FR3123382A1 - Device and method for injecting a fluid into an exhaust duct, associated exhaust line and vehicle - Google Patents

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Jean-Louis Delevallee
Ludovic PERTUIS
Julien Roussilhe
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Faurecia Systemes dEchappement SAS
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Faurecia Systemes dEchappement SAS
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Abstract

Dispositif  et méthode pour injecter un fluide dans un conduit d' échappement , ligne d' échappement et véhicule associés Le dispositif (20)  comprend : - un réservoir (21) de fluide , le fluide étant une solution aqueuse d'urée ; - une enceinte (22) délimitant une chambre de chauffage (32) pour le fluide;  - au moins un élément chauffant (26) configuré pour chauffer le fluide ;  dans lequel la chambre de chauffage (32) contient au moins un catalyseur solide (78) , catalysant la conversion de l'urée en ammoniac. Figure pour l'abrégé : 2Device and method for injecting a fluid into an associated exhaust duct, exhaust line and vehicle The device (20) comprises: - a reservoir (21) of fluid, the fluid being an aqueous solution of urea; - an enclosure (22) delimiting a heating chamber (32) for the fluid; - at least one heating element (26) configured to heat the fluid; wherein the heating chamber (32) contains at least one solid catalyst (78), catalyzing the conversion of urea to ammonia. Figure for abstract: 2

Description

Dispositif et méthode pour injecter un fluide dans un conduit d'échappement , ligne d'échappement et véhicule associésDevice and method for injecting a fluid into an exhaust duct, associated exhaust line and vehicle

La présente invention concerne un dispositif d'injection d'un fluide dans un conduit d'échappement d'un véhicule , le fluide étant une solution aqueuse d'urée .The present invention relates to a device for injecting a fluid into an exhaust duct of a vehicle, the fluid being an aqueous solution of urea.

Dans un tel dispositif d'injection, le fluide est chauffé avant d'être introduit dans le conduit d'échappement.In such an injection device, the fluid is heated before being introduced into the exhaust duct.

Le fluide est injecté à l'intérieur d'une chambre de chauffe dont une extrémité communique avec le conduit d'échappement. Ladite extrémité est fermée par une valve. Pendant le chauffage, la pression à l'intérieur de la chambre augmente. Au-delà d'une certaine pression, l'ouverture de la valve provoque alors un puissant jet de fines gouttelettes de fluide depuis l'intérieur de la chambre vers le conduit d'échappement.The fluid is injected inside a heating chamber, one end of which communicates with the exhaust duct. Said end is closed by a valve. During heating, the pressure inside the chamber increases. Beyond a certain pressure, the opening of the valve then causes a powerful jet of fine droplets of fluid from inside the chamber towards the exhaust duct.

Le chauffage vise également à convertir au moins une partie de l'urée en ammoniac.The heating also aims to convert at least a part of the urea into ammonia.

La ligne d'échappement comprend typiquement un élément de purification par réduction catalytique sélective (SCR en anglais) , disposé en aval du dispositif d'injection. Dans l'élément de purification SCR, les NOx contenus dans les gaz d'échappement réagissent avec l'ammoniac et sont convertis en azote gazeux N2 et en eau.The exhaust line typically comprises a selective catalytic reduction (SCR) purification element, arranged downstream of the injection device. In the SCR purification element, the NOx contained in the exhaust gas reacts with ammonia and is converted into nitrogen gas N2 and in water.

Des dépôts durs sont parfois observés à l'intérieur des chambres de chauffe des dispositifs d'injection existants.Hard deposits are sometimes observed inside the heating chambers of existing injection devices.

Lorsque lesdits dépôts durs sont en grande quantité, ils peuvent empêcher le bon fonctionnement du dispositif d'injection, par exemple en colmatant l'orifice par lequel le fluide est injecté dans le conduit d'échappement, ou en interférant avec la valve fermant ledit orifice.When said hard deposits are in large quantities, they can prevent the correct operation of the injection device, for example by clogging the orifice through which the fluid is injected into the exhaust duct, or by interfering with the valve closing said orifice. .

L'un des buts de l'invention est de remédier à ces inconvénients.One of the aims of the invention is to remedy these drawbacks.

A cet effet, l'invention concerne un dispositif d'injection d'un fluide dans un conduit d'échappement, comprenant :To this end, the invention relates to a device for injecting a fluid into an exhaust duct, comprising:

- un réservoir de fluide , le fluide étant une solution aqueuse d'urée ;- A fluid reservoir, the fluid being an aqueous solution of urea;

- une enceinte délimitant une chambre de chauffage pour le fluide;- an enclosure defining a heating chamber for the fluid;

- un premier système d'injection configuré pour injecter le fluide du réservoir dans la chambre de chauffage ;- a first injection system configured to inject the fluid from the reservoir into the heating chamber;

- au moins un élément chauffant configuré pour chauffer le fluide ; et- at least one heating element configured to heat the fluid; and

- un deuxième système d'injection configuré pour injecter le fluide chauffé de la chambre de chauffage dans le conduit d'échappement ;- a second injection system configured to inject the heated fluid from the heating chamber into the exhaust duct;

dans lequel la chambre de chauffage contient au moins un catalyseur solide , catalysant la conversion de l'urée en ammoniac. wherein the heating chamber contains at least one solid catalyst, catalyzing the conversion of urea to ammonia.

Grâce à l'invention, la conversion de l'urée contenue dans le fluide en ammoniac est facilitée. L’au moins un catalyseur accélère les réactions chimiques transformant l'urée en ammoniac.Thanks to the invention, the conversion of the urea contained in the fluid into ammonia is facilitated. The at least one catalyst accelerates the chemical reactions transforming urea into ammonia.

L'urée est d'abord soumise à une réaction de thermolyse:Urea is first subjected to a thermolysis reaction:

CO (NH2)2NH3+ HNCO (1)CO (NH 2 ) 2 NH 3 + HNCO (1)

L'acide isocyanique HNCO est ensuite hydrolysé:Isocyanic acid HNCO is then hydrolyzed:

HNCO + H2O NH3+ CO2(2)HNCO + H2O NH3 + CO2 ( 2 )

L’acide isocyanique HNCO est très réactif et peut créer des dépôts en réagissant avec d'autres composants. Ajouter un catalyseur accélère la conversion en ammoniac et donc minimise le risque de créer des dépôts.Isocyanic acid HNCO is very reactive and can create deposits by reacting with other components. Adding a catalyst accelerates the conversion to ammonia and therefore minimizes the risk of creating deposits.

