LIGNE D'ECHAPPEMENT DE GAZ POUR MOTEUR DE VEHICULE AUTOMOBILE EQUIPEE D'UN CATALYSEUR DE REDUCTION SELECTIVE DES OXYDES D'AZOTE L'invention concerne une ligne d'échappement de gaz pour moteur à combustion interne de véhicule automobile équipée d'un catalyseur de réduction sélective des oxydes d'azote et, plus particulièrement pour moteur fonctionnant en mélange pauvre. Les polluants issus de la combustion d'un moteur de véhicule io automobile, que celui-ci soit un moteur Diesel ou essence, sont majoritairement des hydrocarbures imbrûlés HC, des oxydes d'azote (monoxyde d'azote NO et dioxyde d'azote NO2), des oxydes de carbone (monoxyde de carbone CO) et dans le cas des moteurs Diesel et des moteurs à injection 15 directe à essence fonctionnant en mélange pauvre, des particules solides carbonées. Afin de respecter les normes environnementales internationales, la maîtrise des émissions de HC, de CO, de NOx et de particules est impérative et des technologies de 20 post-traitement des gaz d'échappement sont indispensables. La dépollution des véhicules automobiles fait appel à différents systèmes de post-traitement pour éliminer les polluants produits par le moteur : les catalyseurs, et le filtre à particules dans le cas des moteurs Diesel et essence 25 fonctionnant en mélange pauvre. Le traitement des hydrocarbures HC et du monoxyde de carbone s'effectue par catalyse d'oxydation. Cette réaction est facilitée dans le cas des moteurs Diesel par la présence d'un large excès d'oxygène dans la phase gazeuse. 30 Le filtre à particules permet d'éliminer par filtration les particules solides présentes dans les gaz d'échappement. Une fois piégées au sein du filtre, les particules doivent être éliminées périodiquement par élévation de la température jusqu'à 450 à 700°C au sein du filtre afin d'entraîner leur combustion. Cette opération est couramment appelée régénération du filtre à particules. Pour réaliser la combustion des suies piégées dans le filtre, plusieurs méthodes sont utilisées par les constructeurs automobiles comme, par exemple, l'additivation du carburant avec un composé organométallique permettant de réduire significativement la température de combustion des suies, l'oxydation grâce à une formulation catalytique spécifique directement déposée sur les parois du filtre à particules, ou io l'oxydation des suies en continu par réaction avec le NO2, ou encore par une technique de réchauffage électrique. En outre, la combustion des suies est initiée par un apport de chaleur en amont du FAP qui peut provenir de plusieurs sources comme l'utilisation de la post-injection moteur ou 15 l'introduction de carburant directement dans la ligne d'échappement, soit sous forme liquide soit sous forme vapeur. Dans le cas de l'utilisation d'une post-injection celle-ci peut brûler totalement ou partiellement dans le moteur, générant 20 une élévation de la température des gaz d'échappement ou, si elle est suffisamment tardive, entraîner une augmentation des quantités de CO et d'HC à l'échappement qui s'oxydent en arrivant sur le catalyseur d'oxydation afin de générer de la chaleur. 25 Le traitement des NOx à l'échappement est effectué au moyen de différents procédés, par exemple par réduction catalyse sélective (SCR). Ce procédé a pour principe une réduction sélective des NOx en azote, en présence d'un catalyseur spécifique, par l'action d'un réducteur. Ce réducteur est soit 30 déjà présent dans les gaz d'échappement, soit injecté en amont du catalyseur SCR. La réduction s'effectue dans un milieu contenant un excès d'air. Le réducteur peut être un ou des hydrocarbure(s), des espèces hydrocarbonées partiellement oxydées, ou de l'ammoniac, ou bien un composé, tel l'urée, générant de l'ammoniac par décomposition chimique. Le procédé SCR est intéressant car il est peu sensible au soufre contenu dans le carburant mais il nécessite l'emploi d'un catalyseur supplémentaire qu'il faut intégrer à la ligne d'échappement. Ordinairement, ce catalyseur est placé en amont du catalyseur de traitement des hydrocarbures HC et du monoxyde de carbone associé au filtre à particules. Dans le cas d'injection io de carburant à l'échappement, cette injection se fait en amont du catalyseur SCR afin de conserver une distance suffisante entre le point d'injection et le catalyseur de traitement des HC et du CO pour que le mélange HC/gaz d'échappement soit homogène. 15 Par conséquent, le catalyseur SCR est soumis, durant les phases de régénération du filtre à particules à un flux contenant du carburant en plus grande quantité, que celui-ci soit directement injecté dans la ligne d'échappement ou provienne d'une post-injection issue du moteur. 20 Ce surdosage entraîne une détérioration du catalyseur SCR qui affecte son efficacité et sa durée de vie. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif capable d'empêcher cette détérioration. A cet effet,la présente invention a pour objet une ligne 25 d'échappement de gaz pour moteur de véhicule automobile constituée, d'amont en aval du flux gazeux, d'un conduit d'échappement dans lequel sont installés un catalyseur pour la réduction sélective des oxydes d'azote en azote, un catalyseur d'oxydation, un filtre à particules, un dispositif d'injection d'un 30 réducteur en amont du catalyseur de réduction et un moyen d'introduction, en amont dudit dispositif d'injection, d'une quantité supplémentaire de carburant lors des phases de régénération du filtre à particules. The invention relates to a gas exhaust line for an internal combustion engine of a motor vehicle equipped with a reduction catalytic converter. selective nitrogen oxides and more particularly for engine operating in lean mixture. The pollutants resulting from the combustion of a motor vehicle engine, whether it be a diesel engine or gasoline, are mainly HC unburned hydrocarbons, nitrogen oxides (nitrogen monoxide NO and nitrogen dioxide NO2 ), carbon oxides (carbon monoxide CO) and in the case of diesel engines and liquefied gasoline direct injection engines, carbonaceous solid particles. In order to meet international environmental standards, control of HC, CO, NOx and particulate emissions is imperative and exhaust aftertreatment technologies are essential. The depollution of motor vehicles uses various after-treatment systems to remove the pollutants produced by the engine: catalysts, and the particulate filter in the case of diesel engines and gasoline operating lean mixture. The treatment of HC hydrocarbons and carbon monoxide is carried out by oxidation catalysis. This reaction is facilitated in the case of diesel engines by the presence of a large excess of oxygen in the gas phase. The particulate filter filters out the solid particles present in the exhaust gas. Once trapped within the filter, the particles must be removed periodically by raising the temperature to 450-700 ° C within the filter to cause their combustion. This operation is commonly called regeneration of the particulate filter. To achieve the combustion of soot trapped in the filter, several methods are used by car manufacturers such as, for example, additive fuel with an organometallic compound to significantly reduce the soot combustion temperature, oxidation through a specific catalytic formulation directly deposited on the walls of the particulate filter, or the oxidation of soot continuously by reaction with NO2, or by an electric heating technique. In addition, the combustion of soot is initiated by a heat input upstream of the FAP which can come from several sources such as the use of the engine after-injection or the introduction of fuel directly into the exhaust line, either in liquid form or in vapor form. In the case of the use of a post-injection it can burn completely or partially in the engine, generating an increase in the temperature of the exhaust gas or, if it is sufficiently late, cause an increase in the quantities CO and HC exhaust that oxidize upon arriving on the oxidation catalyst to generate heat. NOx treatment at the exhaust is carried out by various methods, for example by selective catalytic reduction (SCR). This process is based on a selective reduction of NOx in nitrogen, in the presence of a specific catalyst, by the action of a reducing agent. This reducer is either already present in the exhaust gas or is injected upstream of the SCR catalyst. The reduction is carried out in a medium containing an excess of air. The reducing agent may be one or more hydrocarbon (s), partially oxidized hydrocarbon species, or ammonia, or a compound, such as urea, generating ammonia by chemical decomposition. The SCR process is interesting because it is insensitive to the sulfur contained in the fuel but it requires the use of an additional catalyst that must be integrated into the exhaust line. Ordinarily, this catalyst is placed upstream of the hydrocarbon treatment catalyst HC and carbon monoxide associated with the particulate filter. In the case of fuel injection at the exhaust, this injection is done upstream of the SCR catalyst in order to maintain a sufficient distance between the injection point and the HC and CO treatment catalyst so that the HC mixture / exhaust gas is homogeneous. Therefore, during the regeneration phases of the particulate filter, the SCR catalyst is subjected to a flow containing a larger amount of fuel, whether this is directly injected into the exhaust line or coming from a later stage. injection from the engine. This overdose results in deterioration of the SCR catalyst which affects its efficiency and life. The object of the invention is therefore to provide a device capable of preventing this deterioration. For this purpose, the subject of the present invention is a gas exhaust line for a motor vehicle engine constituted, upstream to downstream from the gas stream, of an exhaust duct in which a catalyst for the reduction is installed. selective nitrogen oxides nitrogen, an oxidation catalyst, a particulate filter, a device for injecting a reducing agent upstream of the reduction catalyst and an introduction means, upstream of said injection device , an additional amount of fuel during the regeneration phases of the particulate filter.
