WO2012080608A1 - Ligne d'echappement pour vehicule automobile et methode d'epuration de gaz d'echappement produits par un moteur thermique equipant ce vehicule - Google Patents

Ligne d'echappement pour vehicule automobile et methode d'epuration de gaz d'echappement produits par un moteur thermique equipant ce vehicule Download PDF

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exhaust
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scr2
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Julien Chapel
Philippe Chevalier
Nicolas Ferrand
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Peugeot Citroen Automobiles Sa
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Definitions

  • the present invention is in the field of purification of exhaust gases that produces a heat engine, equipping a motor vehicle in particular, and more particularly the treatment modalities by selective catalytic reduction of harmful components that comprise these gases.
  • exhaust 'exhaust. It relates to an exhaust line equipped with exhaust gas treatment devices for their purification prior to their discharge into the atmosphere, and an exhaust gas cleaning method implementing such a line of exhaust gas. exhaust, including selective catalytic reduction to remove nitrogen oxides they contain.
  • a combustion engine fitted to a vehicle is a producer of exhaust gases that are released into the air and which contain harmful components that must be treated before being released into the atmosphere.
  • the vehicle is equipped with an exhaust line which comprises an exhaust gas flow duct from the engine to the outside of the motor vehicle, and various components for treating exhaust gases and purifying them beforehand. rejection.
  • nitrogen oxides are known (NOx, x being equal to 1 and / or 2) which must be reduced to avoid their release in the open air .
  • SCRS selective catalytic reduction system
  • a reducing reagent is injected into the duct by being mixed with the exhaust gas, this mixture circulating towards a specific catalyst element, called SCR element according to the acronym “Selective Catalytic Reduction", which is disposed downstream of the injector according to the direction of flow of the exhaust gases inside the line exhaust.
  • the reducing reagent comprises urea or is a precursor of urea or the like.
  • the urea contained inside the reducing reagent is dissociated into ammonia by pyrolysis at 120 ° C. and by hydrolysis at 180 ° C., the ammonia reducing to nitrogen and water the nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas.
  • the injected reducing reagent is ammonia, which is directly exploited by the SCR element to reduce the nitrogen oxides.
  • the SCR element is formed in particular of a body arranged in bread, brick or other similar body especially impregnated with a reactive agent, which may be placed upstream or downstream of a particulate filter.
  • a filtration of the particles contained in the exhaust gas is likely to occur before or after the implementation of the purification of the exhaust gas by the catalytic reduction system selective SCRS.
  • the upstream and downstream relative positions between the element SCR and the particulate filter on the exhaust line are chosen according to the results specifically sought and the various elements for treating the exhaust gases that comprise the exhaust line for the overall treatment of the exhaust gases.
  • Another constraint lies in the preservation and durability of the bodies that make up the exhaust line. For example, it is to avoid a fouling in all or part of the exhaust pipe and / or other organs that includes the exhaust line, the risk of altering its operation with respect to the purification of exhaust gas and / or at the risk of requiring regular and / or expensive maintenance operations.
  • Another constraint lies in obtaining an exhaust line for its easy implementation on the vehicle. A desirable position of the SCR element on the exhaust line is as close as possible to the output of the engine, in a so-called hot zone of the exhaust line when the exhaust gases are at a high temperature.
  • the volume occupied by the SCR element must be sufficient for the implementation of the said double reaction to be obtained, which however makes its implementation close to the thermal engine difficult because of its size.
  • the implementation on the vehicle of the SCR element in so-called cold zone of the exhaust line located in particular underbody of the vehicle, is then advantageous to optimize the volume of the SCR element.
  • such an implementation is performed at the expense of obtaining a compact exhaust line and / or at the expense of exploiting the extension of the exhaust line for the implantation of other necessary organs, such as those relating to acoustic treatment of exhaust gas flow.
  • the implementation of SCR reduction catalyst in the sub-body in a remote area of the engine makes it difficult to standardize the exhaust line for vehicles of various architectures.
  • An object of the present invention is to provide an exhaust line for a heat engine fitted to a motor vehicle, the structure of which provides satisfactory compromises with respect to the previously stated constraints.
  • Such an exhaust line is particularly sought compact and space-saving, simple structure and able to prevent any rejection of harmful components carried by the exhaust gas produced by the engine.
  • the exhaust line is sought easily implantable on the motor vehicle and provided with chemical treatment devices and / or physical exhaust gas which are easy to install inside the exhaust line, in particular to facilitate the implementation and maintenance operations at lower costs.
  • the organization of the exhaust line is sought for its implementation on various vehicles of predefined architectures, without requiring major structural modifications of the exhaust line.
  • the exhaust line is sought effective for any running conditions of the motor vehicle, especially during the driving phase of the vehicle on the highway or in the acceleration phase for which a rich fuel mixture is required for the engine, with the consequence that increase in the volume of harmful agents to be treated in the exhaust gases.
  • the exhaust line is sought that can be obtained at lower cost, and providing durability limiting the maintenance operations and / or replacement of the various organs it comprises. It is particularly sought to avoid at best a fouling and / or a rapid deterioration of the exhaust line.
  • Another object of the present invention is to provide an effective method of treating exhaust gas for a heat engine including a motor vehicle, providing satisfactory compromises with respect to all the constraints that have been stated.
  • the exhaust line of the present invention is an exhaust line for the evacuation and treatment of exhaust gas produced by a heat engine including a motor vehicle.
  • This exhaust line comprises an exhaust gas circulation duct from the heat engine to an outlet of the exhaust line on the outside of the motor vehicle.
  • the conduit is equipped with chemical and / or physical exhaust gas treatment components, including at least one particulate filter and a selective catalytic reduction system, referred to as the SCRS system.
  • This system SCRS comprises an injector of a reducing reagent, provided with an outlet inside the exhaust line, and at least one catalyst element, called element SCR.
  • such an exhaust line is mainly recognizable in that the SCRS system comprises at least two distinct SCR elements, including an upstream SCR element and a downstream SCR element. These elements SCR are arranged on the conduit successively in series at a distance from each other, being structurally separated from each other by an intermediate zone of the exhaust line inside which circulate the exhaust gas between one and the other SCR elements.
  • the downstream SCR element is integrated in the particulate filter with which it forms the same monoblock element impregnated with a nitrogen oxide reduction catalyst.
  • the concept of separation distance between the upstream SCR element and the monoblock element integrating the downstream SCR element and the particle filter corresponds to a spacing on the conduit between these elements in distinct zones of the line of 'exhaust.
  • Each of these elements is housed in a housing that is assigned to it and which is located on the conduit.
  • Such spacing corresponds to a separation between the elements by the intermediate zone of the exhaust line along which the exhaust gases circulate between the one and the other of the elements.
  • the exhaust gases from the engine are successively routed to the said zones where are placed the elements, in which the exhaust gases are in particular at respective respective temperatures. More particularly, the exhaust gases from the heat engine are at a higher temperature in the upstream zone with respect to the downstream zone of the exhaust line, the exhaust gas temperature being deemed to have naturally varied downwards since upstream downstream of the exhaust line.
  • the upstream SCR element, sprayed with the injected reducing reagent, is a prior decomposition support of the reducing reagent, consisting of urea, a precursor of urea or other similar agent. Such decomposition is carried out at a temperature of the order of 180 ° C.
  • the monobloc element, preferably placed in the cold zone being separated from the upstream SCR element by the intermediate zone, is traversed by the exhaust gas at a significantly lower temperature, of the order of 150 ° C. Since the one-piece element is at a lower temperature than that of the upstream SCR element, it will be initiated with a delay, at a temperature sufficient to carry out the reduction operation of the nitrogen oxides that the exhaust gases comprise. .
  • the intermediate zone in particular formed of an extension of the duct, is a homogenizing member of the exhaust gas at the outlet of the upstream SCR element prior to their admission through the monobloc element.
  • the intermediate zone corresponds to an extension of the exhaust line, and in particular of the duct, which disposes the upstream SCR element in hot zone and the monobloc element in cold zone.
