FR2939471A3 - Exhaust line for diesel engine of motor vehicle, has heating module provided between exhaust manifold and post-treatment system to heat exhaust gas supplied inside conduits whose walls are coated with zeolite to generate exothermicity - Google Patents
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Abstract
Description
DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale le traitement des gaz d'échappement rejetés par les moteurs à combustion interne. Elle concerne plus particulièrement une ligne d'échappement de moteur à combustion interne comportant, suivant le sens d'écoulement des gaz d'échappement, un collecteur d'échappement et un système de post-traitement des gaz d'échappement. Elle concerne également un moteur à combustion interne comportant un bloc-moteur équipé de cylindres, une ligne d'admission d'air frais dans les cylindres du bloc-moteur et une telle ligne d'échappement des gaz d'échappement hors des cylindres du bloc-moteur. ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE Les systèmes de post-traitement des gaz d'échappement utilisés pour réduire les émissions polluantes des moteurs fonctionnent de manière optimale sur une plage de températures comprise entre 150 et 250 degrés Celsius. Ils présentent donc des performances fortement réduites à température ambiante, juste après le démarrage du moteur ou pendant les phases froides du fonctionnement du moteur. En conséquence, la majeure partie des polluants non traités est rejetée hors du moteur dans les minutes qui suivent la phase de démarrage. Une des solutions pour améliorer l'efficacité des systèmes de post-traitement est d'augmenter la quantité de métaux précieux ou d'augmenter les volumes de ces systèmes. Néanmoins, étant donné le prix élevé des matériaux précieux utilisés dans les systèmes de post-traitement, par exemple celui des métaux précieux, il est difficile de limiter le phénomène de rejets de polluants à froid par ce biais. II est alors connu d'élever artificiellement la température des gaz d'échappement au démarrage du moteur afin de limiter ces émissions à froid (cas des stratégies de chauffe). Par ailleurs, pour des applications de type régénération du filtre à particules dans les moteurs Diesel, nécessitant une température élevée pour la combustion des suies, il est aussi connu d'augmenter la température des gaz entrant dans le filtre à particules en générant une post-injection de carburant soit dans la chambre de combustion, soit directement dans la ligne d'échappement du moteur. Ce surplus de carburant est oxydé au sein du catalyseur d'oxydation placé en amont du filtre à particules, ce qui entraîne alors une élévation très rapide de la température des gaz d'échappement et permet ainsi d'amorcer la régénération des suies. Ces méthodes génèrent toutefois une surconsommation en carburant et provoquent un accroissement des émissions de dioxyde de carbone. On connaît également du document US 5 398 747 un véhicule équipé d'un échangeur de chaleur comportant une entrée d'air frais raccordée à l'atmosphère et deux sorties d'air réchauffé respectivement raccordées à l'intérieur de l'habitacle du véhicule et à la ligne d'échappement du moteur, en amont de son système de post-traitement des gaz d'échappement. Cet échangeur de chaleur est revêtu intérieurement de zéolithe et comporte un circuit fermé d'injection d'eau et d'éthanol sur la zéolithe. Cette zéolithe est un minéral alumino-silicaté dont le réseau cristallin possède des cavités volumineuses dans lesquelles peuvent se loger de nombreuses molécules d'eau. L'adsorption d'eau par la zéolithe s'accompagne alors d'une libération de chaleur permettant de réchauffer l'air frais prélevé dans l'atmosphère. Une forte chaleur reçue par la zéolithe permet ensuite la désorption de cette eau. Le cycle adsorption/désorption d'eau peut être renouvelé indéfiniment. Cette propriété permet donc à la zéolithe de produire de la chaleur selon le principe de la pompe à chaleur. Cet échangeur de chaleur est ainsi adapté à réchauffer l'air frais prélevé dans l'atmosphère et à l'insuffler dans le système de post-traitement des gaz d'échappement pour accroître sa température. Cette élévation de température reste toutefois limitée et ne permet pas de réduire sensiblement le délai d'amorçage du système de post-traitement des gaz d'échappement. En effet, à moins de prévoir une quantité très volumineuse de zéolithe, la température des gaz d'échappement devient rapidement supérieure à la température de l'air réchauffé, si bien que l'échangeur de chaleur présente une efficacité contestable. Par ailleurs, cet échangeur de chaleur, équipé de son circuit fermé, s'avère onéreux à fabriquer et encombrant, ce qui rend difficile son embarquabilité à bord d'un véhicule automobile. OBJET DE L'INVENTION Afin de remédier aux inconvénients précités de l'état de la technique, la présente invention propose une nouvelle ligne d'échappement de moteur à combustion interne favorisant sensiblement la vitesse de réchauffement du système de post-traitement des gaz d'échappement. Plus particulièrement, on propose selon l'invention une ligne d'échappement telle que définie dans l'introduction, qui comporte, entre son collecteur d'échappement et son système de post-traitement des gaz