FR3010135A1

FR3010135A1 - Systeme d'alimentation en agent reducteur d'une ligne d'echappement

Info

Publication number: FR3010135A1
Application number: FR1358501A
Authority: FR
Inventors: Mathieu Artault; Guillaume Jumel
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2013-09-05
Filing date: 2013-09-05
Publication date: 2015-03-06
Anticipated expiration: 2033-09-05
Also published as: FR3010135B1

Abstract

L'invention porte sur un système d'alimentation (28) en agent réducteur (6) d'une ligne d'échappement (2) équipant un moteur à combustion interne (1) d'un véhicule automobile. Le système d'alimentation (28) comprend une ligne principale d'injection (9) reliant un réservoir (8) d'agent réducteur (6) à un injecteur (7) équipant la ligne d'échappement (2). Le système d'alimentation (8) comprend une ligne secondaire d'injection (15) reliant un premier point (16) d'une paroi supérieure (17) du réservoir (8) à un deuxième point (18) de la ligne d'échappement (2).

Description

SYSTEME D'ALIMENTATION EN AGENT REDUCTEUR D'UNE LIGNE D'ECHAPPEMENT. [0001] L'invention porte sur un système d'alimentation en agent réducteur d'une ligne d'échappement équipant un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, le système d'alimentation comprenant une ligne principale d'injection reliant un réservoir d'agent réducteur à un injecteur équipant la ligne d'échappement. [0002] Le document FR 2959497 décrit un réservoir d'un agent réducteur qui est destiné à être injecté à l'intérieur d'une ligne d'échappement équipant un moteur à combustion interne dont est pourvu un véhicule automobile. La ligne d'échappement est prévue pour évacuer des gaz d'échappement produits par le moteur à combustion interne vers un environnement extérieur au véhicule automobile. L'agent réducteur est apte à réduire des oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement préalablement à leur évacuation vers l'environnement extérieur. Pour ce faire, la ligne d'échappement loge un catalyseur de réduction à l'intérieur duquel a lieu une réaction de réduction des oxydes d'azote. [0003] L'agent réducteur est notamment sous forme d'une solution aqueuse contenant de l'urée, notamment environ 33% d'urée. Après injection à l'intérieur de la ligne d'échappement, l'urée se décompose en ammoniac et en dioxyde de carbone, l'ammoniac réagissant ensuite avec les oxydes d'azote pour former de l'azote et de l'eau. [0004] L'ammoniac est susceptible de se dissocier naturellement de l'agent réducteur à l'intérieur du réservoir, notamment en cas d'une élévation de température de l'agent réducteur pendant un temps suffisant. Différentes situations de vie du véhicule automobile permettent une telle dissociation. Par exemple lors d'une étape de régénération d'un filtre à particules logé à l'intérieur de la ligne d'échappement, la température des gaz d'échappement est susceptible d'être portée à l'intérieur d'une plage de température s'étendant entre 350°C et 650°C, ce qui est suscepible d'entraîner une augmentation de température de l'agent réducteur à l'intérieur du réservoir. Par exemple encore, lors d'une étape d'arrêt prolongé du véhicule automobile en conditions climatiques chaudes, notamment sous une température extérieure supérieure à 30°C, la température des gaz d'échappement et/ou de l'agent réducteur à l'intérieur du réservoir est susceptible d'augmenter suffisamment pour que l'ammoniac se dissocie. Enfin, lors d'une opération de purge de la ligne d'échappement, une aspiration des gaz d'échappement est effectuée, de telle sorte que ces derniers sont introduits au moins partiellement dans le réservoir ce qui augmente la température de l'agent réducteur et facilite une dissociation de l'ammoniac. [0005] Une telle dissociation de l'ammoniac à l'intérieur du réservoir présente des inconvénients. [0006] En premier lieu, lors de l'opération de purge de la ligne d'échappement, une ouverture d'un clapet de décharge équipant le réservoir provoque une évacuation de l'ammoniac vers l'environnement extérieur ce qui induit des nuisances olfactives pour un utilisateur du véhicule automobile. [0007] En deuxième lieu, une telle dissociation induit une perte d'autonomie et d'efficacité à partir d'un gaspillage d'ammoniac qui n'est pas utilisé pour la réduction des oxydes d'azote. [0008] Un but de la présente invention est de proposer un système d'alimentation en agent réducteur d'une ligne d'alimentation équipant un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, le