Le fait que le catalyseur soit sous forme solide, et se trouve dans la chambre de chauffage, rend l'invention facile à mettre en œuvre.The fact that the catalyst is in solid form, and is located in the heating chamber, makes the invention easy to implement.

En outre, la chaleur fournie par l'élément chauffant est utilisée à la fois pour la mise sous pression du fluide et pour augmenter l'efficacité du catalyseur.Additionally, the heat provided by the heating element is used both to pressurize the fluid and to increase the efficiency of the catalyst.

Selon d'autres caractéristiques de l'invention, prises isolément ou selon toute combinaison techniquement envisageable :According to other characteristics of the invention, taken in isolation or according to any technically possible combination:

- un catalyseur solide catalyse la conversion de l'acide isocyanique en ammoniac ;- a solid catalyst catalyzes the conversion of isocyanic acid into ammonia;

- un catalyseur est choisi dans la liste suivante: oxyde de zirconium ZrO2; oxyde de titane TiO2; oxyde d'aluminium Al2O3; oxyde de silicium SiO2; zéolite Socony Mobil-5 H-ZSM-5 ;- a catalyst is chosen from the following list: zirconium oxide ZrO 2 ; titanium oxide TiO 2 ; aluminum oxide Al 2 O 3 ; silicon oxide SiO 2 ; Socony Mobil-5 H-ZSM-5 zeolite;

- un catalyseur est inclus dans un revêtement déposé sur une surface d'une partie de la chambre de chauffage, ladite surface étant en contact avec le fluide ;- a catalyst is included in a coating deposited on a surface of a part of the heating chamber, said surface being in contact with the fluid;

- un catalyseur est inclus dans un matériau constituant une partie de la chambre de chauffage, ladite partie étant en contact avec le fluide ;- a catalyst is included in a material constituting part of the heating chamber, said part being in contact with the fluid;

- ladite partie est l'enceinte ;- said part is the enclosure;

- la chambre de chauffage comprend un élément de transfert de chaleur, en contact thermique avec l’au moins un élément chauffant et en contact direct avec le fluide remplissant la chambre de chauffage, ladite partie étant l'élément de transfert de chaleur. - the heating chamber comprises a heat transfer element, in thermal contact with the at least one heating element and in direct contact with the fluid filling the heating chamber, said part being the heat transfer element.

L'invention concerne en outre un procédé d'injection d'un fluide dans un conduit d'échappement, le fluide étant une solution aqueuse d'urée,le procédé comprenant les étapes suivantes :The invention further relates to a method for injecting a fluid into an exhaust duct, the fluid being an aqueous solution of urea , the method comprising the following steps:

- injection du fluide dans une chambre de chauffage ;- injection of the fluid into a heating chamber;

- chauffage du fluide à l'intérieur de la chambre de chauffage ; et- heating of the fluid inside the heating chamber; and

- injection du fluide chauffé à partir de la chambre de chauffage dans le conduit d'échappement ;
dans lequel la chambre de chauffage contient au moins un catalyseur solide, catalysant la conversion de l'urée en ammoniac.
- injection of the heated fluid from the heating chamber into the exhaust duct;
wherein the heating chamber contains at least one solid catalyst, catalyzing the conversion of urea to ammonia.

L'invention concerne en outre une ligne d'échappement comprenant un conduit d'échappement et un dispositif d’injection ayant les caractéristiques ci- dessus, pour injecter un fluide dans le conduit d'échappement, le fluide étant une solution aqueuse d'urée, la ligne d'échappement comprenant un organe de purification par réduction catalytique sélective, disposé le long du conduit d'échappement en aval du dispositif d'injection.The invention further relates to an exhaust line comprising an exhaust pipe and an injection device having the above characteristics, for injecting a fluid into the exhaust pipe, the fluid being an aqueous solution of urea , the exhaust line comprising a member for purification by selective catalytic reduction, arranged along the exhaust duct downstream of the injection device.

L'invention concerne en outre un véhicule, avec un moteur thermique et une ligne d'échappement présentant les caractéristiques ci-dessus, la ligne d'échappement recevant les gaz d'échappement émis par le moteur thermique.The invention further relates to a vehicle, with a heat engine and an exhaust line having the above characteristics, the exhaust line receiving the exhaust gases emitted by the heat engine.

D'autres aspects et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, parmi lesquels:Other aspects and advantages of the invention will appear on reading the following description, given by way of example and made with reference to the appended drawings, among which:

[Fi g 1] La est une représentation schématique simplifiée d'un véhicule avec une ligne d'échappement selon l'invention;[Fig 1] The is a simplified schematic representation of a vehicle with an exhaust line according to the invention;

La est une vue en perspective d'une section d'une partie d'un dispositif d'injection de fluide de la ligne d'échappement de la ; The is a perspective view of a section of part of a fluid injection device of the exhaust line of the ;

La est une représentation schématique simplifiée montrant un revêtement contenant l’au moins un catalyseur; et The is a simplified schematic representation showing a coating containing the at least one catalyst; and

La est une représentation schématique simplifiée montrant une pièce en un matériau contenant l'au moins un catalyseur. The is a simplified schematic representation showing a part made of a material containing the at least one catalyst.

Dans ce qui suit, les termes «amont» et « aval» sont définis par rapport au sens général d'écoulement d'un fluide , qui peut être le fluide d'échappement diesel, ou les gaz d'échappement. Le terme « sens général » est entendu ici comme signifiant que, à l'échelle du dispositif d'injection, le fluide est destiné à s’écouler d'amont en aval.In the following, the terms "upstream" and "downstream" are defined with respect to the general direction of flow of a fluid, which may be diesel exhaust fluid, or exhaust gases. The term "general meaning" is understood here as meaning that, at the scale of the injection device, the fluid is intended to flow from upstream to downstream.

Un véhicule 2 est schématisé sur la .A vehicle 2 is schematized on the .

Le véhicule 2 est typiquement un véhicule terrestre, tel qu'une automobile, un camion, un bus, une camionnette ou tout autre véhicule circulant sur une route.The vehicle 2 is typically a land vehicle, such as an automobile, a truck, a bus, a van or any other vehicle traveling on a road.

