor vehicle comprising a device for treating the exhaust gas, this device being able to operate according to the method as previously described.
  • the exhaust gas treatment device 2 comprises:
  • an exhaust gas recirculation valve 4 hereinafter referred to as 4 EGR valve for Exhaust Gas Recirculation
  • a nitrogen oxide adsorber 5 hereinafter denoted by its acronym LNT 5 for Lean NOx Trap
  • SCR 6 selective catalytic reductant 6 for Selective Catalyst Reductor
  • a temperature probe (not shown) making it possible to measure the temperature of the exhaust gases.
  • the auxiliary injection circuit 8 is provided with an auxiliary injector 11.
  • the engine 1 is supplied with diesel fuel.
  • the products of combustion contain, at the output of the engine, gases, including nitrogen oxides (NOx), carbon monoxide and soot particles.
  • NOx nitrogen oxides
  • carbon monoxide carbon monoxide
  • soot particles soot particles
  • Nitrogen oxides are a particular issue for car manufacturers. NOx emission standards are becoming increasingly restrictive and it is important to eliminate them as much as possible regardless of the use of the vehicle and at any engine speed.
  • a portion of the exhaust gas is returned through the valve 4 EGR to the engine 1 to be burned in a new combustion cycle.
  • the recirculation of the exhaust gases in the engine 1 makes it possible to eliminate a part of the NOx.
  • the non-returned exhaust gases pass through the LNT 5.
  • the LNT 5 has a honeycomb structure.
  • the material used is a zeolite.
  • the nitrogen oxides are trapped by the zeolite.
  • LNT 5 is charged with nitrogen oxides, and when its maximum capacity is reached, the LNT 5's ability to trap NOx fades. It is therefore important to regenerate the LNT 5. Typically this operation takes a few seconds, of the order of 4 to 6 seconds.
  • the regeneration can take several forms.
  • the regeneration is carried out by chemical reaction in the LNT 5.
  • the mixture is enriched, that is to say that the amount of fuel in the fuel / oxidant mixture is increased. Therefore, the combustion products advantageously react with NOx in the LNT to form di-nitrogen and ammonia.
  • the NOx are transformed and the LNT 5 can again adsorb.
  • the zeolite is advantageously coated with a layer of rhodium (Rh).
  • the LNT 5 produces in particular ammonia. We will return to the use of this ammonia in the following.
  • NOx adsorption is not complete, some of them escape the LNT 5 even when it is not in regeneration mode. These NOx then pass through the SCR 6.
  • the internal structure of the SCR 6 also takes the form of a honeycomb, which makes it possible to increase the exchange specific surface area. In this way, the chemical reactions are improved. Ammonia injected into SCR 6 reacts with NOx to form water and di-nitrogen.
  • LNT 5 does not produce ammonia at all temperatures. It must reach a temperature of about 220 ° C, otherwise it only adsorb NOx. This is particularly the case during cold start, or in conditions of use at low engine speed.
  • the NOx share not captured by the LNT 5 can be eliminated in the SCR 6 because the latter is not powered.
  • the chemical reaction between ammonia and NOx is only possible from a temperature of 150 ° C. However, on an exhaust line this temperature is reached quickly.
  • the decomposition of urea into ammonia is only possible from a temperature of 180 ° C.
  • the temperature of 150 ° C is reached very quickly in the exhaust line, and as previously explained, this temperature allows the reaction between ammonia and NOx.
  • the SCR 6 is dimensioned such that every time the engine 1 is turned off, ammonia is stored therein. In this way, at each new start, and when the temperature is above 150 ° C and below 180 ° C ammonia stored during a previous use eliminates NOx not trapped by the LNT.
  • the LNT 5 does not produce ammonia.
  • the ammonia stored during a previous use in the SCR is at one time totally consumed. The risk then is that NOx escapes from SCR 6.
  • SCR 6 is fed, if necessary, with urea. It is recalled that decomposition of urea into ammonia is only possible from 180 ° C.
  • the ammonia feed of the SCR is via the auxiliary injection circuit 8, the urea being drawn from the auxiliary storage tank 9.
  • the LNT 5 can then produce ammonia again and supply the SCR 6.
  • urea is injected into the SCR 6 by the auxiliary injection circuit 8.
  • a computer (not shown) to manage the supply of urea and ammonia product.
