WO2015092180A2 - Système d'échappement d'un moteur à combustion interne et procédé de chauffage d'un catalyseur scr - Google Patents

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WO2015092180A2
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Thierry COUTURIER
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Definitions

  • the invention relates to supercharged internal combustion engines equipped with a selective reduction catalyst of nitrogen oxides.
  • exhaust gas aftertreatment systems of internal combustion engines are often used to treat different types of pollutants (for example: monoxide CO carbon, HC unburnt hydrocarbons, nitrogen oxides NO x , soot ”) emitted in these gases.
  • pollutants for example: monoxide CO carbon, HC unburnt hydrocarbons, nitrogen oxides NO x , soot .
  • such an SCR catalyst aims to reduce into harmless molecules of nitrogen N2 and water H2O molecules of nitrogen oxides (nitrogen monoxide NO and nitrogen dioxide NO2) incoming, under the action of a reducing agent which is generally ammonia, thanks to the injection at the inlet of the SCR catalyst of an ammonia precursor compound, usually a solution based on aqueous urea (well known under the trademark Adblue®).
  • a reducing agent which is generally ammonia
  • FIG. 1 illustrates the efficiency variation Eff of a catalyst SCR as a function of the temperature Tscr of the combustion gases of a supercharged diesel engine, entering an SCR catalyst.
  • Efficiency means the percentage of nitrogen oxide molecules entering the SCR catalyst that are effectively reduced to nitrogen and water, the rest being directly released into the outside atmosphere after having passed through the SCR catalyst without being there. treaty.
  • the engine when the vehicle is driven in an urban area, the engine operates at low load and / or at low speed and emits few calories to the exhaust, so that the temperature Tscr of the gases entering the SCR catalyst is low, c i.e., less than a temperature threshold Ts from which efficiency Eff is maximum.
  • a temperature threshold Ts is substantially equal to 240 ° C. according to FIG. 1.
  • the Eff efficiency of the SCR catalyst is only equal to 60%.
  • turbocharged supercharged internal combustion engine in particular a vehicle diesel engine, whose exhaust line comprises a device for aftertreatment of the exhaust gases with at least one SCR catalyst, to which ammonia can be added as a reducing agent for reducing nitrogen oxides, which reducing agent can be produced from a urea-water solution or solid urea , characterized in that the ammonia converter is disposed externally on the turbine casing of the turbocharger, thus taking advantage of its thermal radiation for the production of ammonia.
  • the ammonia converter has an evaporation / hydrolysis chamber in which a water-urea solution or solid urea can be injected at a suitable place, the chamber being connected, on the outlet side, to the line of exhaust adjacent to the outlet of the turbine through at least one conduit for passing the product ammonia or gas mixture containing it in the exhaust line.
  • Such an arrangement increases the efficiency of the reaction of the nitrogen oxides with ammonia, that is to say increases the efficiency of the SCR catalyst, but requires a complex implementation and involves risks of reliability for the turbocharger .
  • the aim of the invention is to solve the shortcomings of complexity, lack of precision and overconsumption in fuel of known methods for improving the efficiency of SCR catalysts. It allows to heat a SCR catalyst to bring it quickly to a minimum temperature threshold that gives it maximum efficiency, and maintain its temperature at this value.
  • a bypass circuit of the recirculation loop adapted to withdraw a portion of the gases in said recirculation loop and reintroduce them in the exhaust circuit between the depollution device and the catalyst of selective reduction.
  • FIG. 2 is a schematic representation of a supercharged engine associated with a combustion gas exhaust system according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing the different steps of a method of heating an SCR catalyst according to the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE FIGURES
  • FIG. 2 diagrammatically shows an internal combustion engine 1, for example a diesel engine, comprising a plurality of cylinders 2 (here four in number). Each cylinder 2 receives fuel, for example diesel fuel, from at least one injector 3 which is fed by a common rail 4 connected to a high-pressure pump (not shown in the figure).
  • fuel for example diesel fuel
  • the engine 1, supercharged type, is equipped with a turbocharger 5 which comprises a compressor 6 and a turbine 7 driven in rotation about a common shaft 8.
  • the engine 1 is associated with an air intake circuit 9 which supplies it with fresh air, and with an exhaust gas circuit 10 which discharges into the outside atmosphere the gases resulting from the combustion of the fuel. air-fuel mixture in the engine 1.
  • the air intake circuit 9 of the engine comprises, from upstream to downstream in the direction of flow of air indicated by the arrows in FIG. 2, an air filter 1 1, the compressor 6 and an air intake manifold 12, also called distributor 12, of the engine 1.
  • the air filter 1 1 and the compressor 6 are interconnected by a first connecting pipe 13, said filter-compressor pipe 13.
  • the compressor 6 and the distributor 12 are interconnected by a second connecting pipe 14, said pipe compressor-distributor 14.