d'échappement, un module de réchauffement des gaz d'échappement pourvu intérieurement d'au moins un conduit d'écoulement de gaz d'échappement dont la paroi est revêtue de zéolithe adaptée à générer une exothermicité par adsorption d'eau. Ainsi, au démarrage du moteur, une simple injection d'eau sur cette zéolithe permet d'élever artificiellement la température des gaz d'échappement et, partant, celle du système de post-traitement des gaz d'échappement situé en aval. L'eau naturellement contenue dans les gaz d'échappement permet également d'élever artificiellement cette température. Cette élévation de température permet d'accroître très sensiblement la vitesse de réchauffement du système de post- traitement des gaz d'échappement afin d'éviter que dans les minutes qui suivent son démarrage ou durant les phases froides, le moteur ne génère une pollution importante. Grâce à sa disposition dans la ligne d'échappement, ce module de réchauffement peut en outre être aisément disposé à proximité du système de post-traitement des gaz d'échappement, de manière à limiter les pertes thermiques et à accroître le rendement de cette zéolithe. Par ailleurs, l'eau libérée par la zéolithe (lorsque celle-ci atteint une température élevée) se mêle aux gaz d'échappement et est directement rejetée dans l'atmosphère. Le module de réchauffement, dépourvu de circuit fermé, présente donc un coût réduit. D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de la ligne d'échappement conforme à l'invention sont les suivantes : - le module de réchauffement comporte une structure en nid d'abeille définissant une pluralité de conduits et la zéolithe forme une couche d'imprégnation revêtant les parois de chaque conduit ; - le module de réchauffement et le système de post-traitement des gaz d'échappement comportent chacun une enveloppe en acier inoxydable distincte ; - les enveloppes du module de réchauffement et du système de post-traitement des gaz d'échappement sont raccordées par un conduit de jonction de faible longueur, au moins inférieure à 50 centimètres et préférentiellement inférieure à 10 centimètres ; - en variante, le système de post-traitement des gaz d'échappement et le module de réchauffement comportent une enveloppe en acier inoxydable unique ; - dans l'un des modes de réalisation, il est prévu des moyens d'injection d'eau dans les gaz d'échappement, équipés d'un injecteur situé en amont ou à l'entrée du module de réchauffement ; - dans l'autre des modes de réalisation, l'eau contenue dans les gaz d'échappement suffit à générer l'exothermicité souhaitée ; - le système de post-traitement des gaz d'échappement comporte une structure définissant une pluralité de conduits d'écoulement de gaz d'échappement, une couche d'imprégnation catalytique recouvrant les parois des conduits de ladite structure, et une couche de zéolithe qui recouvre au moins en partie les parois des conduits de ladite structure et qui est adaptée à générer une exothermicité par adsorption d'eau ; - la couche de zéolithe est confondue avec la couche d'imprégnation catalytique ou est superposée à cette couche d'imprégnation catalytique, sous celle-ci ; - la zéolithe de la couche de zéolithe du système de post-traitement des gaz d'échappement présente une température d'adsorption de l'eau supérieure à la température d'adsorption de l'eau de la zéolithe du module de réchauffement. L'invention concerne également un moteur à combustion interne comportant un bloc-moteur équipé de cylindres, une ligne d'admission d'air frais dans les cylindres du bloc-moteur et une telle ligne d'échappement des gaz d'échappement. DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'UN EXEMPLE DE RÉALISATION La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'une ligne d'échappement selon l'invention, équipée d'un module de réchauffement et d'un système de post-traitement des gaz d'échappement, - la figure 2 est une vue de détail de la zone Il de la figure 1, et - la figure 3 est une vue de détail d'un conduit du système de post-traitement des gaz d'échappement. L'invention s'applique à tout type de moteur à combustion interne rejetant des éléments polluants à traiter, et plus précisément à tout type de moteur à combustion interne à allumage par compression (Diesel). En amont des cylindres, le moteur à combustion interne comporte une ligne d'admission qui prélève de l'air frais dans l'atmosphère et qui amène et répartit cet air frais dans chacun des cylindres du bloc-moteur. Cette ligne d'admission est équipée d'une vanne de régulation du débit d'air frais. En sortie des cylindres, le moteur à combustion interne comporte une ligne d'échappement de gaz d'échappement. Cette ligne d'échappement comprend, suivant le sens d'écoulement des gaz d'échappement, un collecteur d'échappement pour collecter les gaz d'échappement qui sortent de chacun des cylindres du bloc-moteur, et au moins un système de post-traitement des gaz d'échappement pour traiter et/ou filtrer les éléments polluants contenus dans les gaz d'échappement, avant que ces gaz d'échappement ne soient évacués dans l'atmosphère. Ici, la ligne d'échappement comporte, d'une part, un catalyseur d'oxydation pour traiter les hydrocarbures imbrûlés HC et le monoxyde de carbone CO contenus dans les gaz d'échappement, et, d'autre