WO2015170031A1 - Véhicule automobile a autonomie augmentée en réducteur d'oxydes d'azote - Google Patents

Véhicule automobile a autonomie augmentée en réducteur d'oxydes d'azote Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to the depollution devices of combustion engines of motor vehicles, including diesel vehicles and when the exhaust line comprises a selective reduction module of nitrogen oxides and an oxide absorption module of nitrogen by poor operation.
  • Selective catalytic reduction or SCR devices are known for "Selective Catalyst Reductio" n according to the English terminology. Also known are the absorption devices of nitrogen oxides by poor operation or LNT for "Lean NOx Trap" according to the English terminology, literally trap poor NOx.
  • Diesel engines equipped with a selective catalytic reduction device have the advantage of a fuel economy due to operation in poor conditions which allows optimized fuel consumption.
  • the presence of an SCR tank which in practice empties before the pre-programmed maintenance visits, thus forcing the driver to fill the tank itself, may appear as a constraint for a potential customer. But if the tank is not filled regularly, the vehicle may be immobilized by legal obligation.
  • the object of the invention is to provide a motor vehicle which has a sufficiently efficient operation to achieve a particularly low consumption level, to present a satisfactory depolluting action, and which avoids the driver the inconvenience of a frequent refilling of a nitrogen oxide reductant tank.
  • a motor vehicle comprising a selective catalytic reduction module of nitrogen oxide and a passive nitrogen oxide absorption module operating in passive mode, and a activation module of the selective catalytic reduction module and / or the absorption module, characterized in that the activation module comprises a manual control member configured to manually select the activation of the selective catalytic reduction module or the activation of the absorption module.
  • the driver can choose to switch from this manual control mode to an automated control mode.
  • the vehicle comprises a dashboard and the manual control member is disposed on the dashboard.
  • the manual control member is a touch-sensitive display panel.
  • the vehicle comprises an exhaust line, the selective catalytic reduction module and the absorption module being constituted by a single member mounted unitarily on the exhaust line.
  • the vehicle has a passenger compartment and the manual control member is in the passenger compartment.
  • the activation module is configured to allow the driver to go from a first mode to a second mode among the activation of the selective catalytic reduction module and the activation of the absorption module, the activation module being configured to allow then to go back from the second mode to the first mode.
  • the vehicle comprises a motor compartment and the manual control member is in the engine compartment.
  • the vehicle comprises a trunk and the manual control member is in the trunk.
  • an exhaust line extending from a motor block referenced 1.
  • the exhaust line comprises successively a passive operation NOx trap 2 in passive mode, a selective catalytic reduction catalyst or SCR 3, and a soot type particulate filter 4, with or without a SCR type coating.
  • the exhaust line also comprises a reducing agent injector 5 including a temperature probe, a nitrogen oxide detector 6 disposed between the selective catalytic reduction catalyst 3 and the particulate filter 4, which detector 6 includes a thermocouple, and another nitrogen oxide detector 7, also including a thermocouple, disposed between the engine block 1 and the nitrogen oxide trap 2.
  • a reservoir of urea 8 supplies the injection device 5.
  • the exhaust line is controlled by an onboard computer represented under the reference 9.
  • a control member 10 here in the form of a button disposed on the dashboard of the vehicle, selectively activates the nitrogen oxide trap 2 or the selective catalytic reduction catalyst 3. to this control member, it is proposed to the driver to decide for himself whether it wishes an active catalytic reduction or active nitrogen oxide trap operation.
  • the on-board computer 9 and the manual control member therefore constitute an activation module SCR mode and / or LNT mode.
  • the engine In active NOx 2 trap mode, the engine operates with an increased diesel fuel consumption of the order of 1 to 2% compared to catalytic reduction operation. However, the driver no longer has to continuously fill the nitrogen oxide reducer tank 8.
  • the LNT module absorbs nitrogen oxides at low temperatures.
  • the LNT module comprises low temperature nitrogen oxide storage sites which are designed to release the nitrogen oxides from 200 ° C., so that the nitrogen oxides thus released are treated by the NH3 pre-stored in the SCR module, so that the SCR module processes these nitrogen oxides, whether active or not.
  • Activation of the LNT mode, or transition to active LNT mode can be defined by the presence of fuel-rich phases, with a lambda parameter value of less than 1.
