FR2991380A1

FR2991380A1 - Systeme de dosage d'un agent reducteur pour un dispositif de depollution des gaz d'echappement d'un moteur a combustion

Info

Publication number: FR2991380A1
Application number: FR1255149A
Authority: FR
Inventors: Mathieu Artault; Guillaume Jumel
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2012-06-04
Filing date: 2012-06-04
Publication date: 2013-12-06

Abstract

L'invention porte sur un système de dosage (10) d'un agent réducteur (12) pour un dispositif de dépollution (14) des gaz d'échappement d'un moteur à combustion, du type qui comporte un réservoir (16) pour le stockage de l'agent réducteur (12), une unité de dosage (32) de l'agent réducteur (12) qui est conçue pour doser et injecter une quantité d'agent réducteur (12) prédéterminée sous forme gazeuse dans le dispositif de dépollution (14), à une pression d'injection minimale, et un conduit d'entrée (34) qui relie le réservoir (16) à une entrée de l'unité de dosage (32), et un conduit de sortie (36) qui relie une sortie de l'unité de dosage (32) au dispositif de dépollution (14), caractérisé en ce que le système de dosage (10) est équipé d'une unité tampon (40) qui est reliée au conduit d'entrée (34) par un conduit de dérivation (42) et qui est conçue pour limiter les chutes de pression de l'agent réducteur (12) dans le conduit d'entrée (34).