système d'alimentation étant simple, léger et peu encombrant, le système d'alimentation permettant en outre une utilisation efficace de l'agent réducteur en évitant un gaspillage d'ammoniac qui en est issu, le système d'alimentation évitant aussi des évacuations préjudiciables d'ammoniac vers un environnement extérieur au véhicule automobile. [0009] Un système d'alimentation de la présente invention est un système d'alimentation en agent réducteur d'une ligne d'échappement équipant un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. Le système d'alimentation comprend une ligne principale d'injection reliant un réservoir d'agent réducteur à un injecteur équipant la ligne d'échappement. [0010] Selon la présente invention, le système d'alimentation comprend une ligne secondaire d'injection reliant un premier point d'une paroi supérieure du réservoir à un deuxième point de la ligne d'échappement. [0011] On comprend la référence spatiale « supérieure » en fonction du positionnement du réservoir en position de montage dans un véhicule, lui-même disposé sur un plan horizontal. (Il en est de même pour toute autre référence spatiale dans le présent texte, ù l'on considère le système d'alimentation dans sa position de montage, par soucis de simplicité). [0012] La ligne secondaire d'injection est avantageusement équipée d'une enceinte de stockage d'un composé gazeux issu de l'agent réducteur. [0013] Le premier point est de préférence pourvu d'un premier clapet de décharge taré à une première pression. [0014] La ligne principale d'injection est préférentiellement équipée d'une pompe, d'un accumulateur et d'une première vanne de régulation. [0015] La ligne secondaire d'injection est préférentiellement équipée d'une deuxième vanne de régulation interposée entre l'enceinte et le deuxième point. [0016] Le réservoir est avantageusement équipé d'un deuxième clapet de décharge taré à une deuxième pression qui est supérieure à la première pression. [0017] La ligne secondaire d'injection est avantageusement équipée d'un troisième clapet de décharge qui est taré à une troisième pression inférieure à la première pression. [0018] Le système d'alimentation comprend de préférence une ligne complémentaire qui relie un point de liaison de l'accumulateur à un point de connexion de la ligne secondaire d'injection situé entre le premier clapet de décharge et le troisième clapet de de décharge. [0019] Un véhicule automobile de la présente invention est principalement reconnaissable en ce que le véhicule automobile est équipé d'un tel système d'alimentation. [0020] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va en être faite d'exemples de réalisation, en relation avec les figures des planches annexées, dans lesquelles : - La figure 1 est une vue schématique d'un système d'alimentation en agent réducteur de la présente invention. - La figure 2 représente une courbe illustrant un temps de recharge d'une enceinte constitutive dudit système illustré sur la figure précédente en fonction d'un débit d'injection d'agent réducteur à l'intérieur d'une ligne d'échappement. [0021] Un véhicule automobile équipé d'un moteur à combustion interne 1 est pourvu d'une ligne d'échappement 2 pour évacuer vers un environnement extérieur 3 des gaz d'échappement 4 produits par le moteur à combustion interne 1. Les gaz d'échappement 4 contiennent des oxydes d'azote qui sont réduits par l'intermédiaire d'un catalyseur de réduction 5 logé à l'intérieur de la ligne d'échappement 2. La ligne d'échappement 2 loge préférentiellement d'autres systèmes de post-traitement des gaz d'échappement 4, tels qu'un catalyseur d'oxydation, un filtre à particules ou analogue. [0022] Pour permettre une réduction des oxydes d'azote, un agent réducteur 6 est injecté à l'intérieur de la ligne d'échappement 2 par l'intermédiaire d'un injecteur 7 qui est placé sur la ligne d'échappement 2 entre le moteur à combustion à interne 1 et le catalyseur de réduction 5. L'injecteur 7 est en relation avec un réservoir 8 d'agent réducteur 6 par l'intermédiaire d'une ligne principale d'injection 9 à l'intérieur de laquelle l'agent réducteur 6 est acheminé sous forme liquide depuis le réservoir 8 jusqu'à l'injecteur 7. Un tel acheminement est effectué par l'intermédiaire d'une pompe 10 qui équipe la ligne principale d'injection 9. Cette dernière est également pourvue d'un accumulateur 11 qui est destiné à stocker un surplus d'agent réducteur 6 contenu