  • the computer controls the filling of the SCR 6, either with ammonia if the LNT has produced enough or in urea if it is not the case.
  • the ammonia thus present in the SCR 6 can be used at the next use when the temperature of the exhaust gas is between 150 ° C and 180 ° C.
  • the calculator also estimates the ammonia requirements in the SCR 6. Depending on the use made of the vehicle, the calculator estimates the amount of NOx produced. The ammonia injection produced in the LNT 5 is then carried out according to this estimate. The calculator also manages the injection of urea into the SCR 6 when the exhaust gases have reached the temperature of 220 ° C and the ammonia is not produced in sufficient quantity in the LNT. The calculator then compensates for production deficiencies in the LNT by adding urea to the SCR.
  • the device 2 and the method thus described only have one aspect of the pollution, namely that of NOx.
  • other pollutants such as soot particles
  • other elements such as a particulate filter.
  • a first advantage of the process is that the use of urea is optimized. In other words, the ammonia does not come solely from the urea reservoir, but is also produced in situ in the LNT. Therefore, urea which is a consumable, is saved.
  • a second advantage is that a greater part of NOx is eliminated, especially for transient conditions, namely at startup when the temperature of the exhaust gas is less than 180 ° C.

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Abstract

Procédé de traitement des gaz d'échappement d'un moteur (1) à combustion interne comprenant : une étape d'adsorption des NOx dans le LNT (5), - une étape de production d'ammoniac dans le LNT (5), une étape d'alimentation du SCR (6) en ammoniac produit dans le LNT (5), selon les besoins estimés par le calculateur, une étape de réduction des NOx dans le SCR (6) par réaction chimique des NOx avec l'ammoniac injecté, le procédé comprenant une étape supplémentaire d'injection d'ammoniac dans le SCR (6) lorsque la quantité d'ammoniac produite dans le LNT (5) est décrété insuffisante, l'ammoniac ainsi injecté étant puisé dans un réservoir (9) auxiliaire de stockage contenant un agent réducteur comprenant de l'ammoniac.

Description

PROCÉDÉ DE DÉPOLLUTION DES OXYDES D'AZOTE
[0001] L'invention a trait au domaine de la dépollution des gaz rejetés par les moteurs diesel.
[0002] Les gaz d'échappement des moteurs diesels contiennent des éléments polluants dont il est préférable de limiter les rejets dans l'atmosphère. Ces éléments polluants émanent de la combustion du carburant diesel par l'air et comprennent généralement des oxydes d'azote (couramment désignés sous l'acronyme NOx), du monoxyde de carbone (CO), du carburant imbrûlé ou encore des particules de suie.
[0003] Une fois la combustion terminée, les gaz d'échappement quittent le moteur puis, après avoir éventuellement alimenté un turbocompresseur (aujourd'hui généralisé sur les véhicules diesel), sont canalisés vers une ligne d'échappement. Le long de la ligne d'échappement, les gaz subissent plusieurs traitements par catalyse et filtration afin qu'en soient au moins partiellement extraits certains éléments nocifs.
[0004] L'élimination des NOx des gaz d'échappement se fait couramment par catalyse, au moyen d'un dispositif appelé réducteur catalytique sélectif (ci-après désigné sous son acronyme anglais SCR, correspondant à la dénomination Sélective Catalytic Reductor). Un réducteur tel que de l'urée est directement injecté dans le SCR puis transformé en ammoniac en présence de chaleur. Le SCR permet, à l'aide d'une réaction chimique impliquant les NOx et l'ammoniac, de transformer les oxydes d'azote en un mélange de di-azote et d'eau.
[0005] L'urée ne se transforme en ammoniac qu'à une certaine température proche de 180°C. En dessous de cette température, il n'est pas possible d'injecter de l'urée car la transformation en ammoniac ne se fera pas. Les véhicules automobiles rejettent donc des quantités de NOx dans l'atmosphère lorsque la plage d'utilisation du véhicule implique que les gaz d'échappement sont à une température inférieure à 180°C. D'ailleurs, ceci arrive systématiquement au démarrage à froid du véhicule.