  • the intermediate zone corresponds to an extension of the exhaust line, and in particular of the duct, which disposes the upstream SCR element and the monobloc element in a hot zone, but in locations on the exhaust line. corresponding to temperatures significantly different from the exhaust gases.
  • the hot zone corresponds to an area of the exhaust line close to the engine zone of the vehicle
  • the cold zone corresponds to an area of the exhaust line located in the underbody of the vehicle.
  • the upstream SCR element is placed in hot upstream zone of the exhaust line.
  • the monobloc element is placed in the cold zone downstream of the exhaust line.
  • the upstream SCR element and the monobloc element are placed in hot zone upstream of the exhaust line, at locations inducing their passage through the exhaust gas at significantly different temperatures.
  • the upstream SCR element is placed in the engine zone and the monobloc element is placed in the sub-body near the engine zone.
  • the engine zone corresponds in particular to the engine compartment of the vehicle.
  • an additional mixer is interposed between the upstream element SCR and the monobloc element, being placed on the conduit in the intermediate zone separating the upstream element SCR and the monobloc element.
  • the reducing reagent is urea or the like and the upstream SCR element provides a reaction of dissociation of the reducing reagent and reduction of nitrogen oxides contained in the exhaust gas from ammonia obtained.
  • the reducing reagent is ammonia, in particular in the gaseous state, which is directly injected into the exhaust line.
  • the upstream SCR element provides a reduction reaction of the nitrogen oxides by the ammonia previously injected.
  • the injector is an injector of a reducing reagent in the gaseous state. More particularly still and according to another embodiment, the injector is an injector of a reducing reagent in the liquid state in the form of mist.
  • the exhaust line comprises an oxidation catalyst which is advantageously placed upstream of the SCRS system in hot zone of the exhaust line.
  • the conduit comprises a flexible zone located upstream of the upstream SCR element.
  • a flexible zone provides the advantage of facilitating the extension and implantation of the exhaust line on the vehicle, and in particular the extension of the exhaust line between the engine zone and the underbody area of the vehicle. vehicle.
  • the invention also relates to a method of purifying exhaust gas flowing inside an exhaust line as just described.
  • This method generally comprises an operation of chemical treatment of the exhaust gases by a so-called SCRS selective catalytic reduction system capable of removing nitrogen oxides, and an exhaust gas sieving operation to retain particles that 'they are likely to involve.
  • such an exhaust gas purification method is mainly recognizable in that a joint reduction operation of the nitrogen oxides contained in the exhaust gas is carried out simultaneously with an operation of filtering the particles contained in the exhaust gas by the monobloc element. Said joint operation is carried out after a prior chemical treatment of the exhaust gas by the upstream SCR element
  • a homogenization operation of the exhaust gas is carried out between the preliminary operation of chemical treatment of the exhaust gas by the upstream SCR element, and the joint operation of reducing the nitrogen oxides and filtering the particles by the monobloc element.
  • This homogenization operation is in particular carried out inside the intermediate zone of the exhaust line, starting from a circulation of the exhaust gases along this intermediate zone, being able to be favored by the passage of exhaust gases through the additional mixer possibly placed in the intermediate zone.
  • the extension of the intermediate zone into the sub-body of the vehicle allows easy implementation of the mixer used to improve the homogenization of the exhaust gas at the output of the upstream SCR element.
  • Fig.1 is a schematic illustration of a first embodiment of the present invention.
  • Fig.2 is a schematic illustration of a second alternative embodiment of the present invention.
  • Fig.3 is a schematic illustration of a third embodiment of the present invention.
  • a heat engine 1 of a motor vehicle is equipped with an exhaust line 2 to allow the evacuation and treatment of exhaust gas 3 produced by the heat engine 1 outwardly. 4 of the motor vehicle.
  • the exhaust line 2 has an end or upstream zone 1 1 in aeraulic communication with the heat engine 1, and an end or downstream zone 12 having an outward opening 4 of the vehicle.
  • the concepts upstream and downstream are to be understood with regard to a flow direction 6 of the exhaust gas 3 inside the exhaust line 2, and more particularly inside a circulation duct 5 exhaust gas 3 that includes the exhaust line 2.
  • the conduit 5 channels the flow of exhaust gas 3 from the engine 1 to the outside 4 of the motor vehicle, that is to say in the open air.
  • the duct 5 comprises from the heat engine 1 to the outside 4 of the motor vehicle a hot zone ZC located upstream of at least one cold zone ZF.
  • the cold zone ZF is in particular located in the sub-body C of the vehicle and downstream of the hot zone ZC in the situation of implantation of the exhaust line on the vehicle.
  • the notions of ZC hot zone and ZF cold zone of the exhaust line 2 are to be considered with regard to a difference relative temperature of the exhaust gas 3 between the hot zone ZC and cold zone ZF of the exhaust line 2 when the exhaust gas 3 is conveyed from the end or upstream zone 1 1 to the end or downstream zone 12 of the exhaust line 2.
  • the exhaust 3 are colder downstream than upstream of the exhaust line 2, due to a thermal inertia of the exhaust line 2 and its cooling provided by the outside air surrounding the exhaust line 2.
  • the hot zone ZC is located in ZM engine zone of the vehicle and more particularly in a turbocharger T equipping the heat engine 1; the cold zone is in particular located in the sub-body of the vehicle.
  • the hot zone ZC and the cold zone ZF are separated from each other by at least one flexible zone ZS of the duct.
  • This flexible zone ZS is formed in the longitudinally median zone of the exhaust line 2, and more particularly downstream of the hot zone ZC which is located closest to the heat engine 1 in the situation of implantation of the exhaust line. 2 on the vehicle.
  • the exhaust gas 3 contain harmful components that need to be treated chemically and / or physically prior to their rejection outside the motor vehicle.
  • Such an exhaust treatment treatment constraint 3 is to be considered with regard to the regulations relating to the preservation of the environment, such as, for example, the EEC Directive 90 / C81 / 01 for the approval of a motor vehicle.
  • Such an exhaust gas treatment 3 is obtained by the implementation of treatment and operating elements of the exhaust line 2.
  • Such members comprise a CO oxidation catalyst, an injector 7 of a reagent gearbox, optionally a main mixer M, an upstream SCR element SCR1, and a downstream SCR element SCR2 integrated with a particulate filter FAP with which they form a porous SCR2 / FAP monoblock element impregnated with an oxide reduction catalyst nitrogen. All of these treatment devices provide together and in combination a chemical and / or physical overall treatment of the exhaust gas 3.
  • the end or downstream zone 12 of the exhaust line 2 is to understand ending after a housing 10 housing the SCR2 / FAP monobloc element. More particularly, the downstream end or zone 12 of the exhaust line 2 may be extended by the conduit 5 without departing from the rules that have been set forth. For example, such a downstream extension of the duct 5 is optionally provided with acoustic attenuation members forming a screen, or is arranged to adapt the exhaust line 2 to a given vehicle architecture.
  • the exhaust gas 3 contains nitrogen oxides (NO x , x being equal to 1 and / or 2) which are reduced prior to their rejection to the outside 4 of the motor vehicle.
  • nitrogen oxides (NO x ) Such reduction of nitrogen oxides (NO x ) to water vapor and nitrogen is achieved by ammonia.
  • the reducing reagent is likely to consist of gaseous ammonia or urea, or even a precursor of urea or other similar agent.
  • the exhaust line 2 is equipped with the SCR1 upstream SCR element and the SCR2 / FAP monoblock element, which are housed in separate housings 10 ', 10. These elements SCR are successively placed in series and at a distance from each other inside the duct 5, the upstream SCR element SCR1 being disposed upstream of the monoblock element SCR2 / FAP.
  • the SCR2 / FAP monoblock element is a support for the reduction of nitrogen oxides (NO x ) by ammonia, and operates from a surplus of residual ammonia following the preliminary treatment of the exhaust gas 3 by the SCR1 upstream SCR element.
