EP3311013A1 - Systeme de depollution des gaz d'echappement optimise - Google Patents

Systeme de depollution des gaz d'echappement optimise

Info

Publication number
EP3311013A1
EP3311013A1 EP16733168.5A EP16733168A EP3311013A1 EP 3311013 A1 EP3311013 A1 EP 3311013A1 EP 16733168 A EP16733168 A EP 16733168A EP 3311013 A1 EP3311013 A1 EP 3311013A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
depollution
monolith
injector
downstream end
pollution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16733168.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Eric Dumas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renault SAS
Original Assignee
Renault SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renault SAS filed Critical Renault SAS
Publication of EP3311013A1 publication Critical patent/EP3311013A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • 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
    • F01N3/206—Adding periodically or continuously substances to exhaust gases for promoting purification, e.g. catalytic material in liquid form, NOx reducing agents
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features
    • F01N13/009—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features having two or more separate purifying devices arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • 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
    • F01N3/105—General auxiliary catalysts, e.g. upstream or downstream of the main catalyst
    • F01N3/106—Auxiliary oxidation catalysts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • 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
    • F01N3/24—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 constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2892—Exhaust flow directors or the like, e.g. upstream of catalytic device
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2340/00—Dimensional characteristics of the exhaust system, e.g. length, diameter or volume of the exhaust apparatus; Spatial arrangements of exhaust apparatuses
    • F01N2340/02—Distance of the exhaust apparatus to the engine or between two exhaust apparatuses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/02—Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • 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
    • 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
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • 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 an exhaust line of a motor vehicle engine.
  • the invention more specifically relates to a pollution control system disposed in the exhaust line of the engine.
  • Regulated pollutants are carbon monoxide (CO), unburned hydrocarbons (HC), nitrogen oxides (NOx), and particulates, depending on the combustion engine technology. It is known to employ a number of means of pollution in the exhaust line of combustion engines to limit the emissions of regulated pollutants.
  • an oxidation catalyst allows the treatment of carbon monoxide, unburned hydrocarbons, and under certain conditions nitrogen oxides; a particulate filter can be used for the treatment of soot particles.
  • Specific means are also known for the treatment of nitrogen oxides or NOx, such as NOx traps or so-called SCR catalysts for "selective catalytic reduction".
  • the latter technology consists of reducing NOx by introducing a reducing agent (or a precursor of such a reducing agent) into the exhaust gas.
  • a reducing agent will generally be used to designate a reducing agent or a reducing agent precursor.
  • the reducing agent generated makes it possible to reduce the nitrogen oxides by reaction in an SCR catalyst, that is to say a substrate carrying a catalytic impregnation able to promote the reduction of NO x by the reducing agent.
  • SCR catalyst that is to say a substrate carrying a catalytic impregnation able to promote the reduction of NO x by the reducing agent.
  • the various post-processing devices are generally located under the floor of the vehicle, in a "Tunnel" formed by this floor (we speak equivalently of a provision “under the box"), or distributed partly in the engine compartment (under hood volume) which houses the oxidation catalyst and partly under the box, where the other devices (SCR catalyst, particulate filter, etc.) are arranged.
  • the oxidation catalyst is placed in the first branch of the "U", while the SCR catalyst is positioned in the second branch of the "U".
  • the present invention also proposes a U-shaped architecture comprising in the first branch an oxidation catalyst and in the second branch a second device comprising a particle filter associated with an SCR catalyst. It is known to have a urea injector upstream of the second branch in order to optimally water the cross section of the second device.
  • a mixer is disposed in an intermediate branch connecting the first and the second branch of the exhaust circuit.
  • the first and second branches are generally arranged horizontally, that is to say parallel to the plane of the vehicle passing through the axes of the axles of said vehicle, the intermediate branch is arranged vertically perpendicularly to the plane of the vehicle.
  • the urea injector is disposed substantially along the axis of the intermediate branch and sends the jet of urea by spraying with a diffusion angle in the intermediate branch.
  • the mixer allows a mixture of gases and urea to optimize the chemical reactions in the second treatment device.
  • the publication EP2535535 discloses such a mixer to allow the most homogeneous mixture possible gases from the first treatment device with the reaction fluid.
  • the mixer thus includes a body annular extended by radial fins meeting at the center of said body. Said mixer therefore generates a pressure drop of the order of 10% of the total pressure drop on the exhaust line. This may lead to modifications of the depollution devices with in particular an increase in the precious metals and change density cells of the monoliths to overcome said loss of load.
  • Another disadvantage relates to the manufacture and implementation of the mixer in the intermediate branch which significantly increases the cost of the engine.
  • the object of the invention is to remedy these problems and one of the objects of the invention is a pollution control system of a heat engine comprising two decontamination stages arranged along two parallel axes in a substantially U-shaped architecture, the two floors being connected by an intermediate branch orthogonal to said two axes and a reaction liquid diffusion system capable of injecting liquid into said intermediate branch.
  • the invention more particularly relates to a motor vehicle engine pollution control system comprising:
  • a first depollution device disposed along an axis parallel to the plane of the vehicle
  • a second depollution device disposed downstream of the first device and parallel to the first device according to a U-shaped architecture
  • reaction liquid injector arranged orthogonal to the axis of said depollution devices, characterized in that the injector is able to diffuse liquid onto the downstream end section of the first depollution device.
  • the injector is able to diffuse reaction liquid over the section of the downstream end of the first device in order to allow a mixture of the burnt gases at the outlet of the first device with the reaction liquid.
  • the jet is directed on the end section of the first device to increase the evaporation of the liquid and the mixture of gases and liquid.
  • the liquid is injected along an axis substantially orthogonal to the axis of the first depollution device and therefore the gas flow axis passing through said first device.
  • the first depollution device comprises a first cylindrical monolith having a downstream end section in bevel.
  • the first depollution device comprises a first cylindrical monolith having a beveled downstream end section in order to improve the phases of evaporation and mixing of the diffused reaction liquid with the flue gases.
  • the downstream beveled end section serves as an evaporator and a mixing surface between the reaction liquid and the gases.
  • the injector is disposed at the downstream end of the first monolith.