part, un filtre à particules pour capter les particules solides en suspension dans ces gaz. En variante, elle pourrait comporter un piège à oxydes d'azote NOx ( Nox-Trap ou catalyseur SCR), ou tout autre type de convertisseur catalytique (convertisseur trois voies pour traiter les hydrocarbures imbrûlés HC, les oxydes d'azote NOx et le monoxyde de carbone CO dans le cas d'un moteur à allumage commandé). Le moteur à combustion interne comporte par ailleurs une ligne de recirculation des gaz d'échappement (également appelée ligne EGR) qui prend naissance dans la ligne d'échappement, qui débouche dans la ligne d'admission et qui est équipée d'une vanne de régulation du débit de gaz d'échappement. TECHNICAL FIELD TO WHICH THE INVENTION RELATES The present invention generally relates to the treatment of exhaust gases discharged by internal combustion engines. It relates more particularly to an exhaust line of an internal combustion engine having, according to the flow direction of the exhaust gas, an exhaust manifold and an aftertreatment system of the exhaust gas. It also relates to an internal combustion engine comprising an engine block equipped with cylinders, a fresh air intake line in the cylinders of the engine block and such an exhaust gas exhaust line out of the block cylinders. -engine. TECHNOLOGICAL BACKGROUND Exhaust aftertreatment systems used to reduce pollutant emissions from engines operate optimally over a temperature range of 150 to 250 degrees Celsius. They therefore have greatly reduced performance at ambient temperature, just after the engine is started or during the cold phases of engine operation. As a result, most of the untreated pollutants are released from the engine within minutes of the start-up phase. One of the solutions to improve the efficiency of post-treatment systems is to increase the quantity of precious metals or to increase the volumes of these systems. Nevertheless, given the high price of precious materials used in post-treatment systems, for example that of precious metals, it is difficult to limit the phenomenon of cold pollutant discharges by this means. It is then known to raise artificially the temperature of the exhaust gas at the start of the engine in order to limit these emissions cold (case of heating strategies). Furthermore, for regeneration applications of the particulate filter in diesel engines, requiring a high temperature for the combustion of soot, it is also known to increase the temperature of the gases entering the particulate filter by generating a fuel injection either in the combustion chamber or directly in the exhaust line of the engine. This surplus fuel is oxidized in the oxidation catalyst placed upstream of the particulate filter, which then causes a very rapid rise in the temperature of the exhaust gas and thus allows to initiate the regeneration of soot. These methods, however, generate overconsumption of fuel and cause an increase in carbon dioxide emissions. Document US Pat. No. 5,398,747 also discloses a vehicle equipped with a heat exchanger comprising a fresh air inlet connected to the atmosphere and two heated air outlets respectively connected to the interior of the passenger compartment of the vehicle and to the exhaust line of the engine, upstream of its exhaust aftertreatment system. This heat exchanger is internally coated with zeolite and comprises a closed circuit for injecting water and ethanol into the zeolite. This zeolite is an alumino-silicated mineral whose crystal lattice has large cavities in which many water molecules can be housed. The adsorption of water by the zeolite is then accompanied by a release of heat to heat the fresh air taken from the atmosphere. A strong heat received by the zeolite then allows the desorption of this water. The water adsorption / desorption cycle can be renewed indefinitely. This property therefore allows the zeolite to produce heat according to the principle of the heat pump. This heat exchanger is thus adapted to heat the fresh air taken from the atmosphere and to blow it into the exhaust aftertreatment system to increase its temperature. This rise in temperature remains limited, however, and does not significantly reduce the boot time of the aftertreatment system of the exhaust gas. Indeed, unless a very large amount of zeolite is provided, the temperature of the exhaust gas rapidly becomes higher than the temperature of the heated air, so that the heat exchanger has a questionable efficiency. Moreover, this heat exchanger, equipped with its closed circuit, is expensive to manufacture and bulky, which makes it difficult to board a motor vehicle. OBJECT OF THE INVENTION In order to overcome the aforementioned drawbacks of the state of the art, the present invention proposes a new internal combustion engine exhaust line that substantially promotes the heating rate of the gas after-treatment system. exhaust. More particularly, according to the invention there is provided an exhaust line as defined in the introduction, which comprises, between its exhaust manifold and its exhaust aftertreatment system, a gas heating module. exhaust system internally provided with at least one exhaust gas flow conduit whose wall is coated with zeolite adapted to generate an exothermicity by