  • the exhaust system 10 of the engine comprises from upstream to downstream in the direction of flow of the combustion gases indicated by the arrows in FIG. exhaust system 15 of the engine, the turbine 7, a decontamination device 16 of the combustion gases of the engine and a selective reduction catalyst 17 of the nitrogen oxides of the engine, also called SCR catalyst 17.
  • the pollution control device 16 may comprise a particulate filter 18, capable of storing the soot produced in the combustion gases of the engine 1 during normal operation of the lean-burn engine, and then to burn them during a tilting caused by the operation of the engine. engine in rich mixture. It may comprise an oxidation catalyst 19, capable of continuously oxidizing carbon monoxide CO and HC unburned hydrocarbons produced in the combustion gases of the engine.
  • the particulate filter 18 may be implanted, in the depollution device 16, upstream of the oxidation catalyst 19.
  • the SCR catalyst 17 is able to reduce the molecules of nitrogen oxides (nitrogen monoxide NO and nitrogen dioxide NO2) into innocuous molecules of nitrogen N2 and water H2O, under the action of a reducing agent which is generally ammonia, thanks to the injection at the inlet of the SCR catalyst 17 of an ammonia precursor compound, usually a solution based on aqueous urea (well known under the trade name Adblue ⁇ ).
  • a reducing agent which is generally ammonia
  • an ammonia precursor compound usually a solution based on aqueous urea (well known under the trade name Adblue ⁇ ).
  • Adblue ⁇ a solution based on aqueous urea
  • the exhaust manifold 15 and the turbine 7 are interconnected by a third connecting pipe 21, said manifold-turbine connecting pipe 21, provided with means 22 for determining the pressure upstream of the turbine Pamt, for example a pressure sensor 22.
  • the turbine 7 and the depollution device 16 are interconnected by a fourth connecting pipe 23, called the turbine-catalyst connecting pipe 23.
  • the depollution device 16 and the catalyst SCR are connected to each other by a fifth connecting pipe 24, said catalyst-SCR connection pipe 24, on which is mounted the urea injector 20.
  • the nozzle of the injector Urea 20 opens into the catalyst-SCR 24 connecting pipe at a point near the inlet of the SCR catalyst 17.
  • the catalyst SCR comprises means for determining the temperature Tscr of the combustion gases entering it, for example a temperature sensor 25. In a variant that is not shown, the temperature sensor 25 may be mounted for example on the catalyst connecting pipe.
  • the exhaust circuit 10 of the engine comprises a recirculation loop 26 of the exhaust gas at the intake of the engine 1, which here is preferably in the form of a loop recirculation 26 high pressure, also known as EGR loop HP 26 (EGR: from the acronym for Exhaust Gas Recycling).
  • EGR loop HP 26 EGR: from the acronym for Exhaust Gas Recycling
  • such an HP EGR loop 26 is able to take part of the combustion gases from the engine upstream of the turbine 7 and reintroduce them into the intake circuit 9 downstream of the compressor 6.
  • the HP EGR loop 26 comprises an exhaust gas recirculation pipe 27, which originates at one point of the manifold-turbine connection pipe 21 and whose other end opens at a point of the compressor-distributor connection pipe 14 .
  • the HP EGR loop 26 also comprises means for adjusting the amount of exhaust gas recycled in the intake circuit 9, for example an adjustment valve 28, called the EGR valve 28, whose degree of opening is adjustable.
  • the HP EGR loop 26 may include a cooler 29 adapted to cool the combustion gases taken from the engine exhaust before they enter the compressor-distributor connection pipe 14 and mix with the air coming from the compressor 6.
  • the recirculation loop 26 at high pressure can be replaced by a recirculation loop 26 at low pressure, called EGR loop BP 26.
  • EGR loop BP 26 a recirculation loop 26 at low pressure
  • the exhaust circuit 10 of the engine further comprises a bypass circuit 30 of the recirculation loop 26, able to take a part of the exhaust gases circulating therein and reintroduce them into the engine. exhaust circuit 10 at a point between the depollution device
  • the bypass circuit 30 comprises a branch pipe 31 which originates at one point of the recirculation pipe 27, and whose other end opens at a point of the catalyst-SCR connection pipe 24.
  • the bypass circuit 30 also comprises means for opening and closing 32 of the branch pipe 31, for example an all-or-nothing valve 32.
  • the latter makes it possible to allow or prohibit the free passage of a part recirculated gases from the EGR loop 26 to the bypass circuit 30, without the flow thus withdrawn being directly controllable.
  • This derived flow rate is a resultant of the recirculated exhaust gas rate, which is regulated by the degree of opening of the EGR valve 28, and a set of parameters determining the operating point of the engine and including the minus the engine speed and the load. These parameters make it possible to set the boost pressure of the turbocharger needed to produce the torque required by the driver and determine, via the pressure upstream of the turbine Pamt and the pressure drops in the various parts of the exhaust circuit 10, the pressure at the terminals of the branch pipe 31.