Alternativement, le véhicule est un train ou un bateau.Alternatively, the vehicle is a train or a boat.

Le véhicule 2 comprend un moteur thermique 4 et une ligne d'échappement 10, la ligne d'échappement 10 recevant les gaz d'échappement émis par le moteur thermique 4.The vehicle 2 comprises a heat engine 4 and an exhaust line 10, the exhaust line 10 receiving the exhaust gases emitted by the heat engine 4.

Le moteur thermique est typiquement un moteur diesel.The heat engine is typically a diesel engine.

Les gaz d'échappement sont purifiés dans la ligne d'échappement 10 et les gaz d'échappement purifiés sont ensuite rejetés dans l'environnement.The exhaust gases are purified in the exhaust line 10 and the purified exhaust gases are then discharged into the environment.

La ligne d’échappement 10 comprend un conduit d'échappement 12, dans lequel circulent les gaz d'échappement, et un dispositif d’injection 20 agencé pour injecter un fluide dans le conduit d'échappement 12 .The exhaust line 10 comprises an exhaust duct 12, in which the exhaust gases circulate, and an injection device 20 arranged to inject a fluid into the exhaust duct 12 .

Le conduit d'échappement 12 a une extrémité amont raccordée à un collecteur (non représenté) collectant les gaz d'échappement produits par le moteur thermique 4.Exhaust duct 12 has an upstream end connected to a manifold (not shown) collecting the exhaust gases produced by heat engine 4.

La ligne d'échappement 10 comprend un organe 11 de purification à réduction catalytique sélective (SCR en anglais), disposé le long du conduit d'échappement 12 en aval du dispositif d'injection 20.The exhaust line 10 comprises a selective catalytic reduction (SCR) purification unit 11, arranged along the exhaust duct 12 downstream of the injection device 20.

La ligne d'échappement 10 comprend typiquement d' autres éléments, qui ne sont pas représentés sur la : un dispositif d'oxydation catalytique , un filtre à particules, la turbine d'un turbocompresseur, un ou plusieurs silencieux, etc.The exhaust line 10 typically includes other elements, which are not shown on the : a catalytic oxidation device, a particulate filter, the turbine of a turbocharger, one or more silencers, etc.

Le fluide est une solution aqueuse d'urée, telle que l'AUS 32 (pour «Aqueous urea solution», ou solution aqueuse d'urée en français), aussi communément appelée Adblue® . Il est parfois appelé fluide d'échappement diesel (DEF en anglais).The fluid is an aqueous urea solution, such as AUS 32 (for " Aqueous urea solution ", or aqueous urea solution in French), also commonly called Adblue®. It is sometimes called Diesel Exhaust Fluid (DEF).

L'Adblue® est une solution aqueuse d'urée composée de 32,5% d'urée et 67,5% d'eau déminéralisée en masse.Adblue® is an aqueous solution of urea composed of 32.5% urea and 67.5% demineralised water by mass.

En alternative, une autre solution aqueuse d'urée est utilisée, par exemple avec une concentration d'urée différente de 32,5% en masse. Alternatively, another aqueous urea solution is used, for example with a different urea concentration of 32.5% by mass.

Au moins une partie de l'urée est convertie en ammoniac gazeux NH3dans le dispositif d'injection 20. Si toute l'urée n'est pas convertie en ammoniac gazeux NH3dans le dispositif d'injection 20, une autre partie est convertie en ammoniac NH3dans le conduit d'échappement 12.At least part of the urea is converted into gaseous ammonia NH 3 in the injection device 20. If all the urea is not converted into gaseous ammonia NH 3 in the injection device 20, another part is converted to ammonia NH 3 in the exhaust duct 12.

Comme expliqué ci-dessus, dans l’organe de purification SCR 11, les NOx contenus dans les gaz d'échappement réagissent avec l'ammoniac et sont convertis en azote gazeux N2et en eau.As explained above, in the SCR purification device 11, the NOx contained in the exhaust gases react with the ammonia and are converted into gaseous nitrogen N 2 and into water.

Comme illustré à la , le dispositif d'injection 20 est fixé sur le conduit 12 (non représenté sur la ) au moyen, par exemple, d'une bride de fixation 14.As shown in , the injection device 20 is fixed to the conduit 12 (not shown in the ) by means, for example, of a fixing flange 14.

Le dispositif d'injection 20 est par exemple configuré pour nébuliser le fluide en gouttelettes de fluide avant son injection dans le conduit 12.The injection device 20 is for example configured to nebulize the fluid into fluid droplets before it is injected into the conduit 12.

Selon une variante, le dispositif d 'injection 20 est configuré pour vaporiser le fluide avant son injection dans le conduit 12. Ainsi, le fluide est passé à l'état gazeux avant son injection dans le conduit 12.According to a variant, the injection device 20 is configured to vaporize the fluid before its injection into the conduit 12. Thus, the fluid has passed into the gaseous state before its injection into the conduit 12.

Le dispositif d'injection 20 comprend un réservoir de fluide 21, une enceinte 22, un premier système d'injection 24, au moins un élément chauffant 26 et un deuxième système d'injection 28 .The injection device 20 comprises a fluid reservoir 21, an enclosure 22, a first injection system 24, at least one heating element 26 and a second injection system 28 .

L’enceinte 22 délimite une chambre de chauffage 32 dans laquelle le fluide est chauffé.The enclosure 22 defines a heating chamber 32 in which the fluid is heated.

L'enceinte 22 est par exemple fermée.The enclosure 22 is for example closed.

Comme cela sera décrit plus loin, cependant, il comprend des orifices permettant au fluide de pénétrer dans la chambre de chauffage 32 et de sortir de la chambre de chauffage 32.As will be described later, however, it includes ports allowing fluid to enter heating chamber 32 and exit heating chamber 32.

Par exemple, l'enceinte 22 comprend une paroi externe 34 tubulaire s'étendant autour d'un axe d'extension A-A' entre une extrémité amont 35 et une extrémité aval 36.For example, enclosure 22 comprises a tubular outer wall 34 extending around an extension axis A-A' between an upstream end 35 and a downstream end 36.