  • the injector is disposed at the downstream end of the first monolith as close as possible to the gas outlet of the first depollution device.
  • the evaporation of the liquid and its mixing with the gases is done more easily.
  • the beveled downstream end section and presented opposite the injector to increase the exchange surface with the reaction liquid.
  • the injector will also be oriented or the angle of its jet will be adjusted to allow optimum wetting of said beveled end section. Optimal wetting affects as much as possible of the bevel section.
  • the bevel angle of the downstream end section of the first monolith is greater than 1 10 ° with respect to the axis of the monolith.
  • the bevel angle is greater than 1 10 ° with respect to the axis of the monolith to allow maximum watering of the downstream end section. Indeed, a lower angle does not allow sufficient watering of the end section by the jet of liquid from the injector.
  • the monolith of the first device is of metallic type.
  • the first monolith is a metal type more suitable than a ceramic type monolith to simply obtain the beveled downstream end section.
  • the first depollution device comprises an oxidation catalyst.
  • reaction liquid injector is optimally disposed at the outlet of an oxidation catalyst and upstream of the second depollution device.
  • the second depollution device comprises at least one monolith.
  • the second depollution device comprises at least one monolith which may be a SCR monolith associated with a particle filter monolith.
  • the second depollution device comprises a NOx trap and a particulate filter.
  • FIG. 1 is a schematic representation in longitudinal section of a decontamination system of the state of the art.
  • FIG. 2 is a schematic representation in longitudinal section of a pollution control system according to one embodiment of the invention. Detailed description of the figures
  • Figure 1 shows a longitudinal section of a decontamination system 10 according to the state of the art.
  • Said system comprises a first depollution device 11 which is preferably a gas oxidation catalyst.
  • Said first depollution device is disposed substantially horizontally, that is to say parallel to the plane of the vehicle.
  • the plane of the vehicle means the plane passing for example by the axles of said vehicle.
  • the pollution control system 10 also includes a second depollution device 12 which may be a NOx (or nitrogen oxide) reduction device 13 and / or a particulate filter device 14.
  • the second device 12 comprises a crankcase cylindrical in which are arranged in the direction of gas flow device for trapping NOx 13 comprising a SCR monolith 26 and the other device for filtering the particles 14 comprising a monolith to ensure the particulate filter 27.
  • the two monoliths 26, 27 can be in the same room.
  • the second device can be arranged in the engine compartment of the motor vehicle substantially parallel to the first depollution device, also parallel to the plane of the vehicle.
  • the second device is disposed lower (along a vertical axis perpendicular to the plane of the vehicle and oriented opposite to the ground where the vehicle rolls) than the first depollution device.
  • the pollution control system comprises an intermediate duct 15 connecting the first 1 1 and the second device 12 depollution. Said duct is therefore disposed substantially perpendicular to the axis of the first and second devices and substantially orthogonal to the plane of the vehicle.
  • the intermediate duct is of tubular shape to reduce the pressure losses.
  • An injector 16 is fixed against the intermediate conduit to diffuse reaction liquid which is urea. The injector is preferably fixed so that the axis of the urea jet is substantially parallel to the axis of the intermediate conduit.
  • the urea jet is diffused in the direction of gas flow.
  • the fluid jet must remain vertical from top to bottom to have the best efficiency for the evaporation of the fluid and its mixture with the flue gases.
  • a static mixer 17 is disposed in the intermediate duct downstream of the injector 16 to stir the gases and allow on the one hand an evaporation of the reaction liquid and on the other hand to increase the mixing the gases with the reaction liquid in a vortex movement for example.
  • Said static mixer may be a ring comprising radial fins which meet at the center of the ring.
  • the mixer generates a significant loss of load, of the order of 10% of the total pressure drop of the exhaust line, which is likely to cause overconsumption of the engine and an increase in precious metals for pollution control devices.
  • Due to the presence of the static mixer 17 in the intermediate duct 15, the passage section of said intermediate duct is substantially complementary to the section of the mixer ring. The passage section can therefore be reduced and cause a loss of load and a reduction in the efficiency of the pollution control system 10.
  • FIG. 2 represents a pollution control system according to a preferred embodiment of the invention.
  • the first pollution control device 11 which is an oxidation catalyst better known as a catalytic converter comprises a casing 18 surrounding a cylindrical chamber 19 generally made of stainless steel in which the exhaust gases are conducted.
  • the gases pass through the ducts of a honeycomb structure.
  • the interior of the ducts is covered with a thin layer of crystals combining alumina, cerium oxide and a precious metal.
  • the ducts form a monolith 20 whose section is substantially equal to the section of the cylindrical chamber 19.
  • the internal structure of the pot is designed to provide a large contact area between the catalyst elements and the exhaust gases.
  • the honeycomb structure is of metal type to facilitate the transformation of the monolith 20.
  • the downstream end 21 of said monolith is cut into a bevel at an angle greater than 1 10 ° with respect to the X axis of the monolith 20.
  • Said bevelled surface 21 s is presented convexly that is to say turned towards the upper part 22 of the housing 18.
  • the injector is moved from the intermediate branch to be fixed in the upper part 22 of the housing 18 of the first device.
  • the injector 16 is positioned such that the fluid jet is directed directly to the beveled surface 21 of the monolith.
  • the fluid is projected substantially vertically up and down directly to the beveled surface 21s with a diffusion angle adapted to water a maximum portion of the beveled surface.
  • the bevelled surface is heated by the passage of the flue gas and improves the evaporation of the reaction fluid likely to come into contact with it and then the mixture with the flue gases which open into the reduced space 26 of the cylindrical chamber 19 complementary to the downstream end 21 in bevel of the monolith 20.
  • the mixed gases then pass through the intermediate conduit 15 disposed vertically and connecting the first device 1 1 depollution second device 12.
  • Said intermediate conduit 15 is substantially tubular and includes no obstacle to the passage of gases that can generate losses.
  • the intermediate duct 15 may also have a gas passage section greater than said intermediate conduit of the state of the art, which improves the efficiency of the pollution control system 10.
  • the second device is substantially identical to the second device of the state of the art. It is able to trap nitrogen oxides and retain particles.
  • the second device thus comprises a cylindrical housing 23 surrounding a first upstream monolith 26 for trapping the nitrogen oxides and a second downstream monolith 27 for filtering the particles.
  • the pollution control system comprises a first depollution device connected vertically with a second device U-shaped depollution depollution apparatus in the embodiment shown and an injector for projecting reaction fluid into the flue gas stream; the evaporation and mixing of the fluid and the flue gases are carried out optimally without requiring activation means such as a mixer that can generate losses.
  • the invention is not limited to the embodiments of this outlet, described above as examples, it encompasses all the variants, such as the disposal of pollution control devices. online.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