  • active LNT mode trapped nitrogen oxides are transformed in situ with HC due to the rich operating phase.
  • the LNT module behaves as a lean operating passive nitrogen oxide storage catalyst.
  • the active SCR mode is commonly understood as injecting the nitrogen oxide reducer into the SCR module.
  • the driver may have a motivation of different orders to wish to change the operating mode.
  • the driver may have a professional activity preventing him from having regular access to a supply of nitrogen oxide reductant. This is the case when the driver travels, for example, from west to east across Europe, or for example when he leaves Europe for Africa, including crossing deserted areas. More generally, refueling the gearbox reservoir may be perceived as an unacceptable constraint.
  • the customer may prefer a consumption increase of the order of 1 to 2% in exchange for a non-obligation to fill the nitrogen oxide reductant tank.
  • the engine is equipped with a single exhaust line which is provided with two separate modules 2 and 3 respectively lean nitrogen oxide absorption and selective catalytic reduction. These modules may be placed upstream or downstream of the particulate filter 4.
  • the absorption module and the reduction module may consist of the same member which is mounted unitarily on the exhaust line.
  • the particulate filter 4 may be impregnated with nitrogen oxide reducer, and be equipped with or without a catalytic coating. Similarly, a soot regeneration additive - or "Soot" according to the English terminology - can be used.
  • the module placed closest to the engine block 1, here the absorption module 2, may contain precious metals for the CO and HC removal function and for the storage function of the nitrogen oxides and denitrification.
  • the two functions LNT or PNA - Passive NOx Adsorber according to the English terminology, ie passive NOx absorber - and SCR can advantageously coexist in the same catalytic coating because the catalytic formulations become active only under conditions of motor operation respectively adequate.
  • an exhaust gas recirculation system or EGR for "Exhaust Gas Recirculation" in English terminology can be adopted.
  • Such a recirculation system can be at high pressure or at low pressure and it can implement recirculation from a single cylinder or from several cylinders of the engine. Any type of nitrogen oxide reducing agent can be used.
  • the reduction formulation of the selective reduction module may be supported by a conventional wall flow monolith or an exhaust gas flow therethrough of the particulate filter type.
  • the selective activation element of the absorption module or selective catalytic reduction module may for example be a simple button, a switch, or a touch-type display type display. Also, a command in the software can be modified to switch from one system to another - for example via a garage.
  • the control member can be placed in the passenger compartment or in the engine compartment, or in the trunk of the vehicle.
  • the tank 8 may be made of metal or of polymer material. It may contain a liquid, gaseous reducing agent or, for example, an absorbed ammonia gas. Any reducing agent can be used to be introduced into the line exhaust. Typical examples are CO, HC, alcohols, glycols, glycerols, esters, acids, ammonia, ammonium, hydroxide, urea, guanidine, guanidium salts, and the like.
  • the driver has the choice as to how he wants to adapt his denitrification strategy, depending on whether he is willing to accept a small penalty in terms of fuel consumption or he wants to optimize its fuel consumption but by regularly filling the reducing agent tank.
  • Such a device provides a temporary solution for the conductor having an activity bringing it into areas where the reducing agent nitrogen oxide is not readily available.
  • the invention finds a particularly advantageous application for hybrid vehicles with diesel and electric drive.
  • the invention may also provide that the driver can choose to switch from a manual mode to an automatic mode, (and vice versa, of course) where the control member, activation chooses to activate the reduction module catalytic or absorption module according to various criteria, in particular depending on the level of reagent in the reservoir (below a level of urea in the reservoir, transition from catalytic reduction mode to absorption mode for example), according to the criterion of minimizing fuel consumption or depending on the amount of NOx to be treated ....

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Abstract

L'invention concerne un véhicule automobile comprenant un module de réduction catalytique sélective d'oxyde d'azote (3) et un module d'absorption d'oxyde d'azote à fonctionnement pauvre en mode passif (2), et un organe de commande manuelle (10) configuré pour sélectionner manuellement l'activation du module de réduction catalytique sélective (3) ou l'activation du module d'absorption (2).

Description

VEHICULE AUTOMOBILE A AUTONOMIE AUGMENTEE EN REDUCTEUR D'OXYDES D'AZOTE
[0001 ] L'invention concerne les dispositifs de dépollution des moteurs à combustion de véhicules automobiles, notamment véhicules diesel et lorsque la ligne d'échappement comporte un module de réduction sélective d'oxydes d'azote et un module d'absorption d'oxydes d'azote par fonctionnement pauvre.