La paroi tubulaire 34 délimite la chambre de chauffage 32 radialement vers l'extérieur. La chambre de chauffage 32 a alors une forme cylindrique selon l'axe d'extension A-A'.The tubular wall 34 delimits the heating chamber 32 radially outwards. The heating chamber 32 then has a cylindrical shape along the axis of extension A-A'.

Le premier système d'injection 24 est configuré pour injecter le fluide à partir du réservoir 21 dans la chambre de chauffage 32.First injection system 24 is configured to inject fluid from reservoir 21 into heating chamber 32.

Par exemple, le premier système d'injection 24 est configuré pour injecter le fluide dans la chambre de chauffage 32 à l'extrémité amont 35 de l'enceinte 22.For example, the first injection system 24 is configured to inject the fluid into the heating chamber 32 at the upstream end 35 of the enclosure 22.

Le premier système d'injection 24 est par exemple une électrovanne. Il comprend un canal 37 mettant le réservoir 21 en communication fluidique avec la chambre de chauffage 32, divisé en un canal amont 37U et un canal aval 37D par une cloison 38. La cloison 38 comprend un orifice d'injection 40.The first injection system 24 is for example a solenoid valve. It comprises a channel 37 putting the reservoir 21 in fluid communication with the heating chamber 32, divided into an upstream channel 37U and a downstream channel 37D by a partition 38. The partition 38 comprises an injection orifice 40.

Le premier système d 'injection 24 comprend en outre un obturateur 42, un organe élastique 44 et un actionneur 46.The first injection system 24 further comprises a shutter 42, an elastic member 44 and an actuator 46.

L'obturateur 42 est configuré pour être déplacé entre une position fermée dans laquelle l'orifice 40 est fermé par l’obturateur 42, et une position ouverte dans laquelle l'orifice 40 est dégagé et laisse s'écouler le fluide.Shutter 42 is configured to be moved between a closed position in which orifice 40 is closed by shutter 42, and an open position in which orifice 40 is unobstructed and allows fluid to flow.

L’organe élastique 44 est configuré pour solliciter l’obturateur 42 en position fermée. L'organe élastique 44 est par exemple un ressort apte à exercer une force de rappel sur l'obturateur 42 pour l'entraîner vers sa position fermée.The elastic member 44 is configured to urge the shutter 42 into the closed position. The elastic member 44 is for example a spring capable of exerting a return force on the shutter 42 to drive it towards its closed position.

L'actionneur 46 est configuré pour déplacer l'obturateur 42 de la position fermée à la position ouverte contre la force de rappel exercée par l’organe élastique 44.The actuator 46 is configured to move the shutter 42 from the closed position to the open position against the restoring force exerted by the elastic member 44.

L'enceinte 22 comprend en outre un fond supérieur 48 et un fond inférieur 50, fermant respectivement l'extrémité amont 35 et l'extrémité aval 36 de la paroi externe 34 tubulaire.The enclosure 22 further comprises an upper bottom 48 and a lower bottom 50, respectively closing the upstream end 35 and the downstream end 36 of the outer wall 34 tubular.

Le canal aval 37D est délimité par le fond supérieur 48.The downstream channel 37D is delimited by the upper bottom 48.

La cloison 40 fait partie du fond supérieur 48.The partition 40 is part of the upper bottom 48.

Le canal aval 37D est en communication fluidique avec la chambre de chauffe par plusieurs passages 52, agencés à travers le fond supérieur 48.The downstream channel 37D is in fluid communication with the heating chamber by several passages 52, arranged through the upper bottom 48.

L’au moins un élément chauffant 26 est disposé autour de la paroi extérieure tubulaire 34, sur un côté radialement extérieur de la paroi, à l'opposé de la chambre de chauffage 32.The at least one heating element 26 is arranged around the tubular outer wall 34, on a radially outer side of the wall, opposite the heating chamber 32.

L’au moins un élément chauffant 26 chauffe le fluide injecté dans la chambre de chauffage par conduction à travers la paroi externe 34 tubulaire.The at least one heating element 26 heats the fluid injected into the heating chamber by conduction through the tubular outer wall 34.

L'au moins un élément chauffant 26 est de tout type adapté pour chauffer le fluide à travers la paroi externe tubulaire 34. Par exemple, c’est une résistance électrique.The at least one heating element 26 is of any type suitable for heating the fluid through the tubular outer wall 34. For example, it is an electrical resistance.

Le dispositif d'injection 20 comprend un élément chauffant 26 ou plusieurs éléments chauffants.The injection device 20 includes a heating element 26 or more heating elements.

La paroi externe tubulaire 34 est en un matériau ayant de bonnes propriétés de conduction thermique, par exemple en acier austénitique.The tubular outer wall 34 is made of a material having good thermal conduction properties, for example austenitic steel.

Par exemple, l’au moins un élément chauffant 26 est destiné à chauffer le fluide à une température supérieure à 20 ° C, par exemple entre 20°C et 500°C, de préférence entre 70°C et 300°C, plus préférentiellement entre 140°C et 200°C. For example, the at least one heating element 26 is intended to heat the fluid to a temperature above 20° C., for example between 20° C. and 500° C., preferably between 70° C. and 300° C., more preferably between 140°C and 200°C .

L’au moins un élément chauffant 26 comprend en outre au moins un élément de connexion 54 relié à une source de courant électrique du véhicule par des rubans 56 en un matériau conducteur de l'électricité. La source de courant électrique fournit un courant électrique à l’au moins un élément chauffant 26.The at least one heating element 26 further comprises at least one connection element 54 connected to a source of electric current of the vehicle by strips 56 made of an electrically conductive material. The electric current source supplies electric current to the at least one heating element 26.

Le dispositif d'injection 20 comprend en outre une couche de matériau d'isolation thermique 58, disposée autour de l'au moins un élément chauffant 26, radialement vers l'extérieur.The injection device 20 further comprises a layer of thermal insulation material 58, arranged around the at least one heating element 26, radially outwards.

Le dispositif d'injection 20 comprend en outre un couvercle inférieur 60 disposé autour de la couche de matériau isolant. Le couvercle inférieur 60 est solidaire de la bride 14.The injection device 20 further comprises a lower cover 60 arranged around the layer of insulating material. The lower cover 60 is integral with the flange 14.

Le deuxième système d'injection 28 est configuré pour injecter le fluide chauffé de la chambre de chauffage 32 dans le conduit d'échappement 12.The second injection system 28 is configured to inject the heated fluid from the heating chamber 32 into the exhaust duct 12.

