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FR3100839A1 - Ensemble comprenant un moteur à combustion interne avec un compresseur électrique et un élément chauffant - Google Patents

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FR3100839A1
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line
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electric compressor
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PSA Automobiles SA
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Abstract

La présente concerne une ensemble comprenant un moteur (1) à combustion interne, - une ligne (2) d’admission d’air reliée au moteur (1), une ligne (3) d’échappement comprenant une extrémité amont raccordée au moteur (1) et une extrémité aval débouchant à l’air ambiant, cette ligne portant au moins un élément de dépollution (4, 6, 7, 8, 9) d’un polluant présent dans les gaz traversant la ligne (3) d’échappement, un compresseur électrique (11), un élément chauffant (10) des gaz traversant la ligne (3) d’échappement, caractérisé en ce que l’élément chauffant (10) est disposé dans la ligne (3) d’échappement, en amont de l’élément de dépollution le plus proche de l’extrémité amont de la ligne (3) d’échappement, ou intégré dans une portion amont de cet élément de dépollution et en ce que le compresseur électrique (11) est disposé en amont de l’élément chauffant (10). Figure 1

Description

Ensemble comprenant un moteur à combustion interne avec un compresseur électrique et un élément chauffant
La présente invention concerne le domaine du contrôle des émissions polluantes et plus précisément le contrôle des émissions des moteurs à allumage par compression, notamment un moteur Diesel ou fonctionnant au gazole mais la présente invention peut aussi bien être appliquée à un moteur thermique à allumage commandé, notamment un moteur à carburant essence ou à mélange contenant de l’essence. Plus particulièrement, l’invention a pour objet un ensemble comprenant un compresseur électrique et un élément chauffant en amont de l’élément de dépollution le plus proche de l’extrémité amont de la ligne d’échappement.
De nos jours, les limites d’émissions polluantes autorisées sont de plus en plus sévères. Une procédure d'essai mondiale harmonisée pour les voitures particulières et véhicules utilitaires légers a été mise en place et comprend un ensemble de procédures de test, comportant des cycles de conduite automobile connus sous l’appellation anglo-saxonne de WLTC avec de nouvelles procédures de mesure des polluants ainsi que des mesures d’émission en conduite réelle connues sous la dénomination de RDE. Cette nouvelle procédure d’essai exige de la part des constructeurs automobiles de dépolluer les moteurs sur tout le champ moteur.
Notamment, en prenant l’exemple non limitatif de la dépollution en oxydes d’azote pour illustration, l’abaissement des seuils de rejet d’oxydes d’azote, ci-après dénommés aussi sous leur formule chimique de NOx, en milieu urbain après démarrage à froid impose des solutions de chauffe du système de dépollution en NOx très rapide afin de diminuer le temps de mise en action.
En particulier, la mise en place progressive de la norme Euro6 pour l’Europe ou de normes équivalentes dans d’autres pays a conduit les constructeurs à choisir entre différentes options.
La première option est la réduction des NOx à la source via des technologies de type « recyclage des gaz d’échappement dans le moteur », notamment un système de recirculation des gaz d’échappement à l’admission du moteur haute et basse pressions connu sous l’acronyme de système EGR. La deuxième option est la réduction des NOx via une technologie de traitement séquentiel appelée « piège-à-NOx » qui sera ultérieurement détaillée. La troisième option est la réduction des NOx via une technologie de traitement continu appelée « réduction catalytique sélective » et connue sous l’acronyme de système SCR, spécifiquement dédié à un moteur à allumage par compression. Il est aussi possible de combiner ces trois options.
Si ces options permettent de satisfaire les normes en vigueur, elles ne sont pas forcément capables de satisfaire une ou des étapes à venir qui s’annoncent encore plus sévères. Ces normes à venir comprendront de plus en plus de cycles en conduite réelle, ce qui est défavorable à la dépollution des gaz d’échappement.