[0002] On connaît les dispositifs de réduction catalytique sélective ou SCR pour « Sélective Catalyst Reductio »n selon la terminologie anglophone. On connaît également les dispositifs d'absorption d'oxydes d'azote par fonctionnement pauvre ou LNT pour « Lean NOx Trap » selon la terminologie anglophone, littéralement piège pauvre à NOx.
[0003] Les moteurs diesel équipés d'un dispositif de réduction catalytique sélective présentent l'avantage d'une économie de carburant du fait d'un fonctionnement en conditions pauvres lequel permet une consommation de carburant optimisée. Cependant, la présence d'un réservoir SCR qui dans la pratique se vide avant les visites de maintenance préprogrammées, obligeant ainsi le conducteur à remplir le réservoir lui- même, peut apparaître comme une contrainte pour un client potentiel. Or si le réservoir n'est pas rempli régulièrement, le véhicule peut se trouver immobiliser par obligation légale.
[0004] Différentes solutions ont été proposées pour passer du mode SCR au mode LNT de manière améliorer l'autonomie du réservoir SCR et/ou à éviter que le véhicule soit bloqué en vertu d'une disposition légale de type anti-pollution.
[0005] Le but de l'invention est de proposer un véhicule automobile qui ait un fonctionnement suffisamment efficace pour atteindre un niveau de consommation particulièrement faible, pour présenter une action dépolluante satisfaisante, et qui permette d'éviter au conducteur le désagrément d'un remplissage fréquent d'un réservoir de réducteur d'oxyde d'azote.
[0006] Ce but est atteint selon l'invention grâce à un véhicule automobile comprenant un module de réduction catalytique sélective d'oxyde d'azote et un module d'absorption d'oxyde d'azote à fonctionnement pauvre en mode passif, et un module d'activation du module de réduction catalytique sélective et/ou du module d'absorption, caractérisé en ce que le module d'activation comporte un organe de commande manuelle configuré pour sélectionner manuellement l'activation du module de réduction catalytique sélective ou l'activation du module d'absorption. [0007] Ainsi, au lieu de laisser un calculateur choisir, on laisse le conducteur choisir selon ses propres critères.
[0008] On peut prévoir également que le conducteur puisse choisir de passer de ce mode de commande manuelle à un mode de commande automatisé.
[0009] Avantageusement, le véhicule comporte un tableau de bord et l'organe de commande manuelle est disposé sur le tableau de bord.
[0010] Avantageusement, l'organe de commande manuelle est un tableau d'affichage à commande tactile.
[001 1 ] Avantageusement, le véhicule comporte une ligne d'échappement, le module de réduction catalytique sélective et le module d'absorption étant constitués par un même organe monté de manière unitaire sur la ligne d'échappement.
[0012] Avantageusement, le véhicule comporte un habitacle et l'organe de commande manuelle est dans l'habitacle.
[0013] Avantageusement, le module d'activation est configuré de manière à permettre au conducteur de passer d'un premier mode à un deuxième mode parmi l'activation du module de réduction catalytique sélective et l'activation du module d'absorption, le module d'activation étant configuré pour permettre de repasser ensuite du deuxième mode au premier mode.
[0014] Avantageusement, le véhicule comporte un compartiment moteur et l'organe de commande manuelle est dans le compartiment moteur.
[0015] Avantageusement, le véhicule comporte un coffre et l'organe de commande manuelle est dans le coffre.
[0016] D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en référence à la figure annexée qui représente une ligne d'échappement de moteur à combustion selon un mode de réalisation de l'invention,
[0017] Sur la figure annexée, on a représenté une ligne d'échappement s'étendant depuis un bloc moteur référencé 1 . La ligne d'échappement comporte successivement un piège à NOx par fonctionnement pauvre 2 en mode passif, un catalyseur de réduction catalytique sélective ou SCR 3, et un filtre à particules de type à suies 4, avec ou sans revêtement de type SCR. La ligne d'échappement comporte également un injecteur d'agent réducteur 5 incluant une sonde de température, un détecteur d'oxydes d'azote 6 disposé entre le catalyseur de réduction catalytique sélective 3 et le filtre à particules 4, lequel détecteur 6 inclut un thermocouple, et un autre détecteur d'oxydes d'azote 7, incluant également un thermocouple, disposé entre le bloc moteur 1 et le piège à oxydes d'azote 2. Un réservoir d'urée 8 approvisionne le dispositif d'injection 5. La ligne d'échappement est pilotée par un calculateur embarqué représenté sous la référence 9.