[0006] Ainsi, les constructeurs automobiles ont eu l'idée, en plus du SCR, d'ajouter un adsorbeur de NOx (ci après désigné sous son acronyme anglais LNT, correspondant à la dénomination Lean NOx Trap). Le LNT est situé avant le SCR de telle sorte que les gaz passent d'abord par le LNT puis par le SCR. Le LNT fonctionne à des températures inférieures en comparaison avec le SCR. Typiquement, le LNT adsorbe les NOx à partir de 25°C. Toutefois, le LNT ne peut adsorber indéfiniment. Au fur et à mesure, le LNT se charge de NOx et une fois sa capacité maximale atteinte, les NOx présents dans les gaz d'échappement ne sont plus adsorbés. Le LNT doit alors être régénéré. La régénération se fait en enrichissant le mélange air/carburant de telle sorte que le carburant soit présent dans des proportions supérieures à l'air. Ainsi, les gaz d'échappement contiennent du carburant imbrûlé qui réagit avec les NOx. Le LNT est ainsi régénéré.
[0007] De nombreux documents décrivent l'utilisation conjointe d'un LNT et d'un SCR sur une ligne d'échappement, à l'image de la demande de brevet américain publiée sous le numéro US 2012/0222406. Ce document propose une ligne échappement munie d'un catalyseur primaire, d'un LNT et d'un SCR. Le gaz d'échappement passe successivement par le catalyseur primaire puis par le LNT et enfin par le SCR. Lorsque le mélange est pauvre, c'est à dire que la proportion de carburant est inférieure aux proportions stœchiométriques dans les cylindres du moteur, des quantités importantes de NOx sont produites. Inversement, lorsque le mélange est riche, ce qui se traduit par une proportion de carburant supérieure aux proportions stœchiométriques, les gaz d'échappement contiennent des hydrocarbures, du monoxyde de carbone et du dihydrogène. Lorsque le mélange est pauvre, le catalyseur primaire et le LNT se chargent en oxydes d'azote et produisent de l'ammoniac. Toutefois, une partie des oxydes d'azote passe au travers de ces deux dispositifs. Le SCR est par conséquent alimenté en ammoniac produit dans le catalyseur primaire et dans le LNT. Les oxydes d'azote sont alors éliminés par le SCR. Par ailleurs, une fois que leur capacité maximale d'adsorption est atteinte, le catalyseur primaire et le LNT doivent être déchargés. Le mélange est alors enrichi et les NOx sont détachés du LNT sans être éliminés. Le SCR élimine par la suite les NOx détachés du LNT durant la phase d'enrichissement du mélange.
[0008] Ce procédé de dépollution n'est pas aussi efficace qu'il semble l'être. En effet, la production d'ammoniac n'est pas possible à tout moment et la quantité produite ne permet pas tout le temps d'alimenter le SCR convenablement. La dépollution est alors grevée par manque d'agent réducteur. Les normes en matière de dépollution étant de plus en plus restrictives, il est nécessaire, de dépolluer quelle que soit l'utilisation faite du véhicule. L'invention a pour objectif de remédier aux inconvénients précités.
[0009] A cet effet, il est proposé, en premier lieu, un procédé de traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, ce procédé étant mis en œuvre au moyen d'un dispositif de traitement des gaz d'échappement monté sur une ligne d'échappement d'un véhicule automobile et comprenant :
un adsorbeur d'oxydes d'azote (LNT) muni de moyens de production d'ammoniac par réaction chimique des oxydes d'azote (NOx),
un réducteur catalytique sélectif (SCR) situé en aval du LNT dans le sens de déplacement des gaz,
un calculateur permettant d'estimer les besoins en ammoniac dans le SCR,
une sonde de température permettant de mesurer la température des gaz d'échappement,
ce procédé comprenant :
une étape d'adsorption des NOx dans le LNT,
une étape de production d'ammoniac dans le LNT,
une étape d'alimentation du SCR en ammoniac produit dans le LNT, selon les besoins estimés par le calculateur,
- une étape de réduction des NOx dans le SCR par réaction chimique des NOx avec l'ammoniac injecté,
le procédé comprenant une étape supplémentaire d'injection d'ammoniac dans le SCR lorsque la quantité d'ammoniac produite dans le LNT est décrétée insuffisante, l'ammoniac ainsi injecté étant puisé dans un réservoir auxiliaire de stockage contenant un agent réducteur comprenant de l'ammoniac.