Le deuxième système d'injection 28 est par exemple une électrovanne similaire au premier système d'injection 24. Le deuxième système d'injection 28 comprend donc un orifice d'injection 62, un obturateur 64, un organe élastique 66 et un actionneur 68.The second injection system 28 is for example a solenoid valve similar to the first injection system 24. The second injection system 28 therefore comprises an injection orifice 62, a shutter 64, an elastic member 66 and an actuator 68.

L'orifice d'injection 62 est ménagé à travers le fond inférieur 50. Le fluide est injecté dans le conduit d'échappement 12 à travers l'orifice d'injection 62 .The injection orifice 62 is provided through the lower bottom 50. The fluid is injected into the exhaust conduit 12 through the injection orifice 62 .

L'obturateur 64 est configuré pour être déplacé entre une position fermée dans laquelle l'orifice 62 est fermé par l’obturateur 64 et une position ouverte dans laquelle l'orifice 62 est ouvert et le fluide chauffé peut s'écouler à travers l'orifice 62 .Shutter 64 is configured to be moved between a closed position in which port 62 is closed by shutter 64 and an open position in which port 62 is open and heated fluid can flow through the port 62 .

L'organe élastique 66 est configuré pour solliciter l'obturateur 64 en position fermée. L'organe élastique 66 est par exemple un ressort apte à exercer une force de rappel sur l'obturateur 64 pour l'entraîner vers sa position fermée.The elastic member 66 is configured to urge the shutter 64 into the closed position. The elastic member 66 is for example a spring capable of exerting a return force on the shutter 64 to drive it towards its closed position.

L'actionneur 68 est configuré pour déplacer l'obturateur 64 de la position fermée à la position ouverte contre la force de rappel exercée par l’organe élastique 66.The actuator 68 is configured to move the shutter 64 from the closed position to the open position against the restoring force exerted by the elastic member 66.

Dans l'exemple illustré à la , l’organe élastique 66 est disposé dans le canal aval 37D, l'actionneur 68 étant disposé autour du canal aval 37D.In the example shown in , the elastic member 66 is arranged in the downstream channel 37D, the actuator 68 being arranged around the downstream channel 37D.

Avantageusement, l'enceinte 22 comprend en outre un manchon central d'isolation thermique 70 s'étendant à l'intérieur de la chambre de chauffage 32, par exemple, selon l'axe d'extension A-A'.Advantageously, the enclosure 22 further comprises a central thermal insulation sleeve 70 extending inside the heating chamber 32, for example, along the axis of extension A-A'.

Selon l'exemple illustré à la , le deuxième système d'injection 28 comprend en outre une tige de commande 72 solidaire de l'organe élastique 66 et de l'obturateur 64. L’organe élastique 66 et l'actionneur 68 sont configurés pour déplacer l'obturateur 64 entre la position fermée et la position ouverte en sollicitant la tige de commande 72. La tige de commande 72 s'étend par exemple à l’intérieur du manchon central 70 et à travers le fond supérieur 48, entre l'organe élastique 66 et l'obturateur 64 .According to the example shown in , the second injection system 28 further comprises a control rod 72 integral with the elastic member 66 and the shutter 64. The elastic member 66 and the actuator 68 are configured to move the shutter 64 between the closed position and the open position by urging the control rod 72. The control rod 72 extends for example inside the central sleeve 70 and through the upper bottom 48, between the elastic member 66 and the shutter 64 .

Avantageusement, la chambre de chauffage 32 comprend un élément de transfert thermique 77, en contact thermique avec l'au moins un élément chauffant 26 et en contact direct avec le fluide remplissant la chambre de chauffage 32.Advantageously, the heating chamber 32 comprises a heat transfer element 77, in thermal contact with the at least one heating element 26 and in direct contact with the fluid filling the heating chamber 32.

L'élément de transfert thermique 77 est en un matériau ayant de bonnes propriétés de conduction thermique. Il est en contact direct avec la paroi tubulaire 34 de sorte que la chaleur est transférée par conduction de la paroi tubulaire 34 à l'élément de transfert thermique 77, et par convection de l'élément de transfert thermique 77 au fluide.The heat transfer element 77 is made of a material having good heat conduction properties. It is in direct contact with the tubular wall 34 so that heat is transferred by conduction from the tubular wall 34 to the heat transfer element 77, and by convection from the heat transfer element 77 to the fluid.

Dans l'exemple ci-dessus, l'élément de transfert thermique 77 a la forme d'une hélice, agencée autour de l'axe A-A'.In the example above, the heat transfer element 77 has the shape of a helix, arranged around the axis A-A'.

Il s'étend de l'extrémité amont à l'extrémité aval de la chambre de chauffage 32.It extends from the upstream end to the downstream end of the heating chamber 32.

L'élément de transfert thermique 77 définit un passage hélicoïdal pour le fluide, de l'extrémité amont 35 à l'extrémité aval 36 de la chambre de chauffage 32.The heat transfer element 77 defines a helical fluid passage from the upstream end 35 to the downstream end 36 of the heating chamber 32.

Par exemple, l'élément de transfert thermique 77 est constitué d'un ruban agencé en hélice, un bord du ruban étant en contact direct avec la paroi tubulaire 34, et le bord opposé du ruban étant en contact direct avec le manchon central 70.For example, the thermal transfer element 77 consists of a ribbon arranged in a helix, one edge of the ribbon being in direct contact with the tubular wall 34, and the opposite edge of the ribbon being in direct contact with the central sleeve 70.

Selon l'invention, la chambre de chauffage 32 contient au moins un catalyseur solide 78, catalysant la conversion de l'urée en ammoniac.According to the invention, the heating chamber 32 contains at least one solid catalyst 78, catalyzing the conversion of urea into ammonia.

Le catalyseur 78 est sous forme solide. Il est disposé à l'intérieur de la chambre de chauffage 32, et reste en permanence à l'intérieur de la chambre de chauffage 32.Catalyst 78 is in solid form. It is placed inside the heating chamber 32, and remains permanently inside the heating chamber 32.

Comme expliqué ci-dessus, l'urée est convertie en ammoniac NH3par deux réactions successives.As explained above, urea is converted into ammonia NH 3 by two successive reactions.