Cette ligne d'échappement comporte, selon l'invention, un circuit de dérivation des gaz d'échappement, disposé en parallèle du conduit d'échappement, dont l'entrée est située entre le moyen d'introduction de carburant supplémentaire et le dispositif d'injection de réducteur et dont la sortie se trouve entre le catalyseur de réduction et le catalyseur d'oxydation. Ce circuit de dérivation est piloté par un moyen de commande de façon à, lors des phases de régénération du filtre à particules, dériver au moins une partie du flux gazeux io contenant une quantité supplémentaire de carburant directement sur le catalyseur d'oxydation, sans passer par le catalyseur de réduction. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention : - Le circuit de dérivation est équipé, à chacune de ses 15 extrémités, d'une vanne à trois voies installée entre son conduit et le conduit d'échappement et pilotée par le moyen de commande. - Le moyen de commande interrompt le fonctionnement du dispositif d'injection de réducteur durant les phases de 20 régénération du filtre à particules. - Le moyen d'introduction de carburant supplémentaire est une post-injection issue du moteur ou un dispositif d'injection de carburant disposé dans le conduit d'échappement. 25 - Lors des phases de régénération du filtre à particules, la stratégie moteur est adaptée pour réduire la quantité de NOx produite. - Selon un mode de réalisation, le moyen de commande pilote la vanne placée en amont du catalyseur de réduction 30 pour ne dévier qu'une partie du flux gazeux contenant une quantité supplémentaire de carburant lors des phases de régénération du filtre à particules. - Dans ce cas, on commande avantageusement le dispositif d'injection de réducteur afin de moduler la quantité de réducteur injectée en fonction de la quantité de gaz admise à pénétrer dans le catalyseur de réduction. - En variante, le dispositif d'injection de carburant est implanté dans le conduit de dérivation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description ci-après, donnée à titre indicatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 est un schéma synoptique d'une ligne d'échappement avec filtre à particules et catalyseur SCR selon l'art antérieur. La figure 2 est un schéma synoptique d'une ligne d'échappement analogue selon l'invention. Sur la figure 1 on a représenté schématiquement un moteur 1 de véhicule automobile fonctionnant en mélange pauvre, par exemple, un moteur Diesel, ainsi que sa ligne d'échappement Cette ligne d'échappement comporte différents agencements 20 de dépollution placés dans le trajet des gaz d'échappement afin de traiter les différents composants de ceux-ci. Les gaz circulent dans le sens des flèches pleines et, d'amont en aval de leur flux, on trouve un premier catalyseur 2 traitant les oxydes d'azote NOx par le procédé SCR, un catalyseur 25 d'oxydation 3 qui traite les hydrocarbures imbrûlés HC et le monoxyde de carbone CO suivi d'un filtre à particules 4. Le catalyseur 2 de traitement SCR des NOx réduit sélectivement ces NOx en azote comme on l'a évoqué plus haut. Cette réduction est réalisée en présence d'un catalyseur 30 spécifique par l'action d'un réducteur injecté en amont du catalyseur SCR, dans un milieu contenant un excès d'air. This exhaust line comprises, according to the invention, an exhaust gas bypass circuit, arranged in parallel with the exhaust duct, the inlet of which is located between the additional fuel introduction means and the exhaust device. injection of reductant and whose output is between the reduction catalyst and the oxidation catalyst. This bypass circuit is controlled by a control means so that, during