à l'intérieur de la ligne principale d'injection 9. La ligne principale d'injection 9 est également pourvue d'une vanne principale de régulation 12 qui est apte à interdire ou autoriser une circulation de l'agent réducteur 6 à l'intérieur de la ligne principale d'injection 9. [0023] L'agent réducteur 6 est notamment contenu à l'intérieur du réservoir 8 sous forme liquide. L'agent réducteur 6 comprend de préférence un mélange d'eau et d'urée, l'urée étant par exemple dissoute dans l'eau à raison de 33% en volume. L'agent réducteur 6 est injecté à l'intérieur de ligne d'échappement 2, de telle sorte que l'urée se transforme en ammoniac et en dioxyde de carbone, l'ammoniac réagissant ensuite avec les oxydes d'azote pour réduire ces derniers en azote et en eau. [0024] Dans certaines conditions d'utilisation du véhicule automobile, l'urée tend à se dissocier naturellement en ammoniac à l'intérieur du réservoir 8. Il en découle que le réservoir 8 est susceptible de comprendre un volume résiduel 13 contenant de l'ammoniac gazeux, un tel volume résiduel 13 surplombant un volume primaire 14 logeant l'agent réducteur 6 sous forme liquide. [0025] Selon la présente invention, le réservoir 8 est équipé d'une ligne secondaire d'injection 15 qui est ménagée entre un premier point 16 d'une paroi supérieure 17 du réservoir 8 et un deuxième point 18 d'une première paroi 19 de la ligne d'échappement 2 qui est placée entre le moteur à combustion interne 1 et le catalyseur de réduction 5. La paroi supérieure 17 du réservoir 8 délimite au moins partiellement le volume résiduel 13, de telle sorte que le premier point 16 jouxte le volume résiduel 13. Il en résulte que l'ammoniac gazeux contenu à l'intérieur du volume résiduel 13 est en contact avec le premier point 16. [0026] Dans le cas fréquent susvisé où l'agent réducteur 6 comprend un mélange d'eau et d'urée, la ligne secondaire d'injection 15 permet une évacuation d'ammoniac gazeux depuis le réservoir 8 vers la ligne d'échappement 2, l'ammoniac gazeux s'étant dissocié de l'agent réducteur 6, notamment sous l'effet d'une augmentation de température de l'agent réducteur 6. La ligne secondaire d'injection 15 est prévue pour véhiculer des vapeurs d'agent réducteur 6 et/ou d'un de ses composés, de telle sorte que la ligne secondaire d'injection 15 ne plonge pas à l'intérieur du réservoir 8 pour aller y collecter l'agent réducteur 6 sous forme liquide à l'instar de la ligne principale d'injection 9. [0027] Le premier point 16 est préférentiellement équipé d'un premier clapet de décharge 20 qui est taré à une première pression Pl. La première pression P1 est inférieure à une deuxième pression P2 à laquelle est taré un deuxième clapet de décharge 21 qui équipe également la paroi supérieure 17 du réservoir 8 d'agent réducteur 6. Le deuxième clapet de décharge 21 permet une évacuation d'ammoniac vers l'environnement extérieur 3 lorsqu'une pression interne P régnant à l'intérieur du réservoir 8 excède la deuxième pression P2. Le deuxième clapet de décharge 21 constitue un clapet de sécurité pour libérer l'ammoniac vers l'environnement extérieur uniquement en cas de surpression à l'intérieur du réservoir 8, la deuxième pression P2 étant par exemple égale à 5 bars. Il en découle que lorsque la pression interne P est comprise entre la première pression P1 et la deuxième pression P2, l'ammoniac gazeux tend à s'écouler à l'intérieur de la ligne secondaire d'injection 15. La première pression P1 est par exemple égale à 2 bars. [0028] La ligne secondaire d'injection 15 est pourvue d'une enceinte 22 qui forme une réserve de stockage d'un composé gazeux issu de l'agent réducteur 6, ammoniac gazeux notamment, et qui est ménagée entre le premier point 16 et le deuxième point 18. L'enceinte 22 forme un volume tampon dont les dimensions excèdent celles de tubulures reliant d'une part l'enceinte 22 au premier point 16 et d'autre part l'enceinte 22 au deuxième point 18. [0029] La ligne secondaire d'injection 15 est également équipée d'un troisième clapet de de décharge 23 qui est taré à une troisième pression P3 qui est inférieure à la première pression Pl. La troisième pression P3 est par exemple égale à 1,5 bars. La ligne secondaire d'injection 15 comprend encore une deuxième vanne de régulation 24 qui est apte à interdire ou autoriser une circulation de l'agent réducteur 6 à l'intérieur de la ligne secondaire d'injection 15, la deuxième vanne de régulation 24 étant par exemple disposée