Description

SYSTEME DE DOSAGE D'UN AGENT REDUCTEUR POUR UN DISPOSITIF DE DEPOLLUTION DES GAZ D'ECHAPPEMENT D'UN MOTEUR A COMBUSTION [0001] L'invention concerne un système de dosage et d'injection d'un agent réducteur pour alimenter en réducteur un dispositif de dépollution des gaz 5 d'échappement d'un moteur à combustion. [0002] Les moteurs à combustion interne produisent et émettent dans les gaz d'échappement des substances polluantes toxiques, en particulier des oxydes d'azote ou NOx et des particules de suie. [0003] Les normes antipollution applicables aux véhicules automobiles imposent 10 aux constructeurs des quantités maximales de substances polluantes rejetées dans l'atmosphère qui doivent être de plus en plus faibles. [0004] C'est la raison pour laquelle la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne est généralement équipée par des moyens de dépollution. [0005] Parmi les moyens de dépollution utilisés, on connait notamment un 15 dispositif de dépollution qui comporte un catalyseur permettant une réduction catalytique sélective, aussi connu sous le sigle SCR pour "Selective Catalytic Reduction" en terminologie anglaise. [0006] Ce dispositif de dépollution est conçu pour éliminer les oxydes d'azotes en les réduisant chimiquement au moyen d'un agent réducteur. 20 [0007] A cet effet, on connait un système de dosage d'un agent réducteur qui comporte un réservoir pour le stockage de l'agent réducteur, et une unité de dosage et d'injection de l'agent réducteur, connu du document FR-A-2930283. [0008] L'agent réducteur est par exemple de l'ammoniac stocké dans le réservoir à l'état solide sous forme de sel qui est chauffé pour passer à l'état gazeux. 25 [0009] Ce type de système de dosage comporte un conduit d'entrée qui relie le réservoir à une entrée de l'unité de dosage et un conduit de sortie qui relie une sortie de l'unité de dosage au dispositif de dépollution, par exemple par l'intermédiaire d'un conduit de la ligne d'échappement. [0010] L'unité de dosage de l'agent réducteur est conçue pour doser et injecter 30 une quantité d'agent réducteur prédéterminée sous forme gazeuse dans le dispositif de dépollution, pendant une période d'injection déterminée. [0011] Toutefois, l'injection de l'agent réducteur par l'unité de dosage provoque une baisse de la pression dans le conduit d'entrée. [0012] Par conséquent, l'agent réducteur doit être injecté dans le dispositif de dépollution à une pression d'injection minimale qui est supérieure à la pression d'échappement maximum de la ligne d'échappement additionnée d'une valeur de surpression qui permet de compenser la chute de pression dans le conduit d'entrée engendrée par l'injection du réducteur. [0013] Cette valeur de surpression, qui est par exemple de l'ordre de 400 millibars, dépend du temps de latence nécessaire à la montée en pression du réducteur lorsqu'il est chauffé dans le réservoir. [0014] Ce type de système de dosage présente l'inconvénient de devoir maintenir une pression d'injection largement supérieure à la pression maximum d'échappement, pour compenser la réactivité de la montée en pression du réducteur dans le conduit d'entrée. [0015] De plus, la baisse de pression dans le conduit d'entrée au cours de l'injection rend le dosage de réducteur par l'unité de dosage délicat. [0016] Pour pallier notamment ces inconvénients, l'invention propose un système de dosage d'un agent réducteur pour un dispositif de dépollution des gaz d'échappement d'un moteur à combustion, du type qui comporte : [0017] - un réservoir pour le stockage de l'agent réducteur, [0018] - une unité de dosage de l'agent réducteur qui est conçue pour doser et injecter une quantité d'agent réducteur prédéterminée sous forme gazeuse dans le dispositif de dépollution, à une pression d'injection minimale, [0019] - un conduit d'entrée qui relie le réservoir à une entrée de l'unité de dosage, et un conduit de sortie qui relie une sortie de l'unité de dosage au dispositif de dépollution, caractérisé en ce que le système de dosage est équipé d'une unité tampon qui est reliée au conduit d'entrée par un conduit de dérivation et qui est conçue pour limiter les chutes de pression de l'agent réducteur dans le conduit d'entrée. [0020] Selon une autre caractéristique, l'unité tampon comporte une chambre à volume variable pour limiter les chutes de pression de l'agent réducteur dans le conduit d'entrée au cours de l'injection de l'agent réducteur par l'unité de dosage. [0021] De plus, l'unité tampon est un dispositif passif. [0022] Cette caractéristique permet au système de dosage selon l'invention de ne pas consommer d'énergie supplémentaire. [0023] En outre, l'unité tampon comporte : [0024] - un cylindre qui délimite la chambre à volume variable, [0025] - un piston qui est monté coulissant dans le cylindre de façon à faire varier le volume de ladite chambre, entre une position reculée dans laquelle le volume de la chambre est maximum et une position avancée dans laquelle le volume de la chambre est minimum, [0026] - un moyen de rappel élastique qui coopère avec le piston et qui rappelle le piston vers sa position avancée. [0027] Selon une autre caractéristique, le conduit de dérivation comporte une première extrémité reliée à l'unité tampon et une seconde extrémité reliée en amont de l'unité de dosage. [0028] De plus, l'agent réducteur est stocké sous forme solide dans le réservoir 15 de stockage, le réservoir comportant des moyens de chauffage qui sont conçus pour amener l'agent réducteur à un état