Pour répondre notamment aux risques d’émissions de NOx dans ces cycles en conduite réelle, différentes solutions technologiques et architectures peuvent être envisagées. Elles ont chacune leurs avantages et leurs inconvénients. Pour un moteur à allumage par compression, il convient de se concentrer sur la technologie de traitement des oxydes d’azote la plus efficace du marché à savoir la réduction catalytique sélective effectuée par un système ci-après dénommé RCS pour réduction catalytique sélective utilisant comme agent réducteur une solution à base d’urée, de formule chimique CO(NH2)2, pour traiter les oxydes d’azote, NOx.
Le document WO2017198601 A1 propose l’utilisation d’un élément de chauffage dans la ligne de dépollution mais en amont d’un système SCR et en aval d’un catalyseur d’oxydation Diesel et d’un filtre à particules. Le document propose également d’injecter de l’air dans la ligne d’échappement au moyen d’un compresseur électrique, en amont du système SCR, et en aval du catalyseur d’oxydation Diesel et du filtre à particules, qui en passant par l’élément de chauffage permet le réchauffage système SCR. L’inconvénient de cette proposition est de ne pas bénéficier de cette chauffe électrique pour tous les éléments de dépollution, à savoir dans le cas présent le catalyseur d’oxydation Diesel, cet élément de dépollution placé en amont de l’élément de chauffage pouvant jouer un rôle primordial dans l’activation de la dépollution de la ligne.
Le problème à la base de la présente invention est, pour une ligne d’échappement comprenant au moins un élément de dépollution d’assurer la montée en température de cet élément de dépollution afin qu’il atteigne sa température minimale de fonctionnement permettant une dépollution efficace du polluant spécifique traité.
Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l’invention un ensemble comprenant :
- un moteur à combustion interne,
- une ligne d’admission d’air reliée au moteur,
- une ligne d’échappement comprenant une extrémité amont raccordée au moteur et une extrémité aval débouchant à l’air ambiant, cette ligne portant au moins un élément de dépollution d’un polluant présent dans les gaz traversant la ligne d’échappement,
- un compresseur électrique,
- un élément chauffant des gaz traversant la ligne d’échappement,
caractérisé en ce que l’élément chauffant est disposé dans la ligne d’échappement, en amont de l’élément de dépollution le plus proche de l’extrémité amont de la ligne d’échappement, ou intégré dans une portion amont de cet élément de dépollution et en ce que le compresseur électrique est disposé en amont de l’élément chauffant.
L’effet technique est d’utiliser un élément de chauffage couplé à un compresseur électrique places en amont de l’élément de dépollution le plus en amont dans la ligne d’échappement de façon à chauffer cet élément de dépollution et minimiser le temps d’amorçage de l’élément ou des éléments de dépollution en milieu froid.
Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaisons :
Selon une réalisation, l’élément de chauffage est un élément de chauffage électrique.
Selon une réalisation, le compresseur électrique est disposé dans la ligne d’échappement ou dans la ligne d’admission d’air.
Selon une réalisation, l’élément de dépollution le plus en amont est un catalyseur d’oxydation qui intègre un piège à NOx actif et/ou un piège à NOx passif.
Selon une réalisation, la ligne d’échappement comprend d’amont en aval, un injecteur d’agent réducteur, un mélangeur, un premier catalyseur de réduction sélective des oxydes d’azote, un second catalyseur de réduction sélective des oxydes d’azote, un filtre à particules, un catalyseur de conversion de rejets d’ammoniac, ces éléments précités étant disposés en aval de l’élément de dépollution le plus en amont.
Selon une réalisation, le second catalyseur de réduction sélective des oxydes d’azote et le filtre à particules se présentent sous la forme d’un filtre à particules imprégné d’une phase active de réduction catalytique des oxydes d’azote.
Selon une réalisation, cet ensemble comprend des moyens de commande du compresseur électrique et de l’élément de chauffage permettant leur activation lorsque le moteur est arrêté.