Système de dépollution (10) de moteur thermique de véhicule automobile comprenant : un premier dispositif de dépollution (11) disposé selon un axe X parallèle au plan du véhicule; un second dispositif de dépollution (12) disposé en aval du premier dispositif (11) selon le sens d'écoulement des gaz et parallèlement au premier dispositif; et un injecteur (16) de liquide de réaction agencé orthogonalement à l'axe X desdits dispositifs de dépollution (11, 12). Le premier dispositif de dépollution (11 ) comprend un premier monolithe (20) cylindrique présentant une surface d'extrémité aval en biseau (21 s). L'injecteur est agencé et apte à diffuser du liquide sur une surface d'extrémité aval (21s) du premier dispositif de dépollution.

Description

SYSTEME DE DEPOLLUTION DES GAZ D'ECHAPPEMENT OPTIMISE Domaine technique de l'invention
L'invention concerne une ligne d'échappement d'un moteur thermique de véhicule automobile. L'invention concerne plus précisément un système de dépollution disposé dans la ligne d'échappement du moteur.
Etat de la technique
Les émissions polluantes des moteurs à combustion équipant les véhicules automobiles sont réglementées par des normes de plus en plus sévères. Les polluants réglementés sont, selon la technologie de moteur à combustion considérée, le monoxyde de carbone (CO), les hydrocarbures imbrûlés (HC), les oxydes d'azotes (NOx), et les particules. Il est connu d'employer un certain nombre de moyens de dépollution dans la ligne d'échappement des moteurs à combustion pour en limiter les émissions de polluants réglementés. Par exemple, un catalyseur d'oxydation permet le traitement du monoxyde de carbone, des hydrocarbures imbrûlés, et dans certaines conditions des oxydes d'azotes ; un filtre à particules peut être employé pour le traitement des particules de suie. On connaît également des moyens spécifiques au traitement des oxydes d'azote ou NOx, tels que les pièges à NOx ou les catalyseurs dits SCR pour « sélective catalytic réduction ». Cette dernière technologie consiste à réduire les NOx par introduction d'un agent réducteur (ou d'un précurseur d'un tel agent réducteur) dans les gaz d'échappement. On parlera dans la suite du présent document d'une manière générale de « réducteur » pour désigner un agent réducteur ou un précurseur d'agent réducteur. L'agent réducteur généré permet de réduire les oxydes d'azotes par réaction dans un catalyseur SCR, c'est-à-dire un substrat portant une imprégnation catalytique apte à favoriser la réduction des NO x par l'agent réducteur. On désigne de manière générale ces dispositifs par le terme de moyens de « post-traitement » des gaz d'échappement.
Dans un véhicule automobile présentant l'architecture la plus commune, c'est à dire avec un moteur dans un volume sous capot à l'avant du véhicule, les différents dispositifs de post-traitement sont généralement implantés sous le plancher du véhicule, dans un « tunnel » formé par ce plancher (on parle de manière équivalente d'une disposition « sous caisse »), ou répartis pour partie dans le compartiment moteur (volume sous capot) qui accueille le catalyseur d'oxydation et pour partie sous caisse, où sont disposés les autres dispositifs (catalyseur SCR, filtre à particules, etc.).
On connaît néanmoins de la demande de brevet français déposée sous le numéro FR 1050453 l'intérêt de positionner un maximum des dispositifs de posttraitement des gaz d'échappement dans l'espace sous capot moteur. En effet, outre un gain de place dans l'espace sous-caisse du véhicule, un tel positionnement des catalyseurs (d'oxydation et/ou SCR) et/ou du filtre à particules permet de les rapprocher au maximum de la sortie du moteur, et donc de profiter de conditions thermiques favorables notamment à leur montée en température et à leur activation (passage au-dessus d'une température nécessaire à une bonne efficacité de traitement). Ainsi, un tel positionnement engendre un cycle vertueux dans la conception de l'ensemble de traitement des gaz d'échappement : les éléments du dispositif de post-traitement, en étant disposés à proximité de la sortie des chambres de combustion du moteur (sous capot et non sous caisse), jouissent de conditions thermiques favorables à un fonctionnement optimal, ce qui permet d'en réduire la taille pour obtenir une même efficacité de traitement, comparé à un dispositif implanté sous caisse. On gagne ainsi encore plus en compacité, et en outre, réduisant la taille des éléments de dépollution, on en diminue l'inertie thermique ce qui accélère encore plus leur montée en température. En vue d'optimiser la fonctionnalité et l'implantation dans l'espace sous capot moteur d'un ensemble compact de traitement des gaz d'échappement, il est connu d'agencer comme proposé dans la publication FR1 151374 un ensemble de traitement des gaz d'échappement compacts regroupant selon une architecture en « U » un catalyseur d'oxydation, et un catalyseur SCR (pouvant être un filtre à particules portant d'une imprégnation catalytique pour la réduction des oxydes d'azote).
