UNE LIGNE D'ECHAPPEMENT ET VEHICULE MUNI DE CETTE LIGNE [0001] L'invention se rapporte à une ligne d'échappement de véhicule équipée d'un système de réduction catalytique sélective des oxydes d'azote (souvent désignée par l'acronyme anglophone « SCR ») et au véhicule muni de cette ligne d'échappement. [0002] La combustion de combustible fossile comme le pétrole ou le charbon dans un système de combustion, en particulier le carburant diesel dans un moteur diesel de véhicule thermique, peut entraîner la production en quantité non négligeable de polluants qui peuvent être déchargés par l'échappement dans l'environnement et y causer des dégâts. Parmi ces polluants, l'émission des oxydes d'azote appelés NOx pose un problème puisque ces gaz sont soupçonnés d'être un des facteurs qui contribuent à la formation des pluies acides et à la déforestation. [0003] Les législations sur les émissions des véhicules et poids lourds prévoient une diminution de l'émission de polluants dans l'atmosphère. Cela concerne entre autres des rejets d'oxydes d'azote NOx. Pour atteindre cet objectif, une alternance judicieuse des modes de combustion et d'hybridation ou des post-traitements dans la ligne d'échappement peuvent être développés. Dans le cadre des techniques de post-traitement, le document WO-A2-2007104779 mentionne le procédé de réduction catalytique sélective (en anglais « Selective Catalytic Reduction ») qui permet la réduction des oxydes d'azote par injection d'un réducteur ou agent réducteur (ces deux termes étant équivalents) dans la ligne d'échappement. Ce réducteur est généralement de l'ammoniac. Cet ammoniac peut provenir de la décomposition par thermolyse d'une solution d'un précurseur d'ammoniac dont la concentration peut être celle de l'eutectique. Un tel précurseur d'ammoniac est généralement une solution d'urée. [0004] Avec le procédé de réduction catalytique sélective, les dégagements élevés d'oxydes d'azote NOx produits dans la chambre de combustion lors d'une combustion à rendement optimisé sont traités en sortie de la chambre de combustion dans un catalyseur spécifique. Ce traitement requiert l'utilisation de l'agent réduction à un niveau de concentration précis et dans une qualité extrême. La solution est ainsi précisément dosée et injectée par une buse dans le flux de gaz d'échappement. La solution est alors hydrolysée avant de convertir l'oxyde d'azote (NOX) en azote (N2) et en eau (H2O) inoffensifs pour l'environnement. [0005] Les systèmes mettant en oeuvre le procédé de réduction catalytique sélective que ce soit avec précurseur ou sans précurseur peuvent comprendre un clapet anti-retour comme cela est le cas du système décrit ultérieurement dans la figure 1. Ces systèmes peuvent s'encrasser ainsi que l'expliquent les documents US-B-6 387 336 et US-A-2010/0242439 dans le cas de l'urée liquide. [000s] Il existe donc un besoin pour une ligne d'échappement mettant en oeuvre la technique de réduction catalytique sélective présentant un risque d'encrassement 10 réduit. [0007] Pour cela l'invention propose une ligne d'échappement de véhicule équipée d'un système de réduction catalytique sélective des oxydes d'azote. La ligne comprend une tuyauterie d'échappement pour le rejet des gaz d'échappement dans l'atmosphère et un tube alimentant en agent réducteur la tuyauterie depuis un 15 réservoir, le tube étant fixé par une de ses extrémités à la tuyauterie d'échappement et supportant un organe de connexion. La ligne comporte en outre un clapet anti-retour empêchant la remontée de particules vers le réservoir. Un tronçon du tube entre ses extrémités s'étend le long de la tuyauterie. [0008] En variante, le tube comporte un coude. 