FR2925587A3

FR2925587A3 - Device i.e. exhaust gas recovering device, for being arranged in engine compartment or under case of vehicle, has exhaust gas recovering element storing exhaust gas, during starting phase of internal combustion engine

Info

Publication number: FR2925587A3
Application number: FR0760220A
Authority: FR
Inventors: Pascal Ferri; Frederic Esnee; Denis Croteau
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2009-06-26

Abstract

The device i.e. exhaust gas recovering device (1), has an exhaust gas recovering element (11) i.e. through cavity, arranged in a exhaust line (33), where the recovering element stores exhaust gas, during the starting phase of an internal combustion engine. A bypass valve (5) is adapted to guide the flow of the exhaust gas towards an exhaust gas main outflow line (3) or towards the line (33), according to the operating phases of the engine. A shut-off valve (6) prevents the flow of the exhaust gas from an outlet (111) of the element towards an oxidation catalyst (4). An independent claim is also included for a method for reducing polluting emissions in a main exhaust line of an internal combustion engine.

Description

DISPOSITIF DE REDUCTION D'EMISSIONS POLLUANTES DISPOSE DANS UNE LIGNE D'ECHAPPEMENT PRINCIPALE D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE DEVICE FOR REDUCING POLLUTANT EMISSIONS IN A MAIN EXHAUST LINE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE

La présente invention concerne le domaine de la dépollution d'un moteur à s combustion interne et concerne plus particulièrement un dispositif de récupération de gaz d'échappement. Lors de la phase de démarrage, et durant les premières secondes de fonctionnement d'un moteur, une partie des gaz polluants émis (hydrocarbures imbrûlés, monoxyde de carbone et autres) et générés durant la phase de départ, n'est Io pas traitée, et est directement rejetée dans l'atmosphère. Durant cette phase de fonctionnement moteur, les gaz polluants générés sont d'autant plus néfastes que le ou les catalyseurs d'oxydation ne sont pas amorcés et ne peuvent pas par conséquent traiter les particules polluantes émises. Il existe des solutions qui proposent d'amorcer le catalyseur d'oxydation plus 15 rapidement à l'aide de lois de commande établies dans le contrôle moteur. D'autres solutions proposent de disposer des catalyseurs d'oxydation au plus près du moteur pour bénéficier d'une thermique échappement plus favorable à la mise en action du catalyseur. Le document FR2792967 propose par exemple d'insérer un piège à 20 hydrocarbures dans la ligne d'échappement. Le document FR2174696 propose un dispositif raccordé à un moteur à combustion interne comportant au moins un catalyseur et un adsorbeur disposé en amont du catalyseur dans une canalisation de dérivation d'une conduite de gaz d'échappement. La conduite est pourvue d'une soupape de commutation qui dirige les 25 gaz d'échappement dans la canalisation de dérivation et dans la conduite des gaz d'échappement. Le catalyseur est proche du moteur et est disposé en amont de la canalisation dans la conduite des gaz d'échappement. Ainsi lorsque la température de déclenchement du catalyseur est atteinte, la canalisation est fermée au moins jusqu'à ce que soit atteinte la température de déclenchement du catalyseur. 3o Toutefois, ces solutions ne permettent pas d'agir sur tous les polluants émis par le moteur ou utilisent des procédés de traitement chimique des gaz d'échappement. L'invention concerne un procédé et un dispositif simples et faciles à réaliser, qui présentent une alternative à ces solutions qui utilisent des procédés de traitement 35 chimique. The present invention relates to the field of the depollution of an internal combustion engine and relates more particularly to an exhaust gas recovery device. During the start-up phase, and during the first seconds of operation of an engine, a portion of the polluting gases emitted (unburned hydrocarbons, carbon monoxide and others) and generated during the initial phase, is not treated, and is directly released into the atmosphere. During this engine operation phase, the pollutant gases generated are even more harmful if the oxidation catalyst or catalysts are not initiated and therefore can not treat the polluting particles emitted. There are solutions that propose to prime the oxidation catalyst more quickly using control laws established in the motor control. Other solutions propose to have oxidation catalysts closer to the engine to benefit from a thermal exhaust more favorable to the catalyst action. The document FR2792967 proposes for example to insert a hydrocarbon trap in the exhaust line. The document FR2174696 proposes a device connected to an internal combustion engine comprising at least one catalyst and an adsorber disposed upstream of the catalyst in a bypass line of an exhaust gas pipe. The line is provided with a switching valve which directs the exhaust gas into the bypass line and into the exhaust line. The catalyst is close to the engine and is disposed upstream of the pipe in the exhaust pipe. Thus, when the catalyst trigger temperature is reached, the pipe is closed at least until the catalyst trigger temperature is reached. However, these solutions do not make it possible to act on all the pollutants emitted by the engine or use chemical treatment processes for the exhaust gases. The invention relates to a simple and easy-to-implement method and device which provides an alternative to such solutions which utilize chemical processing methods.