  • the SCR2 / FAP monobloc element is more particularly exploited under certain vehicle running conditions, such as on the highway or in case of acceleration, for example, conditions for which the quantity of nitrogen oxides contained in the exhaust gases is increased.
  • the upstream SCR element SCR1 and the monoblock element SCR2 / FAP are placed at a distance from each other, being separated by an intermediate zone ZI of the exhaust line 2.
  • this intermediate zone ZI houses an additional mixer M 'placed in interposition between the upstream SCR element SCR1 and the monoblock element SCR2 / FAP, to reinforce the homogenization of the exhaust gases 3 at the output of the upstream SCR element SCR1 when the exhaust gases 3 circulate inside the intermediate zone ZI.
  • This homogenization is more particularly a homogenization of the exhaust gas 3 with the components resulting from the reaction occurring inside the upstream SCR element SCR1.
  • Such homogenization of the exhaust gases makes it possible to improve their chemical treatment with the SCR2 / FAP monobloc element.
  • the oxidation catalyst CO comprises an oxidizing reagent and is placed inside the hot zone ZC, being interposed on the exhaust line 2 between the heat engine 1 and the upstream SCR element SCR1.
  • the oxidation catalyst CO is intended to oxidize the unburned hydrocarbons and the carbon monoxide of the exhaust gases 3 prior to their rejection in the open air.
  • the injector 7 comprises an outlet 7 'inside the duct 5 which is arranged upstream of the upstream SCR element SCR1, and delivers the reducing reagent inside the exhaust gas 3 selectively according to the driving conditions of the vehicle.
  • the injector 7 is in connection with an introduction means 8 of the reducing reagent inside the exhaust line 2, for example consisting of a pump or similar member equipped with a reservoir 9 of reducing reagent.
  • a main mixer M not shown is capable of being interposed between the outlet 7 'of the injector 7 and the upstream SCR element SCR1, to promote mixing between the exhaust gas 3 and the reducing reagent, and or to promote the transformation of urea or urea precursor into reducing reagent.
  • Such a main mixer M is likely to be exploited in the case where the injected reducing reagent is in the liquid state in the form of mist, to improve the mixing between the exhaust gas and the reducing reagent. prior to their passage through the monoblock element SCR2 / FAP.
  • the main mixer M can nevertheless be used in the case where the injected reducing reagent is in the gaseous state, the reducing reagent consisting in particular of ammonia in the gaseous state to avoid the step of dissociation of a reducing reagent to urea base.
  • the upstream SCR element SCR1 is placed in the upstream hot zone of the exhaust line 2, in the engine zone ZM in the situation of implantation of the exhaust line 2 on the vehicle.
  • the SCR2 / FAP monobloc element is placed in the cold zone of the exhaust line 2, in sub-body C in the situation of implantation of the exhaust line 2 on the vehicle.
  • the outlet 7 "of the injector 7 is placed in the hot zone ZC of the exhaust line, downstream of the oxidation catalyst.
  • the exhaust line 2 illustrated in FIG. 1 comprises successively from its end or upstream zone 1 1 to its end or downstream zone 12:
  • the upstream SCR element SCR1 is placed in the cold zone ZF near the upstream zone 1 1 of the exhaust line corresponding to the ZC.
  • this location of the upstream SCR element SCR1 is disposed in the sub-body C of the vehicle, close to the engine zone ZM at the output of the flexible zone ZS of the vehicle. duct 5.
  • the SCR2 / FAP monobloc element is placed in the cold zone of the exhaust line 2, in the sub-body C when the line is being installed. exhaust 2 on the vehicle.
  • the outlet 7 "of the injector 7 is placed in the cold zone ZF of the exhaust line, at the outlet of the flexible zone ZS of the duct and upstream of the upstream SCR element SCR1.
  • exhaust lines 2 respectively illustrated in Fig.2 and Fig.3 successively comprise from their upstream end 1 1 to their downstream end 12:
  • a faster initiation allows a better efficiency of the oxidation catalyst CO from an optimization of the operating points of the heat engine 1 and a better decomposition of the reducing reagent and / or its precursor,
  • the additional mixer M ' may be of a reduced volume and its location in a longitudinally median zone of the exhaust line 2 facilitates its implantation on the exhaust line 2, and the implantation of the exhaust line 2 on the vehicle.
  • SCR1 upstream SCR elements and SCR2 / FAP monoblock element on the duct 5 independent, and to make possible their selective implantation respectively in the hot zone or in the cold zone of the exhaust line 2 according to the chemical reactions they mainly provide, such as, for example, the dissociation of ammonia for the upstream SCR element SCR1 and the reduction of the nitrogen oxides for the SCR2 / FAP monoblock element,
  • This SCR element whose function is limited to the nitrogen oxide reduction step alone, is advantageously adapted to be integrated with a particulate filter, to form the SCR2 / FAP monoblock element.
  • the implementations of the treatment units of the exhaust line 2 can be located at best towards the upstream zone 1 1 of the exhaust line 2, with the advantage of allowing a standardization of the exhaust line 2 for vehicles of various architectures.
  • the processing and operating members of the exhaust line 2 which are arranged in ZF cold zone are likely to be confined within a common housing or to be distributed within several respective housings, separately or in combination.
  • the upstream SCR element SCR1 and the monoblock element SCR2 / FAP may be confined within a common housing, incidentally housing the additional mixer M ',
  • the upstream SCR element SCR1 and the additional mixer M ' are confined inside an upstream housing and the one-piece element SCR2 / FAP is housed inside a downstream housing,
  • the upstream SCR element SCR1 is confined within an upstream housing and the SCR2 / FAP monobloc element and the additional mixer M 'are housed inside a downstream housing,
  • the upstream SCR element SCR1 is confined within an upstream housing and the SCR2 / FAP monobloc element is housed inside a downstream housing.

Abstract

L'invention a pour objet une ligne d'échappement (2) de gaz d'échappement (3) produits par un moteur thermique (1). La ligne d'échappement (2) comprend un conduit (5) de circulation des gaz d'échappement (3) équipé d'organes de traitement chimique et/ou physique des gaz d'échappement (3), un filtre à particules et un système SCRS. Le système SCRS comprend un élément SCR amont (SCR1) et un élément SCR aval (SCR2/FAP), qui sont disposés sur le conduit (5) successivement en série à distance l'un de l'autre en étant structurellement séparés l'un de l'autre par une zone intermédiaire (ZI) de la ligne d'échappement. L'élément SCR aval est intégré au filtre à particules avec lequel il forme un même élément monobloc (SCR2/FAP) imprégné d'un agent catalyseur de réduction des oxydes d'azote.

Description

LIGNE D'ECHAPPEMENT POUR VEHICULE AUTOMOBILE ET METHODE D'EPURATION DE GAZ D'ECHAPPEMENT PRODUITS PAR UN MOTEUR
THERMIQUE EQUIPANT CE VEHICULE. [oooi] La présente invention est du domaine de l'épuration des gaz d'échappement que produit un moteur thermique, équipant un véhicule automobile notamment, et relève plus particulièrement des modalités de traitement par réduction catalytique sélective de composants nocifs que comportent ces gaz d'échappement. Elle a pour objet une ligne d'échappement équipée d'organes de traitement des gaz d'échappement pour leur épuration préalablement à leur rejet dans l'atmosphère, et une méthode d'épuration des gaz d'échappement mettant en œuvre une telle ligne d'échappement, notamment par réduction catalytique sélective pour éliminer des oxydes d'azotes qu'ils contiennent. [ooo2] Dans le domaine automobile, un moteur thermique équipant un véhicule est producteur de gaz d'échappement qui sont rejetés à l'air libre et qui comportent des composants nocifs qu'il est nécessaire de traiter préalablement à leur rejet dans l'atmosphère. Le véhicule est équipé d'une ligne d'échappement qui comprend un conduit de circulation des gaz d'échappement depuis le moteur thermique vers l'extérieur du véhicule automobile, et divers organes pour traiter les gaz d'échappement et les épurer préalablement à leur rejet.