Dans le cadre de cette architecture, il est prévu que le catalyseur d'oxydation soit placé dans la première branche du « U », tandis que le catalyseur SCR est positionné dans la seconde branche du « U ».
Bref résumé de l'invention
La présente invention propose également une architecture en U comportant dans la première branche un catalyseur d'oxydation et dans la seconde branche un second dispositif comprenant un filtre à particules associé avec un catalyseur SCR. Il est connu de disposer un injecteur d'urée en amont de la seconde branche afin d'arroser de façon optimale la section transversale du second dispositif. Pour ce faire, un mixeur est disposé dans une branche intermédiaire reliant la première et la seconde branche du circuit d'échappement. Les première et seconde branches sont généralement aménagées de façon horizontale c'est-à-dire parallèlement au plan du véhicule passant par les axes des essieux dudit véhicule, la branche intermédiaire est donc disposée de façon verticale perpendiculairement au plan du véhicule.
L'injecteur d'urée est disposé sensiblement selon l'axe de la branche intermédiaire et envoie le jet d'urée par pulvérisations avec un angle de diffusion dans la branche intermédiaire. Le mixeur permet un mélange des gaz et de l'urée afin d'optimiser les réactions chimiques dans le second dispositif de traitement.
La publication EP2535535 divulgue un tel mixeur pour permettre le mélange le plus homogène possible des gaz issus du premier dispositif de traitement avec le fluide de réaction. Le mixeur comprend ainsi un corps annulaire prolongés par des ailettes radiales se rejoignant au centre dudit corps. Ledit mixeur génère de ce fait une perte de charge de l'ordre 10% de la perte de charge totale sur la ligne d'échappement. Ce qui peut entraîner des modifications des dispositifs de dépollution avec notamment une augmentation des métaux précieux et changement densité cellules des monolithes pour pallier ladite perte de charge.
Un autre inconvénient concerne la fabrication et la mise en place du mixeur dans la branche intermédiaire ce qui augmente sensiblement le coût du moteur. Le but de l'invention est de remédier à ces problèmes et un des objets de l'invention est un système de dépollution d'un moteur thermique comprenant deux étages de dépollution aménagés suivant deux axes parallèles selon une architecture sensiblement en U, les deux étages étant reliés par une branche intermédiaire orthogonale auxdits deux axes et un système de diffusion de liquide de réaction apte à injecter du liquide dans ladite branche intermédiaire.
L'invention concerne plus particulièrement un système de dépollution de moteur thermique de véhicule automobile comprenant :
- un premier dispositif de dépollution disposé selon un axe parallèle au plan du véhicule,
- un second dispositif de dépollution disposé en aval du premier dispositif et parallèlement au premier dispositif selon une architecture en U,
- un injecteur de liquide de réaction agencé orthogonalement à l'axe desdits dispositifs de dépollution, caractérisé en ce que l'injecteur est apte à diffuser du liquide sur la section d'extrémité aval du premier dispositif de dépollution.
De manière avantageuse, l'injecteur est apte à diffuser du liquide de réaction sur la section de l'extrémité aval du premier dispositif afin de permettre un mélange des gaz brûlés en sortie du premier dispositif avec le liquide de réaction. En effet, le jet est dirigé sur la section d'extrémité du premier dispositif pour accroître l'évaporation du liquide et le mélange des gaz et du liquide. Le liquide est injecté selon un axe sensiblement orthogonal à l'axe du premier dispositif de dépollution et donc de l'axe d'écoulement des gaz qui traversent ledit premier dispositif.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
- le premier dispositif de dépollution comprend un premier monolithe cylindrique présentant une section d'extrémité aval en biseau.
De manière avantageuse, le premier dispositif de dépollution comprend un premier monolithe cylindrique présentant une section d'extrémité aval en biseau afin d'améliorer les phases d'évaporation et de mélange du liquide de réaction diffusé avec les gaz brûlés. Ladite section d'extrémité aval en biseau sert d'évaporateur et de surface de mélange entre le liquide de réaction et les gaz.
- l'injecteur est disposé à l'extrémité aval du premier monolithe.