A cet effet, l'objet de l'invention est de proposer un dispositif de réduction d'émissions polluantes disposé dans une ligne d'échappement principale d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen d'oxydation, une ligne d'échappement secondaire branchée en dérivation de la ligne d'échappement principale, un élément de récupération des gaz d'échappement disposé dans la ligne d'échappement secondaire, ledit élément de récupération des gaz d'échappement étant apte à stocker les gaz d'échappement lors de la phase de démarrage dudit moteur. For this purpose, the object of the invention is to propose a device for reducing polluting emissions arranged in a main exhaust line of an internal combustion engine, characterized in that it comprises an oxidation means , a secondary exhaust line connected bypass of the main exhaust line, an exhaust gas recovery element disposed in the secondary exhaust line, said exhaust gas recovery element being able to store the exhaust gases; exhaust gas during the starting phase of said engine.

Selon d'autres caractéristiques, il peut comporter une vanne de changement de direction apte à orienter l'écoulement des gaz d'échappement dans la ligne d'échappement principale vers le moyen d'oxydation ou dans la ligne d'échappement secondaire vers une entrée de l'élément de récupération des gaz d'échappement, il peut comporter un clapet de fermeture apte à empêcher l'écoulement des gaz d'échappement depuis une sortie de l'élément de récupération des gaz d'échappement vers le moyen d'oxydation, la ligne d'échappement secondaire peut être branchée en dérivation de la ligne d'échappement principale entre la sortie du moteur et le moyen d'oxydation, ladite ligne d'échappement secondaire débouchant en amont du catalyseur d'oxydation relativement au sens de l'écoulement des gaz d'échappement, il peut comporter un moyen de compression apte à être disposé dans la ligne d'échappement secondaire entre la vanne de changement d'orientation de l'écoulement des gaz d'échappement et l'entrée de l'élément de récupération des gaz d'échappement, l'élément de récupération des gaz d'échappement peut comporter un moyen apte à mesurer la quantité de gaz d'échappement récupérée dans l'élément de récupération. According to other features, it may comprise a change of direction valve adapted to guide the flow of exhaust gas in the main exhaust line to the oxidation means or in the secondary exhaust line to an inlet of the exhaust gas recovery element, it may comprise a closure valve capable of preventing the flow of exhaust gases from an outlet of the exhaust gas recovery element to the oxidation means , the secondary exhaust line may be branched to the main exhaust line between the engine outlet and the oxidation means, said secondary exhaust line opening upstream of the oxidation catalyst relative to the direction of the flow of the exhaust gas, it may comprise a compression means adapted to be arranged in the secondary exhaust line between the flow direction change valve of the exhaust gas and the inlet of the exhaust gas recovery element, the exhaust gas recovery element may comprise means capable of measuring the amount of exhaust gas recovered in the exhaust gas element. recovery.