[0018] Un organe de commande 10, ici sous la forme d'un bouton disposé sur le tableau de bord du véhicule, permet d'activer sélectivement le piège à oxydes d'azote 2 ou bien le catalyseur de réduction catalytique sélective 3. Grâce à cet organe de commande, il est proposé au conducteur de décider de lui-même s'il souhaite un fonctionnement à réduction catalytique active ou à piège à oxyde d'azote actif. Le calculateur embarqué 9 et l'organe de commande manuelle constituent donc ici un module d'activation du mode SCR et/ou du mode LNT.
[0019] En mode piège à NOx 2 actif, le moteur fonctionne avec une consommation de carburant diesel accrue de l'ordre de 1 à 2 % par rapport au fonctionnement à réduction catalytique. Cependant le conducteur n'a plus à remplir continuellement le réservoir de réducteur d'oxydes d'azote 8.
[0020] Le module LNT absorbe les oxydes d'azote aux basses températures. De manière préférentielle, le module LNT comporte des sites de stockage d'oxydes d'azote à basse température qui sont prévus pour libérer les oxydes d'azote à partir de 200 °C, de telle sorte que les oxydes d'azote ainsi libérés soient traités par le NH3 pré-stocké dans le module SCR, de sorte que le module SCR traite ces oxydes d'azote, qu'il soit actif ou pas. L'activation du mode LNT, ou passage en mode LNT actif, peut être définie par la présence de phases riches en carburant, avec une valeur du paramètre lambda inférieure à 1 . En mode LNT actif, les oxydes d'azote piégés sont transformés in situ avec le HC du fait de la phase de fonctionnement riche. Lorsque le mode LNT n'est pas activé, alors le module LNT se comporte comme un catalyseur de stockage d'oxydes d'azote passif à fonctionnement pauvre. Le mode SCR actif est communément compris comme le fait d'injecter le réducteur d'oxyde d'azote dans le module SCR.
[0021 ] Le conducteur peut avoir une motivation de différents ordres pour souhaiter changer de mode de fonctionnement. Le conducteur peut avoir une activité professionnelle l'empêchant d'avoir accès régulièrement à un approvisionnement en réducteur d'oxyde d'azote. Il en est ainsi lorsque le conducteur se déplace par exemple de l'ouest à l'est au travers de l'Europe, ou par exemple lorsqu'il quitte l'Europe pour l'Afrique, notamment en traversant des zones désertes. Plus généralement, le fait de faire le plein du réservoir de réducteur peut être ressenti comme une contrainte inacceptable. Selon encore un autre scénario, le client peut préférer une augmentation de consommation de l'ordre de 1 à 2 % en l'échange d'une non-obligation de remplir le réservoir de réducteur d'oxyde d'azote. [0022] Dans le présent exemple de réalisation, le moteur est équipé d'une seule ligne d'échappement laquelle est muni de deux modules séparés 2 et 3 respectivement d'absorption pauvre d'oxyde d'azote et de réduction catalytique sélective. Ces modules peuvent être placés en amont ou en aval du filtre à particules 4. En variante, le module d'absorption et le module de réduction peuvent être constitués d'un même organe lequel est monté de manière unitaire sur la ligne d'échappement.
[0023] Le filtre à particules 4 peut être imprégné de réducteur d'oxyde d'azotes, et être équipé ou pas d'un revêtement catalytique. De même, un additif de régénération à suies - ou « Soot » selon la terminologie anglophone - peut être utilisé. Le module placé le plus proche du bloc moteur 1 , ici le module d'absorption 2, peut contenir des métaux précieux pour la fonction d'élimination des CO et HC et pour la fonction de stockage des oxydes d'azote et de dénitrification.