[ooo3] Parmi les composants nocifs à traiter que comprennent les gaz d'échappement, on connaît les oxydes d'azote (NOx, x étant égal à 1 et/ou 2) qui doivent être réduits pour éviter leur rejet à l'air libre. Il est connu d'exploiter un système de réduction catalytique sélective, dénommé SCRS d'après l'acronyme anglais « Sélective Catalytic Réduction System », pour réduire les oxydes d'azote en azote et en vapeur d'eau. Un réactif réducteur est injecté dans le conduit en étant mélangé aux gaz d'échappement, ce mélange circulant vers un élément catalyseur spécifique, dénommé élément SCR d'après l'acronyme anglais « Sélective Catalytic Réduction », qui est disposé en aval de l'injecteur selon le sens d'écoulement des gaz d'échappement à l'intérieur de la ligne d'échappement. Selon un premier cas, le réactif réducteur comprend de l'urée ou est un précurseur de l'urée ou autre agent analogue. L'urée contenue à l'intérieur du réactif réducteur est dissociée en ammoniac, par pyrolyse à 120°C et par hydrolyse à 180°C, l'ammoniac réduisant en azote et en eau les oxydes d'azote (NOx) contenus dans les gaz d'échappement. Selon un deuxième cas, le réactif réducteur injecté est de l'ammoniac, qui est directement exploité par l'élément SCR pour réduire les oxydes d'azote. L'élément SCR est notamment formé d'un corps agencé en pain, en brique ou autre corps analogue notamment imprégné d'un agent réactif, qui est susceptible d'être placé en amont ou en aval d'un filtre à particules. Selon des agencements déterminés de la ligne d'échappement, une filtration des particules contenues dans les gaz d'échappement est susceptible d'intervenir préalablement ou postérieurement à la mise en œuvre de l'épuration des gaz d'échappement par le système de réduction catalytique sélective SCRS. Les positions relatives amont et aval entre l'élément SCR et le filtre à particules sur la ligne d'échappement sont choisies en fonction de résultats spécifiquement recherchés et des divers organes de traitement des gaz d'échappement que comporte la ligne d'échappement pour le traitement global des gaz d'échappement.
[ooo4] Les notions amont et aval sont à comprendre au regard du sens d'écoulement des gaz d'échappement le long de la ligne d'échappement depuis le moteur thermique vers le débouché du conduit sur l'environnement extérieur du véhicule.
[ooo5] Parmi les composants nocifs à traiter que contiennent les gaz d'échappement, sont aussi présents les hydrocarbures imbrûlés et le monoxyde de carbone, qui doivent être oxydés pour éviter leur rejet à l'air libre. Il est connu d'exploiter un catalyseur d'oxydation qui comportent un réactif oxydant. Dans des conditions particulières de roulage du véhicule, les oxydes d'azote présents dans les gaz d'échappement peuvent être en partie réduits par le réactif oxydant contenu dans le catalyseur d'oxydation durant les phases de mélange carburé riche, et il est avantageux de placer le catalyseur d'oxydation CO sur la ligne d'échappement en interposition entre le moteur thermique et l'élément SCR. [0006] Pour connaître un environnement technologique proche de celui de la présente invention, on pourra se reporter aux documents EP2042227 (ENGELHARD CORP.), DE10348799 (FORG GLOBAL TECH LLC) et US6401455 (SIEMENS AG) qui décrivent des lignes d'échappement et/ou des méthodes mettant en œuvre un système de réduction catalytique sélective SCRS, pour épurer les gaz d'échappement produits par le moteur thermique d'un véhicule automobile.
[ooo7] La mise en œuvre d'une méthode d'épuration des gaz d'échappement, exploitant un système de réduction catalytique sélective SCRS, reste délicate en raison d'un ensemble de compromis à trouver entre divers avantages et inconvénients. De tels compromis relèvent notamment de l'organisation de la ligne d'échappement tant au regard des modalités spécifiquement mises en œuvre pour obtenir une épuration des gaz d'échappement fiable, efficace et à moindres coûts, mais aussi au regard d'autres contraintes relatives à son implantation sur le véhicule et à sa pérennité. Il est aussi à prendre en compte que les besoins d'épuration des gaz d'échappement varient selon les conditions de roulage du véhicule, et notamment selon le régime moteur spécifiquement requis à un instant donné. Il est donc recherché un agencement global de la ligne d'échappement et des méthodes pour sa mise en œuvre, qui prennent en compte ces divers aspects pour procurer les meilleurs compromis possible.
[ooo8] Une contrainte spécifique réside dans une implantation de l'élément SCR qui soit compatible avec sa mise en coopération avec d'autres organes nécessaires à l'épuration globale des gaz d'échappement qui sont spécifiquement choisis, notamment au regard de leur nombre, de leur nature, de leur agencement propre ou en coopération, et de leur implantation sur la ligne d'échappement. Un compromis doit être trouvé entre cette compatibilité et le choix des divers organes utilisés pour l'épuration des gaz d'échappement, avec la température de fonctionnement de l'élément SCR permettant d'optimiser son fonctionnement, notamment au regard selon le cas de la double réaction à obtenir de dissociation de l'urée injectée et de réduction des oxydes d'azote par l'ammoniac, ou de la réaction unique de réduction des oxydes d'azote par l'ammoniac préalablement injectée. Il est opportun de pouvoir mettre en œuvre l'un ou l'autre cas d'injection du réactif réducteur à partir d'une même organisation générale de la ligne d'échappement.
[ooo9] Une autre contrainte réside dans la préservation et dans la pérennité des organes qui composent la ligne d'échappement. Par exemple, il est à éviter un encrassement en tout ou partie du conduit d'échappement et/ou des autres organes que comprend la ligne d'échappement, au risque d'altérer son fonctionnement au regard de l'épuration des gaz d'échappement et/ou au risque de nécessiter des opérations de maintenance régulières et/ou coûteuses. [ooi o] Une autre contrainte réside dans l'obtention d'une ligne d'échappement permettant son implantation aisée sur le véhicule. Une position souhaitable de l'élément SCR sur la ligne d'échappement est au plus proche de la sortie du moteur thermique, en zone dite chaude de la ligne d'échappement lorsque les gaz d'échappement sont à une température élevée. Le volume occupé par l'élément SCR doit être suffisant pour la mise en œuvre de la dite double réaction à obtenir, ce qui rend cependant son implantation à proximité du moteur thermique délicate en raison de son encombrement. L'implantation sur le véhicule de l'élément SCR en zone dite froide de la ligne d'échappement située notamment en sous-caisse du véhicule, est alors avantageuse pour pouvoir optimiser le volume de l'élément SCR. Cependant, une telle implantation est effectuée au détriment de l'obtention d'une ligne d'échappement compacte et/ou au détriment de l'exploitation de l'extension de la ligne d'échappement pour l'implantation d'autres organes nécessaires, tels que ceux relatifs au traitement acoustique de l'écoulement des gaz d'échappement. En outre, l'implantation du catalyseur de réduction SCR en sous-caisse en une zone éloignée du moteur thermique rend délicate une standardisation de la ligne d'échappement pour des véhicules d'architectures diverses. Il est opportun de placer au mieux les organes que comporte la ligne d'échappement pour le traitement des gaz d'échappement au plus proche de son extrémité amont, pour permettre une adaptation aisée de la ligne d'échappement à de quelconques véhicules d'architectures respectives par simple prolongement du conduit. [001 1 ] Un but de la présente invention est de proposer une ligne d'échappement pour un moteur thermique équipant notamment un véhicule automobile, dont la structure procure des compromis satisfaisants au regard des contraintes précédemment énoncées. Une telle ligne d'échappement est notamment recherchée compacte et peu encombrante, simple de structure et apte à éviter tout rejet de composants nocifs véhiculés par les gaz d'échappement produits par le moteur thermique. La ligne d'échappement est recherchée aisément implantable sur le véhicule automobile et pourvue d'organes de traitement chimique et/ou physique des gaz d'échappement qui sont aisés à installer à l'intérieur de la ligne d'échappement, notamment pour faciliter les opérations d'implantation et de maintenance à moindres coûts. L'organisation de la ligne d'échappement est recherchée permettant sa transposition sur divers véhicules d'architectures respectives prédéfinies, sans nécessiter de modifications structurelles majeures de la ligne d'échappement. La ligne d'échappement est recherchée efficace pour de quelconques conditions de roulage du véhicule automobile, notamment en phase de roulage du véhicule sur autoroute ou en phase d'accélération pour lesquelles un mélange carburé riche est requis pour le moteur thermique, avec pour conséquence un accroissement du volume des agents nocifs à traiter que comportent les gaz d'échappement. La ligne d'échappement est recherchée pouvant être obtenue à moindres coûts, et offrant une pérennité limitant les opérations de maintenance et/ou de remplacement des différents organes qu'elle comporte. Il est notamment recherché d'éviter au mieux un encrassement et/ou une détérioration rapide de la ligne d'échappement.
