FR3020830A1

FR3020830A1 - Vehicule automobile a systeme de depollution ameliore

Info

Publication number: FR3020830A1
Application number: FR1454099A
Authority: FR
Inventors: Gabriel Crehan
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2014-05-06
Filing date: 2014-05-06
Publication date: 2015-11-13

Abstract

L'invention concerne un véhicule automobile configuré pour placer le module d'absorption d'oxyde d'azote (2) en mode actif lorsqu'une température surveillée dépasse une température seuil et placer le module de réduction catalytique sélective (3) en mode actif lorsqu'une température surveillée devient inférieure à une température seuil.

Description

VEHICULE AUTOMOBILE A SYSTEME DE DEPOLLUTION AMELIORE [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 connait les dispositifs de réduction catalytique sélective ou SCR pour « Selective Catalyst Reduction » selon la terminologie anglo-américaine. On connait également les dispositifs d'absorption d'oxydes d'azote par fonctionnement pauvre ou LNT pour » Lean NOx Trap » selon la terminologie anglo-américaine, 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 fonctionnement permet une consommation de carburant optimisée. [0004] Cependant, la présence d'un réservoir SCR qui dans la pratique se vide avant les visites de maintenance préprogrammées, obligeant le conducteur à remplir le réservoir lui-même, peut apparaitre 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. [0005] 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 ne soit bloqué en vertu d'une disposition légale de type anti-pollution. [0006] Une solution a été identifiée laquelle consiste à commuter entre le système SCR et le système LNT une fois que le réservoir SCR présente un niveau critique. Dans cette solution, on passe donc à un système moins performant en consommation et moins performant en termes de dépollution et cela de manière constante jusqu'à ce que le réservoir soit à nouveau rempli. [0007] Le document 2013/0186064 propose de commuter entre un fonctionnement à LNT passif et un fonctionnement à SCR actif. Lorsque la température de la ligne d'échappement devient suffisamment élevée au niveau du catalyseur SCR, alors le mode LNT actif est arrêté et le mode SCR actif est redémarré, l'injection d'urée étant alors reprise. Néanmoins cette stratégie présente une trop faible efficacité en matière de dépollution et de consommation de carburant. [0008] Le but de l'invention est de proposer un véhicule automobile qui ait un niveau de consommation peu élevé, 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. [0009] Ce but est atteint selon l'invention grâce à un véhicule automobile comprenant une ligne d'échappement incluant un module de réduction catalytique sélective d'oxyde d'azote et un module d'absorption d'oxyde d'azote par fonctionnement pauvre en mode passif, le véhicule comprenant un module de pilotage apte à placer sélectivement le module de réduction catalytique sélective et/ou le module d'absorption en mode actif, caractérisé en ce que le module de pilotage est configuré pour surveiller une température indicative d'une température dans le module d'absorption d'oxyde d'azote, comparer cette température surveillée à une température seuil, et placer le module d'absorption d'oxyde d'azote en mode actif lorsque cette température surveillée dépasse cette température seuil, et le module de pilotage est configuré pour surveiller une température indicative d'une température dans le module de réduction catalytique sélective, comparer cette température surveillée à une température seuil, et placer le module de réduction catalytique sélective en mode actif lorsque cette température surveillée devient inférieure à cette température seuil. [0010] Avantageusement, la température seuil à laquelle est comparée la température indicative de la température dans le module d'absorption d'oxydes d'azote et la température seuil à laquelle est comparée la température indicative de la température dans le module de réduction catalytique sélective sont une même température seuil. [0011] Avantageusement, la température seuil à laquelle est comparée la température indicative de la température dans le module d'absorption d'oxydes d'azote est sensiblement égale à 220°C, à plus ou moins 50°C oLplus ou moins 30°C par exemple. [0012] Avantageusement, la température seuil à laquelle est comparée la température indicative de la température dans le module de réduction catalytique sélective est sensiblement égale à 220°C, à plus ou moins 50°C oLplus ou moins 30°C par exemple. [0013] Avantageusement, le module de pilotage est configuré pour comparer la température indicative de la température dans le module de réduction catalytique sélective à une seconde température seuil et pour désactiver le module de réduction catalytique sélective lorsque la température indicative de la température dans le module de réduction catalytique sélective devient inférieure à cette seconde température seuil. [0014] Avantageusement, la seconde température seuil est sensiblement égale à 140°C, à plus ou moins 50°C ou plus ou moins 30°C par exenple, sachant qu'elle reste inférieure à la première température seuil, notamment d'au moins 30 ou d'au moins 50°C.. [0015] Avantageusement, la température indicative de la température dans le module d'absorption d'oxyde d'azote est une température prélevée en amont du module d'absorption d'oxyde d'azote. [0016] Avantageusement, la température indicative de la température dans le module de réduction catalytique sélective est une température prélevée en amont du module de réduction catalytique sélective. [0017] Avantageusement, le module de pilotage est configuré pour placer le module d'absorption d'oxyde d'azote en mode actif en commandant un fonctionnement du moteur en mode riche. [0018] Avantageusement, le module de pilotage est configuré pour désactiver le module d'absorption d'oxyde d'azote lorsque la température indicative de la température dans le module d'absorption d'oxyde d'azote dépasse une valeur sensiblement égale à 