L'urée est d'abord soumise à une réaction de thermolyse:Urea is first subjected to a thermolysis reaction:

CO (NH2)2NH3+ HNCO (1)CO (NH 2 ) 2 NH 3 + HNCO (1)

L'acide isocyanique HNCO est ensuite soumis à une réaction d'hydrolyse:Isocyanic acid HNCO is then subjected to a hydrolysis reaction:

HNCO + H2O NH3+ CO2(2)HNCO + H2O NH3 + CO2 ( 2 )

La réaction globale est:The overall reaction is:

CO (NH2)2+ H2O 2 NH3+ CO2 CO (NH 2 ) 2 + H 2 O 2 NH 3 + CO 2

L’au moins un catalyseur solide 78 catalyse avantageusement la conversion de l'acide isocyanique en ammoniac, c'est-à-dire la réaction d'hydrolyse.The at least one solid catalyst 78 advantageously catalyzes the conversion of isocyanic acid into ammonia, that is to say the hydrolysis reaction.

L’au moins un catalyseur 78 est choisi dans la liste suivante: oxyde de zirconium ZrO2; oxyde de titane TiO2; oxyde d'aluminium Al2O3; oxyde de silicium SiO2; zéolite Socony Mobil-5 H-ZSM-5.The at least one catalyst 78 is chosen from the following list: zirconium oxide ZrO 2 ; titanium oxide TiO 2 ; aluminum oxide Al 2 O 3 ; silicon oxide SiO 2 ; Socony Mobil-5 H-ZSM-5 zeolite.

Selon un mode de réalisation, un seul catalyseur est utilisé. Ledit catalyseur est choisi dans la liste ci-dessus.According to one embodiment, a single catalyst is used. Said catalyst is selected from the above list.

Selon un autre mode de réalisation, plusieurs catalyseurs sont utilisés ensemble. Avantageusement, chaque catalyseur est choisi dans la liste ci-dessus.According to another embodiment, several catalysts are used together. Advantageously, each catalyst is chosen from the above list.

Selon un mode de réalisation représenté sur la , l’au moins un catalyseur 78 est inclus dans un revêtement 80 déposé sur une surface d'une partie de la chambre de chauffage, ladite surface étant en contact avec le fluide.According to an embodiment shown in the , the at least one catalyst 78 is included in a coating 80 deposited on a surface of part of the heating chamber, said surface being in contact with the fluid.

De préférence, ladite partie est l'enceinte 22.Preferably, said part is enclosure 22.

Dans ce cas, le revêtement contenant le catalyseur est déposé sur un ou plusieurs des éléments suivants de l'enceinte: la paroi tubulaire 34, le fond supérieur 48, le fond inférieur 50, le manchon central 70 .In this case, the coating containing the catalyst is deposited on one or more of the following elements of the enclosure: the tubular wall 34, the upper bottom 48, the lower bottom 50, the central sleeve 70 .

En variante, ladite partie est l'élément de transfert de chaleur 77. En d'autres termes, le revêtement contenant le catalyseur est appliqué sur l'élément de transfert thermique 77.Alternatively, said part is the heat transfer element 77. In other words, the coating containing the catalyst is applied to the heat transfer element 77.

Avantageusement, la pièce(s) sur lequel le revêtement 80 est déposé est en acier inoxydable.Advantageously, the part(s) on which the coating 80 is deposited is made of stainless steel.

Selon un autre mode de réalisation représenté sur la , l’au moins un catalyseur 78 est inclus dans un matériau constituant une partie de la chambre de chauffage.According to another embodiment shown in the , the at least one catalyst 78 is included in a material constituting part of the heating chamber.

Là encore, ladite partie est de préférence l'enceinte 22.Again, said part is preferably enclosure 22.

Dans ce cas, le catalyseur est inclus dans le matériau constituant un ou plusieurs des éléments suivants de l'enceinte: la paroi tubulaire 34, le fond supérieur 48, le fond inférieur 50, le manchon central 70.In this case, the catalyst is included in the material constituting one or more of the following elements of the enclosure: the tubular wall 34, the upper bottom 48, the lower bottom 50, the central sleeve 70.

En variante, ladite pièce est l'élément de transfert thermique 77.Alternatively, said part is the heat transfer element 77.

Le fonctionnement du dispositif d'injection 20 est décrit ci-dessous.The operation of the injection device 20 is described below.

Le premier système d'injection 24 injecte du fluide du réservoir 21 dans la chambre de chauffage 32.The first injection system 24 injects fluid from the reservoir 21 into the heating chamber 32.

Le fluide est injecté dans la chambre de chauffage 32 à l'extrémité amont 35 de l'enceinte 22.The fluid is injected into the heating chamber 32 at the upstream end 35 of the enclosure 22.

Le fluide est ensuite chauffé par l’au moins un élément chauffant 26.The fluid is then heated by the at least one heating element 26.

Le fluide circule entre l'extrémité amont 35 et l'extrémité aval 36.The fluid circulates between the upstream end 35 and the downstream end 36.

Il suit le passage hélicoïdal défini par l'élément de transfert thermique 77.It follows the helical passage defined by the heat transfer element 77.

Lorsque le fluide a atteint une température prédéfinie, le deuxième système d'injection 28 injecte le fluide chauffé depuis la chambre de chauffage 32 dans le conduit d'échappement 12, par exemple depuis l'extrémité aval 36 de l'enceinte 22.When the fluid has reached a predefined temperature, the second injection system 28 injects the heated fluid from the heating chamber 32 into the exhaust duct 12, for example from the downstream end 36 of the enclosure 22.

Pendant le chauffage du fluide dans la chambre de chauffage 32, au moins une partie de l'urée contenue dans le fluide est convertie en ammoniac gazeux NH3. Si toute l'urée n'est pas convertie en ammoniac gazeux NH3dans la chambre de chauffe, une autre partie est convertie en ammoniac NH3dans le conduit d'échappement 12.During the heating of the fluid in the heating chamber 32, at least part of the urea contained in the fluid is converted into gaseous ammonia NH 3 . If all the urea is not converted into gaseous ammonia NH 3 in the heating chamber, another part is converted into ammonia NH 3 in the exhaust pipe 12.

L'urée est soumise à une réaction de thermolyse et génère de l'acide isocyanique et de l'ammoniaque. L'acide isocyanique est ensuite soumis à une réaction d'hydrolyse.Urea undergoes a thermolysis reaction and generates isocyanic acid and ammonia. The isocyanic acid is then subjected to a hydrolysis reaction.