20 [0009] En variante, le tube comporte deux coudes. [0010] En variante, la ligne comporte en outre une canalisation reliée au tube par l'élément encliquetable, un coude permettant de faciliter l'encliquetage de l'élément encliquetable. [0011] En variante, la ligne comporte en outre une canalisation reliée au tube par 25 l'organe de connexion, un coude permettant de faciliter la connexion de l'organe de connexion. [0012] En variante, l'organe de connexion est un élément encliquetable. [0013] En variante, la ligne comporte en outre une canalisation reliée au tube par l'organe de connexion, le tube étant plus rigide que la canalisation. [0014] En variante, la ligne comporte en outre une canalisation reliée au tube par l'élément encliquetable, le tube étant plus rigide que la canalisation. [0015] En variante, la tuyauterie forme un gainage en céramique du système de réduction catalytique sélective. [0016] En variante, le tronçon du tube est supporté par la tuyauterie par un ou plusieurs ponts thermiques. [0017] En variante, les supports sont régulièrement espacés. [ools] En variante, l'agent réducteur est de l'ammoniac gazeux. [0019] Il est également proposé un véhicule comportant une des lignes précédemment décrites. [0020] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui montrent : - figure 1, un schéma synoptique d'un exemple de système de réduction catalytique sélective ; - figure 2, un schéma d'un exemple de ligne d'échappement ; - figure 3, un schéma d'un autre exemple de ligne d'échappement ; figure 4, une vue agrandie d'une partie de la ligne d'échappement de la figure 3 ; - figure 5, une vue d'exemple de ligne ; - figure 6, une vue en perspective d'un autre exemple de ligne ; - figure 7, une vue en perspective d'un autre exemple de ligne. [0021] La mise en oeuvre de la technique de réduction catalytique sélective des oxydes d'azote suppose des interfaçages complexes avec les différents éléments du véhicule et l'environnement. Cette complexité est bien mise en évidence par le schéma synoptique de la figure 1. Celui-ci a été simplifié en ne représentant que les éléments extérieurs interagissant directement avec le système mettant en oeuvre la technique de réduction catalytique sélective. Ainsi, les piétons, les occupants du véhicule ne sont pas représentés dans ce schéma synoptique. [0022] Selon cet exemple, un ou plusieurs réservoirs (parfois appelés vecteurs) stockant un agent réducteur peuvent être utilisés. De tels réservoirs peuvent en particulier se présenter sous la forme d'une cartouche de stockage solide de type chlorure de strontium. Dans la figure 1, deux réservoirs 10 sont utilisés. Les deux réservoirs peuvent avoir une taille identique ou non. La désorption du réducteur contenu dans les réservoirs 10 est usuellement obtenue par mise en oeuvre d'un chauffage interne ou externe. Ce chauffage est représenté schématiquement par les éléments chauffants 12. En outre, chacun des réservoirs 10 sont isolés par un gainage 14 principal (« canning main » selon l'expression anglaise) et un isolant 16 placés en contact avec le réservoir 10. Cela permet notamment d'isoler les réservoirs 10 par rapport à l'air extérieur représenté par la bulle 18. L'ensemble des éléments 10, 12, 14 et 16 correspondants échangent un flux thermique. En outre, l'ensemble est relié au reste du véhicule (bulle 20) par un dispositif 22 de maintien et de protection des éléments. Afin de ne pas alourdir la figure 1, l'interaction entre l'ensemble des éléments 10, 12, 14 et 16 et le dispositif 22 n'est pas schématisée. [0023] En sortie des réservoirs 10, le flux gazeux en agent réducteur peut être filtré par des filtres 24 permettant le stockage à l'état solide quand la température de l'élément chauffant 12 diminue. Idéalement, chaque filtre 24 a une granulométrie inférieure au plus petit des grains de sel contenus dans le réservoir 10 lorsque celui-ci est à température ambiante. Ainsi, le filtre 24 est typiquement un filtre métallique avec des orifices de passage de gaz dont la grandeur caractéristique