[ooi2] Un autre but de la présente invention est de proposer une méthode efficace de traitement des gaz d'échappement pour un moteur thermique équipant notamment un véhicule automobile, procurant des compromis satisfaisants au regard de l'ensemble des contraintes qui ont été énoncées.
[0013] La ligne d'échappement de la présente invention est une ligne d'échappement pour l'évacuation et le traitement de gaz d'échappement produits par un moteur thermique équipant notamment un véhicule automobile. Cette ligne d'échappement comprend un conduit de circulation des gaz d'échappement depuis le moteur thermique vers un débouché de la ligne d'échappement sur l'extérieur du véhicule automobile. Le conduit est équipé d'organes de traitement chimique et/ou physique des gaz d'échappement, dont au moins un filtre à particules et un système de réduction catalytique sélective, dénommé système SCRS. Ce système SCRS comprend un injecteur d'un réactif réducteur, muni d'un débouché à l'intérieur de la ligne d'échappement, et au moins un élément catalyseur, dénommé élément SCR.
[0014] Selon la présente invention, une telle ligne d'échappement est principalement reconnaissable en ce que le système SCRS comprend au moins deux éléments SCR distincts, dont un élément SCR amont et un élément SCR aval. Ces éléments SCR sont disposés sur le conduit successivement en série à distance l'un de l'autre, en étant structurellement séparés l'un de l'autre par une zone intermédiaire de la ligne d'échappement à l'intérieur de laquelle circulent les gaz d'échappement entre l'un et l'autre des éléments SCR. L'élément SCR aval est intégré au filtre à particules avec lequel il forme un même élément monobloc imprégné d'un agent catalyseur de réduction des oxydes d'azote.
[0015] Les notions amont et aval sont à comprendre au regard du sens d'écoulement des gaz d'échappement le long de la ligne d'échappement, depuis son extrémité amont munie de moyens de mise en communication aéraulique avec le moteur thermique vers son extrémité aval opposée munie d'un débouché du conduit sur l'environnement extérieur du véhicule.
[0016] La notion de distance de séparation entre l'élément SCR amont et l'élément monobloc intégrant l'élément SCR aval et le filtre à particules, correspond à un écartement sur le conduit entre ces éléments en des zones distinctes de la ligne d'échappement. Chacun de ces éléments est logé dans un boîtier qui lui est affecté et qui est implanté sur le conduit. Un tel écartement correspond à une séparation entre les éléments par la zone intermédiaire de la ligne d'échappement le long de laquelle circulent les gaz d'échappement entre l'un et l'autre des éléments. Les gaz d'échappement en provenance du moteur thermique sont successivement acheminés vers les dites zones où sont placés les éléments, dans lesquelles les gaz d'échappement sont notamment à des températures respectives distinctes. Plus particulièrement, les gaz d'échappement en provenance du moteur thermique sont à une température plus élevée en zone amont par rapport à la zone aval de la ligne d'échappement, la température des gaz d'échappement étant réputée varier naturellement à la baisse depuis l'amont vers l'aval de la ligne d'échappement.
[0017] L'élément SCR amont, arrosé par le réactif réducteur injecté, constitue un support de décomposition préalable du réactif réducteur, constitué par de l'urée, un précurseur de l'urée ou autre agent analogue. Une telle décomposition est effectuée à une température de l'ordre de 180°C. L'élément monobloc, préférentiellement placé en zone froide en étant séparé de l'élément SCR amont par la zone intermédiaire, est traversé par les gaz d'échappement à une température significativement inférieure, de l'ordre de 150°C. L'élément monobloc étant à une température moindre que celle de l'élément SCR amont, celui-ci sera amorcé avec un retard, à une température suffisante pour effectuer l'opération de réduction des oxydes d'azote que comportent les gaz d'échappement.
[0018] La zone intermédiaire, notamment formée d'une extension du conduit, constitue un organe d'homogénéisation des gaz d'échappement en sortie de l'élément SCR amont préalablement à leur admission à travers l'élément monobloc. Selon une approche de l'invention, la zone intermédiaire correspond à une extension de la ligne d'échappement, et notamment du conduit, qui dispose l'élément SCR amont en zone chaude et l'élément monobloc en zone froide. Selon une autre approche, la zone intermédiaire correspond à une extension de la ligne d'échappement, et notamment du conduit, qui dispose l'élément SCR amont et l'élément monobloc en zone chaude, mais en des emplacements sur la ligne d'échappement correspondant à des températures significativement distinctes des gaz d'échappement. En situation d'implantation de la ligne d'échappement sur le véhicule, la zone chaude correspond à une zone de la ligne d'échappement proche de la zone moteur du véhicule, et la zone froide correspond à une zone de la ligne d'échappement située en sous-caisse du véhicule. [0019] Plus particulièrement et selon une forme de réalisation, l'élément SCR amont est placé en zone amont chaude de la ligne d'échappement. L'élément monobloc est placé en zone froide aval de la ligne d'échappement.
[0020] Plus particulièrement encore et selon une autre forme de réalisation, l'élément SCR amont et l'élément monobloc sont placés en zone chaude amont de la ligne d'échappement, en des emplacements induisant leur traversée par les gaz d'échappement à des températures significativement différentes. En situation d'implantation de la ligne d'échappement sur le véhicule, l'élément SCR amont est placé dans la zone moteur et l'élément monobloc est placé en sous-caisse à proximité de la zone moteur. La zone moteur correspond notamment au compartiment moteur du véhicule.
[0021 ] Selon une forme avantageuse de réalisation, un mélangeur additionnel est interposé entre l'élément SCR amont et l'élément monobloc, en étant placé sur le conduit dans la zone intermédiaire séparant l'élément SCR amont et l'élément monobloc.
[0022] Selon un premier cas, le réactif réducteur est de l'urée ou analogue et l'élément SCR amont procure une réaction de dissociation du réactif réducteur et de réduction d'oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement à partir de l'ammoniac obtenu. Selon un deuxième cas, le réactif réducteur est de l'ammoniac, notamment à l'état gazeux, qui est directement injecté dans la ligne d'échappement. Selon cette approche, l'élément SCR amont procure une réaction de réduction des oxydes d'azote par l'ammoniac préalablement injectée.
[0023] Plus particulièrement et selon une forme de réalisation, l'injecteur est un injecteur d'un réactif réducteur à l'état gazeux. [0024] Plus particulièrement encore et selon une autre forme de réalisation, l'injecteur est un injecteur d'un réactif réducteur à l'état liquide sous forme de brume. [0025] La ligne d'échappement comprend un catalyseur d'oxydation qui est avantageusement placé en amont du système SCRS en zone chaude de la ligne d'échappement.
[0026] Le conduit comporte une zone flexible située en amont de l'élément SCR amont. Une telle zone flexible procure l'avantage de faciliter l'extension et l'implantation de la ligne d'échappement sur le véhicule, et notamment l'extension de la ligne d'échappement entre la zone moteur et la zone en sous-caisse du véhicule.