adsorption of water. Thus, at the start of the engine, a simple injection of water on this zeolite makes it possible artificially to raise the temperature of the exhaust gases and, consequently, that of the aftertreatment system of exhaust gases located downstream. The water naturally contained in the exhaust gas also makes it possible to raise this temperature artificially. This rise in temperature makes it possible to increase the heating rate of the exhaust gas aftertreatment system very substantially so as to prevent the engine from generating significant pollution in the minutes following its start or during the cold phases. . Thanks to its arrangement in the exhaust line, this heating module can also be easily disposed near the aftertreatment system of the exhaust gas, so as to limit heat losses and increase the yield of this zeolite . In addition, the water released by the zeolite (when it reaches a high temperature) mixes with the exhaust gas and is directly released into the atmosphere. The heating module, without a closed circuit, therefore has a reduced cost. Other advantageous and non-limiting features of the exhaust line according to the invention are the following: the heating module comprises a honeycomb structure defining a plurality of ducts and the zeolite forms an impregnation layer coating the walls of each conduit; the heating module and the aftertreatment system of the exhaust gases each comprise a separate stainless steel casing; the envelopes of the heating module and of the aftertreatment system of the exhaust gases are connected by a connecting duct of short length, at least less than 50 centimeters and preferably less than 10 centimeters; as a variant, the exhaust gas after-treatment system and the heating module comprise a single stainless steel casing; - In one embodiment, there is provided water injection means in the exhaust gas, equipped with an injector located upstream or at the entrance of the heating module; in the other embodiments, the water contained in the exhaust gas is sufficient to generate the desired exothermicity; the exhaust gas aftertreatment system comprises a structure defining a plurality of exhaust gas flow conduits, a catalytic impregnation layer covering the walls of the ducts of said structure, and a layer of zeolite which at least partially covers the walls of the conduits of said structure and which is adapted to generate an exothermicity by adsorption of water; the zeolite layer is merged with the catalytic impregnation layer or is superimposed on this catalytic impregnation layer, beneath it; the zeolite of the zeolite layer of the exhaust gas aftertreatment system has a water adsorption temperature higher than the water adsorption temperature of the zeolite of the heating module. The invention also relates to an internal combustion engine comprising an engine block equipped with cylinders, a fresh air intake line in the cylinders of the engine block and such an exhaust gas exhaust line. DETAILED DESCRIPTION OF AN EXEMPLARY EMBODIMENT The following description, with reference to the appended drawings, given by way of non-limiting example, will make it clear what the invention consists of and how it can be achieved. In the accompanying drawings: FIG. 1 is a diagrammatic perspective view of an exhaust line according to the invention, equipped with a heating module and an aftertreatment system for the exhaust gases; FIG. 2 is a detailed view of zone II of FIG. 1, and FIG. 3 is a detailed view of a duct of the exhaust gas aftertreatment system. The invention applies to any type of internal combustion engine rejecting pollutants to be treated, and more specifically to any type of internal combustion engine with compression ignition (Diesel). Upstream of the cylinders, the internal combustion engine has an intake line which draws fresh air into the atmosphere and which brings and distributes this fresh air in each of the cylinders of the engine block. This intake line is equipped with a fresh air flow control valve. At the outlet of the cylinders, the internal combustion engine comprises an exhaust gas exhaust line. This exhaust line comprises, according to the direction of flow of the exhaust gas, an exhaust manifold for collecting the exhaust gases leaving each cylinder of the engine block, and at least one post-exhaust system. exhaust gas treatment to treat and / or filter the pollutants contained in the exhaust gas, before these exhaust gases are discharged into the atmosphere. Here, the exhaust line comprises, on the one hand, an oxidation catalyst for treating the HC unburned hydrocarbons and carbon monoxide CO contained in the exhaust gas, and, on the other hand, a particulate filter to capture solid particles suspended in these gases. Alternatively, it could include a NOx nitrogen oxide trap (Nox-Trap or SCR catalyst), or any other type of catalytic converter (three-way converter for treating HC unburned hydrocarbons, NOx nitrogen oxides and monoxide CO carbon in the case of a spark ignition engine). The internal combustion engine also comprises an exhaust gas recirculation line (also called EGR line) which originates in the exhaust line, which opens into the intake line and which is equipped with a gas valve. exhaust gas flow regulation.