est de l'ordre du micron. La présence des filtres 24 peut être évitée pour des raisons économiques. [0024] Depuis les réservoirs 10, des durits 26 permettent le transport du réducteur à l'état gazeux. Les durits 26 peuvent être munies de clapets 28 anti-retour. Selon les modes de réalisation aucune, une ou plusieurs des durits 26 sont munies des clapets 28. [0025] Les durits 26 se rejoignent au niveau d'un embranchement 30. Cet embranchement 30 peut notamment avoir la forme d'un T. Selon certains modes de réalisation, l'embranchement 30 peut faire partie d'un boîtier 32. Le boîtier 32 peut comporter un capteur de pression 34 et un col sonique 35. Le boîtier 32 peut également comprendre une ou plusieurs électrovannes 36. Le boîtier 32 schématisé dans la figure 1 comporte deux électrovannes 36. La position de la deuxième électrovanne 36 peut être en amont ou en aval de la première électrovanne 36 qui peut être dédiée au capteur de pression 34. Dans une telle configuration, la purge du système de réduction catalytique sélective peut aussi se réaliser en ouvrant la première électrovanne 36 lors du redémarrage. Le boîtier 32 peut également comprendre des capteurs de températures. Dans le cas de la figure 1, le boîtier 32 n'en comporte pas. [0026] Un tel boîtier 32 est relié à un système 38 d'injection de réducteur dans la ligne 40 d'échappement, système qui sera décrit plus précisément dans les figures 2, 3 et 4. [0027] L'ensemble des actionneurs peut être piloté par un boîtier EE 42. pour cela, le boîtier 42 échangera des informations avec un calculateur 44 concernant l'état du système. Ainsi, le boîtier 42 peut extraire des données issues des éléments chauffants 12, du capteur de pression 34 ou de l'état des électrovannes 36. Le calculateur 43 émet des ordres binaires en fonction des informations reçues. Le rôle du boîtier 42 est également de convertir ces ordres binaires en ordre électrique pour les différents actionneurs du système. [0028] La technique de réduction catalytique sélective des oxydes d'azote peut notamment être appliquée dans une ligne d'échappement de véhicule comprenant une tuyauterie de gaz d'échappement pour le rejet des gaz d'échappement dans l'atmosphère. Une telle ligne 40 est représentée à la figure 2. Cette ligne 40 comporte une tuyauterie 44 dans laquelle les gaz d'échappement issus du moteur sont rejetés dans l'atmosphère après traitement. Le sens de circulation des gaz d'échappement dans la tuyauterie 44 de la gauche vers la droite est indiqué par les flèches 45. La ligne 40 peut équiper tout type de moteur, dont notamment les moteurs Diesel. [0029] La ligne 40 comporte en outre un tube 46 alimentant en agent réducteur la tuyauterie 44. Le tube 46 est généralement métallique. Lorsque le tube 46 injecte de l'ammoniac à l'état gazeux, la technique de réduction catalytique sélective utilisée est une technique de dépollution qualifiée de solide. Le tube 46 est usuellement relié à la ligne 40 par soudure ou à l'aide d'un système d'assemblage vissé. Selon l'exemple de la figure 2, le tube 46 est soudé ainsi que l'indique symboliquement le numéro de référence 48. [0030] Selon l'exemple de la figure 3, la ligne 40 comprend également une canalisation 50. Le tube 46 est généralement plus rigide que la canalisation 50. En effet, une canalisation 50 souple côté réservoir de stockage d'agent réducteur et soubassement véhicule permet l'existence de débattements entre la ligne 40 d'échappement et le véhicule. [0031] La canalisation 50 est reliée au tube 46 par un organe 52 de connexion. L'organe 52 de connexion peut en particulier être un élément 52 encliquetable. [0032] La ligne 40 est en outre munie d'un clapet 54 anti-retour. Le clapet 54 sert à laisser passer l'agent réducteur depuis le réservoir 10 vers la ligne 40 d'échappement tout en empêchant les particules et les autres composés présents dans la ligne 40 d'échappement de remonter vers le réservoir 10. Le clapet 54 peut avantageusement être un système de type bille ressort avec arrêt.