  • bypass circuit 30 makes it possible to take part of the combustion gases from the engine 1 before they are cooled by the turbine 7 under the effect of their expansion. in the turbine 7, and then cooled again in the depollution device 16.
  • the temperature gain achievable is of the order of a hundred degrees.
  • the branch pipe 31 originates at a point of the recirculation pipe 27 which is located upstream of the cooler 30, so that the gases removed are not cooled.
  • the other end opens at a point of the catalyst-SCR connection pipe 24 which is located upstream of the urea injector 20.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating the various steps of a method of heating an SCR catalyst according to the invention, usable in urban running with the exhaust circuit 10 of an engine 1, such as that which comes from to be described.
  • the method starts with an initialization phase 100, for example at each start of the engine 1.
  • the method is continued with a step 1 for determining the temperature Tscr of the gas passing through the catalyst SCR 17, then with a step 120 for comparing said temperature Tscr with a temperature threshold Ts for which the efficiency Eff of the catalyst SCR 17 reaches its maximum value.
  • the process is directed to a step 130 in which the on-off valve 32 of the bypass circuit 30 of the recirculated gases is kept closed.
  • a step 140 of determining the pressure Pamt upstream of the turbine directs to a step 140 of determining the pressure Pamt upstream of the turbine, then to a step of comparing said pressure Pamt with a threshold of relatively low pressure Ps, for example a relative pressure of 300 mbar relative to atmospheric pressure, below which the engine typically operates at low load and / or low speed, which is characteristic of an urban use of the vehicle in which the supercharging is little solicited by the driver.
  • a threshold of relatively low pressure Ps for example a relative pressure of 300 mbar relative to atmospheric pressure, below which the engine typically operates at low load and / or low speed, which is characteristic of an urban use of the vehicle in which the supercharging is little solicited by the driver.
  • the method directs to the step 130 in which the on-off valve 32 is kept closed, since the operating conditions of the engine must naturally allow a rapid heating of the SCR catalyst 17.
  • the method is directed to a step 160 in which the digital gate 32 is open.
  • the temperature difference ⁇ between the temperature threshold Ts to be reached and the actual gas temperature Tscr determined in step 1 is calculated.
  • the degree of opening of the EGR valve 28 is adjusted as a function of this temperature difference that is to be rapidly canceled.
  • Such degree of opening can be determined in advance by very simple engine bench tests, the temperature increase being dependent on the first order of the recirculation rate of the gases only.
  • the process continues iteratively with a given time step, for example a few hundred milliseconds.
  • a given time step for example a few hundred milliseconds.
  • the process resumes, after the flow of said time step, in step 1 in which the temperature Tscr of the gases flowing through the catalyst are again measured. SCR 17. It is thus possible to heat the temperature of these Tscr gases up to the temperature threshold Ts, starting from a lower temperature, and to keep it thereafter.

Abstract

Circuit d'échappement (10) d'un moteur (1) à combustion interne suralimenté par un turbocompresseur (5), comportant : - un catalyseur de réduction sélective (17) des oxydes d'azote émis dans les gaz de combustion du moteur (1); - un dispositif de dépollution (16) des gaz du moteur (1) disposé en amont dudit catalyseur de réduction sélective (17); et, - une boucle de recirculation (26) des gaz de combustion du moteur (1) dans un circuit d'admission (9) du moteur (1), CARACTERISE EN CE QU' il comprend en outre un circuit de dérivation (30) de la boucle de recirculation (26), apte à prélever une partie des gaz dans ladite boucle de recirculation (26) et à les réintroduire dans le circuit d'échappement (10) entre le dispositif de dépollution (16) et le catalyseur de réduction sélective (17).

Description

Système d'échappement d'un moteur à combustion interne et procédé de chauffage d'un catalyseur SCR
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
L'invention concerne les moteurs à combustion interne suralimentés équipés d'un catalyseur de réduction sélective d'oxydes d'azote.
Elle concerne plus particulièrement les moteurs fonctionnant en mélange pauvre, notamment les moteurs diesel, qui produisent de grandes quantités d'oxydes d'azote (NOx) dans leurs gaz de combustion.
ETAT DE LA TECHNIQUE
La réduction des émissions polluantes à l'échappement des moteurs à combustion interne, en particulier ceux des véhicules automobiles, qui sont soumis à des contraintes légales de plus en plus contraignantes, est un enjeu stratégique.
Dans le but de se conformer à la réglementation, par exemple à la norme dite « euro6 », on a souvent recours à des systèmes de posttraitement des gaz de combustion des moteurs à combustion interne pour traiter les différents types de polluants (par exemple : monoxyde de carbone CO, hydrocarbures imbrûlés HC, oxydes d'azote NOx, suies...) émis dans ces gaz.