L’invention concerne aussi un procédé de chauffage d’un élément de dépollution d’un polluant présent dans les gaz traversant la ligne d’échappement d’un véhicule comprenant un ensemble selon l’une des variantes précédemment décrites, le compresseur électrique étant disposé dans la ligne d’admission d’air, cet ensemble comprenant de plus une ligne de recirculation des gaz d’échappement, le moteur à combustion interne étant arrêté, caractérisé en ce que l’air issu du compresseur électrique est envoyé à l’élément de chauffage via la ligne de recirculation des gaz d’échappement.
L’invention concerne aussi un procédé de chauffage d’un élément de dépollution d’un polluant présent dans les gaz traversant la ligne d’échappement d’un véhicule comprenant un ensemble selon l’une des variantes précédemment décrites, le moteur à combustion interne étant arrêté, caractérisé en ce que la décision d’activation du compresseur électrique et de l’élément chauffant comprend la détection d’une action de déverrouillage du véhicule, ou la détection du conducteur du véhicule sur son siège, ou la détection des mains du conducteur du véhicule sur le volant.
D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d’un mode particulier de réalisation, non limitatif de l’invention, faite en référence aux figures dans lesquelles :
 représente un premier mode de réalisation de l’invention comprenant un moteur relié à une ligne d’admission d’air et à une ligne d’échappement comportant plusieurs éléments de dépollution.
 représente un autre mode de réalisation de l’invention.
 représente un autre mode de réalisation de l’invention.
Dans la suite de ce mémoire, l’amont et l’aval sont à comprendre au regard du sens d’écoulement des fluides circulant dans les lignes d’admission ou d’échappement reliées au moteur à combustion interne.
La figure 1 représente un premier mode de réalisation de l’invention. La figure 1 présente un moteur 1 à combustion interne reliée d’une part à une ligne 2 d’admission d’air et d’autre part à une ligne 3 d’échappement des gaz d’échappement traversant cette ligne 3 d’échappement. Le moteur 1 à combustion interne peut par exemple équiper un véhicule automobile pour sa propulsion. Cet ensemble peut comprendre un turbocompresseur 12, dont la partie compresseur 12a est disposée dans la ligne 2 d’admission d’air tandis que la partir détente 12b est disposée dans la ligne 3 d’échappement. Cet ensemble peut comprendre également une ligne 13 de recirculation de gaz d’échappement reliant la ligne 3 d’échappement à la ligne 2 d’admission. Cette ligne 13 de recirculation de gaz d’échappement peut être équipée d’une vanne 13a de contrôle du débit de gaz recirculés ainsi qu’un refroidisseur 13b de ces gaz recirculés. Cette ligne 13 peut servir à envoyer les les gaz frais compressés par le compresseur électrique 11 vers l’élément chauffant 10 lors des phases de moteur thermique arrêté, notamment avant le démarrage moteur.
Une vanne 14 de dosage de l’air admis est disposée dans la ligne 2 d’admission. Dans le cas d’un moteur 1 équipé du turbocompresseur 12 un refroidisseur 15 d’air de suralimentation est également prévu. Ce refroidisseur 15 est disposé dans la ligne 2 d’admission entre la partie compresseur 12 et la vanne 14 de dosage d’air.
La ligne 3 d’échappement comprend une extrémité amont raccordée au moteur 1 et une extrémité aval débouchant à l’air ambiant et porte au moins un élément de dépollution 4, 6, 7, 8, 9 d’un polluant présent dans les gaz traversant la ligne 3 d’échappement.
La ligne 3 d’échappement comprend également un élément de chauffage 10 des gaz traversant cette ligne 3. Cet élément de chauffage 10 est disposé dans la ligne 3 d’échappement, en amont de l’élément de dépollution 4 le plus proche de l’extrémité amont de la ligne 3 d’échappement. En variante, non représentée, l’élément de chauffage 10 peut être intégré dans une portion amont de cet élément de dépollution 4 le plus proche de l’extrémité amont de la ligne 3 d’échappement. L’élément de chauffage 10 peut en effet être logé dans cet élément de dépollution 4 le plus proche de l’extrémité amont de la ligne 3 d’échappement.