Il comporte également des injecteurs de carburant qui débouchent dans les cylindres du moteur à combustion interne ou, en variante, en amont des cylindres, dans la ligne d'admission. Il comporte enfin une unité de pilotage adaptée à piloter les différents organes du moteur, en particulier ici les vannes de régulation des débits de gaz d'échappement et d'air frais ainsi que les injecteurs de carburant. Sur la figure 1, on a représenté une portion de la ligne d'échappement 1 avec son système de post-traitement 20, à savoir ici son catalyseur d'oxydation et son filtre à particules. Ce système de post-traitement 20 est ici de type classique, avec une structure interne en nid d'abeille recouverte d'un revêtement catalytique pour oxyder les éléments polluants contenus dans les gaz d'échappement, et une enveloppe externe 25 cylindrique en acier inoxydable. Bien sûr, en variante, on pourrait également prévoir que le filtre à particules ne soit pas catalysé et qu'il soit dépourvu de revêtement catalytique. Quoi qu'il en soit, ici, on définit par rapport à ce système de post- traitement 20 une température seuil Ts, généralement comprise entre 150 et 250 degrés Celsius, en dessous de laquelle il présente une efficacité d'oxydation des hydrocarbures HC et du monoxyde de carbone CO très fortement réduite, si bien qu'il ne remplit pas correctement son office. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, comme le montre cette figure 1, la ligne d'échappement 1 comporte, entre son collecteur d'échappement et son système de post-traitement 20, un module de réchauffement 10 des gaz d'échappement pourvu intérieurement d'au moins un conduit 11 d'écoulement de gaz d'échappement dont la paroi est revêtue de zéolithe capable de générer une exothermicité par adsorption d'eau. Ce module de réchauffement 10 comporte ici une structure en nid d'abeille 12 réalisée en céramique et logée dans une enveloppe externe 15 en acier inoxydable. Cette enveloppe externe 15 est ici cylindrique et présente des extrémités coniques pourvues d'ouvertures d'entrée 17 et de sortie 18 des gaz d'échappement. Telles que représentées sur la figure 1, les enveloppes externes 15, 25 du module de réchauffement 10 et du système de post-traitement 20 sont distinctes et liées entre elles par un conduit de jonction 30 de faible longueur, inférieure à 50 centimètres (et préférentiellement inférieure à 10 centimètres). En variante, les structures en nid d'abeille du module de réchauffement et du système de post-traitement pourraient être logées dans une même enveloppe en acier inoxydable, l'une derrière l'autre. It also has fuel injectors that open into the cylinders of the internal combustion engine or, alternatively, upstream of the cylinders in the intake line. Finally, it comprises a control unit adapted to control the various engine components, in particular here the valves regulating the flow rates of exhaust gas and fresh air as well as the fuel injectors. In Figure 1, there is shown a portion of the exhaust line 1 with its post-processing system 20, namely here its oxidation catalyst and its particle filter. This post-treatment system 20 is here of conventional type, with an internal honeycomb structure covered with a catalytic coating for oxidizing the pollutants contained in the exhaust gas, and a cylindrical outer shell 25 of stainless steel . Of course, alternatively, it could also be provided that the particulate filter is not catalyzed and that it is devoid of catalytic coating. Anyway, here is defined with respect to this post-processing system 20 a threshold temperature Ts, generally between 150 and 250 degrees Celsius, below which it has an oxidation efficiency of HC hydrocarbons and carbon monoxide CO very greatly reduced, so that it does not fulfill its office properly. According to a particularly advantageous characteristic of the invention, as shown in FIG. 1, the exhaust line 1 comprises, between its exhaust manifold and its post-treatment system 20, a heating module 10 for the exhaust gases. internally provided with at least one exhaust gas conduit 11 whose wall is coated with zeolite capable of generating exothermicity by adsorption of water. This heating module 10 here comprises a honeycomb structure 12 made of ceramic and housed in an outer casing 15 of stainless steel. This outer casing 15 is here cylindrical and has conical ends provided with inlet openings 17 and outlet 18 of the exhaust gas. As shown in FIG. 1, the outer casings 15, 25 of the heating module 10 and the post-treatment system 20 are distinct and interconnected by a junction duct 30 of short length, less than 50 centimeters (and preferentially less than 10 centimeters). Alternatively, the honeycomb structures of the heating module and the post-treatment system could be housed in the same stainless steel envelope, one behind the other.