Pour limiter plus particulièrement les rejets dans l'atmosphère des molécules d'oxydes d'azote (NOx), qui sont nocives à la santé et à l'environnement, de nombreux moteurs modernes sont équipés, à l'échappement, d'un catalyseur de réduction sélective d'oxydes d'azote, dit aussi catalyseur SCR (de l'acronyme anglais pour : Sélective Catalytic Réduction).
De manière connue en soi, un tel catalyseur SCR vise à réduire en molécules inoffensives d'azote N2 et d'eau H2O les molécules d'oxydes d'azote (monoxyde d'azote NO et dioxyde d'azote NO2) entrantes, sous l'action d'un réducteur qui est généralement de l'ammoniac, grâce à l'injection à l'entrée du catalyseur SCR d'un composé précurseur de l'ammoniac, usuellement une solution à base d'urée aqueuse (bien connue sous la dénomination commerciale Adblue©).
La figure 1 illustre la variation d'efficacité Eff d'un catalyseur SCR en fonction de la température Tscr des gaz de combustion d'un moteur diesel suralimenté, entrant dans un catalyseur SCR. Par efficacité, on entend le pourcentage de molécules d'oxydes d'azote entrant dans le catalyseur SCR qui y sont effectivement réduites en azote et en eau, le reste étant directement rejeté dans l'atmosphère extérieure après avoir traversé le catalyseur SCR sans y être traité.
On constate que pour une température Tscr comprise sensiblement entre 250°C et 400°C à l'échappement d'un moteur diesel suralimenté, qui correspond à l'utilisation courante d'un véhicule sur route ou sur autoroute, efficacité Eff atteint sa valeur maximale, ici 90%.
En revanche, lorsque le véhicule roule en zone urbaine, le moteur fonctionne à faible charge et/ ou à faible régime et rejette peu de calories à l'échappement, de sorte que la température Tscr des gaz entrant dans le catalyseur SCR est faible, c'est-à-dire inférieure à un seuil de température Ts à partir duquel l'efficacité Eff est maximale. Un tel seuil de température Ts est sensiblement égal à 240°C selon la figure 1. Par exemple, à 200°C, l'efficacité Eff du catalyseur SCR est seulement égale à 60%.
D'une manière générale, il est important que l'efficacité Eff d'un catalyseur SCR soit aussi élevée que possible pour limiter les rejets dans l'atmosphère extérieure des oxydes d'azote émis dans les gaz de combustion d'un moteur.
On connaît plusieurs méthodes qui visent à atteindre cet objectif. Par exemple, on peut chercher à augmenter la température des gaz de combustion en dégradant le rendement de combustion du moteur, notamment en retardant l'injection de carburant dans les cylindres.
Mais une telle méthode est coûteuse, consommatrice en carburant et elle a un impact sur les émissions d'autres types de polluants (HC, CO, etc ..) du moteur, car elle modifie le déroulement de la combustion.
On connaît aussi de la publication DE102005045029 un moteur à combustion interne suralimenté par turbocompresseur, en particulier un moteur diesel de véhicule, dont la ligne d'échappement comprend un dispositif de posttraitement des gaz d'échappement avec au moins un catalyseur SCR, auquel peut être ajouté de l'ammoniaque en tant qu'agent réduction pour réduire les oxydes d'azote, cet agent de réduction pouvant être produit à partir d'une solution urée-eau ou de l'urée solide, caractérisé en ce que le convertisseur d'ammoniaque est disposé à l'extérieur sur le carter de turbine du turbocompresseur, profitant ainsi de son rayonnement thermique pour la production de l'ammoniaque. Le convertisseur d'ammoniaque présente une chambre d'évaporation/hydrolysation dans laquelle peut être injectée, à un endroit approprié, soit une solution eau-urée soit de l'urée solide, la chambre étant reliée, côté sortie, à la ligne d'échappement adjacente à la sortie de la turbine par l'intermédiaire d'au moins un conduit permettant de faire passer l'ammoniaque produit ou le mélange de gaz contenant celui-ci dans la ligne d'échappement.
Un tel arrangement augmente le rendement de la réaction des oxydes d'azote avec l'ammoniaque, c'est-à-dire augmente l'efficacité du catalyseur SCR, mais nécessite une mise en œuvre complexe et implique des risques de fiabilité pour le turbocompresseur.
On connaît également de la publication US201 1247327 un système de traitement des gaz d'échappement d'un moteur suralimenté par turbocompresseur, comprenant un injecteur apte à injecter un jet de réducteurs dans les gaz d'échappement après que ces gaz ont été divisés en plusieurs flux, traités dans une pluralité de catalyseurs, puis rassemblés à nouveau en un flux commun. L'injection de réducteurs est effectuée en amont de la turbine du turbocompresseur, si bien qu'un catalyseur SCR situé en aval de la turbine permet de réduire les oxydes d'azote présents dans les gaz d'échappement avec une efficacité accrue. Mais un tel dispositif est également d'une mise en œuvre particulièrement complexe et les pièces mécaniques supplémentaires sont coûteuses.
