FR2981120A1 - Procede de simulation d'un etat de vieillissement d'une ligne d'echappement d'un vehicule automobile comprenant un organe de traitement des oxydes d'azote alimente par de l'ammoniac gazeux - Google Patents

Procede de simulation d'un etat de vieillissement d'une ligne d'echappement d'un vehicule automobile comprenant un organe de traitement des oxydes d'azote alimente par de l'ammoniac gazeux Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé de simulation d'un état de vieillissement d'une ligne d'échappement (28) d'un véhicule automobile, la ligne d'échappement (28) comportant un organe de traitement des oxydes d'azote (26) alimenté en ammoniac gazeux pour réduire les oxydes d'azote, procédé caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à diluer l'ammoniac gazeux alimentant l'organe de traitement des oxydes d'azote (26) avec du gaz pour simuler le vieillissement de la ligne d'échappement (28).

Description

PROCEDE DE SIMULATION D'UN ETAT DE VIEILLISSEMENT D'UNE LIGNE D'ECHAPPEMENT D'UN VEHICULE AUTOMOBILE COMPRENANT UN ORGANE DE TRAITEMENT DES OXYDES D'AZOTE ALIMENTE PAR DE L'AMMONIAC GAZEUX pool ] La présente invention concerne un procédé et un dispositif de simulation de l'état de vieillissement d'une ligne d'échappement d'un véhicule automobile comprenant un organe de traitement des oxydes d'azote alimenté par de l'ammoniac gazeux. L'invention se rapporte également à un ensemble de données formé d'une pluralité de couples de valeurs dans lequel la pluralité de couples de valeurs représentent la combinaison d'un état de vieillissement d'une ligne d'échappement d'un véhicule automobile avec un taux de dilution de l'ammoniac gazeux alimentant un organe de traitement des oxydes d'azote disposé dans une ligne d'échappement d'un véhicule automobile. [0002] Un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile est associé à une ligne d'échappement. La ligne d'échappement peut contenir un ou plusieurs organes de traitement. Ces organes de traitement sont destinés à réduire les émissions polluantes produites lors de la combustion du carburant dans le moteur à combustion interne. Ces émissions polluantes sont principalement composées d'hydrocarbures, de monoxyde de carbone, de particules et d'oxydes d'azotes, pouvant également prendre la dénomination de NOx. [0003] L'invention traite des moteurs à combustion interne de type diesel équipés d'un organe de traitement des NOx utilisant la technologie de réduction catalytique sélective, appelée technologie SCR. La ligne d'échappement peut comporter un catalyseur d'oxydation, appelés DOC, qui précède l'organe de traitement des NOx. Le DOC est un organe permettant aux moteurs à combustion interne de traiter les hydrocarbures et le monoxyde de carbone, et d'assurer un rapport entre le dioxyde d'azote et les NOx en aval de l'organe de traitement des NOx suffisamment élevé pour permettre un traitement optimal des NOx par l'injection de réducteur dans l'organe de traitement des NOx. Le réducteur utilisé ici est de l'ammoniac, appelé également NH3. [0004] Les normes anti-pollution règlementent la quantité de chacune de ces émissions polluantes en fonction de l'année de mise en service du véhicule automobile. On peut notamment voir sur la figure 1, une représentation graphique de la quantité d'émission de monoxyde de carbone autorisée pour les normes euro 4, euro 5 et euro 6, correspondant respectivement à une mise sur en service d'un véhicule après 2005, après septembre 2009 pour la réception ou janvier 2011 pour l'immatriculation de véhicules neufs et après septembre 2014 pour la réception ou septembre 2015 pour l'immatriculation de véhicules neufs. De la même façon, les figures 2 à 4 montrent un diagramme des normes correspondant respectivement aux émissions d'hydrocarbures, de NOx et de particules. [0005] Au cours de la vie du véhicule automobile, le DOC et l'organe de traitement des NOx utilisant la technologie SCR se dégradent, notamment d'un point de vue catalytique, ce qui engendre une augmentation des NOx en sortie de la ligne d'échappement. La connaissance de cette dégradation au cours de la vie du véhicule nécessite de réaliser des endurances de véhicule, très couteuses. Un moyen de simuler ces endurances est de réaliser des vieillissements accélérés comme par exemple des vieillissements sur banc d'essai moteur, au four ou au bruleur. Le principal inconvénient des vieillissements sur banc d'essai moteur, au four ou au bruleur est qu'ils sont non réversibles, donc destructeurs pour la ligne d'échappement, et nécessitent des installations appropriées, des montages et démontages de pièces, de la main d'oeuvre, du temps ainsi que des coûts associés. [0006] US-A-2011/0167801 décrit un procédé d'estimation du vieillissement d'un catalyseur utilisant la