L’au moins un catalyseur 78 accélère la conversion de l'urée en ammoniac gazeux NH3, en particulier la réaction d'hydrolyse.The at least one catalyst 78 accelerates the conversion of urea into gaseous ammonia NH 3 , in particular the hydrolysis reaction.

Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un procédé d'injection d'un fluide dans un conduit d'échappement 12, le fluide étant une solution aqueuse d'urée.According to a second aspect, the invention relates to a method for injecting a fluid into an exhaust duct 12, the fluid being an aqueous urea solution.

Le procédé est spécialement adapté pour être mis en œuvre avec le dispositif d'injection décrit ci-dessus. A l'inverse, le dispositif d'injection décrit ci-dessus est spécialement conçu pour mettre en œuvre le procédé d'injection.The method is specially adapted to be implemented with the injection device described above. Conversely, the injection device described above is specially designed to implement the injection method.

Le procédé comprend les étapes suivantes :The process includes the following steps:

- injection du fluide dans une chambre de chauffage 32 ;- Injection of the fluid into a heating chamber 32;

- chauffage du fluide à l'intérieur de la chambre de chauffage 32 ; et- heating of the fluid inside the heating chamber 32; and

- injection du fluide chauffé de la chambre de chauffage 32 dans le conduit d'échappement 12.- injection of the heated fluid from the heating chamber 32 into the exhaust duct 12.

Selon l'invention, la chambre de chauffage 32 contient au moins un catalyseur solide 78, catalysant la conversion de l'urée en ammoniac .According to the invention, the heating chamber 32 contains at least one solid catalyst 78, catalyzing the conversion of urea into ammonia.

Le fluide est tel que défini ci-dessus.The fluid is as defined above.

La chambre de chauffage 32 est telle que définie ci-dessus.Heating chamber 32 is as defined above.

Le fluide est injecté dans la chambre de chauffage 32 au moyen du premier système d'injection 24 défini ci-dessus.The fluid is injected into the heating chamber 32 by means of the first injection system 24 defined above.

Le fluide à l'intérieur de la chambre de chauffage 32 est chauffé par l’au moins un élément chauffant 26 défini ci-dessus.The fluid inside the heating chamber 32 is heated by the at least one heating element 26 defined above.

Le fluide chauffé est injecté à partir de la chambre de chauffage 32 dans le conduit d'échappement 12 par le second système d'injection 28 défini ci-dessus.The heated fluid is injected from the heating chamber 32 into the exhaust conduit 12 by the second injection system 28 defined above.

L’au moins un catalyseur solide 78 est tel que défini ci-dessus.The at least one solid catalyst 78 is as defined above.

L'invention présente de nombreux avantages.The invention has many advantages.

Etant donné que l’au moins un catalyseur solide catalyse la conversion de l'acide isocyanique en ammoniac, l'acide isocyanique disparaît rapidement, dès qu'il est formé par la réaction de thermolyse. En conséquence, l'acide isocyanique n'est pas disponible pour réagir avec d'autres éléments et créer des dépôts.Since the at least one solid catalyst catalyzes the conversion of isocyanic acid to ammonia, the isocyanic acid disappears quickly, as soon as it is formed by the thermolysis reaction. As a result, isocyanic acid is not available to react with other elements and create deposits.

Un catalyseur choisi dans la liste suivante convient particulièrement bien pour l'invention : oxyde de zirconium ZrO2; oxyde de titane TiO2; oxyde d'aluminium Al2O3; oxyde de silicium SiO2; zéolite Socony Mobil-5 H-ZSM-5 . Un tel catalyseur est particulièrement efficace pour accélérer la conversion de l'urée en ammoniac.A catalyst chosen from the following list is particularly suitable for the invention: zirconium oxide ZrO 2 ; titanium oxide TiO 2 ; aluminum oxide Al 2 O 3 ; silicon oxide SiO 2 ; Socony Mobil-5 H-ZSM-5 zeolite. Such a catalyst is particularly effective in accelerating the conversion of urea into ammonia.

Il est particulièrement pratique que l’au moins un catalyseur soit inclus dans un revêtement déposé sur une partie de la chambre de chauffage. Il permet un bon contact entre le fluide et l’au moins un catalyseur, puisque le revêtement est déposé sur une surface de la pièce qui est en contact avec le fluide. Le revêtement est une couche mince, donnant ainsi accès à la plupart des molécules du catalyseur. La production de pièces avec un revêtement est simple et économique. Etant donné que l’au moins un catalyseur est inclus dans un revêtement mince, il n'augmente pas le volume total occupé par la chambre de chauffage. Le revêtement est conçu avec son support pour que le dispositif fonctionne dans de bonnes conditions (volume, surface d'échange, poids…).It is particularly convenient for the at least one catalyst to be included in a coating deposited on a part of the heating chamber. It allows good contact between the fluid and the at least one catalyst, since the coating is deposited on a surface of the part which is in contact with the fluid. The coating is a thin layer, thus providing access to most of the catalyst molecules. The production of parts with a coating is simple and economical. Since the at least one catalyst is embedded in a thin coating, it does not increase the total volume occupied by the heating chamber. The coating is designed with its support so that the device operates in good conditions (volume, exchange surface, weight, etc.).

Il est également pratique que l’au moins un catalyseur soit inclus dans le matériau constituant une partie de la chambre de chauffage. La production de telles pièces est simple et économique. Etant donné que l’au moins un catalyseur est inclus dans le matériau constituant la pièce, cela n'augmente pas le volume total occupé par la chambre de chauffage. Cela permet au dispositif de fonctionner dans de bonnes conditions (volume, surface d'échange, poids…).It is also convenient for the at least one catalyst to be included in the material forming part of the heating chamber. The production of such parts is simple and economical. Since the at least one catalyst is included in the material constituting the part, this does not increase the total volume occupied by the heating chamber. This allows the device to operate in good conditions (volume, exchange surface, weight, etc.).

Il est particulièrement avantageux que ladite partie soit l'enceinte, car elle offre une grande surface en contact avec le fluide.It is particularly advantageous for said part to be the enclosure, since it offers a large surface in contact with the fluid.