On connaît aussi de la publication US2010263356 un arrangement pour la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne, comportant un filtre à particules, un catalyseur SCR et une turbine interposée entre le filtre à particules et le catalyseur SCR. On vise ici à augmenter la température du catalyseur SCR en provoquant une régénération forcée du filtre à particules. Comme la température des gaz résultant de la combustion forcée des suies dans le filtre à particules est difficile à contrôler, la turbine permet si nécessaire de refroidir ces gaz en les détendant.
Toutefois, un tel procédé de chauffage d'un catalyseur SCR manque de précision, et il conduit à provoquer des régénérations du filtre à particules non nécessaires à son fonctionnement propre, c'est- à-dire avant l'atteinte d'une masse critique de suies qui le colmate. Il est connu que de telles régénérations, provoquées par une hausse de température du filtre à particules et par un basculement du fonctionnement du moteur en mélange riche, est très consommateur en carburant.
RESUME DE L'INVENTION
L'invention vise à résoudre les défauts de complexité, de manque de précision et de surconsommation en carburant des procédés connus d'amélioration de l'efficacité des catalyseurs SCR. Elle permet de chauffer un catalyseur SCR pour l'amener rapidement à un seuil de température minimal qui lui confère une efficacité maximale, et de maintenir sa température à cette valeur.
Elle propose pour cela un circuit d'échappement d'un moteur à combustion interne suralimenté par un turbocompresseur, comportant :
• Un catalyseur de réduction sélective des oxydes d'azote émis dans les gaz de combustion du moteur ;
· Un dispositif de dépollution des gaz du moteur disposé en amont dudit catalyseur de réduction sélective ; et,
• Une boucle de recirculation des gaz de combustion du moteur dans un circuit d'admission du moteur,
caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit de dérivation de la boucle de recirculation, apte à prélever une partie des gaz dans ladite boucle de recirculation et à les réintroduire dans le circuit d'échappement entre le dispositif de dépollution et le catalyseur de réduction sélective.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en s 'appuyant sur les figures annexées dans lesquelles :
- La figure 2 est une représentation schématique d'un moteur suralimenté associé à un système d'échappement des gaz de combustion selon un mode de réalisation de l'invention ; et,
- La figure 3 est un diagramme représentant les différentes étapes d'un procédé de chauffage d'un catalyseur SCR selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DES FIGURES
Sur la figure 2, on a représenté schématiquement un moteur 1 à combustion interne, par exemple un moteur diesel, comportant une pluralité de cylindres 2 (ici au nombre de quatre). Chaque cylindre 2 reçoit du carburant, par exemple du gazole, d'au moins un injecteur 3 qui est alimenté par un rail commun 4 relié à une pompe à haute pression (non représentée sur la figure).
Le moteur 1 , du type suralimenté, est équipé d'un turbocompresseur 5 qui comprend un compresseur 6 et une turbine 7 entraînés en rotation autour d'un arbre commun 8.
Le moteur 1 est associé à un circuit d'admission d'air 9 qui l'alimente en air frais, et à un circuit d'échappement 10 des gaz d'échappement qui évacue dans l'atmosphère extérieure les gaz résultant de la combustion du mélange air-carburant dans le moteur 1.
De manière non limitative, le circuit d'admission d'air 9 du moteur comprend, d'amont en aval dans le sens de circulation de l'air indiqué par les flèches sur la figure 2, un filtre à air 1 1 , le compresseur 6 et un collecteur d'admission d'air 12, dit aussi répartiteur 12, du moteur 1.
Le filtre à air 1 1 et le compresseur 6 sont reliés entre eux par un premier tuyau de liaison 13, dit tuyau filtre-compresseur 13. Le compresseur 6 et le répartiteur 12 sont reliés entre eux par un deuxième tuyau de liaison 14, dit tuyau compresseur-répartiteur 14.
De manière non limitative, le circuit d'échappement 10 du moteur comprend d'amont en aval dans le sens de circulation des gaz de combustion indiqué par les flèches sur la figure 2, un collecteur d'échappement 15 du moteur, la turbine 7, un dispositif de dépollution 16 des gaz de combustion du moteur et un catalyseur de réduction sélective 17 des oxydes d'azote du moteur, dit aussi catalyseur SCR 17.
Le dispositif de dépollution 16 peut comprendre un filtre à particules 18, apte à stocker les suies produites dans les gaz de combustion du moteur 1 lors du fonctionnement normal du moteur en mélange pauvre, puis à les brûler lors d'un basculement provoqué du fonctionnement du moteur en mélange riche. Il peut comprendre un catalyseur d'oxydation 19, apte à oxyder en continu le monoxyde de carbone CO et les hydrocarbures imbrûlés HC produits dans les gaz de combustion du moteur. Par exemple, le filtre à particules 18 peut être implanté, dans le dispositif de dépollution 16, en amont du catalyseur d'oxydation 19.