Il s’ensuit que l’élément de chauffage 10 est le premier élément se trouvant en aval du moteur 1 avec aucun autre élément de dépollution se trouvant en amont de cet élément de chauffage 10, contrairement à ce qui avait été décrit dans le document WO2017198601 A1 pour lequel un piège catalyseur d’oxydation et un filtre à particules se trouvaient en amont de l’élément de chauffage dans la ligne d’échappement.
L’élément de chauffage 10 peut être un élément de chauffage électrique, ce qui permet un chauffage d’appoint rapide sans attendre que le moteur 1 à combustion interne ne monte en température.
Il est encore prévu de disposer, en amont de l’élément chauffant 10, un compresseur électrique 11. Ce compresseur électrique 11, lorsqu’il est activé permet de fournir un débit de gaz qui avec l’élément chauffant 10 permet de chauffer les éléments de dépollution sans attendre que le moteur 1 à combustion interne ne monte en température.
Des moyens de commande (non représentés) du compresseur électrique 11 et de l’élément de chauffage 10 permettant leur activation lorsque le moteur 1 est arrêté sont également prévus. Ces moyens de commande peuvent être intégrés à une unité de contrôle moteur.
Ainsi l’activation du compresseur électrique 11 et de l’élément chauffant 10 peut être fait au plus tôt, avant le démarrage du moteur, afin de réduire le temps de chauffe des éléments de dépollution à leur température nominale ou d’amorçage. Avantageusement, cette décision d’activation du compresseur électrique 11 et de l’élément chauffant 10 peut comprendre la détection d’une action de déverrouillage du véhicule, ou la détection du conducteur du véhicule sur son siège, ou la détection des mains du conducteur du véhicule sur le volant, ce qui permet une anticipation du démarrage du chauffage des éléments de dépollution par rapport à celui du moteur à combustion interne.
Ce compresseur électrique 11 est dans ce mode de réalisation disposé dans la ligne d’admission 3, entre la partie compresseur 12a du turbocompresseur 12 et le refroidisseur d’air 15. Le fait de disposer le compresseur électrique 11 dans la ligne 2 d’admission permet d’utiliser ce compresseur également pour la suralimentation en air du moteur 1. Un circuit 16 doté d’une vanne 17 de contrôle peut également être prévu permettant à l’air admis de contourner de ne pas passer par le compresseur électrique 11.
Dans ce mode réalisation, l’élément de dépollution 4 le plus proche de l’extrémité amont de la ligne 3 d’échappement est un catalyseur d’oxydation. Ce catalyseur d’oxydation oxyde le monoxyde de carbone, CO, et les hydrocarbures imbrûlés, HC. Les réactions que le catalyseur d’oxydation 4 favorise sont les suivantes :
CO + ½ O2=> CO2, pour la réaction d’oxydation du monoxyde de carbone,
CxHy+ x+Y/4 O2=> x CO2+ y/2 H2O, pour la réaction d’oxydation des hydrocarbures imbrûlés.
Le catalyseur d’oxydation 4 intègre de plus un piège à NOx, de type piège à oxydes d’azote à adsorption à richesse pauvre connu sous l’abréviation de LNT et / ou un piège passif à oxydes d’azote connu sous l’abréviation de PNA. Ces pièges permettent la rétention des NOx dans des conditions de fonctionnement du moteur 1 non favorables de dépollution, ces pièges à NOx pouvant libérer les oxydes d’azote piégés dans d’autres conditions plus favorables à leur destruction. Par exemple, un piège à NOx passif en tant qu’adsorbeur de NOx peut être utilisé en association avec un système SCR. Ceci permet d’augmenter l’efficacité d’élimination des oxydes d’azote par adsorption des oxydes d’azote à température basse et désorption des oxydes une fois que le catalyseur SCR est actif.