Il en va de même lorsque ladite partie est l'élément de transfert de chaleur.The same applies when said part is the heat transfer element.

D'autres modes de réalisation peuvent être envisagés.Other embodiments can be considered.

Par exemple, l‘au moins un catalyseur solide peut être porté par une pièce dédiée, reçue dans la chambre de chauffage. La pièce dédiée n'a pas d'autre fonction que de porter l’au moins un catalyseur solide.For example, the at least one solid catalyst can be carried by a dedicated part, received in the heating chamber. The dedicated part has no other function than to carry the at least one solid catalyst.

L’au moins un élément chauffant n'est pas nécessairement à l'extérieur de la chambre de chauffage. Dans un mode de réalisation, il se trouve à l'intérieur de la chambre de chauffage.The at least one heating element is not necessarily outside the heating chamber. In one embodiment, it is inside the heating chamber.

Claims (10)

Dispositif (20) pour injecter un fluide dans un conduit d'échappement (12), comprenant :
- un réservoir (21) de fluide , le fluide étant une solution aqueuse d'urée
- une enceinte (22) délimitant une chambre de chauffage (32) pour le fluide;
- un premier système d'injection (24) configuré pour injecter le fluide du réservoir (21) dans la chambre de chauffage (32) ;
- au moins un élément chauffant (26) configuré pour chauffer le fluide ; et
- un deuxième système d'injection (28) configuré pour injecter le fluide chauffé de la chambre de chauffage (32) dans le conduit d'échappement (12) ;
dans lequel la chambre de chauffage (32) contient au moins un catalyseur solide (78) , catalysant la conversion de l'urée en ammoniac.
Device (20) for injecting a fluid into an exhaust duct (12), comprising:
- a reservoir (21) of fluid, the fluid being an aqueous solution of urea
- an enclosure (22) defining a heating chamber (32) for the fluid;
- a first injection system (24) configured to inject fluid from the reservoir (21) into the heating chamber (32);
- at least one heating element (26) configured to heat the fluid; and
- a second injection system (28) configured to inject the heated fluid from the heating chamber (32) into the exhaust duct (12);
wherein the heating chamber (32) contains at least one solid catalyst (78), catalyzing the conversion of urea to ammonia.
Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l’au moins un catalyseur solide (78) catalyse la conversion de l'acide isocyanique en ammoniac.Apparatus according to claim 1, wherein the at least one solid catalyst (78) catalyzes the conversion of isocyanic acid to ammonia. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’au moins un catalyseur (78) est choisi dans la liste suivante: oxyde de zirconium ZrO2; oxyde de titane TiO2; oxyde d'aluminium Al2O3; oxyde de silicium SiO2; zéolite Socony Mobil-5 H-ZSM-5.Device according to Claim 1 or 2, in which the at least one catalyst (78) is chosen from the following list: zirconium oxide ZrO 2 ; titanium oxide TiO 2 ; aluminum oxide Al 2 O 3 ; silicon oxide SiO 2 ; Socony Mobil-5 H-ZSM-5 zeolite. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’au moins un catalyseur (78) est inclus dans un revêtement (80) déposé sur une surface d'une partie de la chambre de chauffage (32), ladite surface étant en contact avec le fluide.Device according to any one of claims 1 to 3, in which the at least one catalyst (78) is included in a coating (80) deposited on a surface of a part of the heating chamber (32), said surface being in contact with the fluid. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’au moins un catalyseur (78) est inclus dans un matériau constituant une partie de la chambre de chauffage (32), ladite partie étant en contact avec le fluide .Device according to any one of Claims 1 to 4, in which the at least one catalyst (78) is included in a material constituting a part of the heating chamber (32), said part being in contact with the fluid. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, dans lequel ladite partie est l'enceinte (22).Apparatus according to claim 4 or 5, wherein said part is the enclosure (22). Dispositif selon la revendication 4 ou 5, dans lequel la chambre de chauffage (32) comprend un élément de transfert de chaleur (77), en contact thermique avec l’au moins un élément chauffant (26) et en contact direct avec le fluide remplissant la chambre de chauffage (32), ladite partie étant l'élément de transfert de chaleur (77).Device according to Claim 4 or 5, in which the heating chamber (32) comprises a heat transfer element (77), in thermal contact with the at least one heating element (26) and in direct contact with the filling fluid. the heating chamber (32), said part being the heat transfer element (77). Procédé d'injection d'un fluide dans un conduit d'échappement (12), le fluide étant une solution aqueuse d'urée,le procédé comprenant les étapes suivantes :
- injection du fluide dans une chambre de chauffage (32) ;
- chauffage du fluide à l'intérieur de la chambre de chauffage (32) ; et
- injection du fluide chauffé à partir de la chambre de chauffage (32) dans le conduit d'échappement (12) ;
dans lequel la chambre de chauffage (32) contient au moins un catalyseur solide, catalysant la conversion de l'urée en ammoniac.
Method of injecting a fluid into an exhaust duct (12), the fluid being an aqueous solution of urea , the method comprising the following steps:
- injection of the fluid into a heating chamber (32);
- heating the fluid inside the heating chamber (32); and
- injection of the heated fluid from the heating chamber (32) into the exhaust duct (12);
wherein the heating chamber (32) contains at least one solid catalyst, catalyzing the conversion of urea to ammonia.
Ligne d'échappement (10) comprenant un conduit d'échappement (12) et un dispositif d’injection (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 pour injecter un fluide dans le conduit d'échappement (12), le fluide étant une solution aqueuse d'urée, la ligne d'échappement (10) comprenant un organe de purification par réduction catalytique sélective (11), disposé le long du conduit d'échappement (12) en aval du dispositif d'injection (20).Exhaust line (10) comprising an exhaust duct (12) and an injection device (20) according to any one of claims 1 to 7 for injecting a fluid into the exhaust duct (12), the fluid being an aqueous urea solution, the exhaust line (10) comprising a member for purification by selective catalytic reduction (11), arranged along the exhaust duct (12) downstream of the injection device (20 ). Véhicule (2), avec un moteur thermique (4) et une ligne d'échappement (10) selon la revendication 9, la ligne d'échappement (10) recevant des gaz d'échappement émis par le moteur thermique (4).
Vehicle (2), with a heat engine (4) and an exhaust line (10) according to claim 9, the exhaust line (10) receiving exhaust gases emitted by the heat engine (4).
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