Le catalyseur SCR 17 est apte à réduire en molécules inoffensives d'azote N2 et d'eau H2O les molécules d'oxydes d'azote (monoxyde d'azote NO et dioxyde d'azote NO2) entrantes, sous l'action d'un réducteur qui est généralement de l'ammoniac, grâce à l'injection à l'entrée du catalyseur SCR 17 d'un composé précurseur de l'ammoniac, usuellement une solution à base d'urée aqueuse (bien connue sous la dénomination commerciale Adblue©). Le composé est injecté à l'entrée du catalyseur SCR 17 par un injecteur d'urée 20 relié à un réservoir (non représenté sur la figure 2).
Le collecteur d'échappement 15 et la turbine 7 sont reliés entre eux par un troisième tuyau de liaison 21 , dit tuyau de liaison collecteur- turbine 21 , pourvu de moyens de détermination 22 de la pression en amont de la turbine Pamt, par exemple un capteur de pression 22.
La turbine 7 et le dispositif de dépollution 16 sont reliés entre eux par un quatrième tuyau de liaison 23, dit tuyau de liaison turbine- catalyseur 23.
Le dispositif de dépollution 16 et le catalyseur SCR sont reliés entre eux par un cinquième tuyau de liaison 24, dit tuyau de liaison catalyseur-SCR 24, sur lequel est monté l'injecteur d'urée 20. Le nez de l'injecteur d'urée 20 débouche à l'intérieur du tuyau de liaison catalyseur-SCR 24 en un point situé à proximité de l'entrée du catalyseur SCR 17. Le catalyseur SCR comprend des moyens de détermination 25 de la température Tscr des gaz de combustion qui y pénètrent, par exemple un capteur de température 25. En variante non représentée, le capteur de température 25 peut être monté par exemple sur le tuyau de liaison catalyseur-SCR 24, de préférence en aval de l'injecteur d'urée 20, et à proximité du catalyseur SCR 17.
En plus des composants qui viennent d'être énumérés, le circuit d'échappement 10 du moteur comprend une boucle de recirculation 26 des gaz d'échappement à l'admission du moteur 1 , qui se présente ici préférentiellement sous la forme d'une boucle de recirculation 26 à haute pression, dite aussi boucle EGR HP 26 (EGR : de l'acronyme anglais pour Exhaust Gas Recycling).
De manière connue en soi, une telle boucle EGR HP 26 est apte à prélever une partie des gaz de combustion du moteur en amont de la turbine 7 et de les réintroduire dans le circuit d'admission 9 en aval du compresseur 6. Pour ce faire, la boucle EGR HP 26 comprend un tuyau de recirculation 27 des gaz d'échappement, qui prend naissance en un point du tuyau de liaison collecteur-turbine 21 et dont l'autre extrémité débouche en un point du tuyau de liaison compresseur- répartiteur 14.
La boucle EGR HP 26 comprend aussi des moyens de réglage de la quantité de gaz d'échappement recyclés dans le circuit d'admission 9, par exemple une vanne de réglage 28, dite vanne EGR 28, dont le degré d'ouverture est ajustable. La boucle EGR HP 26 peut comporter un refroidisseur 29 apte à refroidir les gaz de combustion prélevés à l'échappement du moteur avant qu'ils pénètrent dans le tuyau de liaison compresseur-répartiteur 14 et s'y mélangent à l'air provenant du compresseur 6.
En variante non représentée, la boucle de recirculation 26 à haute pression peut être remplacée par une boucle de recirculation 26 à basse pression, dite boucle EGR BP 26. Une telle configuration se distingue de celle qui est représentée sur la figure 2 par le fait que les gaz de combustion sont prélevés en aval de la turbine 7 et qu'ils sont réintroduits en amont du compresseur 6. En d'autres termes, le tuyau de recirculation 27 prend naissance en un point du tuyau de liaison turbine-catalyseur 23, et son autre extrémité débouche en un point du tuyau filtre-compresseur 9. Selon l'invention, le circuit d'échappement 10 du moteur comprend en outre un circuit de dérivation 30 de la boucle de recirculation 26, apte à prélever sur cette dernière une partie des gaz d'échappement qui y circulent et à les réintroduire dans le circuit d'échappement 10 en un point situé entre le dispositif de dépollution
16 et le catalyseur SCR 17.
Pour ce faire, le circuit de dérivation 30 comprend un tuyau de dérivation 31 qui prend naissance en un point du tuyau de recirculation 27, et dont l'autre extrémité débouche en un point du tuyau de liaison catalyseur-SCR 24.