L'invention concerne également un procédé de réduction d'émissions polluantes d'un moteur à combustion, mis en oeuvre par un tel dispositif de réduction d'émissions polluantes caractérisé en ce que, pendant la phase de démarrage du moteur, on stocke les gaz d'échappement dans l'élément de récupération de gaz disposé dans la ligne d'échappement secondaire branchée en dérivation entre la sortie du moteur et le moyen d'oxydation. Selon d'autres caractéristiques, pendant la phase de démarrage, on peut orienter l'écoulement des gaz d'échappement vers l'élément de récupération de gaz en empêchant l'écoulement des gaz d'échappement dans la ligne d'échappement principale au moyen de la vanne de changement de direction, et on ferme la sortie des gaz d'échappement de l'élément de récupération des gaz d'échappement de manière à récupérer les gaz d'échappement dans l'élément de récupération des gaz, on peut orienter l'écoulement des gaz d'échappement dans la ligne principale d'échappement en obstruant la ligne d'échappement secondaire (33) au moyen i0 de la vanne de changement de direction après quelques cycles moteur, on peut orienter l'écoulement des gaz d'échappement dans la ligne principale d'échappement lorsque la quantité de gaz d'échappement stockée dans l'élément de récupération des gaz atteint sensiblement une quantité prédéterminée, 15 on peut activer un compresseur de gaz d'échappement pendant la phase de démarrage, on peut libérer les gaz d'échappement stockés dans l'élément de récupération des gaz d'échappement après l'amorçage du moyen d'oxydation. The invention also relates to a method of reducing polluting emissions of a combustion engine, implemented by such a device for reducing pollutant emissions, characterized in that, during the starting phase of the engine, the gases are stored. exhaust in the gas recovery element disposed in the secondary exhaust line branched between the output of the engine and the oxidizing means. According to other characteristics, during the start-up phase, the flow of the exhaust gases can be directed towards the gas recovery element by preventing the flow of the exhaust gases in the main exhaust line by means of of the changeover valve, and the exhaust gas outlet of the exhaust gas recovery element is closed so as to recover the exhaust gases in the gas recovery element, it is possible to steer the flow of the exhaust gases in the main exhaust line by obstructing the secondary exhaust line (33) by means of the changeover valve after a few engine cycles, the flow of exhaust in the main exhaust line when the amount of exhaust gas stored in the gas recovery element substantially reaches a predetermined amount, a compressor can be activated r of exhaust gas during the start-up phase, it is possible to release the exhaust gases stored in the exhaust gas recovery element after the oxidation means have been primed.

20 Un tel procédé et un tel dispositif permettent de diminuer les émissions de n'importe quel polluant lors de la phase de démarrage. Such a method and such a device make it possible to reduce the emissions of any pollutant during the start-up phase.

D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention 25 apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : la figure 1 représente une vue schématique du dispositif de récupération des gaz d'échappement lors de la phase de démarrage d'un moteur, la figure 2 représente une vue schématique du dispositif de récupération 30 des gaz d'échappement lors de la phase de démarrage d'un moteur selon un autre mode de réalisation. Other characteristics, objects and advantages of the present invention will appear on reading the detailed description which follows, and with reference to the appended drawings, given as non-limiting examples and in which: FIG. schematic of the exhaust gas recovery device during the start-up phase of an engine, FIG. 2 represents a schematic view of the exhaust gas recovery device 30 during the starting phase of an engine according to a another embodiment.

A la figure 1, on a représenté un dispositif 1 de récupération des gaz disposé dans une ligne 3 d'échappement d'un moteur à combustion 2. 35 La ligne d'échappement 3 est une ligne principale de l'écoulement des gaz d'échappement, qui comporte un moyen d'oxydation 4 tel qu'un catalyseur d'oxydation. In FIG. 1, there is shown a gas recovery device 1 disposed in an exhaust line 3 of a combustion engine 2. The exhaust line 3 is a main line of the gas flow. exhaust, which comprises an oxidation means 4 such as an oxidation catalyst.