De manière avantageuse, l'injecteur est disposé à l'extrémité aval du premier monolithe au plus près de la sortie des gaz du premier dispositif de dépollution. L'évaporation du liquide et son mélange avec les gaz est fait plus facilement.
- la section d'extrémité aval en biseau est présentée en vis-à-vis de l'injecteur.
De manière avantageuse, la section d'extrémité aval en biseau et présentée en vis-à-vis de l'injecteur pour accroître la surface d'échange avec le liquide de réaction. L'injecteur sera également orienté ou l'angle de son jet sera réglé pour permettre un mouillage optimal de ladite section d'extrémité en biseau. Le mouillage optimal concerne la plus partie possible de la section en biseau.
- l'angle de biseau de la section d'extrémité aval du premier monolithe est supérieur à 1 10° par rapport à l'axe du monolithe.
De manière avantageuse, l'angle de biseau est supérieur à 1 10° par rapport à l'axe du monolithe pour permettre un arrosage maximal de la section d'extrémité aval. En effet, un angle inférieur ne permet pas un arrosage suffisant de la section d'extrémité par le jet de liquide depuis l'injecteur. - le monolithe du premier dispositif est de type métallique.
De manière avantageuse, le premier monolithe est type métallique plus adapté qu'un monolithe de type céramique pour obtenir simplement la section d'extrémité aval en biseau. - le premier dispositif de dépollution comprend un catalyseur d'oxydation.
De manière avantageuse, l'injecteur de liquide de réaction est disposé de manière optimale à la sortie d'un catalyseur d'oxydation et en amont du second dispositif de dépollution.
- le second dispositif de dépollution comprend au moins un monolithe. De manière avantageuse, le second dispositif de dépollution comprend au moins un monolithe qui peut être une monolithe SCR associé à un monolithe de filtre à particules.
- le second dispositif de dépollution comprend un piège à NOx et un filtre à particules. Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 est une représentation schématique selon une coupe longitudinale d'un système de dépollution de l'état de l'art.
- la figure 2 est une représentation schématique selon une coupe longitudinale d'un système de dépollution selon un mode de réalisation de l'invention. Description détaillée des figures
Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires.
La figure 1 représente une coupe longitudinale d'un système de dépollution 10 selon l'état de l'art.
Ledit système comprend un premier dispositif de dépollution 1 1 qui est de manière préférentielle un catalyseur d'oxydation des gaz. Ledit premier dispositif de dépollution est disposé sensiblement horizontalement c'est-à-dire de façon parallèle au plan du véhicule. On entend par plan du véhicule le plan passant par exemple par les essieux dudit véhicule.
Le système de dépollution 10 comprend également un second dispositif 12 de dépollution qui peut être un dispositif de réduction des NOx (ou oxydes d'azote) 13 et/ou un dispositif de filtre à particules 14. Généralement, le second dispositif 12 comprend un carter cylindrique dans lequel sont aménagés selon le sens d'écoulement des gaz le dispositif pour piéger les NOx 13 comprenant un monolithe SCR 26 puis le autre dispositif pour filtrer les particules 14 comprenant un monolithe pour assurer le filtre à particules 27. Les deux monolithes 26, 27 peuvent être d'une même pièce. Le second dispositif peut être disposé dans le compartiment moteur du véhicule automobile de manière sensiblement parallèle au premier dispositif de dépollution, également parallèlement au plan du véhicule. De manière préférentielle, le second dispositif est disposé plus bas (selon un axe vertical perpendiculaire au plan du véhicule et orienté de façon opposée au sol où roule le véhicule) que le premier dispositif de dépollution.
Le système de dépollution comprend un conduit intermédiaire 15 reliant le premier 1 1 et le second dispositif 12 de dépollution. Ledit conduit est donc disposé sensiblement perpendiculaire à l'axe des premier et deuxième dispositifs et de façon sensiblement orthogonale au plan du véhicule. De manière préférentielle, le conduit intermédiaire est de forme tubulaire pour diminuer les pertes de charge. Un injecteur 16 est fixé contre le conduit intermédiaire pour diffuser du liquide de réaction qui est de l'urée. L'injecteur est fixé de manière préférentielle pour que l'axe du jet d'urée soit sensiblement parallèle à l'axe du conduit intermédiaire. Le jet d'urée est diffusé dans le sens d'écoulement des gaz. De manière préférentielle, le jet de fluide doit rester vertical de haut en bas pour avoir la meilleure efficacité pour l'évaporation du fluide et son mélange avec les gaz brûlés.