Pour l’autre type de piège à NOx, le piège adsorbeur de NOx à richesse pauvre, celui-ci retient sur des sites prévus en son intérieur les oxydes d’azote par réaction chimique pour des conditions de richesse dites pauvres. Une fois que le piège est rempli d’oxydes d’azote ayant réagi, il peut être procédé par une stratégie d’injection d’un surplus de carburant, donc à l’envoi d’un excès de CO et d’hydrocarbures ou HC à travers la ligne 3 d’échappement d’où une richesse en carburant plus élevée et supérieure à un. Ces hydrocarbures et ces CO réagissent avec les NOx, alors sous forme de NO2alors libérés et transformés principalement en azote.
L’avantage majeur d’un piège à NOx à absorption est de ne pas nécessiter la présence d’un réservoir d’agent réducteur, d’une ligne d’agent réducteur chauffée, d’un injecteur d’agent réducteur etc. Le matériau de piégeage des oxydes d’azote peut être intégré dans le catalyseur d’oxydation 4 afin de réduire l’encombrement, la masse et le coût.
Un piège à NOx du type LNT ou à richesse pauvre présente accessoirement le désavantage d’impliquer une plus grande consommation de carburant et d’augmenter aussi les émissions de CO2séquentiellement pour l’élimination des NOx.
Les gaz d’échappement sortant du catalyseur d’oxydation 4 cheminent ensuite à travers une boîte 5 de mélange d’agent réducteur. Cette boite 5 de mélange contient un injecteur d’agent réducteur, cet agent réducteur servant à la réduction catalytique des oxydes d’azote, ainsi qu’un dispositif de mélange permettant de brasser les gaz d’échappement avec l’agent réducteur injecté.
L’agent réducteur est une solution aqueuse d’urée à 32,5% et d’eau. Cet agent réducteur forme le réducteur NH3 à partir des réactions suivantes :
(NH2)2CO => NH3+ HNCO, thermolyse de l’urée, puis
HNCO + H2O => NH3+ CO2,l’hydrolyse de l’acide isocyanique.
Ces deux étapes de réaction, et surtout la première nécessitent des températures d’au moins 180 - 200°C d’où l’intérêt d’avoir la boîte de mélange 5 en position rapprochée du moteur 1.
L’injecteur d’agent réducteur est lui-même alimenté par un module jauge-pompe qui puise de l’urée en solution aqueuse dans un réservoir d’environ 20 litres, assure un mélange entre les gouttes d’urée et les gaz d’échappement suffisant pour que la réaction de thermolyse se fasse totalement et que la réaction d’hydrolyse se fasse en partie avant d’être « terminée » sur le catalyseur suivant que nous détaillons maintenant.
Les gaz d’échappement sortant de la boite 5 de mélange entrent ensuite dans un premier catalyseur 6 de réduction des oxydes d’azote. Dans ce premier catalyseur 6 de réduction des oxydes d’azote et sa phase active SCR se déroulent les équations suivantes:
4 NO + O2+ 4 NH3=> 4 N2+ 6 H2O , en tant que réaction standard,
NO + NO2+ 2 NH3=> 2 N2+ 3 H2O , en tant que réaction à cinétique rapide,
6 NO2+ 8 NH3=> 7 N2+ 12 H2O , en tant que réaction à haute température,
Plusieurs réactions peuvent avoir lieu mais la conversion optimale et recherchée des NOx est obtenue grâce à la deuxième réaction à la cinétique la plus rapide mais dont la stœchiométrie impose un ratio NO2/NOx proche de 0,5 surtout à basses températures, par exemple inférieures à 250°C. Or, la combustion du carburant produit en large excès du monoxyde d’azote par rapport au dioxyde d’azote.
Il existe deux types de phase active SCR. Le premier type concerne les phases actives à base de zéolithes, β, ferriérite, ZMS5, etc…, échangées au fer ou Fe. Ces phases actives peuvent également contenir des oxydes de Cérium, de Zirconium, ou encore du Nobium, du Tungstène et du Titane.
Le deuxième type concerne les phases actives à base de zéolithes, chabazite, β, ferrite, ZMS5, etc …, échangées au cuivre. Ces phases actives peuvent également contenir des oxydes de Cérium, de Zirconium, ou encore du Nobium, du Tungstène et du Titane.