450°C. [0019] D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en référence à la figue unique annexée qui représente une ligne d'échappement selon un mode de réalisation de l'invention. [0020] Sur la figure, 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, un catalyseur de réduction catalytique sélective ou SCR 3, et un filtre à particules 4 de type à suies ou « Soot » selon la terminologie anglophone, 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 lequel est représenté sous la référence 9. [0021] 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. [0022] Le calculateur 9 est configuré pour surveiller la température fournie par le détecteur 7 lequel fournit une température indicative d'une température dans le module d'absorption d'oxydes d'azote 2. Le calculateur 9 compare cette température surveillée à une température seuil ici égale à 220°C, et place le module d'absorption d'azote par fonctionnement pauvre 2 en mode actif lorsque cette température surveillée dépasse cette température seuil de 220°C. Il place concomitammentle module SCR 3 en mode passif. [0023] Les températures surveillées peuvent être prélevées en un ou plusieurs points dans la ligne d'échappement. Dans le présent exemple les températures surveillées sont respectivement la température en amont direct du module SCR pour le pilotage de ce dernier et la température en amont direct du module LNT pour le pilotage de ce dernier. [0024] la température indicative de la température dans le module de réduction catalytique sélective 3 est également comparée à une seconde température seuil, ici de 140°C, et le module SCR 3 est désactivé lorsque la température indicative de la température dans le module de réduction catalytique sélective 3 devient inférieure à cette seconde température seuil. En dessous le 140°C, le module LNT travailleen mode passif. [0025] Au-delà de 450°C, le module LNT 2 est désacivé et le module SCR est activé, le module SCR présentant une efficacité plus grande que le module LNT du fait de son plus large spectre d'efficacité. [0026] 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. [0027] Le calculateur 9 ou module de pilotage est configuré pour surveiller une température fournie par la sonde de température intégrée à l'injecteur 5, laquelle température est indicative d'une température dans le module de réduction catalytique sélective 3. Il est en outre configuré pour comparer cette température surveillée à la température seuil de 220°C et placer le module de éduction catalytique sélective 3 en mode actif lorsque cette température surveillée est inférieure à cette température seuil. Il désactive concomitamment le module LNT 2 lorsque la température dans celui-ci passe en dessous de 220°C. [0028] Dans le présent exemple de réalisation, le moteur est équipé d'une seule ligne d'échappement laquelle est munie 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. [0029] 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 Soot 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. Ces deux fonctions, LNT ou PNA - Passive NOx Adsorber selon la terminologie anglophone ou absorbeur NOx passif - et SCR, peuvent alors 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, qu'il soit à haute pression ou à basse pression et qu'il consiste en une recirculation depuis un seul cylindre ou depuis plusieurs cylindres du moteur. [0030] Les métaux précieux peuvent également être utilisés pour accélérer la vitesse d'absorption et de désorption des oxydes d'azote. Les métaux précieux et leurs mélanges, tels que Au, Ag, Ir, Ru, Rh, Pt, Pd, servent également de sites de réduction des oxydes d'azote en présence des matériaux de réduction. Des zéolites peuvent être utilisées non seulement comme matériaux absorbeurs d'oxydes d'azote mais également comme pièges à HC. [0031] Un DOC - « Diesel Oxydation Catalyst » selon la terminologie anglophone ou catalyseur d'oxydation diesel - comprenant un matériau d'absorption de NOx est par exemple constitué de 1,6 litres de structure monolithe de cordiérite avec 600 cellules par inch au carré et une épaisseur de paroi de 3 milli-inch. Le chargement est par exemple de 100 grammes par pied au cube avec un ratio Pt :Pd :Rh de 2 :1 :1. [0032] La formulation du PNA peut contenir 100g/I de matériaux CeOx. La formulation LNT peut contenir 100g/Ide matériaux BaOx. [0033] 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 traversante de type filtre à particules. [0034] 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 exemples typiques sont CO, HC, les alcools, glycols, glycerols, esters, acides, ammoniaques, ammonium, hydroxyde, urée, guanidine, sels de guanidium, etc. [0035] On comprend donc, dans l'ensemble de la présente demande, comme agent réducteur un agent directement réducteur (de l'ammoniac) ou un précurseur d'ammoniac ; comme de l'urée en phase liquide, qui est destinée à se transformer en agent réducteur du type ammoniac quand il est injecté dans la ligne d'échappement. [0036] Globalement, le mode SCR a une efficacité en dépollution qui est meilleure et sur une plus large plage de fonctionnement du moteur. Dans le présent mode de réalisation, on utilise les modes LNT et SCR alternativement sur la base des zones de dépollution s'avérant optimales pour chaque technologie. Les avantages sont que le mode LNT s'avère être utilisé dans une zone de dépollution optimale et il est peu utilisé lorsque son efficacité est plus faible de telle sorte que les niveaux d'oxyde d'azote à l'échappement sont maintenus au minimum. L'utilisation du mode SCR lorsque le mode LNT est moins efficace augmente l'autonomie du réservoir SCR. Ainsi les niveaux d'oxydes d'azote sont maintenus au minimum avec une autonomie maximale du réservoir d'agent réducteur d'oxydes d'azote. En préservant l'autonomie de l'agent réducteur d'oxydes d'azote, la consommation globale de carburant est améliorée comparée à un fonctionnement en mode LNT à 100%. [0037] L'invention trouve une application particulièrement avantageuse pour les véhicules hybrides à entraînement diesel et électrique.