[0024] Les deux fonctions LNT ou PNA - Passive NOx Adsorber selon la terminologie anglophone, c'est-à-dire absorbeur NOx passif - et SCR peuvent avantageusement coexister dans le même revêtement catalytique car les formulations catalytiques deviennent actives seulement sous des conditions de fonctionnement moteur respectivement adéquates. De même un système de recirculation des gaz d'échappement ou EGR pour « Exhaust Gaz Recirculation » selon la terminologie anglophone peut être adopté. Un tel système de recirculation peut être à haute pression ou à basse pression et il peut mettre en œuvre une recirculation depuis un seul cylindre ou depuis plusieurs cylindres du moteur. Tout type d'agent réducteur d'oxyde d'azote peut être utilisé. La formulation de réduction du module de réduction sélective peut être supportée par un monolithe à flux en paroi classique ou par une structure à circulation de gaz d'échappement la traversant de type filtre à particules.
[0025] L'organe d'activation sélective du module d'absorption ou du module de réduction catalytique sélective peut par exemple être un simple bouton, un commutateur, ou encore un écran d'affichage de type à commande tactile. Egalement, une commande dans le logiciel peut être modifiée pour passer d'un système à un autre - par exemple via un garagiste. L'organe de commande peut être placé dans l'habitacle ou dans le compartiment moteur, ou encore dans le coffre du véhicule.
[0026] Le réservoir 8 peut être réalisé en métal ou en matériau polymère. Il peut contenir un agent réducteur liquide, gazeux, ou par exemple un gaz à ammoniaque absorbé. Un agent réducteur quelconque peut être utilisé pour être introduit dans la ligne d'échappement. Des exemple typiques sont CO, HC, les alcools, glycols, glycerols, esters, acides, ammoniaques, ammonium, hydroxyde, urée, guanidine, sels de guanidium, etc.
[0027] Grâce à un tel dispositif, le conducteur a le choix quant à la façon dont il souhaite adapter sa stratégie de dénitrification, selon qu'il est prêt à accepter une petite pénalité en matière de consommation de carburant ou qu'il souhaite optimiser sa consommation de carburant mais en remplissant régulièrement le réservoir d'agent réducteur.
[0028] Un tel dispositif offre une solution temporaire pour le conducteur ayant une activité l'amenant dans des zones où l'agent réducteur d'oxyde d'azote n'est pas aisément disponible. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse pour les véhicules hybrides à entraînement diesel et électrique.
[0029] L'invention peut aussi prévoir que le conducteur puisse choisir de passer d'un mode manuel à un mode automatique, (et réciproquement, naturellement) où l'organe de commande, d'activation choisit d'activer le module de réduction catalytique ou le module d'absorption selon différents critères, notamment selon le niveau de réactif dans le réservoir (en deçà d'un niveau d'urée dans le réservoir, passage du mode réduction catalytique au mode absorption par exemple), selon le critère de minimisation de la consommation en carburant ou selon la quantité de NOx à traiter....

Claims

REVENDICATIONS
1. Véhicule automobile comprenant un module de réduction catalytique sélective d'oxyde d'azote (3) et un module d'absorption d'oxyde d'azote à fonctionnement pauvre en mode passif (2), et un module d'activation du module de réduction catalytique sélective et/ou du module d'absorption (9,10), caractérisé en ce que le module d'activation (9,10) comporte un organe de commande manuelle (10) configuré pour sélectionner manuellement l'activation du module de réduction catalytique sélective (3) ou l'activation du module d'absorption (2).
2. Véhicule automobile selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le véhicule comporte un tableau de bord et l'organe de commande manuelle (10) est disposé sur le tableau de bord.
3. Véhicule automobile selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe de commande manuelle (10) est un tableau d'affichage à commande tactile.
4. Véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une ligne d'échappement, le module de réduction catalytique sélective (3) et le module d'absorption (2) étant constitués par un même organe monté de manière unitaire sur la ligne d'échappement.
5. Véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le véhicule comporte un habitacle et l'organe de commande manuelle (10) est dans l'habitacle.
6. Véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module d'activation (9,10) est configuré de manière à permettre au conducteur de passer d'un premier mode à un deuxième mode parmi l'activation du module de réduction catalytique sélective (3) et l'activation du module d'absorption (2), le module d'activation (9,10) étant configuré pour permettre de repasser ensuite du deuxième mode au premier mode.
7. Véhicule automobile selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le véhicule comporte un compartiment moteur et l'organe de commande manuelle (10) est dans le compartiment moteur.
8. Véhicule automobile selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le véhicule comporte un coffre et l'organe de commande manuelle (10) est dans le coffre.
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