Brevet FR2796984A1 — publié le 20010202

"Système de régénération d'un piège à oxydes d'azote" L'invention concerne un système de traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion. L'invention concerne plus particulièrement un système de traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion, notamment d'un moteur diesel ou d'un moteur à essence à mélange pauvre, du type comportant un piège à oxydes d'azote NOx. Les moteurs diesels et certains moteur à essence, notamment à allumage commandé, fonctionnent avec des mélanges carburés pauvres, c'est-à-dire avec un excès d'oxygène. La combustion des mélanges pauvres produit des oxydes d'azote ou NOx qu'il est nécessaire de traiter par conversion catalytique. Pour réduire les NOx alors que les gaz d'échappement sont riches en oxygène, une méthode consiste à stocker les NOx contenus dans les gaz d'échappement dans un piège encore appelé Noxtrap, et périodiquement, à traiter les NOx ainsi piégés en injectant massivement des substances réductrices tel que du carburant. Le brevet EP-B-0.560.991 décrit un tel dispositif de stockage des NOx et différentes stratégies de régénération. L'invention propose un système de traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion, notamment d'un moteur diesel ou d'un moteur à essence à mélange pauvre, du type comportant un piège à oxyde d'azote, qui absorbe les oxydes d'azote en milieu oxydant et qui les libère en milieu réducteur, disposé dans une ligne principale dans laquelle s'écoulent les gaz d'échappement du moteur et comportant, en amont du piège à oxydes d'azote, un système d'injection d'un agent réducteur, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour réduire le débit des gaz d'échappement dans la ligne principale, de façon à réduire la quantité d'oxygène traversant le piège à oxydes d'azote avant et pendant la phase de régénération du piège à oxydes d'azote. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - les moyens pour réduire le débit des gaz d'échappement dans la ligne principale comportent une ligne secondaire d'écoulement des gaz d'échappement qui est branchée en dérivation sur la ligne principale, en amont du système d'injecteur, et dans laquelle le débit des gaz est commandé par l'intermédiaire d'une vanne de dérivation pilotée qui permet lorsque le piège à oxydes d'azote absorbe les oxydes d'azote, de bloquer le passage des gaz d'échappement dans la ligne secondaire et qui permet, lorsque le piège à oxydes d'azote atteint une valeur de seuil déterminée de son état de saturation, de répartir le débit des gaz d'échappement dans chacune des deux lignes de façon à réduire la quantité d'oxygène traversant le piège à oxyde d'azote avant et pendant la phase de régénération du piège à oxydes d'azote ; - la réduction de la quantité d'oxygène traversant le piège à oxydes d'azote est simultanée avec la phase de régénération du piège à oxydes d'azote ; - la phase de régénération du piège à NOx consiste à injecter un agent réducteur en quantité suffisante pour libérer les oxydes d'azote captés par le piège ; - le système comprend un élément de chauffage, situé en amont du piège à oxydes d'azote dans la ligne principale, pour chauffer les gaz d'échappement à une température voisine de la température optimale de régénération du piège à oxydes d'azote ; - l'élément de chauffage est placé en aval du système d'injection ; - l'élément de chauffage est placé en amont du système d'injection ; - le système comprend au moins un catalyseur d'oxydation situé en amont du piège à oxydes d'azote ; - le catalyseur d'oxydation est situé en amont de la vanne de dérivation ; - la régénération du piège à oxydes d'azote est initiée lorsque la valeur de saturation du piège atteint une valeur de seuil qui dépend du point de fonctionnement du moteur. La vanne de dérivation permet ainsi de réduire le débit des gaz d'échappement à travers le piège à NOx lorsque ce dernier est en phase de régénération. Cela réduit la quantité d'oxygène dans le piège à NOx et permet de diminuer considérablement la quantité de combustible à injecter pour obtenir un état dans lequel le mélange des gaz d'échappement est réducteur. 