La ligne d'échappement 3 comporte une ligne d'échappement secondaire 33 d'écoulement des gaz d'échappement, branchée en dérivation entre la sortie du collecteur d'échappement et l'entrée du catalyseur d'oxydation 4. Ainsi la ligne d'échappement secondaire 33 prend naissance à la sortie du moteur et débouche en amont de l'entrée du catalyseur d'oxydation 4 relativement au sens de l'écoulement des gaz. Le dispositif de récupération 1 des gaz d'échappement comporte une vanne 5, telle qu'une vanne by-pass, apte à orienter l'écoulement des gaz d'échappement vers la ligne d'échappement principale 3 ou vers la ligne d'échappement secondaire 33 selon des phases de fonctionnement du moteur. Le dispositif de récupération des gaz 1 comporte un élément 11 de récupération des gaz d'échappement disposé dans la ligne d'échappement secondaire 33. L'élément de récupération des gaz 11 est une cavité traversante. Plus précisément, l'élément de récupération des gaz 11 comporte une entrée 110 et une sortie 111 des gaz d'échappement par lesquelles les gaz d'échappement peuvent s'écouler. Le dispositif de récupération des gaz 1 comporte un clapet de fermeture 6 ou volet de fermeture disposé dans la ligne d'échappement secondaire 33, apte à empêcher l'écoulement des gaz d'échappement dans la ligne d'échappement secondaire en direction 33 du catalyseur d'oxydation 4. Tel qu'illustré aux figures 1 et 2, le clapet de fermeture 6 est directement placé à la sortie 111 de l'élément de récupération des gaz 11. Il sera compris que le clapet de fermeture peut être disposé dans n'importe quelle portion de la ligne d'échappement secondaire 33 comprise entre la sortie de l'élément récupérateur des gaz 11 et à la jonction entre les deux lignes principale 3 et secondaire 33. Le dispositif de récupération des gaz 11 est apte à laisser passer ou à empêcher l'écoulement des gaz d'échappement dans la ligne principale d'échappement 3 en fonction de points de fonctionnement du moteur 2. Tel que représenté à la figure 1, lors de la phase de démarrage, la vanne 5 est dans une première position empêchant l'écoulement des gaz d'échappement dans la ligne principale d'échappement 3, et le clapet de fermeture 6 est dans une première position apte à empêcher la sortie 111 des gaz d'échappement de l'élément de récupération des gaz 11. The exhaust line 3 comprises a secondary exhaust flow line 33, branched off between the outlet of the exhaust manifold and the inlet of the oxidation catalyst 4. Thus the line of Secondary exhaust 33 originates at the engine outlet and opens upstream of the inlet of the oxidation catalyst 4 relative to the direction of gas flow. The exhaust gas recovery device 1 comprises a valve 5, such as a bypass valve, capable of directing the flow of the exhaust gases towards the main exhaust line 3 or towards the exhaust line. secondary 33 according to engine operating phases. The gas recovery device 1 comprises an exhaust gas recovery element 11 disposed in the secondary exhaust line 33. The gas recovery element 11 is a through cavity. Specifically, the gas recovery element 11 has an inlet 110 and an outlet 111 of the exhaust gas through which the exhaust gas can flow. The gas recovery device 1 comprises a closure valve 6 or closure flap disposed in the secondary exhaust line 33, able to prevent the flow of exhaust gas in the secondary exhaust line towards the catalyst 33 4. As shown in FIGS. 1 and 2, the closure valve 6 is directly placed at the outlet 111 of the gas recovery element 11. It will be understood that the closure valve can be disposed in any portion of the secondary exhaust line 33 between the outlet of the gas recovery element 11 and the junction between the two main lines 3 and secondary 33. The gas recovery device 11 is able to pass or to prevent the flow of exhaust gases in the main exhaust line 3 as a function of operating points of the engine 2. As shown in Figure 1, during the start-up phase, the anne 5 is in a first position preventing the flow of exhaust gas in the main exhaust line 3, and the closure valve 6 is in a first position adapted to prevent the exit 111 of the exhaust gas of the gas recovery element 11.