Les phases actives à base de zéolithes échangées au fer sont connues pour présenter un amorçage à plus basse température que celles à base de zéolithes échangées au cuivre, dès lors que le ratio NO2/NOx est proche de 0,5. Si cette condition est satisfaite, une phase active à base de zéolithes échangées au fer permettra de convertir les NOx dès 150°C. A contrario, les phases actives à base de zéolithes échangées au cuivre sont presque insensibles au ratio NO2/NOx. Ces dernières phases actives présentent néanmoins l’inconvénient de convertir les NOx à une température plus élevée que les phases actives à base de zéolithes échangées au fer.
Par ailleurs, les phases actives à base de zéolithes échangées au cuivre sont connues pour leur aptitude à stocker plus de NH3que les phases actives à base de zéolithes échangées au fer.
Pour ce premier catalyseur 6 de réduction des oxydes d’azote, une phase active à base de zéolithes échangées au fer est particulièrement adaptée, et ce pour les raisons exposées ci-dessus.
Les gaz d’échappement sortant de ce premier catalyseur 6 de réduction des oxydes d’azote entrent ensuite dans un second catalyseur 7 de réduction des oxydes d’azote qui va terminer la réduction des NOx, puis dans un filtre 8 à particules. La phase active SCR de ce second catalyseur 7 de réduction des oxydes d’azote peut être du même type que celle du premier catalyseur 6 de réduction des oxydes d’azote. Le filtre à particules 8 se compose d’un substrat qui possède des canaux bouchés alternativement en entrée et en sortie et qui offre des caractéristiques précises en termes de porosité permet de laisser passer au travers de ses parois les gaz tout en retenant la phase solide, à savoir les particules de suies. La porosité des parois est ainsi faite, en étant comprise entre 15 et 25 microns, qu’elle laisse passer les gaz sans générer trop de contre-pression tout en retenant les particules de suies.
Cette phase d’accumulation qui dure de 300 à 1.000km environ n’est ni dépendante des conditions de fonctionnement du moteur 1, froid, chaud ou pleine charge, etc…, ni dépendante de la taille des particules. Les grosses particules aussi bien que les ultrafines particules sont retenues. Cependant, la contre-pression augmente de manière continue au cours de cette phase pendant le filtre à particules 8 se remplit de suie et lorsque différents critères physiques sont réunis, comme le taux de chargement en suie du filtre à particules 8, la thermique de la ligne 3 d’échappement, etc.., le contrôle moteur lance une phase de régénération. Cette phase consiste globalement en une augmentation de la température de la ligne 3 d’échappement via un réglage spécifique du moteur 1, avec post-injections de carburant et une oxydation des HC en large excès dans le catalyseur d’oxydation 4 générant des exothermes.
Une fois la température de combustion des suies atteinte dans le filtre à particules 8, à savoir entre 550 et 700°C selon le recours ou non à un additif d’aide à la régénération, les particules vont être éliminées et transformées en vapeur d’eau et en CO2. Cette régénération faite, le filtre à particules 8 est nettoyé de ses suies et un nouveau cycle d’accumulation peut démarrer.
Dans une variante présentée à la figure 2, le second catalyseur de réduction sélective est intégré au filtre à particules. Autrement dit le filtre à particules est imprégné d’une phase active SCR. Ce filtre, désigné SCRF, est référencé 8’ à la figure 2.
Les phases actives utilisées pour des filtres à particules sont identiques à celles d’un catalyseur RCS en tranche. On leur demande néanmoins de présenter une résistance thermique importante afin de résister aux conditions rencontrées lors de la combustion des suies pendant une phase de régénération. Il a été observé une phase active à base de zéolithes échangées au cuivre Cu était particulièrement adaptée pour le filtre à particules 8’ imprégné, ceci pour les raisons suivantes.
Une telle phase active présente une meilleure résistance thermique qu’une phase active à base de zéolithes échangées au fer. Une telle phase active présente une capacité de stockage de NH3plus élevée qu’une phase active à base de zéolithes échangées au fer.