[0027] L'invention a aussi pour objet une méthode d'épuration de gaz d'échappement circulant à l'intérieur d'une ligne d'échappement telle qu'elle vient d'être décrite. Cette méthode comprend dans sa généralité une opération de traitement chimique des gaz d'échappement par un dit système de réduction catalytique sélective SCRS apte à éliminer des oxydes d'azote, et une opération de tamisage des gaz d'échappement pour en retenir des particules qu'ils sont susceptibles de comporter.
[0028] Selon la présente invention, une telle méthode d'épuration de gaz d'échappement est principalement reconnaissable en ce qu'une opération conjointe de réduction des oxydes d'azote contenue dans le gaz d'échappement est réalisée simultanément avec une opération de filtration des particules que comporte les gaz d'échappement par l'élément monobloc. Ladite opération conjointe est effectuée postérieurement à une opération préalable de traitement chimique des gaz d'échappement par l'élément SCR amont
[0029] Avantageusement, une opération d'homogénéisation des gaz d'échappement est effectuée entre l'opération préalable de traitement chimique des gaz d'échappement par l'élément SCR amont, et l'opération conjointe de réduction des oxydes d'azote et de filtration des particules par l'élément monobloc. Cette opération d'homogénéisation est notamment effectuée à l'intérieur de la zone intermédiaire de la ligne d'échappement, à partir d'une circulation des gaz d'échappement le long de cette zone intermédiaire, en étant susceptible d'être favorisée par le passage des gaz d'échappement à travers le mélangeur additionnel éventuellement placé dans la zone intermédiaire. L'extension de la zone intermédiaire en sous-caisse du véhicule permet une implantation aisée du mélangeur mis à profit pour améliorer l'homogénéisation des gaz d'échappement en sortie de l'élément SCR amont. [0030] Des exemples de réalisation de la présente invention vont être décrits en relation avec les figures des planches annexées, dans lesquelles :
La fig.1 est une illustration schématique d'une première variante de réalisation de la présente invention.
La fig.2 est une illustration schématique d'une deuxième variante de réalisation de la présente invention.
La fig.3 est une illustration schématique d'une troisième variante de réalisation de la présente invention.
[0031 ] Sur les figures, un moteur thermique 1 d'un véhicule automobile est équipé d'une ligne d'échappement 2 pour permettre l'évacuation et le traitement de gaz d'échappement 3 produits par le moteur thermique 1 vers l'extérieur 4 du véhicule automobile. La ligne d'échappement 2 comporte une extrémité ou zone amont 1 1 en communication aéraulique avec le moteur thermique 1 , et une extrémité ou zone aval 12 comportant un débouché vers l'extérieur 4 du véhicule. Les notions amont et aval sont à comprendre au regard d'un sens d'écoulement 6 des gaz d'échappement 3 à l'intérieur de la ligne d'échappement 2, et plus particulièrement à l'intérieur d'un conduit 5 de circulation des gaz d'échappement 3 que comprend la ligne d'échappement 2.
[0032] Le conduit 5 canalise la circulation des gaz d'échappement 3 depuis le moteur thermique 1 vers l'extérieur 4 du véhicule automobile, c'est-à-dire à l'air libre. Le conduit 5 comprend depuis le moteur thermique 1 vers l'extérieur 4 du véhicule automobile une zone chaude ZC située en amont d'au moins une zone froide ZF. La zone froide ZF est notamment située en sous-caisse C du véhicule et en aval de la zone chaude ZC en situation d'implantation de la ligne d'échappement sur le véhicule. Les notions de zone chaude ZC et de zone froide ZF de la ligne d'échappement 2 sont à considérer au regard d'une différence relative de températures des gaz d'échappement 3 entre les zone chaude ZC et zone froide ZF de la ligne d'échappement 2 lorsque les gaz d'échappement 3 sont acheminés depuis l'extrémité ou zone amont 1 1 vers l'extrémité ou zone aval 12 de la ligne d'échappement 2. Les gaz d'échappement 3 sont plus froids en aval qu'en amont de la ligne d'échappement 2, en raison d'une inertie thermique de la ligne d'échappement 2 et de son refroidissement procuré par l'air extérieur environnant la ligne d'échappement 2. En situation d'implantation de la ligne d'échappement sur le véhicule, la zone chaude ZC est notamment située en zone moteur ZM du véhicule et plus particulièrement sous un turbocompresseur T équipant le moteur thermique 1 ; la zone froide est notamment située en sous- caisse du véhicule.
[0033] De manière avantageuse, la zone chaude ZC et la zone froide ZF sont séparées l'une de l'autre par au moins une zone flexible ZS du conduit. Cette zone flexible ZS est ménagée dans la zone longitudinalement médiane de la ligne d'échappement 2, et plus particulièrement en aval de la zone chaude ZC qui est située au plus proche du moteur thermique 1 en situation d'implantation de la ligne d'échappement 2 sur le véhicule.
[0034] Les gaz d'échappement 3 contiennent des composants nocifs qu'il est nécessaire de traiter chimiquement et/ou physiquement préalablement à leur rejet à l'extérieur du véhicule automobile. Une telle contrainte de traitement des gaz d'échappement 3 est à considérer au regard des réglementations relatives à la préservation de l'environnement, tel que par exemple la directive CEE 90/C81 /01 d'homologation d'un véhicule automobile. Un tel traitement des gaz d'échappement 3 est obtenu par la mise en œuvre d'organes de traitement et de fonctionnement de la ligne d'échappement 2. De tels organes comprennent un catalyseur d'oxydation CO, un injecteur 7 d'un réactif réducteur, le cas échéant un mélangeur principal M, un élément SCR amont SCR1 , et un élément SCR aval SCR2 intégré à un filtre à particules FAP avec lequel ils forment un élément monobloc SCR2/FAP poreux imprégné d'un agent catalyseur de réduction des oxydes d'azote. L'ensemble de ces organes de traitement procurent conjointement et en association un traitement global chimique et/ou physique des gaz d'échappement 3.
[0035] L'extrémité ou zone aval 12 de la ligne d'échappement 2 est à comprendre s'achevant après un boîtier 10 logeant l'élément monobloc SCR2/FAP. Plus particulièrement, l'extrémité ou zone aval 12 de la ligne d'échappement 2 est susceptible d'être prolongée par le conduit 5 sans déroger aux règles qui ont été énoncées. Par exemple, un tel prolongement aval du conduit 5 est éventuellement muni d'organes d'atténuation acoustique formant écran, ou est ménagé pour adapter la ligne d'échappement 2 à une architecture de véhicule donnée.
[0036] Plus particulièrement, les gaz d'échappement 3 contiennent des oxydes d'azote (NOx, x étant égal à 1 et/ou 2) qui sont réduits préalablement à leur rejet à l'extérieur 4 du véhicule automobile. Une telle réduction des oxydes d'azote (NOx) en vapeur d'eau et en azote est réalisée par de l'ammoniac. Selon deux approches distinctes le réactif réducteur est susceptible d'être constitué d'ammoniac gazeux ou d'urée, voire d'un précurseur de l'urée ou autre agent analogue.
[0037] Pour obtenir la réduction des oxydes d'azote, la ligne d'échappement 2 est équipée de l'élément SCR amont SCR1 et de l'élément monobloc SCR2/FAP, qui sont logés dans des boîtiers distincts 10', 10. Ces éléments SCR sont successivement placés en série et à distance l'un de l'autre à l'intérieur du conduit 5, l'élément SCR amont SCR1 étant disposé en amont de l'élément monobloc SCR2/FAP. L'élément monobloc SCR2/FAP constitue un support pour la réduction des oxydes d'azote (NOx) par l'ammoniac, et fonctionne à partir d'un surplus d'ammoniac résiduel suite au traitement préalable des gaz d'échappement 3 par l'élément SCR amont SCR1 . L'élément monobloc SCR2/FAP est plus particulièrement exploité dans certaines conditions de roulage du véhicule, telles que sur autoroute ou en cas d'accélération par exemple, conditions pour lesquelles la quantité d'oxydes d'azote contenue dans les gaz d'échappement est accrue. [0038] L'élément SCR amont SCR1 et l'élément monobloc SCR2/FAP sont placés à distance l'un de l'autre en étant séparés par une zone intermédiaire ZI de la ligne d'échappement 2. Sur la fig.3, cette zone intermédiaire ZI loge un mélangeur additionnel M' placé en interposition entre l'élément SCR amont SCR1 et l'élément monobloc SCR2/FAP, pour conforter l'homogénéisation des gaz d'échappement 3 en sortie de l'élément SCR amont SCR1 lorsque les gaz d'échappements 3 circulent à l'intérieur de la zone intermédiaire ZI. Cette homogénéisation est plus particulièrement une homogénéisation des gaz d'échappement 3 avec les composants issus de la réaction se produisant à l'intérieur de l'élément SCR amont SCR1 . Une telle homogénéisation des gaz d'échappement permet d'améliorer leur traitement chimique par l'élément monobloc SCR2/FAP.