Claims

REVENDICATIONS1. Véhicule automobile comprenant une ligne d'échappement incluant un module de réduction catalytique sélective d'oxyde d'azote (3) et un module d'absorption d'oxyde d'azote par fonctionnement pauvre en mode passif (2), le véhicule comprenant un module de pilotage (9) apte à placer sélectivement le module de réduction catalytique sélective (3) et/ou le module d'absorption (2) en mode actif, caractérisé en ce que le module de pilotage (9) est configuré pour surveiller une température indicative d'une température dans le module d'absorption d'oxyde d'azote (2), comparer cette température surveillée à une température seuil, et placer le module d'absorption d'oxyde d'azote (2) en mode actif lorsque cette température surveillée dépasse cette température seuil, et le module de pilotage (9) est configuré pour surveiller une température indicative d'une température dans le module de réduction catalytique sélective (3), comparer cette température surveillée à une température seuil, et placer le module de réduction catalytique sélective (3) en mode actif lorsque cette température surveillée devient inférieure à cette température seuil.
2. Véhicule automobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température seuil à laquelle est comparée la température indicative de la température dans le module d'absorption d'oxydes d'azote (2) et la température seuil à laquelle est comparée la température indicative de la température dans le module de réduction catalytique sélective (3) sont une même température seuil.
3. Véhicule automobile selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la température seuil à laquelle est comparée la température indicative de la température dans le module d'absorption d'oxydes d'azote (2) est sensiblement égale à 25 220°C.
4. Véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température seuil à laquelle est comparée la température indicative de la température dans le module de réduction catalytique sélective (3) est sensiblement égale à 220°C. 30
5. Véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module de pilotage (9) est configuré pour comparer la température indicative de la température dans le module de réduction catalytique sélective (3) à une seconde température seuil et pour désactiver le module de réduction catalytique sélective (3) lorsque la température indicative de la température dans le module de 35 réduction catalytique sélective (3) devient inférieure à cette seconde température seuil.
6. Véhicule automobile selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la seconde température seuil est sensiblement égale à 140°C.
7. Véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température indicative de la température dans le module d'absorption d'oxyde d'azote (2) est une température prélevée en amont du module d'absorption d'oxyde d'azote (2).
8. Véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température indicative de la température dans le module de réduction catalytique sélective (3) est une température prélevée en amont du module de réduction catalytique sélective (3).
9. Véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module de pilotage (9) est configuré pour placer le module d'absorption d'oxyde d'azote (2) en mode actif en commandant un fonctionnement du moteur en mode riche.
10. Véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module de pilotage (9) est configuré pour désactiver le module d'absorption d'oxyde d'azote (2) lorsque la température indicative de la température dans le module d'absorption d'oxyde d'azote (2) dépasse une valeur sensiblement égale à 450°C.20