De plus, la combustion des suies par NO2à des températures proches de 350°C tend à réduire le ratio NO2/NOx. Or, les phases actives à base de zéolithes échangées au fer sont plus sensibles à ce ratio NO2/NOx. Les phases actives à base de zéolithes échangées au cuivre paraissent donc plus adaptées.
Comme évoqué précédemment, une phase active à base de zéolithes échangées au cuivre est plus apte à stocker le NH3qu’une phase active à base de zéolithes échangées au fer. Un faible volume du catalyseur SCR peut être à l’origine de fuites non négligeables de NH3. Ces dernières seront plus aisément captées dans le filtre à particules 8’ imprégné par une phase active à base de zéolithes échangées au cuivre que par une phase active à base de zéolithes échangées au fer.
Les gaz d’échappement sortant du filtre à particules 8 (figure 1) ou du filtre à particules imprégné 8’ (figure 2) entrent ensuite dans un catalyseur de conversion 9 de rejets d’ammoniac, NH3, permettant d’oxyder le NH3résiduel en N2.
On peut prévoir de positionner un capteur NOx en amont du catalyseur d’oxydation 4 intégrant le piège à NOx actif et/ou passif et un capteur NOx en aval du second catalyseur 7 de réduction catalytique ou le cas échéant du filtre à particules imprégné 8’. Le premier capteur de NOx peut être remplacé par un modèle d’estimation.
Enfin, il est possible de mettre en œuvre une configuration plus coûteuse encore avec un troisième capteur NOx positionné en aval du catalyseur 9 de conversion des rejets de NH3pour bien vérifier que tous les rejets de NH3ont été traités.
La figure 3 présente un autre exemple de réalisation. Cet exemple de réalisation diffère de celui présenté à la figure 1 en ce que le compresseur électrique 11 est disposé dans la ligne 3 d’échappement, en amont de l’élément de dépollution 4 le plus proche de l’extrémité amont de la ligne 3 d’échappement. Dans le cas d’un moteur turbocompressé, le compresseur électrique 11 est disposé entre la partie turbine 12b et l’élément de dépollution 4 le plus proche de l’extrémité amont de la ligne 3 d’échappement.
Diverses implantations des éléments de la ligne 3 d’échappement des ensembles précédemment décrits dans le véhicules peuvent être prévues. En effet, une partie de ces éléments peuvent être implantés dans un espace sous capot du véhicule, cet espace logeant le moteur 1 à combustion interne ou dans un espace sous la caisse du véhicule.
Selon une première répartition possible, l’élément chauffant 10 et le catalyseur d’oxydation 4 sont logés dans l’espace sous capot tandis que les éléments suivants de la ligne 3 d’échappement sont placés sous la caisse du véhicule.
Selon une seconde répartition possible, l’élément chauffant 10, le catalyseur d’oxydation 4, la boite 5 de mélange et le premier catalyseur 6 de réduction sélective sont logés dans l’espace sous capot tandis que les éléments suivants de la ligne 3 d’échappement sont placés sous la caisse du véhicule.
Selon une seconde répartition possible, tous les éléments de la ligne 3 d’échappement sont logés dans l’espace sous capot tandis que le catalyseur de conversion 9 de rejets d’ammoniac, NH3, est placé sous la caisse du véhicule.
L’invention permet un gain de temps de chauffe anticipé par rapport au démarrage du moteur, donc un fonctionnement avec une efficacité optimisée sur une plage de température très étendue qui couvre aussi bien un roulage urbain lent qu’une conduite « agressive ».
Ceci permet d’assurer l’élimination des polluants gazeux dont les NOx, l’élimination des polluants particulaires et d’optimiser la régénération du filtre à particules imprégné en milieu urbain grâce à la chauffe de l’élément de chauffage. Une telle architecture de ligne permettra de répondre aux exigences très sévères des normes à venir en conduite réelle sans risque de surémissions de NOx ni d’émissions de NH3, y compris sur des roulages « grand froid » en dessous d’une température extérieure de moins 7°C.