[0039] Le catalyseur d'oxydation CO comporte un réactif oxydant et est placé à l'intérieur de la zone chaude ZC, en étant interposé sur la ligne d'échappement 2 entre le moteur thermique 1 et l'élément SCR amont SCR1 . Le catalyseur d'oxydation CO est destiné à oxyder les hydrocarbures imbrûlés et le monoxyde de carbone des gaz d'échappement 3 préalablement à leur rejet à l'air libre.
[0040] L'injecteur 7 comporte un débouché 7' à l'intérieur du conduit 5 qui est disposé en amont de l'élément SCR amont SCR1 , et délivre le réactif réducteur à l'intérieur des gaz d'échappement 3 sélectivement selon les conditions de roulage du véhicule. L'injecteur 7 est en relation avec un moyen d'introduction 8 du réactif réducteur à l'intérieur de la ligne d'échappement 2, par exemple constitué d'une pompe ou organe analogue équipée d'un réservoir 9 de réactif réducteur.
[0041 ] Un mélangeur principal M non représenté est susceptible d'être interposé entre le débouché 7' de l'injecteur 7 et l'élément SCR amont SCR1 , pour favoriser un mélange entre les gaz d'échappement 3 et le réactif réducteur, et/ou pour favoriser la transformation de l'urée ou du précurseur de l'urée en réactif réducteur. Un tel mélangeur principal M est susceptible d'être exploité dans le cas où le réactif réducteur injecté est à l'état liquide sous forme de brume, pour améliorer le mixage entre les gaz d'échappement et le réactif réducteur préalablement à leur passage à travers l'élément monobloc SCR2/FAP. Le mélangeur principal M peut néanmoins être exploité dans le cas où le réactif réducteur injecté est à l'état gazeux, le réactif réducteur étant notamment constitué d'ammoniac à l'état gazeux pour éviter l'étape de dissociation d'un réactif réducteur à base d'urée.
[0042] Sur la fig.1 , l'élément SCR amont SCR1 est placé en zone chaude amont de la ligne d'échappement 2, dans la zone moteur ZM en situation d'implantation de la ligne d'échappement 2 sur le véhicule. L'élément monobloc SCR2/FAP est placé en zone froide de la ligne d'échappement 2, en sous-caisse C en situation d'implantation de la ligne d'échappement 2 sur le véhicule. Le débouché 7" de l'injecteur 7 est placé en zone chaude ZC de la ligne d'échappement, en aval du catalyseur d'oxydation.
[0043] Plus spécifiquement, la ligne d'échappement 2 illustrée sur la fig.1 comprend successivement depuis son extrémité ou zone amont 1 1 vers son extrémité ou zone aval 12 :
*) à l'intérieur de la zone chaude ZC :
- le catalyseur d'oxydation CO,
- le débouché 7' de l'injecteur 7,
- éventuellement un mélangeur principal M non représenté,
- la zone souple ZS du conduit 5 qui se prolonge vers la zone froide ZF, *) à l'intérieur de la zone froide ZF et logés dans le boîtier 10 commun :
- l'élément SCR amont SCR1 ,
- l'élément monobloc SCR2/FAP.
[0044] Sur les fig.2 et fig.3, l'élément SCR amont SCR1 est placé en zone froide ZF à proximité de la zone amont 1 1 de la ligne d'échappement correspondante à la ZC. En situation d'implantation de la ligne d'échappement 2 sur le véhicule, cet emplacement de l'élément SCR amont SCR1 est disposé en sous-caisse C du véhicule, à proximité de la zone moteur ZM en sortie de la zone flexible ZS du conduit 5. L'élément monobloc SCR2/FAP est placé en zone froide de la ligne d'échappement 2, en sous-caisse C en situation d'implantation de la ligne d'échappement 2 sur le véhicule. Le débouché 7" de l'injecteur 7 est placé en zone froide ZF de la ligne d'échappement, en sortie de la zone flexible ZS du conduit et en amont de l'élément SCR amont SCR1 .
[0045] Plus spécifiquement, les lignes d'échappement 2 respectivement illustrées sur les fig.2 et fig.3 comprennent successivement depuis leur extrémité amont 1 1 vers leur extrémité aval 12 :
*) à l'intérieur de la zone chaude ZC :
- le catalyseur d'oxydation CO,
- la zone souple ZS du conduit 5,
*) à l'intérieur de la zone froide ZF et logés dans le boîtier 10 commun :
- le débouché 7' de l'injecteur 7,
- éventuellement un mélangeur principal M non représenté,
- l'élément SCR amont SCR1 ,
- éventuellement le mélangeur additionnel M' tel que pour la ligne d'échappement illustrée sur la fig.3,
- l'élément monobloc SCR2/FAP.
[0046] L'organisation décrite de la ligne d'échappement 2 permet :
- d'évacuer l'ammoniac hors de l'élément SCR amont SCR1 et de l'acheminer de manière homogène à travers le conduit 5 vers l'élément monobloc SCR2/FAP,
- d'induire un amorçage plus rapide de la réduction des oxydes d'azote, par rapport à l'exploitation d'un élément SCR unique placé en zone froide de la ligne d'échappement 2, et notamment en sous-caisse C du véhicule. Un amorçage plus rapide permet un meilleur rendement du catalyseur d'oxydation CO à partir d'une optimisation des points de fonctionnement du moteur thermique 1 et d'une meilleure décomposition du réactif réducteur et/ou de son précurseur,
- de favoriser la décomposition du traitement des gaz d'échappement 3 en deux étapes successives par respectivement l'élément SCR amont SCR1 et l'élément monobloc SCR2/FAP, en raison du fait que l'élément monobloc SCR2/FAP, en étant placé à distance de l'élément SCR amont SCR1 , est traversé par des gaz d'échappement 3 plus froids et que son amorçage est retardé par rapport à celui de l'élément SCR amont SCR1 .
de réduire les pertes de charge le long de la ligne d'échappement 2, notamment à partir d'une limitation obtenue de la longueur d'extension de la ligne d'échappement 2 et de la dissociation de la masse globale d'élément SCR nécessaire au fonctionnement du système SCRS en au moins deux éléments SCR dont l'un est intégré au filtre à particules avec lequel il forme un élément monobloc SCR2/FAP. Une telle dissociation permet de conférer à l'élément SCR amont SCR1 et à l'élément monobloc SCR2/FAP de faibles volumes respectifs, limitant l'obstacle qu'ils forment individuellement à encontre de la circulation des gaz d'échappement à leur travers.
de permettre le cas échéant une implantation aisée du mélangeur additionnel M' en zone froide ZF de la ligne d'échappement 2, et notamment en sous-caisse C du véhicule. Le mélangeur additionnel M' peut être d'un volume réduit et son emplacement en zone longitudinalement médiane de la ligne d'échappement 2 facilite son implantation sur la ligne d'échappement 2, et l'implantation de la ligne d'échappement 2 sur le véhicule.
d'améliorer la compacité de la ligne d'échappement 2, à partir d'un encombrement et d'un volume respectif pour chacun des deux éléments SCR amont SCR1 et élément monobloc SCR2/FAP, et de la possibilité offerte de leurs implantations respectives en des localisations distinctes sur la ligne d'échappement 2. Une telle compacité confère à la ligne d'échappement 2 une faculté d'aisance pour son adaptation à divers véhicules d'architectures respectives, notamment par simple prolongement du conduit 5.