Quoi qu'il en soit, la structure en nid d'abeille 5 du module de réchauffement 10 définit ici une pluralité de conduits rectilignes 11 parallèles entre eux, le long desquels s'écoulent les gaz d'échappement. Le nombre et le diamètre des conduits rectilignes 10 est prévu pour limiter les pertes de charge induites par la présence du module de réchauffement 10 dans la ligne d'échappement 1. Be that as it may, the honeycomb structure 5 of the heating module 10 here defines a plurality of rectilinear conduits 11 parallel to one another, along which the exhaust gases flow. The number and the diameter of the rectilinear ducts 10 is designed to limit the pressure drops induced by the presence of the heating module 10 in the exhaust line 1.
La zéolithe forme une couche d'imprégnation 13 revêtant les parois de l'ensemble de ces conduits rectilignes 11. Comme le montre la figure 2, cette couche d'imprégnation 13 recouvre intégralement les parois des conduits rectilignes 11 de la structure en nid d'abeille 12. Ainsi, lorsqu'elle est arrosée d'eau, la couche d'imprégnation 13 libère de la chaleur et réchauffe l'ensemble des gaz d'échappement qui traversent le module de réchauffement 10. Cette eau se trouve naturellement dans les gaz d'échappement issus de la combustion de carburant (Diesel) et d'air frais dans les cylindres du bloc-moteur. Toutefois, pour permettre de réchauffer plus rapidement les gaz d'échappement et le système de post-traitement 20, le moteur à combustion interne comporte ici des moyens supplémentaires (non représentés) d'injection d'eau dans la ligne d'échappement 1, en amont du module de réchauffement 10. The zeolite forms an impregnation layer 13 coating the walls of all of these rectilinear ducts 11. As shown in FIG. 2, this impregnation layer 13 completely covers the walls of the rectilinear ducts 11 of the honeycomb structure. bee 12. Thus, when it is sprinkled with water, the impregnation layer 13 releases heat and warms all the exhaust gases that pass through the heating module 10. This water is naturally found in the gases exhaust from the combustion of fuel (Diesel) and fresh air in the cylinders of the engine block. However, to enable the exhaust gases and the aftertreatment system 20 to be heated more rapidly, the internal combustion engine here comprises additional means (not shown) for injecting water into the exhaust line 1, upstream of the heating module 10.
Ces moyens d'injection d'eau pourront par exemple comporter un réservoir d'eau sous pression, raccordé à un injecteur débouchant dans l'ouverture d'entrée 17 du module de réchauffement 10. De tels moyens d'injection pourront ainsi permettre d'arroser la couche d'imprégnation 13 dès le démarrage du moteur ou lors de son fonctionnement à froid, de manière à réchauffer très rapidement les gaz d'échappement et, partant, le système de post-traitement 20 afin que la température de ce dernier dépasse rapidement la température seuil Ts. II existe diverses sortes de zéolithes. La zéolithe utilisée dans le module de réchauffement 10 est ici choisie pour avoir une température d'adsorption d'eau très basse, préférentiellement proche de 0 degré Celsius. Elle peut ainsi libérer de la chaleur très tôt après le démarrage du moteur ou lors de son fonctionnement à froid. Elle est en outre choisie pour chauffer les gaz d'échappement à une température supérieure à 100 degrés, préférentiellement égale à 200 degrés. Elle est enfin choisie pour libérer la vapeur d'eau qu'elle a accumulée lorsque les gaz d'échappement atteignent une température élevée, préférentiellement supérieure à 200 degrés Celsius. Une zéolithe répondant à ces caractéristiques présentera préférentiellement un rapport silicium sur Aluminium (Si/AI) faible, afin qu'elle soit hydrophile et qu'elle puisse adsorber une quantité élevée d'eau (par exemple une zéolithe A, X, Y, etc ...). En fonctionnement, l'unité de pilotage commande les moyens d'injection d'eau de la manière suivante. Au démarrage du moteur à combustion interne ou lors de son fonctionnement à froid, l'unité de pilotage relève la température des gaz d'échappement. Tant que cette température reste inférieure à la température seuil Ts, l'unité de pilotage commande l'injection d'eau dans le module de réchauffement 10. Cette eau vient se loger dans les cavités du réseau cristallin de la zéolithe, ce qui a pour effet de produire de la chaleur qui réchauffe les gaz d'échappement. These water injection means may for example comprise a pressurized water tank, connected to an injector opening into the inlet opening 17 of the heating module 10. Such injection means may thus allow water the impregnation layer 13 from the start of the engine or during its cold operation, so as to warm up very quickly the exhaust gas and, therefore, the after-treatment system 20 so that the temperature of the latter exceeds quickly the threshold temperature Ts. There are various kinds of zeolites. The zeolite used in the heating module 10 is here chosen to have a very low water adsorption temperature, preferably close to 0 degrees Celsius. It can release heat very soon after starting the engine or during cold operation. It is furthermore selected for heating the exhaust gases to a temperature greater than 100 degrees, preferably equal to 200 degrees. It is finally chosen to release the water vapor that it has accumulated when the exhaust gas reaches a high temperature, preferably greater than 200 degrees Celsius. A zeolite satisfying these characteristics will preferably have a low silicon to aluminum (Si / Al) ratio, so that it is hydrophilic and can adsorb a high quantity of water (for example a zeolite A, X, Y, etc. ...). In operation, the control unit controls the water injection means in the following manner. When starting the internal combustion engine or during its cold operation, the control unit reads the temperature of the exhaust gas. As long as this temperature remains below the threshold temperature Ts, the control unit controls the injection of water into the heating module 10. This water is housed in the cavities of the crystal lattice of the zeolite, which has the effect of effect of producing heat that heats the exhaust.