Le clapet 54 anti-retour peut être dans la canalisation 50 ou dans le tube 46. Il est également possible que le clapet 54 soit intégré dans l'organe 52 de connexion. Un exemple d'agencement du clapet 54 anti-retour dans l'élément 52 à la jonction de la canalisation 50 et du tube 46 de façon à empêcher les gaz d'échappement de remonter dans le tube 46 est illustré par la vue agrandie de la figure 4. Cela permet d'éviter l'encrassement du tube 46 par les suies ou d'autres sous-composés lors des fluctuations de pression dans la ligne 40 et à l'arrêt du moteur. La remontée de l'échappement dans le tube 46 peut arriver lors d'un arrêt moteur ou lors d'une coupure de l'injection d'agent réducteur. Un tel risque existe également lors d'une phase transitoire de forte accélération. Tant que l'équilibre de pression n'est pas réalisée, une augmentation importante de la pression d'échappement est alors observée de sorte que la pression peut devenir supérieure à celle dans le tube 46.
L'encrassement du filtre à particules, si la ligne d'échappement en est équipée, peut également générer une augmentation de pression ponctuelle favorisant la remontée d'éléments chimiques de la ligne d'échappement vers la canalisation. [0033] Parmi les composés qui peuvent encrasser les parois du tube 46 et le clapet 54, le mélange entre les gaz d'échappement et un agent réducteur comme l'ammoniac peut générer notamment du bicarbonate d'ammonium (NH4HCO3) dont la température de fusion est entre 35 et 60 t, du nitrate d'ammonium (NH4NO3) dont la température de fusion est de 170 `C, des su ies diverses issues de la combustion imparfaite du carburant (hydrocarbures et sous-composés), des particules, d'autres sous-composés provenant de la réaction de l'agent réducteur avec les gaz d'échappement (H20, CO2, CO, NON, etc...) et divers additifs présents dans les gaz d'échappement. [0034] L'intégration du clapet 54 dans l'élément 52 est justifiée par la suppression d'une interface. En effet, une interface supplémentaire peut non seulement être coûteuse et accroître le risque de fuite. [0035] Cependant, l'insertion du clapet 54 anti-retour dans l'élément 52 présente l'inconvénient d'augmenter les contraintes de positionnement du clapet 54 par rapport à la ligne 40. En effet, la bonne conservation des joints d'étanchéité impose une température maximale généralement de l'ordre de 110 t (elle peut être plus élevée selon le matériau considérée) pour le clapet 54. Une température maximale sévère de l'environnement est ainsi imposée du fait que la conduction de chaleur lors du contact des joints autour du tube 46. Le respect de cette contrainte impose qu'une distance suffisante entre l'interface du tube 46 sur l'échappement chaud et l'élément encliquetable existe. Cela implique un positionnement à une distance supérieure à 20 cm du tube 46. [0036] Un tel positionnement du clapet 54 entraîne plusieurs conséquences. Certaines sont positives. Ainsi, le risque d'encrassement du clapet 54 diminue car la longueur du tube 46 augmente et donc, l'occurrence que les gaz d'échappement atteignent le clapet 54 diminue. D'autres sont défavorables. Par exemple, le risque d'encrasser le tube 46 du côté échappement augmente. En effet, le volume parcouru par le gaz dans le tube 46 augmente. Comme la thermique diminue au fur et à mesure, le risque d'encrasser les parois du tube 46 est accru. En outre, il devient difficile d'assurer que le clapet 54 anti-retour soit soumis épisodiquement à un environnement d'une température de 80 `C pour le nettoyage du clapet 54. De plus, l'impact de la température extérieure, dans le cas où celle-ci est faible ou la présence d'un écoulement aéraulique génère des contraintes du point