[0010] Au sens de l'invention, on comprend par « injection d'ammoniac» le fait d'introduire de l'ammoniac dans le SCR, que ce soit par l'intermédiaire d'une conduite connectée à un réservoir auxiliaire d'agent réducteur et d'un injecteur permettant de doser précisément la quantité d'ammoniac introduite dans la ligne d'échappement en amont du SCR, ou le fait d'introduire l'ammoniac dans le SCR par production d'ammoniac dans le LNT puis introduction de celui-ci dans le SCR dans le flux des gaz d'échappement (et donc sans injecteur dédié pour ce mode d'alimentation). On pourra donc dans le présent texte utiliser le terme injection ou alimentation ou introduction de façon générale, l'introduction via un injecteur spécifique dédié dans la ligne d'échappement en amont du SCT étant sinon spécifiquement précise (dans le cas de figure du réservoir annexe de réducteur). Les termes « amont » ou »aval » se rapportent dans tout le présent texte au sens générale de déplacement des gaz d'échappement depuis la sortie du moteur jusqu'à l'extrémité de la ligne d'échappement vers l'extérieur du véhicule.
[0011] Par ailleurs, le terme « un agent réducteur comprenant de l'ammoniac » relatif au réservoir auxiliaire comprend de l'ammoniac ou autre réducteur ou tout agent précurseur d'ammoniac susceptible de relarguer de l'ammoniac, par exemple par activation thermique (de l'urée sous forme liquide ou des sels solides du type chlorure de strontium notamment). De façon générique, on vient donc injecter le cas échéant de l'ammoniac (ou un précurseur d'ammoniac du type urée) depuis le réservoir auxiliaire dans la ligne d'échappement via une conduite, l'injection étant pilotée par un injecteur sous commande du calculateur.
[0012] L'injection supplémentaire d'ammoniac (ou de son précurseur, comme indiqué plus haut) provenant d'une source autre que le LNT améliore la dépollution des gaz d'échappement. En effet, lorsque la quantité d'ammoniac produite dans le LNT s'avère insuffisante, le SCR dispose d'une source secondaire d'ammoniac, et ceci au bénéfice de la dépollution.
[0013] Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaison :
- à chaque fin d'utilisation du véhicule, le calculateur charge le
SCR en ammoniac par injection de l'ammoniac produit dans le LNT ;
à chaque fin d'utilisation du véhicule, le calculateur détermine la quantité d'ammoniac nécessaire pour charger le SCR, si cette quantité nécessaire est supérieure à la quantité disponible produite par le LNT, le calculateur commande l'injection d'ammoniac à partir du réservoir auxiliaire de stockage ;
lorsque la température des gaz d'échappement est supérieure à environ 150°C et inférieure à environ 180°C, lesNOx contenus dans les gaz d'échappement sont éliminés dans le SCR grâce à l'ammoniac stocké lors d'une précédente utilisation ;
lorsque la température des gaz d'échappement est supérieure à environ 180°C et inférieure à environ 220°C, le calculateur commande, s'il l'estime nécessaire, l'injection d'ammoniac dans le SCR à partir du réservoir auxiliaire de stockage ;
lorsque la température des gaz d'échappement est supérieure à environ 220°C, le LNT produit de l'ammoniac, cet ammoniac est injecté dans le SCR conformément aux estimations du calculateur ;
le calculateur lance la régénération du LNT par enrichissement du mélange carburant/comburant dans le moteur.
[0014] Il est proposé, en second lieu, un dispositif de traitement des gaz d'échappement monté sur une ligne d'échappement d'un véhicule automobile et comprenant :
un adsorbeur d'oxydes d'azote (LNT) muni de moyens de production d'ammoniac par réaction chimique des oxydes d'azote (NOx),
un réducteur catalytique sélectif (SCR) situé en aval du LNT dans le sens de déplacement des gaz,
des moyens d'injection, dans le SCR, de l'ammoniac produit, un calculateur permettant d'estimer les besoins en ammoniac dans le SCR,
une sonde de température permettant d'estimer la température des gaz d'échappement,
le dispositif comprenant, en outre, un réservoir auxiliaire de stockage contenant un agent réducteur comprenant de l'ammoniac et un circuit d'injection auxiliaire muni d'un injecteur permettant d'alimenter le SCR à partir du réservoir auxiliaire de stockage.