gazeux. [0029] Aussi, le réservoir comporte au moins une cartouche principale réserve et une cartouche secondaire qui est reliée à ladite cartouche principale, chaque cartouche étant équipée d'un moyen de chauffage pour amener l'agent réducteur à 20 un état gazeux, la cartouche secondaire présentant une contenance inférieure à la contenance de la cartouche principale afin de favoriser la montée en température de l'agent réducteur. [0030] L'invention concerne aussi un véhicule équipé d'un système de dosage d'un agent réducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes. 25 [0031] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : [0032] - la figure 1 est un schéma qui illustre le système de dosage d'un agent réducteur comportant notamment un réservoir d'un agent réducteur, une unité de 30 dosage et une unité tampon selon l'invention ; [0033] - la figure 2 est un graphique qui comporte une ligne A représentant la pression dans le conduit d'entrée équipé d'une unité selon l'invention et une ligne B représentant la pression dans le conduit d'entrée sans l'unité tampon selon l'art antérieur ; [0034] - la figure 3 est un graphique qui comporte une ligne B représentant la pression dans le conduit d'entrée sans l'unité tampon, selon l'art antérieur et une ligne C représentant la pression dans le réservoir de réducteur ; [0035] - la figure 4 est un graphique qui comporte une ligne A représentant la pression dans le conduit d'entrée équipé d'une unité selon l'invention et une ligne B représentant la pression dans le conduit d'entrée sans l'unité tampon selon l'art antérieur. [0036] Dans la description et les revendications, on utilisera à titre non limitatif les expressions « amont » et « aval » en référence au sens d'écoulement des gaz. [0037] On a représenté schématiquement sur la figure 1 un système de dosage 10 d'un agent réducteur 12 pour un dispositif de dépollution 14 des gaz d'échappement d'un moteur à combustion (non représenté), comme un moteur d'un véhicule automobile (non représenté). [0038] Le dispositif de dépollution 14 est du type dit SCR, qui comporte un catalyseur permettant une réduction catalytique sélective par injection de l'agent réducteur 12 dans le catalyseur. [0039] L'agent réducteur 12 est ici de l'ammoniac qui est stocké sous forme solide, ici sous forme de sel, dans un réservoir 16. [0040] Le réservoir 16 est équipé d'une première cartouche principale 18a, d'une seconde cartouche principale 18b et d'une cartouche secondaire 20. [0041] Les cartouches principales 18a, 18b sont agencées dans un caisson 22 qui est isolé thermiquement et qui est fixé sur la structure du véhicule associé. [0042] Chaque cartouche principale 18a, 18b et la cartouche secondaire 20, comportent un moyen de chauffage 24a, 24b, 26 respectivement, comme une résistance chauffante, qui est conçu pour faire monter en température et en pression l'agent réducteur 12 pour l'amener à un état gazeux. [0043] Les cartouches principales 18a, 18b sont au nombre de deux afin de 30 diminuer le temps de montée en température de l'agent réducteur 12 et pour augmenter la capacité de stockage en agent réducteur. [0044] La cartouche secondaire 20 est reliée aux deux cartouches principales 18a, 18b par un conduit d'alimentation 28. [0045] Chaque cartouche principale 18a, 18b est équipée d'un clapet anti-retour 30a, 30b respectivement, qui sont conçus pour permettre le passage de l'agent réducteur 12 uniquement dans un sens, à savoir depuis les cartouches principales 18a, 18b, vers la cartouche secondaire 20. [0046] La cartouche secondaire 20 présente un volume inférieur au volume de chacune des cartouches principales 18a, 18b pour alimenter rapidement le système de dosage 10 en agent réducteur 12 à l'état gazeux. [0047] En référence à la figure 1, le système de dosage 10 comporte une unité de dosage 32 de l'agent réducteur 12. [0048] L'unité de dosage 32 présente une entrée qui est reliée au conduit d'alimentation 28 du réservoir 16 par l'intermédiaire d'un conduit d'entrée 34. [0049] De plus, l'unité de dosage 32 présente une sortie qui est reliée au dispositif de dépollution 14 par un conduit de sortie 36, de façon à alimenter le dispositif de dépollution 14 en agent réducteur 12. [0050] Le conduit de sortie 36 est ici piqué sur un conduit d'échappement 38 d'une ligne d'échappement du véhicule, en amont du dispositif de dépollution 14. [0051] L'unité de dosage 32 est conçue pour injecter une quantité d'agent réducteur 12 prédéterminée dans le dispositif de dépollution 14, selon une consigne de dosage. [0052] A cet effet, l'unité de dosage 32 occupe un état ouvert durant une certaine période de temps pour injecter une quantité d'agent réducteur 12 qui correspond à la consigne de dosage. [0053] Selon un autre aspect, le système de dosage 10 est équipé d'une unité tampon 40 qui est reliée au conduit d'entrée 34 par un conduit de dérivation 42 et qui est conçue pour limiter les chutes de pression de l'agent réducteur 12 dans le conduit d'entrée 34. [0054] L'unité tampon 40 comporte un cylindre 44 qui délimite une chambre 46 à volume variable et un piston 48. [0055] Le piston 48 est monté coulissant dans le cylindre 44 de façon à faire varier le volume de la chambre 46, entre une position reculée dans laquelle le volume de la chambre 46 est maximum et une position avancée dans laquelle le volume de la chambre 46 est minimum. [0056] De façon complémentaire, l'unité tampon 40 comporte un moyen de rappel élastique 50, ici un ressort, qui coopère avec le