Selon l'état de l'art, un mixeur statique 17 est disposé dans le conduit intermédiaire en aval de l'injecteur 16 pour brasser les gaz et permettre d'une part une évaporation du liquide de réaction et d'autre d'accroître le mélange des gaz avec le liquide de réaction dans un mouvement de tourbillon par exemple. Ledit mixeur statique peut être un anneau comprenant des ailettes radiales qui se rejoignent au centre de l'anneau. De par sa fonction, le mixeur génère une perte de charge non négligeable, de l'ordre de 10% de la perte de charge totale de la ligne d'échappement, ce qui est susceptible d'entraîner une surconsommation du moteur et une augmentation des métaux précieux pour les dispositifs de dépollution. Du fait de la présence du mixeur statique 17 dans le conduit intermédiaire 15, la section de passage dudit conduit intermédiaire est sensiblement complémentaire à la section de l'anneau du mixeur. La section de passage peut donc être réduite et entraîner une perte de charge ainsi qu'une réduction de l'efficacité du système de dépollution 10.
La figure 2 représente un système de dépollution selon un mode préféré de réalisation de l'invention.
Le premier dispositif de dépollution 1 1 qui est un catalyseur d'oxydation plus connu sous le nom de pot catalytique comprend un carter 18 entourant une chambre cylindrique 19 généralement en acier inoxydable dans laquelle sont conduits les gaz d'échappement. Les gaz traversent les conduits d'une structure en nid d'abeille. L'intérieur des conduits est recouvert d'une fine couche de cristaux combinant de l'alumine, de l'oxyde de cérium et un métal précieux. Les conduits forment un monolithe 20 dont la section est sensiblement égale à la section de la chambre cylindrique 19. La structure interne du pot est conçue pour offrir une grande surface de contact entre les éléments catalyseurs et les gaz d'échappement.
Selon l'invention, la structure en nid d'abeille est de type métallique pour faciliter la transformation du monolithe 20. En effet, l'extrémité aval 21 dudit monolithe est découpée en biseau selon un angle 25 supérieur à 1 10° par rapport à l'axe X du monolithe 20. Ladite surface en biseau 21 s est présentée de façon convexe c'est-à-dire tournée vers la partie supérieure 22 du carter 18.
L'injecteur est déplacé depuis la branche intermédiaire pour être fixé dans la partie supérieure 22 du carter 18 du premier dispositif. L'injecteur 16 est positionné de telle façon que le jet de fluide soit dirigé directement vers la surface en biseau 21 s du monolithe. Le fluide est projeté sensiblement verticalement de haut en bas directement vers la surface en biseau 21 s avec un angle de diffusion adapté pour arroser une partie maximale de la surface en biseau. La surface en biseau est chauffée par le passage des gaz brûlés et elle améliore l'évaporation du fluide de réaction susceptible d'arriver à son contact et ensuite le mélange avec les gaz brûlés qui débouchent dans l'espace réduit 26 de la chambre cylindrique 19 complémentaire de l'extrémité aval 21 en biseau du monolithe 20.
Les gaz mélangés traversent ensuite le conduit intermédiaire 15 disposé verticalement et reliant le premier dispositif 1 1 de dépollution au second dispositif 12. Ledit conduit intermédiaire 15 est sensiblement tubulaire et ne comprend aucun obstacle au passage des gaz pouvant générer des pertes de charges.
Le conduit intermédiaire 15 peut également présenter une section de passage des gaz supérieure audit conduit intermédiaire de l'état de l'art, ce qui améliore l'efficacité du système de dépollution 10. Le second dispositif est sensiblement identique au second dispositif de l'état de l'art. Il est apte à piéger les oxydes d'azote et de retenir des particules. Le second dispositif comprend ainsi un carter cylindrique 23 entourant un premier monolithe amont 26 destiné à piéger les oxydes d'azote et un second monolithe aval 27 pour filtrer les particules. L'objectif de l'invention est atteint : le système de dépollution comprend un premier dispositif de dépollution relié verticalement avec un second dispositif de dépollution selon une architecture en U dans le mode de réalisation présenté et un injecteur pour projeter du fluide de réaction dans le flux des gaz brûlés ; l'évaporation et le mélange du fluide et des gaz brûlés sont effectués de façon optimale sans nécessiter de moyen d'activation tel qu'un mixeur pouvant générer des pertes de charges.
Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de cette prise, décrites ci-dessus à titre d'exemples, elle en embrasse au contraire toutes les variantes comme par exemple la disposition des dispositifs de dépollution en ligne.