[0015] Il est proposé, en troisième lieu, un véhicule automobile comprenant un dispositif de traitement des gaz d'échappement, ce dispositif étant apte à opérer selon le procédé tel que précédemment décrit.
[0016] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement et de manière concrète à la lecture de la description ci-après de modes de réalisation, laquelle est faite en référence à la figure 1 qui illustre schématiquement une représentation fonctionnelle non limitative d'un mode de réalisation.
[0017] Sur l'unique figure est représenté, de manière schématique, un moteur 1 à combustion interne ainsi qu'un dispositif 2 de traitement des gaz d'échappement monté sur une ligne 3 d'échappement. Le dispositif 2 de traitement des gaz d'échappement comprend :
une vanne 4 de recirculation des gaz d'échappement ci-après dénommée vanne 4 EGR pour Exhaust Gas Recirculation,
un adsorbeur 5 d'oxyde d'azote, ci-après dénommé par son acronyme anglais LNT 5 pour Lean NOx Trap,
un réducteur 6 catalytique sélectif, ci-après dénommé par son acronyme anglais SCR 6 pour Sélective Catalyst Reductor,
un circuit 8 d'injection auxiliaire d'ammoniac,
un réservoir 9 auxiliaire de stockage, et
- une sonde de température (non représentée) permettant de mesurer la température des gaz d'échappement.
[0018] Le circuit 8 d'injection auxiliaire est muni d'un injecteur 11 auxiliaire.
[0019] Le moteur 1 est alimenté en carburant diesel. Les produits de la combustion contiennent, à la sortie du moteur, des gaz, notamment des oxydes d'azote (NOx), du monoxyde de carbone et des particules de suies.
[0020] Dans ce qui suit, l'accent sera porté sur l'élimination des oxydes d'azote. Les oxydes d'azote représentent un enjeu tout particulier pour les constructeurs automobile. Les normes en matière d'émission de NOx sont de plus en plus restrictives et il est important de les éliminer au maximum quelle que soit l'utilisation qui est faite du véhicule et à n'importe quel régime moteur.
[0021] A la sortie du moteur 1, une partie des gaz d'échappement est renvoyée grâce à la vanne 4 EGR vers le moteur 1 afin d'être brûlé dans un nouveau cycle de combustion. La recirculation des gaz d'échappement dans le moteur 1 permet d'éliminer une partie des NOx.
[0022] Les gaz d'échappement non renvoyés traversent le LNT 5. Le LNT 5 présente une structure en nid d'abeille. Le matériau utilisé est une zéolite. Au passage des gaz d'échappement dans le LNT 5, les oxydes d'azotes sont piégés par la zéolite. Le LNT 5 se charge en oxydes d'azote, et lorsque sa capacité maximale est atteinte, la capacité du LNT 5 à piéger les NOx s'estompe. Il est alors important de régénérer le LNT 5. Typiquement cette opération prend quelques secondes, de l'ordre de 4 à 6 secondes.
[0023] La régénération peut prendre plusieurs formes. Dans un mode de réalisation, la régénération est effectuée par réaction chimique dans le LNT 5. Concrètement, le mélange est enrichi, c'est à dire que la quantité de carburant dans le mélange carburant/comburant est augmentée. Par conséquent, les produits de combustion réagissent de manière avantageuse avec les NOx dans le LNT 5 pour former du di- azote et de l'ammoniac. Les NOx sont transformés et le LNT 5 peut à nouveau adsorber. La zéolite est avantageusement revêtue d'une couche de rhodium (Rh).
[0024] Durant cette phase où le mélange est enrichi, le LNT 5 produit notamment de l'ammoniac. Nous reviendrons sur l'utilisation de cet ammoniac dans ce qui suit.
[0025] L'adsorption des NOx n'est pas totale, une partie de ceux-ci s'échappent du LNT 5 même lorsque celui-ci n'est pas en mode régénération. Ces NOx traversent ensuite le SCR 6. La structure interne du SCR 6 prend également la forme d'un nid d'abeille ce qui permet d'augmenter la surface spécifique d'échange. De cette manière, les réactions chimiques sont améliorées. L'ammoniac injecté dans le SCR 6 réagit avec les NOx pour former de l'eau et du di-azote.