Les gaz d'échappement sortent alors du module de réchauffement 10 avec une température élevée et entrent dans le système de post-traitement 20 en le réchauffant (alors même que la température de gaz d'échappement à l'entrée du module de réchauffement 10 n'est pas encore élevée). La montée en température de ce système de post-traitement 20 est ainsi rapide, si bien que les éléments polluants contenus dans les gaz d'échappement commencent à être efficacement traités très tôt après le démarrage du moteur ou pendant les phases froides. The exhaust gases then leave the heating module 10 with a high temperature and enter the post-treatment system 20 by heating it (even though the exhaust gas temperature at the inlet of the heating module 10 n is not yet high). The temperature rise of this post-treatment system 20 is thus rapid, so that the pollutants contained in the exhaust gas begin to be effectively treated very soon after the engine is started or during the cold phases.
Puis, lorsque la température des gaz d'échappement dépasse la température seuil Ts, l'unité de pilotage du moteur stoppe l'injection d'eau. Le moteur continuant de chauffer, l'eau contenue dans la zéolithe s'échappe des cavités de son réseau cristallin et se mêle aux gaz d'échappement rejetés dans l'atmosphère. Puis, lorsque la température du système de post-traitement 20 repasse sous la température seuil Ts, par exemple parce que le moteur fonctionne à bas régime, l'unité de pilotage commande à nouveau l'injection d'eau dans les gaz d'échappement. Cette injection permet de maintenir le système de post-traitement 20 à une température aussi élevée que possible. Cette injection est particulièrement avantageuse lorsque le moteur se trouve dans une phase de régénération active de son filtre à particules. Cette régénération active consiste, lorsque le filtre à particules est encombré d'une grande quantité de particules solides, à injecter un excédent de carburant dans les cylindres ou directement dans la ligne d'échappement, ce qui entraîne une phase d'oxydation exothermique du carburant dans le catalyseur d'oxydation ou directement dans le filtre à particules catalysé. Les gaz d'échappement sortent alors du catalyseur d'oxydation avec une température très élevée (500 à 650 degrés Celsius) et entrent dans le filtre à particules en brûlant la majorité des particules solides qui remplissent ce dernier. On comprend que le maintien du système de post-traitement 20 à très haute température permet ainsi de continuer la régénération du filtre, même si le régime du moteur baissant, la température des gaz d'échappement à l'entrée du module de réchauffement 10 diminue. Then, when the temperature of the exhaust gas exceeds the threshold temperature Ts, the engine control unit stops the injection of water. As the engine continues to heat up, the water contained in the zeolite escapes from the cavities of its crystal lattice and mixes with the exhaust gases released into the atmosphere. Then, when the temperature of the post-processing system 20 returns below the threshold temperature Ts, for example because the engine is operating at low speed, the control unit again controls the injection of water into the exhaust gas . This injection makes it possible to maintain the post-treatment system 20 at a temperature as high as possible. This injection is particularly advantageous when the engine is in an active regeneration phase of its particulate filter. This active regeneration consists, when the particle filter is congested with a large amount of solid particles, to inject excess fuel into the cylinders or directly into the exhaust line, resulting in an exothermic oxidation phase of the fuel in the oxidation catalyst or directly in the catalyzed particulate filter. The exhaust gases then exit the oxidation catalyst with a very high temperature (500 to 650 degrees Celsius) and enter the particulate filter by burning most of the solid particles that fill the particulate filter. It is understood that the maintenance of the post-processing system 20 at a very high temperature thus makes it possible to continue the regeneration of the filter, even if the engine speed decreases, the temperature of the exhaust gas at the inlet of the heating module 10 decreases. .