de vue dimensionnel. Enfin, la longueur du tube provoque un échange thermique avec l'extérieur entraînant une perte thermique du tube et par conséquent augmente le risque d'encrassement. [0037] Pour pallier aux inconvénients susmentionnés, il peut être remarqué que toutes les réactions de dissolution des composés formés ou de décollement des suies sont endothermiques (de la chaleur doit être fournie pour que ces réactions aient lieu). [0038] Ainsi, pour le cas du nitrate d'ammonium, il s'agit d'une substance cristalline inodore présentant des propriétés hydroscopiques et tendant à s'agglomérer en grumeaux. Sa dissolution dans l'eau, dont la solubilité varie avec la température, est un processus endothermique. La réaction chimique correspondante s'écrit : [0039] NH4NO3 (s) * NH4+(aq)+ NO3 (aq) [0040] L'abréviation « s » signifie solide tandis que l'abréviation « aq » signifie 20 aqueux. [0041] Le nitrate d'ammonium se décompose à la chaleur en eau et en oxyde nitreux à l'état gazeux (formule N2O). Ainsi, les trois réactions suivantes ont lieu : [0042] NH4NO3 -* 2H2O + N2 +'/2 02 (1) [0043] NH4NO3 -+ 2H2O (D+ N2O (g) (2) 25 [0044] NH4NO3 -> 2H2O (g)+ N2O (g) (3) [0045] L'abréviation « I » signifie liquide tandis que l'abréviation « g » signifie gazeux. [0046] Les trois réactions (1), (2) et (3) sont endothermiques ainsi que les valeurs d'enthalpies associées à ces réactions, soit respectivement : - AH1 = - 118,04 kJ.mol-1 pour la réaction (1) de décomposition du nitrate d'ammonium ; AH2 = - 126 kJ.mol"' pour la réaction (2) de décomposition du nitrate d'ammonium avec formation de protoxyde d'azote ; - AH3 = - 43 kJ.mol-1 pour la réaction (3) de décomposition du nitrate d'ammonium avec formation de protoxyde d'azote ; [0047] Du fait de l'existence de telles réactions endothermiques, il est favorable d'apporter de la chaleur pour détacher potentiellement les suies présentes dans le clapet 54 et aussi sublimer les dépôts de bicarbonate d'ammonium. [0048] Un tel apport de chaleur permet de réduire les risques d'encrassement. Une telle diminution des risques permet de prévenir une injection d'agent réducteur insuffisante, ce qui résulterait en une efficacité du système de post-traitement en termes de dépollution insuffisante. [0049] Pour obtenir un tel apport de chaleur, selon l'exemple de la figure 5, il est donc proposé une ligne 40 telle que décrit à la figure 2 pour laquelle le tube 46 est agencé par rapport à la tuyauterie 44 pour que la température de peau du tube 46 soit inférieure à une température de peau prédéterminée. En outre, la distance entre le tube 46 et la tuyauterie 44 peut être suffisamment faible pour que la quantité de chaleur échangée entre le tube 46 et la tuyauterie 44 soit supérieure à une valeur seuil lorsque la ligne d'échappement 10 est en fonctionnement. De plus, la longueur du tube 46 peut être choisie suffisante pour que la quantité de suie déposée sur le tube 46 soit inférieure à une valeur seuil lorsque la ligne 40 d'échappement est en fonctionnement. [0050] Un exemple particulier d'agencement du tube 46 permettant d'obtenir les effets précédents est illustré par la figure 5. Selon cet exemple, le tube 46 comprend un tronçon 56. Le tronçon 56 du tube 46 est alors le long de la tuyauterie 44. Le tronçon 56 peut alors être à une distance relativement faible du tube 46 pour supprimer l'encrassement du tube 46. [0051] Il est ainsi proposé de faire cheminer une partie du tube 46 le long de l'échappement le temps que la température de peau du tube due à la conduction ait suffisamment diminué et permette ainsi l'intégration de l'élément 22 encliquetable et la tenue de ses joints. La thermique de décrassage est assurée par le fait que le cheminement reste dans un ambiant thermique suffisamment chaud. [0052] Cela permet ainsi de diminuer le risque de défaillance du tube 46 du fait de la