[0026] Cette dépollution n'est, cependant, pas parfaite. En effet, le LNT 5 ne produit pas de l'ammoniac à toutes les températures. Celui-ci doit atteindre une température d'environ 220°C, sans quoi il ne fait qu'adsorber les NOx. C'est notamment le cas lors du démarrage à froid, ou dans des conditions d'utilisation à bas régime moteur.
[0027] Par conséquent, il est entendu que la part de NOx non captée par le LNT 5 ne peut être éliminée dans le SCR 6 car ce dernier n'est pas alimenté. La réaction chimique entre l'ammoniac et les NOx n'est possible qu'à partir d'une température de 150°C. Toutefois, sur une ligne d'échappement cette température est atteinte rapidement. De plus, il est important de noter que la décomposition de l'urée en ammoniac n'est possible qu'à partir d'une température de 180°C.
[0028] Ainsi, au démarrage du véhicule et jusqu'à une température de 150°C, aucune réaction n'est possible dans le SCR 6. Le LNT 5 adsorbe les NOx et une partie de ceux-ci s'échappent inévitablement vers l'atmosphère. Cette partie n'est toutefois pas importante puisque, le LNT 5 n'a pas encore eu le temps de se charger et de perdre en capacité d'adsorption. Au démarrage du véhicule, le LNT peut ainsi capter une grande partie des NOx.
[0029] La température de 150°C est atteinte très rapidement dans la ligne d'échappement, et comme précédemment expliqué, cette température permet la réaction entre l'ammoniac et les NOx. Le SCR 6 est dimensionné de telle sorte qu'à chaque fois que le moteur 1 est éteint, de l'ammoniac y est stocké. De la sorte, à chaque nouveau démarrage, et lorsque la température est supérieure à 150°C et inférieure à 180°C l'ammoniac stocké durant une précédente utilisation élimine les NOx non piégés par le LNT.
[0030] A partir de 180°C et en dessous de 220°C, le LNT 5 ne produit pas d'ammoniac. L'ammoniac stocké durant une précédente utilisation dans le SCR est à un moment donné totalement consommé. Le risque alors est que des NOx s'échappent du SCR 6. Afin de palier à ce problème, le SCR 6 est alimenté, au besoin, en urée. Il est rappelé que la décomposition de l'urée en ammoniac n'est possible qu'à partir de 180°C. L'alimentation en ammoniac du SCR se fait par l'intermédiaire du circuit 8 d'injection auxiliaire, l'urée étant puisée dans le réservoir 9 auxiliaire de stockage.
[0031] Ceci permet d'éviter les émissions de NOx dans les régimes d'utilisation transitoire. A partir de 220°C, le LNT 5 peut alors produire à nouveau de l'ammoniac et alimenter le SCR 6. Lorsque la quantité d'ammoniac produite par le LNT 5 est jugée insuffisante, de l'urée est injectée dans le SCR 6 par le circuit 8 d'injection auxiliaire.
[0032] Un calculateur (non représenté) permet de gérer l'alimentation en urée et ammoniac produit. A chaque fin d'utilisation du véhicule, le calculateur commande le remplissage du SCR 6, soit par de l'ammoniac si le LNT en a produit suffisamment ou en urée si ce n'est pas le cas. L'ammoniac ainsi présent dans le SCR 6 pourra être utilisé lors de la prochaine utilisation lorsque la température des gaz d'échappement est comprise entre 150°C et 180°C.
[0033] Le calculateur estime également les besoins en ammoniac dans le SCR 6. En fonction de l'utilisation faite du véhicule, le calculateur estime la quantité produite de NOx. L'injection d'ammoniac produit dans le LNT 5 est alors effectuée en fonction de cette estimation. Le calculateur gère également l'injection d'urée dans le SCR 6 lorsque les gaz d'échappement ont atteint la température de 220°C et que l'ammoniac n'est pas produit en quantité suffisante dans le LNT. Le calculateur compense alors les carences de production dans le LNT en ajoutant de l'urée dans le SCR.
[0034] Le dispositif 2 et le procédé ainsi décrits ne présentent qu'un aspect de la dépollution, à savoir celle des NOx. En ce qui concerne les autres polluants tels que les particules de suies, d'autres éléments peuvent venir s'ajouter, comme par exemple un filtre à particules.