technologie SCR par mesure du taux d'hydrocarbure en sortie de la ligne d'échappement. Ce procédé ne permet néanmoins pas de simuler l'évolution du vieillissement du catalyseur. [0007] II existe donc un besoin pour un procédé de simulation d'un état de vieillissement d'une ligne d'échappement d'un véhicule automobile ne présentant 30 pas les inconvénients susnommés. [0oos] A cette fin, l'invention propose un procédé de simulation d'un état de vieillissement d'une ligne d'échappement d'un véhicule automobile, la ligne d'échappement comportant un organe de traitement des oxydes d'azote alimenté en ammoniac gazeux pour réduire les oxydes d'azote, procédé caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à diluer l'ammoniac gazeux alimentant l'organe de traitement des oxydes d'azote avec du gaz pour simuler le vieillissement de la ligne d'échappement. [0009] Selon une variante, l'ammoniac gazeux est dilué avec un gaz choisi parmi l'azote, l'air et un gaz inerte au contact de l'ammoniac gazeux. [cm cl Selon une variante, le procédé comporte la réalisation de l'étape de dilution pour différents taux de dilution et la mesure, pour chaque taux de dilution, de la quantité d'oxydes d'azote à la sortie de l'organe de traitement. [0011] Selon une variante, le taux de dilution de l'ammoniac gazeux est déterminé en fonction d'un ensemble de données associant un taux de dilution à un état de vieillissement. [0012] L'invention se rapporte également à un dispositif de simulation d'un état de vieillissement d'une ligne d'échappement d'un véhicule automobile, la ligne d'échappement comportant un organe de traitement des oxydes d'azote, le dispositif comportant des moyens d'alimentation de l'organe de traitement en ammoniac gazeux pour réduire les oxydes d'azote, caractérisé en ce que le dispositif comporte des moyens de dilution de l'ammoniac gazeux avec du gaz. [0013] Selon une variante, le dispositif comporte en outre un réservoir contenant des sels aptes à libérer de l'ammoniac gazeux en cas d'élévation de température. [0014] Selon une variante, l'organe de traitement des oxydes d'azote est du type à réduction catalytique sélective. [0015] Selon une variante, la ligne d'échappement comporte un filtre à particules, l'organe de traitement étant disposé sur le filtre à particules ou en amont du filtre à particules. [0016] L'invention se rapporte aussi à un ensemble de données formé d'une pluralité de couples de valeurs, caractérisé en ce que la pluralité de couples de valeurs représentent la combinaison d'un état de vieillissement d'une ligne d'échappement d'un véhicule automobile avec un taux de dilution de l'ammoniac gazeux alimentant un organe de traitement des oxydes d'azote disposé dans une ligne d'échappement d'un véhicule automobile. [0017] 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 diagramme des quantités de monoxyde de carbone émises par un véhicule automobile autorisées par les normes antipollution ; - figure 2, un diagramme des quantités d'hydrocarbure émises par un véhicule automobile autorisées par les normes antipollution ; - figure 3, un diagramme des quantités d'oxydes d'azote émises par un véhicule automobile autorisées par les normes antipollution ; - figure 4, un diagramme des quantités de particules émises par un véhicule automobile autorisées par les normes antipollution ; - figure 5, un schéma d'une ligne d'échappement munie d'un organe de traitement des NOx en amont d'un filtre à particules ; - figure 6, un schéma d'une ligne d'échappement munie d'un organe de traitement des NOx sur un filtre à particules ; - figure 7, un schéma d'un moyen d'alimentation en ammoniac gazeux de la ligne d'échappement de la figure 5 ou 6 ; - figure 8, une illustration du procédé d'obtention d'une courbe donnant le taux de dilution du NH3 en fonction du vieillissement de la ligne d'échappement ; et - figure 9, une illustration du taux de dilution du NH3 avec et sans stratégies en fonction du vieillissement de la ligne d'échappement. [0018] L'invention se rapporte à un procédé de simulation d'un état de vieillissement d'une ligne d'échappement d'un véhicule automobile. Telle qu'illustrée aux figures 5 et 6, une ligne d'échappement 28 d'un moteur à combustion interne 20 comporte un organe de traitement des oxydes d'azote alimenté en ammoniac gazeux pour réduire les oxydes d'azote. La ligne d'échappement 28 comporte également un catalyseur d'oxydation 22 (ou DOC). [0019] Sur la figure 5, l'organe de traitement des oxydes d'azote est un organe SCR sur filtre à particules 26. En d'autres termes, dans cet exemple l'organe de traitement des oxydes d'azotes est le filtre à particules lui-même. Une imprégnation SCR est déposée dans les pores du filtre à particules. Le filtre à particules peut alors être réalisé en un substrat en