entre l'enceinte 22 et le deuxième point 18. Ces dispositions visent à permettre un arrosage en ammoniac du catalyseur de réduction 5 rapidement et efficacement dès que la pression interne P excède la première pression P1 et qu'un contrôle moteur pilotant la deuxième vanne de régulation 24 autorise une circulation gazeuse à l'intérieur de la ligne secondaire d'injection 15. La présence de l'enceinte 22 améliore l'efficacité d'un tel arrosage en raison d'une disponibilité accrue d'ammoniac gazeux. [0030] L'accumulateur 11 est relié à la ligne secondaire d'injection 15 par l'intermédiaire d'une ligne complémentaire 25. La ligne complémentaire 25 relie plus particulièrement un point de liaison 26 de l'accumulateur 11 à un point de connexion 27 de la ligne secondaire d'injection 15 qui est préférentiellement situé entre le premier clapet de décharge 20 et le troisième clapet de de décharge 23 pour permettre une circulation d'ammoniac gazeux depuis l'accumulateur 11 vers la ligne secondaire d'injection 15. Le point de liaison 26 est plus particulièrement constitué d'un point haut de l'accumulateur 11 en position d'utilisation de ce dernier. Plus particulièrement, des mouvements montants et descendants d'un niveau d'agent réducteur 6 à l'intérieur de l'accumulateur 11 permettent une recharge régulière et efficace de l'enceinte 22 en ammoniac gazeux, notamment en raison d'un faible tarage du troisième clapet de de décharge 23. [0031] L'ensemble de ces dispositions est tel que la ligne principale d'injection 9 et la ligne secondaire d'injection 15 participent d'un système d'alimentation 28 en agent réducteur 6 de la ligne d'échappement 2 qui évite une évacuation d'ammoniac depuis le réservoir 8 vers l'environnement extérieur 3 et qui augmente des performances d'autonomie et d'efficacité dudit système en minimisant des gaspillages d'ammoniac. Ce but est atteint notamment à partir de la présence de l'enceinte 22 qui stocke de l'ammoniac gazeux immédiatement disponible dès que la deuxième vanne de régulation 24 autorise une circulation gazeuse à l'intérieur de la ligne secondaire d'injection 15. [0032] L'enceinte 22 est avantageusement chargée en ammoniac gazeux notamment lors de deux situations de vie du véhicule automobile. [0033] Lorsque le moteur à combustion interne 1 est à l'arrêt, l'enceinte 22 est rechargée en ammoniac gazeux dès qu'une pression intérieure à l'intérieur de l'accumulateur 11 est supérieure à la troisième pression P3. Une telle situation de vie s'avère fréquente, en raison du fait qu'elle apparait à chaque phase de purge de la ligne principale d'injection 9. [0034] Lorsque le moteur à combustion interne 1 est tournant, les phases de montée et de descente d'un piston de l'accumulateur 11 permettent un prélèvement d'ammoniac gazeux depuis l'accumulateur 11 vers l'enceinte 22 notamment par l'intermédiaire de la ligne complémentaire 25. De telles phases de rechargement en ammoniac gazeux de l'enceinte 22 sont avantageusement d'autant plus fréquentes qu'une demande d'injection d'agent réducteur 6 par l'intermédiaire de la ligne principale d'injection 9 est importante. Il en résulte finalement que lorsque le véhicule automobile émet beaucoup d'oxydes d'azote, le contrôle moteur sollicite une injection d'agent réducteur 6 par l'intermédiaire de la ligne principale d'injection 9, ce qui augmente une recharge en ammoniac gazeux de l'enceinte 22. Un tel comportement est notamment visible sur la figure 2 qui illustre un temps de recharge T de l'enceinte 22 en fonction d'un débit d'injection D d'agent réducteur 6 par l'intermédiaire de la ligne principale d'injection 9. [0035] Un tel système d'alimentation 28 en agent réducteur 6 de la ligne d'échappement 2 permet une injection d'ammoniac gazeux à faible température, par exemple de l'ordre de 140°C, température à laquelle la réduction des oxycbs d'azote est possible, ce qui permet d'améliorer un rendement global de conversion des oxydes d'azote. [0036] Un tel système d'alimentation 28 en agent réducteur 6 de la ligne d'échappement 2 permet aussi d'abaisser un débit moyen d'injection d'agent réducteur 6, notamment lors de fortes demandes de dépollution en oxydes d'azote. [0037] Un tel système d'alimentation 28 en agent réducteur 6 de la ligne d'échappement 2 permet enfin une meilleure admission de l'ammoniac à l'intérieur du catalyseur de réduction 5, en raison de sa forme gazeuse lors de sa délivrance à l'intérieur de ligne d'échappement 2.