[0035] Un premier avantage du procédé est que l'utilisation de l'urée est optimisée. Autrement dit, T'ammoniac ne provient pas uniquement du réservoir d'urée, mais est également produit in situ dans le LNT. Par conséquent, l'urée qui est un consommable, est économisé.
[0036] Un deuxième avantage est qu'une plus grande partie des NOx est éliminée, notamment pour les régimes transitoires, à savoir au démarrage lorsque la température des gaz d'échappement est inférieure à 180°C.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement des gaz d'échappement d'un moteur (1) à combustion interne, ce procédé étant mis en œuvre au moyen d'un dispositif (2) de traitement des gaz d'échappement monté sur une ligne (3) d'échappement d'un véhicule automobile et comprenant :
un adsorbeur (5) d'oxydes d'azote (LNT) muni de moyens de production d'ammoniac par réaction chimique des oxydes d'azote (NOx),
- un réducteur (6) catalytique sélectif (SCR) situé en aval du LNT (5) dans le sens de déplacement des gaz,
un calculateur permettant d'estimer les besoins en ammoniac dans le SCR (6),
une sonde de température permettant de mesurer la température des gaz d'échappement,
ce procédé comprenant :
une étape d'adsorption des NOx dans le LNT (5),
une étape de production d'ammoniac dans le LNT (5),
une étape d'alimentation du SCR (6) en ammoniac produit dans le LNT (5), selon les besoins estimés par le calculateur,
une étape de réduction des NOx dans le SCR (6) par réaction chimique des NOx avec l'ammoniac injecté, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape supplémentaire d'injection d'ammoniac dans le SCR (6) lorsque la quantité d'ammoniac produite dans le LNT (5) est décrété insuffisante, l'ammoniac ainsi injecté tant puisé dans un réservoir (9) auxiliaire de stockage contenant un agent réducteur comprenant de l'ammoniac.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à chaque fin d'utilisation du véhicule, le calculateur charge le SCR (6) en ammoniac par injection de l'ammoniac produit dans le LNT (5).
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'à chaque fin d'utilisation du véhicule, le calculateur détermine la quantité d'ammoniac nécessaire pour charger le SCR (6), si cette quantité nécessaire est supérieure à la quantité disponible produite par le LNT (5), le calculateur commande l'injection d'ammoniac à partir du réservoir (9) auxiliaire de stockage.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que lorsque la température des gaz d'échappement est supérieure à environ 150°C et inférieure à environ 180°C, les NOx contenus dans les gaz d'échappement sont éliminés dans le SCR (6) grâce à l'ammoniac stocké lors d'une précédente utilisation.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que lorsque la température des gaz d'échappement est supérieure à environ 180°C et inférieure à environ 220°C, le calculateur commande, s'il l'estime nécessaire, l'injection d'ammoniac dans le SCR (6) à partir du réservoir (9) auxiliaire de stockage.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lorsque la température des gaz d'échappement est supérieure à environ 220°C, le LNT (5) produit de l'ammoniac, cet ammoniac étant injecté dans le SCR (6) conformément aux estimations du calculateur.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le calculateur lance la régénération du LNT (5) par enrichissement du mélange carburant/comburant dans le moteur.
8. Dispositif de traitement des gaz d'échappement monté sur une ligne (3) d'échappement d'un véhicule automobile et comprenant :
un adsorbeur (5) d'oxydes d'azote (LNT) muni de moyens de production d'ammoniac par réaction chimique des oxydes d'azote (NOx),
un réducteur (6) catalytique sélectif (SCR) situé en aval du LNT (5) dans le sens de déplacement des gaz,
des moyens d'injection, dans le SCR (6), de l'ammoniac produit, un calculateur permettant d'estimer les besoins en ammoniac dans le SCR (6),
une sonde de température permettant d'estimer la température des gaz d'échappement, caractérisé en ce que le dispositif comprend, en outre, un réservoir (9) auxiliaire de stockage contenant un agent réducteur comprenant de l'ammoniac et un circuit (8) d'injection auxiliaire muni d'un injecteur (11) auxiliaire permettant d'alimenter le SCR (6) à partir du réservoir (9) auxiliaire de stockage.
9. Véhicule automobile, caractérisé en ce que celui-ci comprend un dispositif (2) de traitement des gaz d'échappement selon la revendication 8, ce dispositif (2) étant apte à opérer selon le procédé selon l'une des revendications 1 à 7.
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