Le circuit de dérivation 30 comprend également des moyens d'ouverture et de fermeture 32 du tuyau de dérivation 31 , par exemple une vanne tout-ou-rien 32. Cette dernière permet d'autoriser ou d'interdire le libre passage d'une partie des gaz recirculés de la boucle EGR 26 vers le circuit de dérivation 30, sans pour autant que le débit ainsi prélevé puisse être contrôlé directement.
La valeur de ce débit dérivé est une résultante du taux de gaz d'échappement recirculé, qui est réglé par le degré d'ouverture de la vanne EGR 28, et d'un ensemble de paramètres déterminant le point de fonctionnement du moteur et comprenant au moins le régime du moteur et la charge. Ces paramètres permettent de fixer la pression de suralimentation du turbocompresseur nécessaire à la production du couple requis par le conducteur et déterminent, via la pression en amont de la turbine Pamt et les pertes de charge dans les différentes pièces du circuit d'échappement 10, la pression aux bornes du tuyau de dérivation 31.
Dans le mode de réalisation préférentiel présentant une boucle EGR HP 25, le circuit de dérivation 30 permet de prélever une partie des gaz de combustion issus du moteur 1 avant que ceux-ci ne soient refroidis par la turbine 7 sous l'effet de leur détente dans la turbine 7, puis à nouveau refroidis dans le dispositif de dépollution 16.
Dans une zone de fonctionnement à faible charge et/ ou à faible régime de rotation du moteur 1 qui est typiquement le cas d'une utilisation urbaine d'un véhicule, le conducteur sollicite très peu le turbocompresseur 5. Par rapport au cas de figure où le catalyseur SCR
17 ne reçoit que des gaz de combustion ayant déjà traversé la turbine 7 et le dispositif de dépollution 16, le gain en température atteignable est de l'ordre d'une centaine de degrés.
Par exemple, pour un écart de pression de 200 mbar seulement entre la pression en amont de la turbine Pamt et la pression à l'entrée du catalyseur SCR 17, et une température Tscr des gaz entrant dans le catalyseur SCR égale à 100°C, en prenant comme hypothèse un taux de recirculation des gaz d'échappement de 50%, la loi de Dalton prévoit une augmentation de 120°C de la température Tscr pour une température de 400°C en amont de la turbine. Il est donc possible de faire converger rapidement la température Tscr des gaz entrant dans le catalyseur SCR 17 vers la température de fonctionnement optimal pour l'efficacité Eff de celui-ci, par exemple une température voisine de 240°C.
De préférence, le tuyau de dérivation 31 prend naissance en un point du tuyau de recirculation 27 qui est situé en amont du refroidisseur 30, pour que les gaz prélevés ne soient pas refroidis. De préférence également, l'autre extrémité débouche en un point du tuyau de liaison catalyseur-SCR 24 qui est situé en amont de l'injecteur d'urée 20.
La figure 3 est un organigramme qui illustre les différentes étapes d'un procédé de chauffage d'un catalyseur SCR selon l'invention, utilisable en roulage urbain avec le circuit d'échappement 10 d'un moteur 1 , tel que celui qui vient d'être décrit.
Le procédé débute par une phase d'initialisation 100, par exemple à chaque démarrage du moteur 1.
Le procédé se poursuit avec une étape 1 10 de détermination de la température Tscr des gaz traversant le catalyseur SCR 17, puis par une étape 120 de comparaison de ladite température Tscr avec un seuil de température Ts pour lequel l'efficacité Eff du catalyseur SCR 17 atteint sa valeur maximale.
Si la température Tscr est supérieure ou égale au seuil de température Ts, le procédé oriente vers une étape 130 dans laquelle la vanne tout-ou-rien 32 du circuit de dérivation 30 des gaz recirculés est maintenue fermée.
Dans le cas contraire, il oriente vers une étape 140 de détermination de la pression Pamt en amont de la turbine, puis vers une étape de comparaison de ladite pression Pamt avec un seuil de pression Ps relativement faible, par exemple une pression relative de 300 mbar par rapport à la pression atmosphérique, en dessous de laquelle le moteur fonctionne typiquement à faible charge et/ ou à faible régime, ce qui est caractéristique d'une utilisation urbaine du véhicule dans laquelle la suralimentation est peu sollicitée par le conducteur.
Si la pression en amont de la turbine Pamt est supérieure au seuil de pression Ps, le procédé oriente vers l'étape 130 dans laquelle la vanne tout-ou-rien 32 est maintenue fermée, car les conditions de fonctionnement du moteur doivent permettre naturellement un échauffement rapide du catalyseur SCR 17.
Dans le cas contraire, le procédé oriente vers une étape 160 dans laquelle la vanne tout-ou-rien 32 est ouverte. Au cours de l'étape suivante 170, on calcule l'écart de température ΔΤ entre le seuil de température Ts à atteindre et la température réelle Tscr des gaz déterminée à l'étape 1 10. Puis, au cours d'une étape 180, on règle le degré d'ouverture de la vanne EGR 28 en fonction de cet écart de température que l'on veut annuler rapidement.