the regeneration phases of the particulate filter, at least a portion of the gaseous stream containing additional fuel directly on the oxidation catalyst is passed off without passing by the reduction catalyst. According to other advantageous features of the invention: the branch circuit is equipped at each of its ends with a three-way valve installed between its conduit and the exhaust duct and controlled by the control means . The control means interrupts the operation of the reducer injection device during the regeneration phases of the particulate filter. - The additional fuel introduction means is a post-injection from the engine or a fuel injection device disposed in the exhaust duct. During the regeneration phases of the particulate filter, the engine strategy is adapted to reduce the amount of NOx produced. According to one embodiment, the control means controls the valve placed upstream of the reduction catalyst 30 so as to deflect only a portion of the gas stream containing an additional quantity of fuel during the regeneration phases of the particulate filter. In this case, the gear reducer injection device is advantageously controlled in order to modulate the quantity of injected reducer as a function of the quantity of gas admitted to penetrate into the reduction catalyst. In a variant, the fuel injection device is implanted in the bypass duct. Other features and advantages of the invention will become clear from reading the description below, given for information with reference to the accompanying drawings in which: Figure 1 is a block diagram of an exhaust line with filter particle and SCR catalyst according to the prior art. Figure 2 is a block diagram of a similar exhaust line according to the invention. FIG. 1 diagrammatically shows a motor 1 of a motor vehicle operating in a lean mixture, for example a diesel engine, as well as its exhaust line. This exhaust line comprises various depollution arrangements placed in the gas path. exhaust system to treat the various components thereof. The gases flow in the direction of the solid arrows and, from upstream to downstream of their flow, there is a first catalyst 2 treating NOx nitrogen oxides by the SCR process, an oxidation catalyst 3 which processes the unburned hydrocarbons. HC and carbon monoxide CO followed by a particulate filter 4. The NOx SCR treatment catalyst 2 selectively reduces these NOx to nitrogen as discussed above. This reduction is carried out in the presence of a specific catalyst by the action of a reducing agent injected upstream of the SCR catalyst, in a medium containing an excess of air.
Le réducteur peut être un ou des hydrocarbure(s), ou des espèces hydrocarbonées partiellement oxydées, ou de l'ammoniac, ou un composé générant de l'ammoniac par décomposition chimique. The reducing agent may be one or more hydrocarbon (s), or partially oxidized hydrocarbon species, or ammonia, or a compound generating ammonia by chemical decomposition.
L'ammoniac est généré, par exemple, à partir d'une solution aqueuse d'urée injectée dans le conduit d'échappement 5 en amont du catalyseur SCR. Dans le schéma, le point d'entrée du dispositif d'injection 6 a été représenté sous forme d'un canal, toutefois l'injecteur pourrait être directement installé io dans le conduit d'échappement sans que cela influe sur l'invention. Ammonia is generated, for example, from an aqueous solution of urea injected into the exhaust pipe 5 upstream of the SCR catalyst. In the diagram, the entry point of the injection device 6 has been shown as a channel, however the injector could be directly installed in the exhaust duct without affecting the invention.