Claims
REVENDICATIONS
1 Système de dépollution (10) de moteur thermique de véhicule automobile comprenant :
- un premier dispositif de dépollution (1 1 ) disposé selon un axe X parallèle au plan du véhicule,
- un second dispositif de dépollution (12) disposé en aval du premier dispositif (1 1 ) selon le sens d'écoulement des gaz et parallèlement au premier dispositif,
- un injecteur (16) de liquide de réaction agencé orthogonalement à l'axe X desdits dispositifs de dépollution (1 1 , 12),
caractérisé en ce que le premier dispositif de dépollution (1 1 ) comprend un premier monolithe (20) cylindrique présentant une surface d'extrémité aval en biseau (21 s) sur laquelle l'injecteur est apte à diffuser du liquide. 2 Système de dépollution (10) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'injecteur (16) est disposé à l'extrémité aval (21 ) du premier dispositif (1 1 ).
3 Système de dépollution (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la surface d'extrémité aval en biseau (21 s) est présentée en vis-à-vis de l'injecteur (16).
4 Système de dépollution (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la surface d'extrémité aval (21 s) en biseau est convexe.
5 Système de dépollution (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'angle de biseau de la section d'extrémité aval du premier monolithe est supérieur à 1 10° par rapport à l'axe X du premier monolithe (20).
6 Système de dépollution (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le monolithe (20) du premier dispositif (1 1 ) est de type métallique.
7 Système de dépollution (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le second dispositif de dépollution (12) comprend au moins un monolithe.
8 Système de dépollution
(10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le premier dispositif de dépollution
(1 1 ) comprend un catalyseur d'oxydation.
9 Système de dépollution (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le second dispositif de dépollution
(12) comprend un piège à NOx et un filtre à particules.
10 Moteur thermique de véhicule automobile comprenant un système de dépollution (10) selon l'une quelconque des revendications de 1 à 10.
EP16733168.5A 2015-06-17 2016-06-08 Systeme de depollution des gaz d'echappement optimise Withdrawn EP3311013A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1555529A FR3037615B1 (fr) 2015-06-17 2015-06-17 Systeme de depollution des gaz d'echappement optimise
PCT/FR2016/051376 WO2016203137A1 (fr) 2015-06-17 2016-06-08 Systeme de depollution des gaz d'echappement optimise