Ainsi, on oriente les gaz d'échappement dans la ligne d'échappement secondaire 33 et on stocke les gaz d'échappement dans l'élément de récupération des gaz 11. Après quelques cycles moteurs, par exemple pendant un temps sensiblement compris entre 2s (secondes) et 10s, on oriente les gaz d'échappement dans la ligne d'échappement principale 3, en obstruant l'entrée de la ligne d'échappement secondaire 33, par un basculement de la vanne 5 dans une deuxième position empêchant l'écoulement des gaz d'échappement dans la ligne secondaire d'échappement 33. La durée d'orientation des gaz d'échappement dans la ligne d'échappement principale 3, peut par exemple être déterminée en fonction de la taille du dispositif de récupération des gaz et de la masse de gaz accumulée à l'intérieur de celui-ci. Dans un autre mode de réalisation, un moyen de mesure de la quantité de gaz stockée tel qu'un capteur de charge (non représenté), par exemple apte à mesurer la pression, est placé dans l'élément récupérateur des gaz 11. Lorsqu'on détecte que l'élément de récupération des gaz 11 est rempli, et on réoriente les gaz d'échappement dans la ligne d'échappement principale 3. Ensuite, lorsque le catalyseur d'oxydation 4 est amorcé, c'est-à-dire lorsque la détection de l'amorçage par le contrôle moteur, on vide l'élément de récupération des gaz 11. A cet effet, on oriente le clapet de fermeture 6 dans une deuxième position de sorte que la sortie 111 de l'élément de récupération des gaz 11 ne soit plus obstruée. Les gaz d'échappement qui étaient piégés dans l'élément de récupération des gaz 11 sont libérés et s'écoulent en direction du catalyseur d'oxydation 4. Les positions de la vanne 5 et du clapet de fermeture 6 restent alors dans ces positions durant les autres phases de fonctionnement du moteur. Thus, the exhaust gases are guided in the secondary exhaust line 33 and the exhaust gases are stored in the gas recovery element 11. After a few engine cycles, for example for a time substantially comprised between 2s ( seconds) and 10s, the exhaust gases are oriented in the main exhaust line 3, obstructing the inlet of the secondary exhaust line 33, by a tilting of the valve 5 in a second position preventing the flow exhaust gas in the secondary exhaust line 33. The duration of orientation of the exhaust gas in the main exhaust line 3, for example may be determined according to the size of the gas recovery device and the mass of gas accumulated inside it. In another embodiment, a means for measuring the quantity of stored gas such as a load sensor (not shown), for example able to measure the pressure, is placed in the gas recovery element 11. When it is detected that the gas recovery element 11 is filled, and the exhaust gas is reoriented in the main exhaust line 3. Then, when the oxidation catalyst 4 is primed, that is to say when the detection of the ignition by the engine control, the gas recovery element 11 is emptied. For this purpose, the closure valve 6 is oriented in a second position so that the outlet 111 of the recovery element gas 11 is no longer obstructed. The exhaust gases which were trapped in the gas recovery element 11 are released and flow towards the oxidation catalyst 4. The positions of the valve 5 and the closure valve 6 then remain in these positions during other phases of engine operation.

Dans un autre mode de réalisation, tel que représenté à la figure 2, le dispositif de récupération des gaz 11 comporte un moyen de comprimer les gaz d'échappement 7 disposé dans la ligne d'échappement secondaire 33, entre la vanne 5 et l'entrée 110 de l'élément de récupération des gaz 11. Le compresseur des gaz d'échappement permet d'augmenter la charge de l'élément de récupération des gaz d'échappement et augmente ainsi la masse de gaz d'échappement qui peut être stockée dans cet élément de récupération des gaz 11 lors de la phase de démarrage. Selon une étape du procédé de récupération des gaz d'échappement, on active le compresseur 7 des gaz d'échappement lors de la phase de démarrage du moteur. Le compresseur est ainsi activé lorsqu'on oriente les gaz d'échappement dans la ligne d'échappement secondaire 33, et qu'on empêche l'écoulement des gaz d'échappement vers le catalyseur d'oxydation 4 en obstruant la sortie 111 de l'élément de récupération des gaz 11. Il sera compris que le contrôle des ouvertures et fermeture de la vanne 5 et du clapet de fermeture 6, qui permettent le remplissage et la vidange de l'élément de récupération des gaz, ainsi que l'activation du compresseur de gaz 7, sont par exemple gérés par un calculateur de contrôle moteur (non représenté). In another embodiment, as shown in FIG. 2, the gas recovery device 11 comprises means for compressing the exhaust gas 7 disposed in the secondary exhaust line 33, between the valve 5 and the intake 110 of the gas recovery element 11. The exhaust gas compressor makes it possible to increase the charge of the exhaust gas recovery element and thus increases the mass of exhaust gas that can be stored in this gas recovery element 11 during the start-up phase. According to a step of the exhaust gas recovery process, the compressor 7 of the exhaust gases is activated during the engine start-up phase. The compressor is thus activated when the exhaust gases are oriented in the secondary exhaust line 33, and the flow of the exhaust gases to the oxidation catalyst 4 is prevented by blocking the outlet 111 of the gas recovery element 11. It will be understood that the control of the openings and closure of the valve 5 and the closure valve 6, which allow the filling and emptying of the gas recovery element, and the activation of the gas compressor 7, are for example managed by a motor control computer (not shown).