Par ailleurs, un dispositif permet l'introduction de carburant comme par exemple du carburant, dans le conduit d'échappement lors des phases de régénération du filtre à 15 particules. Ce dispositif comprend, généralement, une pompe (non représentée) qui envoie dans un dispositif d'injection 7 le carburant qu'elle prélève dans le réservoir de carburant du véhicule. Comme ci-dessus, ce dispositif a été 20 schématiquement représenté sous forme de conduit, mais il pourrait également s'agir d'un injecteur directement placé dans le conduit d'échappement. Le dispositif d'injection 7 débouche dans le conduit d'échappement en amont du catalyseur SCR 2 de sorte que 25 celui-ci reçoit, au cours des phases de régénération du filtre à particules, une dose supplémentaire de carburant. Selon l'invention, ces gaz d'échappement sont détournés du catalyseur 2, lors de ces phases de régénération, par création d'une dérivation. La figure 2 en montre un exemple de 30 réalisation. Une vanne trois voies est intercalée dans le conduit d'échappement 5 en amont du catalyseur SCR 2, entre le dispositif d'injection 7 du carburant et le dispositif d'injection 6 de l'urée. La deuxième voie de sortie 8s de cette vanne est branchée sur un conduit de dérivation 9 dont la sortie est connectée sur la deuxième voie d'entrée 10e d'une seconde électrovanne 10 à trois voies, intercalée entre le catalyseur SCR 2 et le catalyseur d'oxydation 3. Les vannes sont pilotées par un calculateur, par exemple le calculateur moteur 11 que l'on a représenté ici intégré au moteur 1. En fonctionnement nominal, la voie de sortie 8s de la vanne 8 io et la voie d'entrée 10s de la vanne 10 sont en position fermée. Les gaz d'échappement suivent leur trajet normal, représenté en flèches pleines, dans la ligne d'échappement. L'urée introduite par le dispositif 6 assure le traitement des NOx dans le catalyseur 2. 15 Lorsqu'une régénération du filtre à particules est rendue nécessaire, le calculateur 11 commande la fermeture de la sortie vers le catalyseur 2 SCR de la vanne 8 et, en même temps, l'ouverture, respectivement, des voies 8s et 10e des vannes 8 et 10. 20 Simultanément, l'introduction de l'urée par le dispositif d'injection 6 est arrêtée et une dose supplémentaire de carburant est introduite dans la ligne d'échappement. Cette dose peut être obtenue par post-injection issue du moteur et/ou par introduction directe du carburant, en phase liquide 25 ou gazeuse, par le dispositif d'injection 7, en amont de la vanne 8. Les gaz d'échappement enrichis en carburant circulant dans le conduit d'échappement 5, en amont de ladite vanne 8 sont empêchés de traverser le catalyseur SCR 2 par la fermeture 30 de la sortie correspondante de la vanne 8 et déviés vers le conduit de dérivation 9, comme représenté en flèches pointillées sur le schéma, figure 2. Furthermore, a device allows the introduction of fuel such as fuel, in the exhaust duct during the regeneration phases of the particulate filter. This device comprises, generally, a pump (not shown) which sends into an injection device 7 the fuel it takes in the vehicle fuel tank. As above, this device has been schematically shown as a conduit, but it could also be an injector directly placed in the exhaust duct. The injection device 7 opens into the exhaust duct upstream of the catalyst SCR 2 so that it receives, during the regeneration phases of the particulate filter, an additional dose of fuel. According to the invention, these exhaust gases are diverted from catalyst 2, during these regeneration phases, by creating a bypass. Figure 2 shows an example of embodiment. A three-way valve is interposed in the exhaust duct 5 upstream of the catalyst SCR 2, between the fuel injection device 7 and the injection device 6 of the urea. The second output channel 8s of this valve is connected to a bypass duct 9 whose output is connected to the second input channel 10e of a second three-way solenoid valve 10, interposed between the catalyst SCR 2 and the catalyst of FIG. 3. The valves are controlled by a computer, for example the engine computer 11 which is shown here integrated with the engine 1. In nominal operation, the output channel 8s of the valve 8 io and the input channel 10s of the valve 10 are in the closed position. The exhaust gases follow their normal path, represented by solid arrows, in the exhaust line. The urea introduced by the device 6 ensures the treatment of the NOx in the catalyst 2. When a regeneration of the particulate filter is made necessary, the computer 11 controls the closure of the outlet to the catalyst 2 SCR of the valve 8 and at the same time, the opening, respectively, of the channels 8s and 10e of the valves 8 and 10. Simultaneously, the introduction of the urea by the injection device 6 is stopped and an additional dose of fuel is introduced into the exhaust line. This dose can be obtained by post-injection from the engine and / or by direct introduction of the fuel, in liquid or gaseous phase, by the injection device 7, upstream of the valve 8. The exhaust gas enriched with fuel flowing in the exhaust duct 5, upstream of said valve 8 are prevented from passing through the catalyst SCR 2 by closing the corresponding outlet of the valve 8 and deflected to the bypass duct 9, as shown in dashed arrows in the diagram, figure 2.