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3311013A1 true EP3311013A1 (fr) 2018-04-25

Family

ID=53758461

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP16733168.5A Withdrawn EP3311013A1 (fr) 2015-06-17 2016-06-08 Systeme de depollution des gaz d'echappement optimise

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3311013A1 (fr)
FR (1) FR3037615B1 (fr)
WO (1) WO2016203137A1 (fr)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016213414A1 (de) * 2016-07-22 2018-01-25 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010108755A1 (fr) * 2009-03-27 2010-09-30 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Corps en nid-d'abeilles pour système d'épuration de gaz d'échappement
WO2015189011A1 (fr) * 2014-06-11 2015-12-17 Volkswagen Aktiengesellschaft Dispositif de conversion chimique catalytique d'au moins un composant d'un flux de gaz, et système d'échappement d'un moteur à combustion interne
EP2960456A1 (fr) * 2014-06-27 2015-12-30 Volvo Car Corporation Dispositif de traitement de gaz d'echappement compact et angulaire

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1050453A (fr) 1950-11-22 1954-01-07 Westinghouse Electric Corp Dépoussiéreurs électrostatiques
FR1151374A (fr) 1956-06-12 1958-01-29 Carves Simon Ltd Dépoussiéreur électrostatique
DE102010039121A1 (de) * 2010-08-10 2012-02-16 Robert Bosch Gmbh Abgasnachbehandlungssystem
DE102011077645A1 (de) 2011-06-16 2012-12-20 Bosch Emission Systems Gmbh & Co. Kg Statischer Mischer
DE102011111590A1 (de) * 2011-08-25 2013-02-28 Volkswagen Aktiengesellschaft Abgasbehandlungseinrichtung, Verfahren zur Aufbereitung von Abgas und Kraftfahrzeug
DE102012016423B3 (de) * 2012-08-21 2014-02-27 Eberspächer Exhaust Technology GmbH & Co. KG Abgasanlage mit Misch- und oder Verdampfungseinrichtung
GB2510888A (en) * 2013-02-18 2014-08-20 Ford Global Tech Llc A catalytic converter assembly

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010108755A1 (fr) * 2009-03-27 2010-09-30 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Corps en nid-d'abeilles pour système d'épuration de gaz d'échappement
WO2015189011A1 (fr) * 2014-06-11 2015-12-17 Volkswagen Aktiengesellschaft Dispositif de conversion chimique catalytique d'au moins un composant d'un flux de gaz, et système d'échappement d'un moteur à combustion interne
EP2960456A1 (fr) * 2014-06-27 2015-12-30 Volvo Car Corporation Dispositif de traitement de gaz d'echappement compact et angulaire

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of WO2016203137A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016203137A1 (fr) 2016-12-22
FR3037615B1 (fr) 2019-08-23
FR3037615A1 (fr) 2016-12-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2676016B2 (fr) Ensemble de post-traitement des gaz d'echappement d'un moteur a combustion suralimente, et vehicule automobile comportant un tel ensemble
EP2686529B1 (fr) Ensemble coudé de post-traitement des gaz d'echappement d'un moteur a combustion, groupe motopropulseur et vehicule associés
EP2529091B1 (fr) Dispositif de post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne
EP2551481B1 (fr) Ensemble de traitement des gaz d'echappement d'un moteur à combustion comportant une boîte d'introduction et de prémélange d'un fluide
FR2966197A1 (fr) Ligne d'echappement pour vehicule automobile.
FR2947003A1 (fr) Ligne d'echappement avec systeme d'injection
FR2964413A1 (fr) Filtre a particules a trois revetements catalytiques
JP2010532836A (ja) 排気装置内の後処理装置の面詰まり防止
EP2522822A1 (fr) Système comportant un moteur à combustion, un ensemble en « U » de traitement des gaz d'échappement, et un écran thermique optimisé
EP2221459A1 (fr) Systeme d'injection et de melange d'un additif dans une tubulure d'echappement
FR3007068A3 (fr) Cone plat d'entree de pot catalytique
FR2945576A1 (fr) Melangeur, dispositif de depollution et ligne d'echappement equipee de ce melangeur.
WO2012172201A1 (fr) Enveloppe coudee d'un ensemble de post-traitement des gaz d'echappement d'un moteur a combustion comportant deux demi-coquilles
FR3037615B1 (fr) Systeme de depollution des gaz d'echappement optimise
FR3072123A1 (fr) Boite de melange et dispositif de post-traitement de gaz d’echappement l’incorporant
FR2955612A1 (fr) Dispositif de post-traitement des gaz d'echappement d'un moteur a combustion
FR2960593A1 (fr) Dispositif de post-traitement des gaz d'echappement d'un moteur a combustion
EP2077377B1 (fr) Circuit de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne
EP2708709B1 (fr) Ligne déchappement avec dispositif de traitement des émissions polluantes d'un moteur thérmique par reduction catalytique, s'affranchissant de réducteur embarque
FR2901308A1 (fr) Dispositif de traitement de gaz d'echappement d'un moteur thermique de vehicule automobile
EP2299075A1 (fr) Ligne d'échappement d'un moteur à combustion
FR2909124A3 (fr) Organe de depollution de gaz avec canalisation de sortie des gaz integree
FR2867508A1 (fr) Filtre a particules pour ligne d'echappement d'un moteur a combustion interne et ligne d'echappement comprenant un tel filtre a particules.
FR3062417A1 (fr) Dispositif pour le traitement d'un gaz d'echappement.
FR2998331A1 (fr) Ensemble de traitement de gaz

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20171122

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
17Q First examination report despatched

Effective date: 20180924

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20190205