piston 48 et qui rappelle le piston 48 vers sa position avancée. [0057] L'unité tampon 40 est un dispositif passif, c'est-à-dire que l'unité tampon 5 40 ne nécessite pas de source d'énergie complémentaire. [0058] Le conduit de dérivation 42 comporte une première extrémité 52 reliée à une sortie de l'unité tampon 40, et une seconde extrémité 54 reliée sur le conduit d'entrée 34, en amont de l'unité de dosage 32. [0059] On a décrit le fonctionnement du système de dosage 10 selon l'invention 10 dans la suite de la description. [0060] Une première étape de chargement consiste à augmenter la pression dans le conduit d'entrée 34 en chauffant l'agent réducteur 12 pour l'amener à l'état gazeux. [0061] L'agent réducteur 12 est chauffé par le moyen de chauffage de la première 15 cartouche principale 18a et/ou par le moyen de chauffage de la seconde cartouche principale 18b, jusqu'à ce que l'agent réducteur 12, sous forme gazeuse, atteigne une pression de consigne appelée ici « pression système ». [0062] La pression système doit être supérieure à la pression d'échappement, référencée Pe aux figures 3 et 4, d'une valeur déterminée appelée valeur de 20 surpression. [0063] L'agent réducteur 12 chauffé par les cartouches principales 18a, 18b est stocké sous forme gazeuse dans la cartouche secondaire 20. [0064] L'augmentation de pression de l'agent réducteur 12 chauffé entraîne le piston 48 de l'unité tampon 40 vers sa position reculée, à l'encontre du moyen de 25 rappel élastique 50 comprimé, de sorte que le volume de la chambre 46 augmente. [0065] Une seconde étape d'injection consiste à injecter l'agent réducteur 12 dans le dispositif de dépollution 14 au moyen de l'unité de dosage 32. [0066] L'injection provoque une baisse sensible de la pression en amont de l'unité de dosage 32, cette baisse de pression entraînant en déplacement le piston 48 30 vers sa position avancée par le moyen de rappel élastique 50. [0067] Ainsi, le volume d'agent réducteur 12 libéré par l'injection est compensé par le déplacement du piston 48 qui diminue le volume de la chambre 46. [0068] Par conséquent, la chambre 46 à volume variable permet de diminuer les chutes de pression de l'agent réducteur 12 dans le conduit d'entrée 34 au cours de l'injection du réducteur 12 par l'unité de dosage 32. [0069] La diminution de la chute de pression favorise un dosage plus précis de la quantité d'agent réducteur 12 injecté par l'unité de dosage 32 dans le dispositif de dépollution 14. [0070] Cet avantage est illustré sur les figures 2 à 4 sur lesquelles l'abscisse représente le temps T et l'ordonnée représente la pression P. [0071] Selon la figure 2, la ligne A illustre l'évolution dans le temps de la pression 10 de l'agent réducteur 12 en amont de l'unité de dosage 32 pour le système de dosage 10 équipé d'une unité tampon 40 selon l'invention. [0072] Le point T1 sur l'abscisse de la figure 2 représente le début d'une injection d'agent réducteur 12 par l'unité de dosage 32. [0073] Selon la ligne A, on remarque que le système de dosage 10 selon 15 l'invention permet de maintenir une pression sensiblement constante dans le temps dans le conduit d'entrée 34. [0074] A l'inverse, la ligne B de la figure 2 illustre l'évolution dans le temps de la pression de l'agent réducteur 12 en amont de l'unité de dosage 32 pour un système de dosage dépourvu d'unité tampon, selon l'art antérieur. 20 [0075] Selon la ligne B, on remarque que la pression de l'agent réducteur 12 chute à la suite de l'injection par l'unité de dosage. [0076] On a représenté à la figure 3 une ligne B qui illustre l'évolution dans le temps de la pression de l'agent réducteur 12 en amont de l'unité de dosage 32 pour un système de dosage dépourvu d'unité tampon, selon l'art antérieur. 25 [0077] De plus, la ligne C à la figure 3 illustre l'évolution dans le temps de la pression de l'agent réducteur 12 dans les cartouches principales 18a, 18b, et la ligne Pe en pointillé représente la pression d'échappement dans le conduit d'échappement 38. [0078] En référence à la figure 3, l'agent réducteur 12 est chauffé dans les 30 cartouches principales 18a, 18b, la pression de l'agent réducteur 12 augmente dans les cartouches principales 18a, 18b puis la pression augmente dans le conduit d'entrée 34 avec un temps de latence. [0079] Enfin, on a représenté à la figure 4 la ligne A qui illustre l'évolution dans le temps de la pression de l'agent réducteur 12 en amont de l'unité de dosage 32 pour le système de dosage 10 équipé d'une unité tampon 40 selon l'invention. [0080] Le point T1 sur l'abscisse de la figure 4 représente le début d'une injection d'agent réducteur 12 par l'unité de dosage 32. [0081] A l'inverse, la ligne B de la figure 4 illustre l'évolution dans le temps de la pression de l'agent réducteur en amont de l'unité de dosage pour un système de dosage dépourvu d'unité tampon, selon l'art antérieur. [0082] Selon la ligne B, on remarque que la pression de l'agent réducteur chute à la suite de l'injection par l'unité de dosage puis augmente suite au chauffage de l'agent réducteur contenu dans les cartouches principales. [0083] Selon la ligne A, on remarque que l'invention permet d'abaisser la pression dans le conduit d'entrée 34, sans risque de descendre au dessous de la pression d'échappement Pe. [0084] Ce gain de pression, appelé valeur de surpression précédemment, permet notamment d'économiser de l'énergie en chauffant moins l'agent réducteur 12 dans la cartouche secondaire 20 et dans les cartouches principales 18a, 18b.