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 deux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une représentation schématique d'une ligne d'échappement équipée d'un système de traitement des gaz d'échappement selon un premier mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 2 est une représentation schématique d'une ligne d'échappement équipée d'un système de traitement des gaz d'échappement selon un second mode de réalisation de l'invention. On a représenté à la figure 1 un système de traitement 10 des gaz de d'échappement G d'un moteur d'un moteur à combustion 12. Le moteur 12 est un moteur diesel ou un moteur à essence fonctionnant en mélange pauvre tel qu'un moteur à essence à injection directe. Une ligne 14 permet l'écoulement des gaz G du moteur vers l'atmosphère. Une ligne secondaire de dérivation 15 permet de court-circuiter le système de traitement 10. Ces deux lignes 14 et 15 se séparent et se rejoignent respectivement en un point de dérivation amont 50 et un point de raccordement aval 52. Un système de traitement 10 destiné à purifier les gaz d'échappement G se situe à l'intérieur de la ligne 14. II se compose principalement de moyens de chauffage 18, d'un système 22 d'injection d'un agent réducteur et d'un piège 23 à NOx. Ces éléments sont placés successivement d'amont en aval dans la ligne principale 14 dans le sens d'écoulement des gaz G. L'agent réducteur injecté est de préférence le carburant utilisé pour le fonctionnement du moteur tel que de l'essence, du fioul, de l'isooctane, etc. Les moyens de chauffage 18 peuvent être une grille chauffante, un brûleur, etc. lis sont insérés en amont du piège 23 à NOx. De préférence, ils sont placés en amont du système 22 d'injection. Cette configuration permet de mettre en oeuvre des moyens de chauffage 18 d'un volume faible de gaz d'échappement et qui sont aisément intégrables dans la ligne principale 14. Le piège 23 à NOx est placé dans une chambre. Elle présente une section transversale supérieure à celle de la ligne principale 14. La chambre 24 est incorporée dans la ligne principale 14 de façon à limiter les pertes de charges dues aux changements de sections. Une vanne de dérivation 54 est insérée dans la ligne principale 14 au point de dérivation amont 50. Dans une variante non représentée, la vanne de dérivation 54 peut-être située en aval du point de dérivation amont 50. Avantageusement, un catalyseur d'oxydation 30 est placé en amont de système de traitement 10, de préférence en amont du point de dérivation amont 50. Le fonctionnement du système de traitement 10 est le suivant. Les gaz d'échappement G produits par le moteur 12 sont normalement envoyés dans la ligne principale 14. La vanne de dérivation 54 permet de répartir le débit des gaz G entre la ligne principale 14 et la ligne secondaire 15. Le catalyseur d'oxydation 30 permet l'oxydation des NO en N02. Le N02 est un composé qui est plus facilement stocké dans le piège à NOx. II permet en outre, l'oxydation du monoxyde de carbone et des hydrocarbures imbrûlés à la sortie du moteur. La vanne de dérivation 54 oriente la totalité du débit des gaz d'échappement G dans la ligne principale 14. Tout le débit passe dans la chambre 24. Les gaz d'échappement G entrent dans le piège 23 à NOx, les NOx y sont alors absorbés. L'absorption se poursuit jusqu'à saturation partielle du piège 23 à NOx. II y a saturation du piège 23 à NOx, lorsqu'une valeur de seuil déterminée est atteinte. Une phase de régénération est alors initiée. Elle consiste en la désorption, aussi appelée déstockage, des NOx du piège 23 à NOx. Pour régénérer le piège 23, il faut d'une part une température suffisante et, d'autre part, se placer en condition réductrice, c'est-à-dire en milieu pauvre en oxygène. A cet effet on injecte du carburant par le système d'injection 22 en entrée du piège 23 en quantité suffisante pour éliminer l'excès d'oxygène et régénérer le piège 23 à NOx. Les NOx ainsi libérés sont ensuite réduits, soit directement dans le piège à NOx si ce dernier comporte des substances catalytiques appropriées, soit dans un pot catalytique spécifique non figuré disposé en aval du piège à NOx 23. La valeur de seuil dépend des conditions de fonctionnement du moteur. En effet, si les gaz d'échappement G du moteur 12 sont pauvres en oxygène et/ou si leur température est élevée, la valeur de seuil est faible, elle correspond à une faible saturation du piège à NOx 23. Par contre, si le moteur fonctionne dans des conditions défavorables au déstockage des NOx, c'est-à-dire à base température ou à forte concentration en oxygène il est intéressant d'attendre des conditions plus favorables, la valeur de seuil est donc élevée. La vanne de dérivation 54 est commandée pour diminuer le débit des gaz d'échappement G dans la portion de la ligne principale 14 comprenant la chambre 24. Le reste du débit est alors orienté dans la ligne secondaire 15. De préférence, le débit résiduel traversant la chambre 24 est inférieur au tiers du débit total des gaz d'échappement. La commande de la vanne de dérivation 54 est antérieure à l'injection d'une certaine quantité d'agent réducteur dans la chambre 24. La