Claims

REVENDICATIONS1. Système d'alimentation (28) en agent réducteur (6) d'une ligne d'échappement (2) équipant un moteur à combustion interne (1) d'un véhicule automobile, le système d'alimentation (28) comprenant une ligne principale d'injection (9) reliant un réservoir (8) d'agent réducteur (6) à un injecteur (7) équipant la ligne d'échappement (2), caractérisé en ce que le système d'alimentation (28) comprend une ligne secondaire d'injection (15) reliant un premier point (16) d'une paroi supérieure (17) du réservoir (8) à un deuxième point (18) de la ligne d'échappement (2).
2. Système d'alimentation (28) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la ligne secondaire d'injection (15) est équipée d'une enceinte (22) de stockage d'un composé gazeux issu de l'agent réducteur.
3. Système d'alimentation (28) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier point (16) est pourvu d'un premier clapet de décharge (20) taré à une première pression (P1).
4. Système d'alimentation (28) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ligne principale d'injection (9) est équipée d'une pompe (10), d'un accumulateur (11) et d'une première vanne de régulation (12).
5. Système d'alimentation (28) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la ligne secondaire d'injection (15) est équipée d'une deuxième vanne de régulation (24) interposée entre l'enceinte (22) et le deuxième point (18).
6. Système d'alimentation (28) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le réservoir (8) est équipé d'un deuxième clapet de décharge (21) taré à une deuxième pression (P2) qui est supérieure à la première pression (P1).
7. Système d'alimentation (28) selon la revendication 6, caractérisé en ce que la ligne secondaire d'injection (15) est équipée d'un troisième clapet de décharge (23) qui est taré à une troisième pression (P3) inférieure à la première pression (P1).
8. Système d'alimentation (28) selon les revendications 4 et 7, caractérisé en ce que le système d'alimentation (28) comprend une ligne complémentaire (25) qui relie un point de liaison (26) de l'accumulateur (11) à un point de connexion (27) de la lignesecondaire d'injection (15) situé entre le premier clapet de décharge (20) et le troisième clapet de décharge (23).
9. Véhicule automobile équipé d'un système d'alimentation (28) selon l'une quelconque des revendications précédentes.