Un tel degré d'ouverture peut être déterminé à l'avance par des essais au banc moteur très simples, l'augmentation de température étant dépendante au premier ordre du taux de recirculation des gaz seulement.
Le procédé se poursuit de façon itérative avec un pas de temps donné, par exemple quelques centaines de millisecondes. En d'autres termes, après chaque exécution des étapes 130 ou 180, le procédé reprend, après l'écoulement dudit pas de temps, à l'étape 1 10 au cours de laquelle on mesure à nouveau la température Tscr des gaz traversant le catalyseur SCR 17. On peut ainsi chauffer la température de ces gaz Tscr jusqu'au seuil de température Ts, à partir d'une température plus faible, et l'y maintenir ensuite.

Claims

Revendications
1. Circuit d'échappement (10) d'un moteur (1) à combustion interne suralimenté par un turbocompresseur (5), comportant :
- un catalyseur de réduction sélective (17) des oxydes d'azote émis dans les gaz de combustion du moteur (1) ;
- un dispositif de dépollution (16) des gaz du moteur (1) disposé en amont dudit catalyseur de réduction sélective (17) ; et,
- une boucle de recirculation (26) des gaz de combustion du moteur (1) dans un circuit d'admission (9) du moteur (1),
CARACTERISE EN CE QU'
il comprend en outre un circuit de dérivation (30) de la boucle de recirculation (26), apte à prélever une partie des gaz dans ladite boucle de recirculation (26) et à les réintroduire dans le circuit d'échappement (10) entre le dispositif de dépollution (16) et le catalyseur de réduction sélective (17).
2. Circuit d'échappement (10) selon la revendication 1 , dans lequel la boucle de recirculation (26) est une boucle de recirculation à haute pression (26), apte à prélever une partie des gaz de combustion du moteur (1) en amont d'une turbine (7) du turbocompresseur (5) et à les réintroduire dans le circuit d'admission (9) du moteur (1) en aval d'un compresseur (6) du turbocompresseur (5).
3. Circuit d'échappement (10) selon la revendication 1 , dans lequel la boucle de recirculation (26) est une boucle de recirculation à basse pression (26), apte à prélever une partie des gaz de combustion du moteur (1) en aval d'une turbine (7) du turbocompresseur (5) et à les réintroduire dans le circuit d'admission (9) du moteur en amont d'un compresseur (6) du turbocompresseur (5).
4. Circuit d'échappement (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de dépollution (16) comprend un filtre à particules (18).
5. Circuit d'échappement (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de dépollution (16) comprend un catalyseur d'oxydation (19) des gaz de combustion du moteur (1).
6. Circuit d'échappement (10) selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le filtre à particules (18) est disposé dans le dispositif de dépollution (16) en amont du catalyseur d'oxydation
(19).
7. Circuit d'échappement (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit de dérivation (30) comprend une vanne tout-ou-rien (32) apte à ouvrir et à fermer le passage de gaz recirculés de la boucle de recirculation (26) vers le circuit de dérivation (30).
8. Procédé de chauffage d'un catalyseur de réduction sélective (17) des oxydes d'azote (17) monté dans un circuit d'échappement (10) d'un moteur (1) à combustion interne suralimenté par turbocompresseur (5), ledit circuit d'échappement (10) comportant :
- un dispositif de dépollution des gaz (16) disposé en amont du catalyseur de réduction sélective (17) ;
- une boucle de recirculation (26) des gaz de combustion du moteur (1) dans un circuit d'admission (9) du moteur (1) ; et,
- un circuit de dérivation (30) de la boucle de recirculation (26), apte à prélever une partie des gaz dans ladite boucle de recirculation (26) et à les réintroduire dans le circuit d'échappement (10) entre le dispositif de dépollution (16) et le catalyseur de réduction sélective (17),
CARACTERISE EN CE QU'
il comprend une étape (130, 180) dans laquelle on ouvre ou on ferme le circuit de dérivation (30) en fonction de la température (Tscr) des gaz entrant dans le catalyseur SCR (17).
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel on ouvre le circuit de dérivation (30) lorsque la température (Tscr) des gaz entrant dans le catalyseur SCR (17) est inférieure à un seuil de température (Ts).
10. Procédé selon la revendication 8, dans lequel le seuil de température (Ts) est sensiblement égal à la température à partir de laquelle l'efficacité (Eff) du catalyseur SCR (17) est maximale.
1. Procédé selon l'une des revendications 9 ou 10, dans lequel on ouvre le circuit de dérivation (30) lorsque la pression (Pamt) en amont de la turbine est inférieure à un seuil de pression (Ps).
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