Ils contournent ainsi le catalyseur SCR et débouchent dans la vanne 10 pour être dirigés vers le catalyseur d'oxydation 3 et le filtre à particules 4. A la fin de la régénération du filtre à particules, le calculateur 11 commande la fermeture des voies 8s et 10e des vannes et donc l'accès au conduit de dérivation 9. Les gaz d'échappement reprennent leur chemin normal. En même temps l'adjonction de carburant supplémentaire est bloquée alors que l'introduction de l'urée par le dispositif d'injection 6 io est reprise. La disposition que l'on vient de décrire préserve donc le catalyseur de traitement des oxydes d'azote par le procédé SCR des détériorations provoquée par l'excès de carburant contenu dans les gaz d'échappement lors des phases de 15 régénération du filtre à particules. Elle présente encore l'avantage d'offrir un plus grand nombre de solution pour l'implantation du système d'introduction de carburant à l'échappement. En effet, il est alors possible d'effectuer l'injection, non pas 20 dans le conduit d'échappement, mais dans le conduit de dérivation, par exemple, par les dispositifs d'injection 12 ou 13. L'emplacement pourra alors être choisi de façon à optimiser l'apport de carburant dans le mécanisme de régénération du filtre à particules, par exemple en permettant 25 une meilleure homogénéisation du mélange, et/ou en fonction de la place disponible autour de la ligne d'échappement. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation que l'on vient de décrire. On peut envisagé, par exemple, de ne dévier qu'une partie des gaz d'échappement 30 par le circuit de dérivation de façon à diminuer significativement la quantité de carburant supplémentaire arrivant sur le catalyseur de réduction tout en conservant suffisamment de flux pour maintenir le système de réduction des NOx actif. Dans ce cas, l'injection de réducteur n'est pas interrompue mais elle peut être modulée en fonction de la quantité de gaz admise à pénétrer dans le catalyseur de réduction 2 au moyen, par exemple, d'une vanne à commande proportionnelle. They bypass the catalyst SCR and open into the valve 10 to be directed to the oxidation catalyst 3 and the particulate filter 4. At the end of the regeneration of the particulate filter, the computer 11 controls the closing of the channels 8s and 10th of the valves and therefore the access to the bypass duct 9. The exhaust gases resume their normal path. At the same time the addition of additional fuel is blocked while the introduction of urea by the injection device 6 is resumed. The arrangement that has just been described thus preserves the catalyst for treating nitrogen oxides by the SCR process of damage caused by the excess fuel contained in the exhaust gases during the regeneration phases of the particulate filter. . It still has the advantage of offering a greater number of solutions for the implementation of the fuel introduction system to the exhaust. Indeed, it is then possible to perform the injection, not 20 in the exhaust duct, but in the bypass duct, for example, by the injection devices 12 or 13. The location can then be selected so as to optimize the supply of fuel in the regeneration mechanism of the particulate filter, for example by allowing a better homogenization of the mixture, and / or depending on the available space around the exhaust line. Of course, the invention is not limited to the embodiment that has just been described. It can be envisaged, for example, to divert only a portion of the exhaust gas 30 through the bypass circuit so as to significantly reduce the amount of additional fuel arriving on the reduction catalyst while retaining sufficient flow to maintain the Active NOx reduction system. In this case, the reduction gear injection is not interrupted but it can be modulated depending on the amount of gas admitted to enter the reduction catalyst 2 by means of, for example, a proportional control valve.
En variante, lorsque le traitement des NOx est inhibé, on peut prévoir d'adopter une stratégie moteur permettant de réduire la production des NOx. Par exemple en déplaçant le compromis NOx /Particules de façon à réduire au maximum la concertation des NOx. io On pourrait également augmenter le taux de gaz de recirculation ou encore modifier la richesse des gaz d'échappement, ces dernières stratégies ayant également une action sur la concentration des NOx dans les gaz d'échappement.Alternatively, when the treatment of NOx is inhibited, it can be expected to adopt an engine strategy to reduce the production of NOx. For example, by moving the NOx / Particle Compromise to minimize NOx coordination. It is also possible to increase the rate of recirculation gas or to modify the richness of the exhaust gases, the latter strategies also having an effect on the concentration of NOx in the exhaust gases.
15 II sera alors possible de créer des stratégies spécifiques à employer lors des régénérations du filtre. It will then be possible to create specific strategies to be employed during regenerations of the filter.