La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. En particulier, on pourra prévoir d'incorporer de la zéolithe directement dans le système de post-traitement 20. The present invention is not limited to the embodiments described and shown, but the skilled person will be able to make any variant within his mind. In particular, it will be possible to incorporate zeolite directly into the post-treatment system 20.
Ce système de post-traitement 20 comporte, comme le montre la figure 3, une structure en nid d'abeille 22 définissant une pluralité de conduits 21 d'écoulement de gaz d'échappement. Les parois de ses conduits 21 sont recouvertes d'une couche d'imprégnation catalytique 24. Ici, le système de post-traitement 20 comporte en outre une couche de zéolithe 23 qui recouvre au moins en partie (préférentiellement complètement) les parois des conduits 21 de la structure 22 du système de post-traitement 20. Les couches de zéolithe 23 et d'imprégnation catalytique 24 peuvent être soit confondues, soit superposées. Telles que représentées sur la figure 3, les couches de zéolithe 23 et d'imprégnation catalytique 24 sont superposées et la couche de zéolithe 23 est située sous la couche d'imprégnation catalytique 24. This post-processing system 20 comprises, as shown in FIG. 3, a honeycomb structure 22 defining a plurality of exhaust gas flow conduits 21. The walls of its ducts 21 are covered with a catalytic impregnation layer 24. Here, the post-treatment system 20 further comprises a layer of zeolite 23 which at least partially (preferably completely) covers the walls of the ducts 21 of the structure 22 of the post-treatment system 20. The layers of zeolite 23 and catalytic impregnation 24 may be either merged or superimposed. As shown in FIG. 3, the layers of zeolite 23 and catalytic impregnation 24 are superimposed and the zeolite layer 23 is located under the catalytic impregnation layer 24.
La couche d'imprégnation catalytique 24 est ainsi directement au contact des gaz d'échappement, ce qui lui permet d'oxyder efficacement les éléments polluants contenus dans ces gaz. Elle est ici réalisée pour être perméable à l'eau, de manière que l'eau puisse atteindre la couche de zéolithe 23. La couche de zéolithe 23 est par ailleurs au contact direct de la couche d'imprégnation catalytique 24, de manière à pouvoir réchauffer efficacement cette dernière lorsqu'elle reçoit de l'eau. Préférentiellement, cette couche de zéolithe 23 est réalisée avec une zéolithe d'un type différent de celle utilisée dans le module de réchauffement 10, de manière qu'elle présente une température d'adsorption d'eau supérieure à celle de la zéolithe utilisée dans le module de réchauffement 10. Ainsi, au démarrage du moteur, lorsque l'unité de pilotage commande l'injection d'eau dans le module de réchauffement 10, l'eau ne vient se loger que dans les cavités du réseau cristallin de la zéolithe de ce module. Cette zéolithe génère alors de la chaleur et réchauffe ainsi les gaz d'échappement et, partant, la couche d'imprégnation catalytique 24 du système de post-traitement 20. Puis, lorsque cette zéolithe atteint la température au-dessus de laquelle elle cesse de produire de la chaleur, l'unité de pilotage stoppe l'injection d'eau. Cette zéolithe commence alors à rejeter de la vapeur d'eau. Une partie de cette vapeur d'eau s'échappe dans les gaz d'échappement tandis qu'une autre partie entre dans la couche de zéolithe 23 du système de post-traitement 20. La couche de zéolithe 23 produit ainsi à son tour de la chaleur. En résumé, ces deux types de zéolithe permettent de produire de la chaleur sur une plage de températures plus vaste. The catalytic impregnation layer 24 is thus directly in contact with the exhaust gas, which allows it to effectively oxidize the polluting elements contained in these gases. Here it is made to be permeable to water, so that the water can reach the zeolite layer 23. The zeolite layer 23 is also in direct contact with the catalytic impregnation layer 24, so that warm it effectively when it receives water. Preferably, this layer of zeolite 23 is made with a zeolite of a type different from that used in the heating module 10, so that it has a water adsorption temperature greater than that of the zeolite used in the process. heating module 10. Thus, when the engine starts, when the control unit controls the injection of water into the heating module 10, the water is housed only in the cavities of the crystal lattice of the zeolite. this module. This zeolite then generates heat and thus heats the exhaust gas and hence the catalytic impregnation layer 24 of the post-treatment system 20. Then, when this zeolite reaches the temperature above which it ceases to generate heat, the steering unit stops the injection of water. This zeolite then begins to reject water vapor. Part of this water vapor escapes into the exhaust gas while another part enters the zeolite layer 23 of the post-treatment system 20. The zeolite layer 23 thus produces in turn the heat. In summary, these two types of zeolite can produce heat over a wider temperature range.
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