SiC. [0020] Sur la figure 6, l'organe de traitement des oxydes d'azote est un organe SCR 30 disposé en amont du filtre à particules 32. [0021] Dans les deux cas, l'organe de traitement des oxydes d'azote est alimenté en NH3 via un conduit d'injection 24. Un exemple de dispositif d'alimentation en NH3 gazeux est illustré à la figure 7. Il comporte un réservoir 34 contenant des sels adaptés à libérer du NH3 gazeux lorsqu'ils sont chauffés. Le réservoir 34 libère ainsi du NH3 gazeux directement dans le conduit d'injection 24. Des valves anti- retour 36, 38 permettent d'éviter que des gaz d'échappement quitte la ligne d'échappement 28 pour se diriger vers le réservoir 34. [0022] Lors du traitement des NOx par le NH3 gazeux, différentes réactions se produisent : _ 4NH3+4N0+02 4N2+6H20 _ 4N1-13+2N0+2NO2 4N2+61-120 _ 8N1-13+6NO2 7N2+121-120 [0023] Ces réactions réduisent les oxydes d'azote en azote (N2) et en eau (H20). [0024] Le procédé de simulation proposé comprend une étape consistant à diluer le NH3 gazeux dans un gaz. Le gaz peut notamment être de l'air, de l'azote, un gaz inerte au contact du NH3, ou un mélange de tels gaz. En effet, comme il va être expliqué ci-après, le vieillissement de la ligne d'échappement se traduit par un ralentissement des réactions (1)-(3), qui peut être obtenu en diluant le NH3 alimentant l'organe de traitement des oxydes d'azote dans un gaz. Ce ralentissement provoque une augmentation des NOx en sortie de la ligne d'échappement simulant le vieillissement de la ligne d'échappement. [0025] La vitesse de réaction à neuf de réduction des NOx est notée Vn et est donnée par la relation (4) ci-dessous : ' -Ea` [0026] Vn = Ko x eR)<TY x [NH3]a x [NOx]b (4) Où : - Vn représente la vitesse de réaction à neuf de réduction des NOx, - Ko, le facteur de fréquence, - Ea, l'énergie d'activation, - R, la constante des gaz parfaits - T, la température, - a, b des exposants constants, - [NH3], la concentration en NH3 à neuf, et - [NOx], la concentration en NOx. [0027] . La vitesse de réaction à neuf de réduction des NOx correspond à la vitesse de réaction de réduction des NOx lorsque la ligne d'échappement est neuve. [0028] La vitesse de réaction vieillie de réduction des NOx est noté Vv et est donnée par la relation (5) ci-dessous : '-Ea` [0029] VV = Ko'xeRx-r) X [NH3]a X [NOX]13 (5) Où : - Vv est la vitesse de réaction vieillie de réduction des NOx, et - Ko', le facteur de fréquence vieilli [0030] La vitesse de réaction vieillie de réduction des NOx (ou vitesse de réaction de réduction des NOx après vieillissement de la ligne d'échappement) correspond à la vitesse de réaction de réduction des NOx lorsque la ligne d'échappement est vieillie. Le facteur de fréquence diminue au cours du vieillissement de la ligne d'échappement. On peut donc modéliser l'effet du vieillissement par une diminution de réducteur, autrement dit par une dilution du NH3 gazeux avec un gaz. La vitesse de réaction vieillie de réduction des NOx peut donc s'exprimer par la relation (6). (-Ea` [0031] Vv = Ko x e'Rxi-' x [NH3la x [NOx ]b Ko' _ ([NH3a. 1 où Ko [NH3] et où [NH3'] est la concentration en NH3 équivalente à un vieillissement [0032] Des abaques peuvent ainsi être créés : en mesurant les NOx traités, par exemple sur cycle MVEG, pour des mélanges NH3 gazeux/air (par exemple) à différentes dilutions du NH3 gazeux sur une ligne d'échappement par exemple neuve ou à différents états de vieillissement intermédiaires. On mesure également les NOx traités sur cycle MVEG pour différents vieillissement de la ligne. On en déduit les dilutions NH3/air correspondant à différents vieillissements de la ligne. On peut ensuite lire de ces abaques, la dilution de l'urée permettant de simuler un vieillissement souhaité sur une ligne d'échappement neuve. [0033] Ce procédé permet ainsi de simuler le vieillissement d'une ligne d'échappement sans destruction de celle-ci, ce qui représente un gain économique important. En outre, ce procédé est plus simple à mettre en oeuvre que les procédés connus, destructifs. [0034] La figure 8 illustre la détermination d'une courbe du taux de dilution en fonction de l'état de vieillissement de la ligne d'échappement. [0035] On met en oeuvre de manière répétée le procédé à différentes valeurs de taux de dilution du NH3 gazeux, en mesurant la quantité de NOx correspondante en (6) (7) sortie de la ligne d'échappement. Ceci permet de réunir un ensemble de données formé d'une pluralité de couples de valeurs représentant la combinaison d'un taux de dilution du NH3 gazeux avec une quantité de NOx à la sortie de la ligne d'échappement. Cet ensemble de données peut ensuite être représenté dans un repère 40, visible sur la figure 8. Un ensemble de données formé d'une pluralité de couples de valeurs représentant la combinaison d'une quantité