Io Un tel dispositif de récupération des gaz peut par exemple être disposé dans le compartiment moteur ou sous la caisse d'un véhicule. Le dispositif de récupération des gaz 11 permet avantageusement de réduire les émissions polluantes dès la phase de démarrage de manière simple, et sans utiliser un procédé de traitement chimique. 15 Io Such a gas recovery device may for example be arranged in the engine compartment or under the body of a vehicle. The gas recovery device 11 advantageously makes it possible to reduce polluting emissions from the start-up phase in a simple manner, and without using a chemical treatment process. 15

Claims

1. A device for reducing pollutant emissions disposed in a main exhaust line (3) of an internal combustion engine, characterized in that it comprises an oxidation means (4), a secondary exhaust line (33) connected in branch of the main exhaust line (3), an exhaust gas recovery member (11) disposed in the secondary exhaust line (33), said exhaust gas recovery member being able to store the exhaust gases during the starting phase of said engine.

2. A device for reducing pollutant emissions disposed in a main exhaust line (3) of an internal combustion engine according to claim 1, characterized in that it comprises a valve (5) of change of direction adapted to directing the flow of exhaust gas in the main exhaust line to the oxidizing means (4) or the secondary exhaust line (33) to an inlet (110) of the element (11) of exhaust gas recovery.

3. Emission reduction device according to one of claims 1 to 2, characterized in that it comprises a closure valve (6) adapted to prevent the flow of exhaust gas from an outlet (111) from the exhaust gas recovery element (11) to the oxidation means (4).

4. A device for reducing pollutant emissions according to one of the preceding claims characterized in that the secondary exhaust line (33) is connected in shunt of the main exhaust line between the output of the engine and the means of oxidation (4), said secondary exhaust line (33) opening upstream of the oxidation catalyst (4) relative to the direction of flow of the exhaust gas.

5. Emission reduction device according to one of the 35 preceding claims characterized in that it comprises a compression means (7) adapted to be disposed in the secondary line of escape (33) between the valve (5) change of direction of the exhaust gas flow and the inlet (110) of the exhaust gas recovery element (11).

6. A device for reducing pollutant emissions according to one of the preceding claims characterized in that the exhaust gas recovery element (11) comprises a means for measuring the amount of exhaust gas recovered in the recovery element (11).

7. A method for reducing polluting emissions of a combustion engine, implemented by the pollutant reduction device according to one of claims 1 to 6, characterized in that, during the engine start phase the exhaust gas is stored in the gas recovery element (11) disposed in the secondary exhaust line (33) branched between the engine output and the oxidation means (4).

8. A method for reducing pollutant emissions of a combustion engine according to claim 7, characterized in that during the start-up phase, the flow of the exhaust gases is directed towards the gas recovery element (11). by preventing the flow of exhaust gases in the main exhaust line (3) by means of the directional valve (5), and closing the outlet (111) of the exhaust gases of the element exhaust gas recovery system (11) for recovering the exhaust gas in the gas recovery element (11).

9. A method for reducing emissions of a combustion engine according to claim 7 to 8 characterized in that directs the flow of exhaust gas in the main line of exhaust (3) by obstructing the line secondary exhaust (33) by means of the changeover valve (5) after a few motor cycles.

10. A method for reducing emissions of a combustion engine according to claim 7 to 8 characterized in that the flow of the exhaust gas is oriented in the main exhaust line (3) when the amount of gas Exhaust stored in the gas recovery element (11) substantially reaches a predetermined amount.

11. A method for reducing pollutant emissions of a combustion engine 5 according to one of the preceding claims characterized in that activates an exhaust gas compressor during the startup phase.

12. A method for reducing emissions of a combustion engine according to claim 7, characterized in that the exhaust gas stored in the exhaust gas recovery element (11) is released after the priming the oxidation means (4). 15