Claims

REVENDICATIONS1. Système de dosage (10) d'un agent réducteur (12) pour un dispositif de dépollution (14) des gaz d'échappement d'un moteur à combustion, du type qui comporte : - un réservoir (16) pour le stockage de l'agent réducteur (12), - une unité de dosage (32) de l'agent réducteur (12) qui est conçue pour doser et injecter une quantité d'agent réducteur (12) prédéterminée sous forme gazeuse dans le dispositif de dépollution (14), à une pression d'injection 10 minimale, - un conduit d'entrée (34) qui relie le réservoir (16) à une entrée de l'unité de dosage (32), et un conduit de sortie (36) qui relie une sortie de l'unité de dosage (32) au dispositif de dépollution (14), caractérisé en ce que le système de dosage (10) est équipé d'une unité tampon (40) qui est reliée au conduit d'entrée 15 (34) par un conduit de dérivation (42) et qui est conçue pour limiter les chutes de pression de l'agent réducteur (12) dans le conduit d'entrée (34).
2. Système de dosage (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité tampon (40) comporte une chambre (46) à volume variable pour limiter les chutes de pression de l'agent réducteur (12) dans le conduit d'entrée (34) au 20 cours de l'injection de l'agent réducteur (12) par l'unité de dosage (32).
3. Système de dosage (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité tampon (40) est un dispositif passif.
4. Système de dosage (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'unité tampon (40) comporte : 25 - un cylindre (44) qui délimite la chambre (46) à volume variable, - un piston (48) qui est monté coulissant dans le cylindre (44) de façon à faire varier le volume de ladite chambre (46), entre une position reculée dans laquelle le volume de la chambre (46) est maximum et une position avancée dans laquelle le volume de la chambre (46) est minimum, 30 - un moyen de rappel élastique (50) qui coopère avec le piston (48) et qui rappelle le piston (48) vers sa position avancée.
5. Système de dosage (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit de dérivation (42) comporte une première extrémité (52) reliée à l'unité tampon (40) et une seconde extrémité (54) 35 reliée en amont de l'unité de dosage (32).
6. Système de dosage (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'agent réducteur (12) est stocké sous formesolide dans le réservoir (16) de stockage, le réservoir (16) comportant des moyens de chauffage (24a, 24b, 26) qui sont conçus pour amener l'agent réducteur (12) à un état gazeux.
7. Système de dosage (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réservoir (16) comporte au moins une cartouche principale (18a, 18b) réserve et une cartouche secondaire (20) qui est reliée à ladite cartouche principale (18a, 18b), chaque cartouche étant équipée d'un moyen de chauffage (24a, 24b, 26) pour amener l'agent réducteur (12) à un état gazeux, la cartouche secondaire (20) présentant une contenance inférieure à la contenance de la cartouche principale (18a, 18b) afin de favoriser la montée en température de l'agent réducteur (12).
8. Véhicule équipé d'un système de dosage (10) d'un agent réducteur (12) selon l'une quelconque des revendications précédentes.15