de NOx à la sortie de la ligne d'échappement à un état de vieillissement peut être représenté sur un autre repère 42. [0036] La mesure des NOx en sortie de la ligne d'échappement peut, par exemple, être effectuée durant des cycles d'homologation des véhicules automobiles tels que le cycle du groupe des émissions de véhicules motorisés, plus connu sous le nom de Motor Vehicle Emissions Group (MVEG), le cycle des procédures de test mondialement harmonisées des véhicules légers, plus connu sous le nom de Worldwide Harmonised Light Vehicles Test Procedures (WLT"P), ou encore durant d'autres cycles bien connus tels que, par exemple, le cycle Artémis, ou le cycle TCS. [0037] En couplant les ensembles de données des repères 40 et 42, en faisant correspondre la quantité de NOx en sortie d'échappement, on peut obtenir un ensemble de données formé d'une pluralité de couples de valeurs représentant la combinaison d'un état de vieillissement de la ligne d'échappement avec un taux de dilution du NH3 gazeux. Cet ensemble de données peut ensuite être représenté sur un repère 44 représentant le taux de dilution du NH3 gazeux fonction de l'état de vieillissement de la ligne d'échappement. Une fois ce dernier ensemble de données obtenu, il est possible d'associer un état de vieillissement à un taux de dilution du NH3 gazeux correspondant. [0038] Des simulations ou essais peuvent ensuite être réalisé(e)s en intégrant les différentes stratégies souhaitées en passant d'un repère 46, visible sur la figure 9, représentant le taux de dilution du NH3 gazeux sans stratégies fonction de l'état de vieillissement à un repère 48 représentant le taux de dilution du NH3 gazeux avec stratégies fonction de l'état de vieillissement. [0039] Le procédé de simulation proposé présente un gain de temps important du fait de l'absence de montage et démontage de pièces sur le véhicule à tester, d'une part, et du faible temps nécessaire à la réalisation d'une dilution par rapport au temps nécessaire pour le vieillissement d'une pièce. [0040] En outre, le procédé peut être mis en oeuvre dans un dispositif très simple par rapport aux dispositifs mis en oeuvre jusqu'ici. En effet, le dispositif nécessaire ne comporte, outre la ligne d'échappement proprement dite, que des moyens d'alimentation de l'organe de traitement en NH3 gazeux pour réduire les oxydes d'azote et des moyens de dilution du NH3 gazeux avec du gaz. Le dispositif peut comporter, comme décrit précédemment, un réservoir contenant des sels adaptés à libérés du NH3 gazeux lorsqu'ils sont chauffés.

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de simulation d'un état de vieillissement d'une ligne d'échappement (28) d'un véhicule automobile, la ligne d'échappement (28) comportant un organe de traitement des oxydes d'azote (26 ; 30) alimenté en ammoniac gazeux pour réduire les oxydes d'azote, procédé caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à diluer l'ammoniac gazeux alimentant l'organe de traitement des oxydes d'azote (26 ; 30) avec du gaz pour simuler le vieillissement de la ligne d'échappement (28).
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ammoniac gazeux est dilué avec un gaz choisi parmi l'azote, l'air et un gaz inerte au contact de l'ammoniac gazeux.
  3. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte la réalisation de l'étape de dilution pour différents taux de dilution et la mesure, pour chaque taux de dilution, de la quantité d'oxydes d'azote à la sortie de l'organe de traitement (26 ; 30).
  4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le taux de dilution de l'ammoniac gazeux est déterminé en fonction d'un ensemble de données associant un taux de dilution à un état de 20 vieillissement.
  5. 5. Dispositif de simulation d'un état de vieillissement d'une ligne d'échappement d'un véhicule automobile, la ligne d'échappement (28) comportant un organe de traitement des oxydes d'azote (26 ; 30), le dispositif comportant des moyens (24 ; 34) d'alimentation de l'organe de traitement en ammoniac gazeux 25 pour réduire les oxydes d'azote, caractérisé en ce que le dispositif comporte des moyens de dilution de l'ammoniac gazeux avec du gaz.
  6. 6. Dispositif de simulation selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un réservoir (34) contenant des sels aptes à libérer de l'ammoniac gazeux en cas d'élévation de température.
  7. 7. Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que l'organe de traitement des oxydes d'azote est du type à réduction catalytique sélective.
  8. 8. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la ligne d'échappement comporte un filtre à particules (26 ; 32), l'organe de traitement étant disposé sur le filtre à particules ou en amont du filtre à particules.
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