de rendre indépendantes les localisations des éléments SCR amont SCR1 et élément monobloc SCR2/FAP sur le conduit 5, et de rendre possible leur implantation sélective respectivement en zone chaude ou en zone froide de la ligne d'échappement 2 selon les réactions chimiques qu'ils procurent principalement, tel que par exemple la dissociation de l'ammoniac pour l'élément SCR amont SCR1 et la réduction des oxydes d'azote pour l'élément monobloc SCR2/FAP,
de permettre une injection du réactif réducteur au plus tôt dans la ligne d'échappement 2, notamment dans une zone la plus chaude possible, soit en zone chaude ZC soit en zone froide ZF au plus proche de la zone amont 1 1 de la ligne d'échappement.
de procurer l'admission d'un mélange entre les gaz d'échappement 3 et l'ammoniac la plus homogène possible à l'intérieur d'un élément SCR spécifiquement dédié à la réduction des oxydes d'azote, l'élément monobloc SCR2/FAP notamment. Cet élément SCR dont la fonction est limité à l'étape seule de réduction des oxydes d'azotes, est avantageusement apte à être intégré à un filtre à particules, pour constituer l'élément monobloc SCR2/FAP.
de limiter un encrassement de la ligne d'échappement, et notamment d'éviter un encrassement de la zone flexible ZF du conduit 5 malgré la position aval sur la ligne d'échappement 2 de l'élément monobloc SCR2/FAP retenant les particules que comportent les gaz d'échappement, d'induire un amorçage des différents éléments SCR exploités, élément SCR amont SCR1 et élément monobloc SCR2/FAP notamment, qui est plus rapide par rapport à l'exploitation d'un élément SCR unique de volume conséquent notamment placé en zone froide d'une ligne d'échappement en sous-caisse C du véhicule. Un amorçage plus rapide permet un meilleur rendement du catalyseur d'oxydation CO à partir d'une optimisation des points de fonctionnement du moteur thermique 1 et d'une meilleure décomposition du réactif réducteur et/ou de son précurseur,
de procurer une liberté d'agencement de la ligne d'échappement 2 à partir de la mise en œuvre de deux éléments SCR 2 distincts placés à distance l'un de l'autre, respectivement l'élément SCR amont SCR1 et l'élément monobloc SCR2/FAP. Les implantations des organes de traitement de la ligne d'échappement 2 peuvent être localisées au mieux vers la zone amont 1 1 de la ligne d'échappement 2, avec pour avantage de permettre une standardisation de la ligne d'échappement 2 pour des véhicules d'architectures diverses.
- d'offrir un espace libre entre le catalyseur d'oxydation CO et l'élément SCR amont SCR1 pour l'implantation éventuelle du mélangeur principal M. Cet espace libre est susceptible d'être exploité pour former un écran acoustique, permettant une simplification de la ligne d'échappement 2 au regard de la présence d'organes dédiés à une telle fonction d'écran acoustique.
- de permettre une liberté d'implantation sur la ligne d'échappement 2 d'écrans acoustiques à intégrer.
[0047] Selon diverses approches de réalisation de la présente invention, les organes de traitement et de fonctionnement de la ligne d'échappement 2 qui sont disposés en zone froide ZF sont susceptibles soit d'être confinés à l'intérieur d'un boîtier commun, soit d'être répartis à l'intérieur de plusieurs boîtiers respectifs, séparément ou en association.
[0048] A titre d'exemple non limitatif :
- l'élément SCR amont SCR1 et l'élément monobloc SCR2/FAP sont susceptibles d'être confinés à l'intérieur d'un boîtier commun, logeant accessoirement le mélangeur additionnel M',
- l'élément SCR amont SCR1 et le mélangeur additionnel M' sont confinés à l'intérieur d'un boîtier amont et l'élément monobloc SCR2/FAP est logé à l'intérieur d'un boîtier aval,
- l'élément SCR amont SCR1 est confiné à l'intérieur d'un boîtier amont et l'élément monobloc SCR2/FAP et le mélangeur additionnel M' sont logés à l'intérieur d'un boîtier aval,
- l'élément SCR amont SCR1 est confiné à l'intérieur d'un boîtier amont et l'élément monobloc SCR2/FAP est logé à l'intérieur d'un boîtier aval.

Claims

REVENDICATIONS
Ligne d'échappement (2) de gaz d'échappement produits par un moteur thermique (1 ), cette ligne d'échappement (2) comprenant un conduit (5) de circulation des gaz d'échappement (3) qui est équipé d'organes de traitement chimique et/ou physique des gaz d'échappement (3), dont au moins un filtre à particules et un système de réduction catalytique sélective, dénommé système SCRS, comprenant un injecteur (7) d'un réactif réducteur muni d'un débouché (7') à l'intérieur de la ligne d'échappement (2), et au moins un élément catalyseur, dénommé élément SCR, caractérisée en ce que le système SCRS comprend au moins deux éléments SCR distincts dont un élément SCR amont (SCR1 ) et un élément SCR aval (SCR2/FAP), qui sont disposés sur le conduit (5) successivement en série à distance l'un de l'autre en étant structurellement séparés l'un de l'autre par une zone intermédiaire (ZI) de la ligne d'échappement (3), l'élément SCR aval (SCR2/FAP) étant intégré au filtre à particules avec lequel il forme un même élément monobloc (SCR2/FAP) imprégné d'un agent catalyseur de réduction des oxydes d'azote.
Ligne d'échappement (2) selon la revendication 1 , caractérisée en ce que l'élément SCR amont (SCR1 ) est placé en zone amont chaude (ZC) de la ligne d'échappement, et en ce que l'élément monobloc (SCR2/FAP) est placé en zone froide (SF) aval de la ligne d'échappement (2).
Ligne d'échappement (2) selon la revendication 1 , caractérisée en ce que l'élément SCR amont (SCR1 ) et l'élément monobloc (SCR2/FAP) sont placés en zone chaude (ZC) amont de la ligne d'échappement (2).
Ligne d'échappement (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce qu'un mélangeur additionnel (Μ') est interposé entre l'élément SCR amont (SCR1 ) et l'élément monobloc (SCR2/FAP).
Ligne d'échappement (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que l'injecteur (7) est un injecteur (7) d'un réactif réducteur à l'état gazeux. Ligne d'échappement (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que l'injecteur (7) est un injecteur (7) d'un réactif réducteur à l'état liquide sous forme de brume.
Ligne d'échappement (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisée en ce que la ligne d'échappement (2) comprend un catalyseur d'oxydation (CO) placé en amont du système SCRS en zone chaude de la ligne d'échappement (2).
Ligne d'échappement (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisée en ce que le conduit (5) comporte une zone flexible (ZS) située en amont de l'élément SCR amont (SCR1 ).
Méthode d'épuration de gaz d'échappement (3) circulant à l'intérieur d'une ligne d'échappement (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, cette méthode comprenant une opération de traitement chimique des gaz d'échappement (3) par le système de réduction catalytique sélective SCRS apte à éliminer des oxydes d'azote, caractérisée en ce qu'une opération conjointe de réduction des oxydes d'azote contenue dans le gaz d'échappement (3) est réalisée simultanément avec une opération de filtration des particules que comporte les gaz d'échappement (3) par l'élément monobloc (SCR2/FAP), ladite opération conjointe étant effectuée postérieurement à une opération préalable de traitement chimique des gaz d'échappement (3) par l'élément SCR amont (SCR1 ).
Méthode d'épuration de gaz d'échappement (3) selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'une opération d'homogénéisation des gaz d'échappement (3) est effectuée entre l'opération préalable de traitement chimique des gaz d'échappement (3) par l'élément SCR amont (SCR1 ) et l'opération conjointe de réduction des oxydes d'azote et de filtration des particules par l'élément monobloc (SCR2/FAP).
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