Il est aussi procuré un gain en consommation de carburant. Une telle architecture est efficace pour réduire les NOx et permet contrairement aux autres solutions technologiques de se passer ou de diminuer les modes de combustion spécifiques de chauffe de la ligne d’échappement très coûteux en CO2ainsi que d’orienter le compromis CO2/NOx vers toujours plus de NOx et donc moins de CO2, la réduction des émissions de CO2signifiant une réduction de la consommation en carburant du moteur. Enfin, la présente invention permet de réduire fortement voire supprimer totalement les émissions résiduelles de NH3en sortie de la ligne d’échappement.

Claims (9)

  1. Ensemble comprenant :
    - un moteur (1) à combustion interne,
    - une ligne (2) d’admission d’air reliée au moteur (1),
    - une ligne (3) d’échappement comprenant une extrémité amont raccordée au moteur (1) et une extrémité aval débouchant à l’air ambiant, cette ligne portant au moins un élément de dépollution (4, 6, 7, 8, 9) d’un polluant présent dans les gaz traversant la ligne (3) d’échappement,
    - un compresseur électrique (11),
    - un élément chauffant (10) des gaz traversant la ligne (3) d’échappement,
    caractérisé en ce que l’élément chauffant (10) est disposé dans la ligne (3) d’échappement, en amont de l’élément de dépollution le plus proche de l’extrémité amont de la ligne (3) d’échappement, ou intégré dans une portion amont de cet élément de dépollution et en ce que le compresseur électrique (11) est disposé en amont de l’élément chauffant (10).
  2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’élément de chauffage (10) est un élément de chauffage électrique.
  3. Ensemble selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le compresseur électrique (11) est disposé dans la ligne (3) d’échappement ou dans la ligne (2) d’admission d’air.
  4. Ensemble selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’élément de dépollution (4) le plus en amont est un catalyseur d’oxydation qui intègre un piège à NOx actif et/ou un piège à NOx passif.
  5. Ensemble selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ligne (3) d’échappement comprend d’amont en aval, un injecteur d’agent réducteur, un mélangeur, un premier catalyseur (6) de réduction sélective des oxydes d’azote, un second catalyseur (7) de réduction sélective des oxydes d’azote, un filtre à particules (8), un catalyseur (9) de conversion de rejets d’ammoniac, ces éléments précités étant disposés en aval de l’élément de dépollution (4) le plus en amont.
  6. Ensemble selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le second catalyseur de réduction sélective des oxydes d’azote et le filtre à particules se présentent sous la forme d’un filtre à particules (8’) imprégné d’une phase active de réduction catalytique des oxydes d’azote.
  7. Ensemble selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens de commande du compresseur électrique (11) et de l’élément de chauffage (10) permettant leur activation lorsque le moteur (1) est arrêté.
  8. Procédé de chauffage d’un élément de dépollution (4, 6, 7, 8, 9) d’un polluant présent dans les gaz traversant la ligne (3) d’échappement d’un véhicule comprenant un ensemble selon la revendication précédente, le compresseur électrique (11) étant disposé dans la ligne (2) d’admission d’air, cet ensemble comprenant de plus une ligne (13) de recirculation des gaz d’échappement, le moteur (1) à combustion interne étant arrêté, caractérisé en ce que l’air issu du compresseur électrique est envoyé à l’élément de chauffage via la ligne (13) de recirculation des gaz d’échappement.
  9. Procédé de chauffage d’un élément de dépollution (4, 6, 7, 8, 9) d’un polluant présent dans les gaz traversant la ligne (3) d’échappement d’un véhicule comprenant un ensemble selon la revendication 7, le moteur (1) à combustion interne étant arrêté, caractérisé en ce que la décision d’activation du compresseur électrique (11) et de l’élément chauffant (10) comprend la détection d’une action de déverrouillage du véhicule, ou la détection du conducteur du véhicule sur son siège, ou la détection des mains du conducteur du véhicule sur le volant.
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