réduction du débit des gaz d'échappement G dans la ligne 14 entraîne, la réduction de la quantité d'oxygène présente et donc la quantité d'agent réducteur devant être injectée pour rendre le milieu réducteur. Avantageusement, la commande de la vanne de déviation 54 et l'injection d'une certaine quantité d'agent réducteur dans la chambre 24 sont simultanées. Si la température des gaz d'échappement G est inférieure à la température optimale de régénération du piège 23 à NOx, il est possible d'optimiser l'efficacité du système en activant les moyens de chauffage 18. Dans ce cas l'énergie nécessaire au chauffage sera d'autant plus faible que le débit des gaz d'échappement G est faible. Dans un second mode de réalisation (voir figure 2) les moyens de chauffage 18 sont insérés entre le système 22 d'injection et le piège 23 à NOx. Cette configuration permet d'utiliser l'espace existant entre le système 22 d'injection et le piège 23 à NOx. Son fonctionnement est identique au premier mode de réalisation. Le système qui vient d'être décrit permet la mise en oeuvre d'un procédé qui comporte une étape de réduction du débit des gaz d'échappement G dans la ligne principale de façon à réduire la quantité d'oxygène traversant le piège 23 à NOx avant et pendant la phase de régénération du piège 23 à NOx. REVENDICATIONS 1. Système de traitement des gaz d'échappement (10) d'un moteur à combustion (12), notamment d'un moteur diesel ou d'un moteur à essence à mélange pauvre, du type comportant un piège (23) à oxyde d'azote (NOx), qui absorbe les oxydes d'azote (NOx) en milieu oxydant et qui les libère en milieu réducteur, disposé dans une ligne principale (14) dans laquelle s'écoulent les gaz d'échappement (G) du moteur et comportant, en amont du piège (23) à oxydes d'azote (NOx), un système d'injection (22) d'un agent réducteur, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour réduire le débit des gaz d'échappement (G) dans la ligne principale (14), de façon à réduire la quantité d'oxygène traversant le piège (23) à oxydes d'azote (NOx) avant et pendant la phase de régénération du piège (23) à oxydes d'azote (NOx). 2. Système de traitement des gaz d'échappement (10) d'un moteur à combustion (12) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour réduire le débit des gaz d'échappement (G) dans la ligne principale comportent une ligne secondaire (15) d'écoulement des gaz d'échappement qui est branchée en dérivation sur la ligne principale (14), en amont du système (22) d'injecteur, et dans laquelle le débit des gaz (G) est pilotée par l'intermédiaire d'une vanne de dérivation (54) commandée qui permet lorsque le piège (23) à oxydes d'azote (NOx) absorbe les oxydes d'azote (NOx), de bloquer le passage des gaz d'échappement (G) dans la ligne secondaire (15) et qui permet, lorsque le piège (23) à oxydes d'azote (NOx) atteint une valeur de seuil déterminée de son état de saturation, de répartir le débit des gaz d'échappement dans chacune des deux lignes (14, 15) de façon à réduire la quantité d'oxygène traversant le piège à oxyde d'azote avant et pendant la phase de régénération du piège à oxydes d'azote (NOx). 3. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la réduction de la quantité d'oxygène traversant le piège (23) à oxydes d'azote (NOx) est simultanée avec la phase de régénération du piège (23) à oxydes d'azote (NOx). 4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la phase de régénération consiste à injecter un agent réducteur en quantité suffisante pour libérer les oxydes d'azote (NOx) captés par le piège (23) à oxydes d'azote (NOx). 5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un élément de chauffage (18), situé en amont du piège à oxydes d'azote (NOx) dans la ligne principale (14), pour chauffer les gaz d'échappe ment (G) à une température voisine de la température optimale de régénération du piège (23) à oxydes d'azote (NOx). 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément de chauffage (18) est placé en aval du système d'injection (22). 7. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément de chauffage (18) est placé en amont du système d'injection (22). 8. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un catalyseur d'oxydation (30) situé en amont du piège à oxydes d'azote (NOx). 9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que le catalyseur d'oxydation (30) est situé en amont de la vanne de dérivation (54). 10. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la régénération du piège (23) à oxydes d'azote est initiée lorsque la valeur de saturation du piège (23) atteint une valeur de seuil qui dépend du point de fonctionnement du moteur (12).