forte limitation du risque d'encrassement du tube 46 et du clapet 54. Le risque de défaillance du tube 46 à cause du décalage de l'élément 22 et du maintien à une température relativement élevée est également diminué. Cela évite aussi de 10 recourir à des systèmes électriques chauffants comme c'est le cas dans les systèmes utilisant de l'Adblue (marque déposée) liquide tout en permettant de déporter le clapet 54 pour minimiser son encrassement par les gaz d'échappement. [0053] En outre, selon l'exemple de la figure 5, le tube 46 peut comporter un coude 58. Cela permet d'allonger la longueur du tube 46 tout en rendant son 15 intégration dans le véhicule possible. Sans coude 58, la longueur du tube 46 est limitée par le fait qu'un tube 46 perpendiculaire à la tuyauterie 44 est encombrant et s'insère difficilement sous le véhicule. Notamment, la longueur du tube 46 peut alors être suffisante pour que la quantité de suie déposée sur le tube 46 soit inférieure à une valeur seuil lorsque la ligne 40 d'échappement est en 20 fonctionnement. [0054] La figure 6 est une vue en perspective mettant en évidence une configuration à deux coudes 58, le deuxième coude 58 facilitant l'insertion de la canalisation 50 dans le tube 46. [0055] En variante, dans le cas d'applications sévères présentant un risque 25 d'encrassement élevé, il peut être judicieux d'utiliser les calories présentes dans la ligne d'échappement. Des exemples de telles applications sont les cas de forte longueur entre clapet 54 anti-retour et la tuyauterie 44, de véhicule fonctionnant dans des conditions de basses températures, de tube 46 cheminant dans des zones de basse température ou de dépôt de composés difficilement 30 décomposables à faible température (comme par exemple le nitrate d'ammonium). Ainsi, suivant l'implantation de la ligne 40, il se peut que la température de l'ambiant thermique destiné à limiter le risque d'encrassement soit insuffisante (pas assez de radiation, trop de renouvellement d'air par exemple). Pour résoudre ce problème, il peut être choisi de rajouter des supports entre la ligne d'échappement et la canalisation. [0056] La figure 7 illustre un exemple de ligne 40 d'échappement dans laquelle les calories présentes dans la tuyauterie 44 sont avantageusement récupérées. La figure 7 propose ainsi une ligne 40 telle que décrit à la figure 5. La ligne 14 présente comporte en outre au moins un support 60 servant de pont thermique. Le support 60 apporte les calories à la canalisation permettant de limiter son encrassement en condition normale de fonctionnement et permet de régénérer les dépôts lors des phases de montée en température (par exemple lors d'une régénération du filtre à particules où les gaz ont des températures de 550 à 600 `C au niveau du point d'injection). Un tel support peut notamment être un support de tube de pression de filtre à particules tel qu'utilisé usuellement. Le surcoût lié à l'ajout du pont thermique (ou patte de reprise) est ainsi diminué. Pour un risque faiblement accru d'abîmer la ligne 40 lors des manipulations de montage ou de transport, l'emploi d'un support 60 permet de favoriser la régénération des dépôts tout en assurant le maintien mécanique du tube 46. Un meilleur maintien mécanique assure une diminution des vibrations et d'un éventuel débattement. L'ajout des ponts thermiques peut être modulée sur les véhicules de série selon le climat du pays local. [0057] Un tel effet de régénération des dépôts tout en améliorant le maintien mécanique du tube 46 est accru si les supports sont régulièrement espacés. Pour cela, des ponts thermiques 60 pourront être réalisés à intervalle régulier entre l'échappement et la le tube 46. [0058] Chacune des variantes précédemment présentées permet de profiter de la thermique de l'échappement pour obtenir un décrassage du tube et de la canalisation (aspect curatif).