Brevet FR2880651A1 — publié le 20060714

L'invention concerne un procédé de post-injection extérieure d'un agent de réduction dans le dispositif d'épuration des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne ainsi qu'une unité doseuse servant à ladite postinjection et un dispositif doseur contenant une telle unité doseuse. Actuellement, les moteurs capables de fonctionner en régime pauvre et les moteurs diesel comportent dans leur ligne d'échappement, afin d'épurer les gaz d'échappement, des catalyseurs, des catalyseurs à accumulation de NOX et/ou des filtres antiparticules qui, le cas échéant, sont encore catalytiquement recouverts. Pour régénérer de tels systèmes d'épuration des gaz d'échappement, par exemple pour régénérer un filtre antiparticules ou un catalyseur à accumulation de NOX, on sait qu'en amenant dans la ligne d'échappement un agent de réduction, de préférence du carburant que le véhicule utilise, on produit des hydrocarbures, c'est- à-dire des HC. Ainsi, par le document DE 44 40 833 Al, on a connaissance d'un dispositif de catalyse servant à la réduction des oxydes d'azote présents dans les gaz d'échappement contenant de l'oxygène produits par un moteur à combustion interne, notamment par un moteur diesel, moteur à combustion interne dans lequel le dispositif de catalyse comporte un catalyseur proche de la chambre de combustion ainsi qu'un catalyseur éloigné de la chambre de combustion, lesquels ne sont efficaces que s'ils sont à des températures différentes en fonction de leur écartement. Avant chaque catalyseur est disposé un dispositif doseur qui amène à chaque catalyseur, indépendamment l'un de l'autre, une quantité d'agent de réduction dosée en conséquence pour optimiser la conversion des substances nocives des gaz d'échappement. L'inconvénient du dispositif doseur connu servant à la post- injection extérieure d'agent de réduction dans un dispositif d'épuration des gaz d'échappement d'un moteur à 2880651 2 combustion interne, est le risque de recondensation et le risque de carbonisation du dispositif doseur. C'est pourquoi l'objectif de l'invention est de créer un procédé de mise en oeuvre d'un dispositif doseur servant à la post-injection extérieure d'un agent de réduction dans le dispositif d'épuration des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne; une unité doseuse appropriée ainsi qu'un dispositif doseur, comprenant une telle unité doseuse, destiné à la mise en oeuvre du procédé et dans lequel il ne se produise ni recondensation de l'agent de réduction post-injecté, ni carbonisation de l'unité doseuse. Cet objectif est atteint grâce à un procédé, une unité doseuse et un appareil doseur qui sont décrits ci-dessous 15 et qui sont l'objet d'agencements préférés. Le procédé conforme à l'invention de mise en oeuvre d'un dispositif doseur servant à la post-injection extérieure d'un agent de réduction dans le dispositif d'épuration des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne comporte une unité doseuse qui fait partie d'un dispositif doseur et qui est disposée dans la ligne d'échappement, l'unité doseuse étant baignée par les gaz d'échappement. Ce faisant, un chauffage de l'unité doseuse jusqu'à au moins une température fixée à l'avance est effectué au moyen d'une post-injection moteur, la post- injection extérieure de l'agent de réduction à l'aide de l'unité doseuse n'ayant lieu que si la température de l'unité doseuse est égale ou supérieure à la température fixée à l'avance. De préférence, la température fixée à l'avance correspond à la température d'ébullition de l'agent de réduction. L'agent de réduction est de préférence le carburant utilisé, c'est- à-dire de l'essence dans le cas d'un moteur à allumage par étincelle capable de fonctionner en régime pauvre, et du carburant diesel (gazole) dans le cas d'un moteur à combustion interne de type diesel. La température fixée à l'avance est, de préférence, de 350 C. 2880651 3 Le dispositif d'épuration des gaz d'échappement comporte, de préférence, au moins un catalyseur et/ou un filtre antiparticules, le catalyseur pouvant être un catalyseur à accumulation de NOX et le filtre antiparticules pouvant également être un filtre antiparticules catalytiquement recouvert. Grâce à l'utilisation de la post-injection moteur pour chauffer l'unité doseuse et grâce au fait qu'une amenée du carburant pour la postinjection extérieure nia lieu qu'au- dessus de la courbe d'ébullition du carburant, on empêche une carbonisation de l'unité doseuse et une recondensation du carburant post-injecté. En outre, la post-injection moteur peut également être utilisée pour nettoyer l'unité doseuse de résidus éventuels. Une unité doseuse conforme à l'invention servant à la post- injection extérieure d'un agent de réduction dans le dispositif d'épuration des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne comporte un tuyau disposé dans le courant de gaz d'échappement, l'orifice du tuyau étant tourné, c'est-à-dire disposé, dans le sens d'écoulement des gaz d'échappement, à l'écart du moteur à combustion interne. L'agent de réduction est injecté dans le courant de gaz d'échappement par le tuyau. De préférence, le tuyau de l'unité doseuse comprend une section latérale de tuyau et une section doseuse disposée dans le sens d'écoulement des gaz d'échappement. Autrement dit, la section de tuyau pénètre dans le dispositif de gaz d'échappement perpendiculairement au sens d'écoulement des gaz d'échappement tandis que la section doseuse est disposée dans le sens d'écoulement en étant coudée de 90 . De préférence, la section doseuse de l'unité doseuse est disposée au milieu du courant de gaz d'échappement. De préférence, l'unité doseuse comporte une bride ouverte à l'intérieur, dans laquelle le tuyau de l'unité doseuse est disposé. La bride sert à installer aisément l'unité doseuse dans un système d'épuration des gaz 2880651 4 d'échappement bridé. De préférence, le tuyau de l'unité doseuse est fait d'un métal, par exemple d'acier ou d'acier spécial, et ce pour assurer le transfert thermique. Les gaz d'échappement chauffés par la post-injection moteur balaient le tuyau de l'unité doseuse par lequel l'agent de réduction sort. Du fait de sa réalisation en métal, le tuyau agit comme échangeur de chaleur et fait passer le carburant liquide en phase gazeuse. De plus, l'encombrement de l'unité doseuse est si faible que cette dernière peut être utilisée comme kit d'équipement complémentaire, y compris dans des dispositifs d'échappement existants, ce que permet la conformation sous forme de bride, notamment. Un dispositif doseur conforme à l'invention servant à la post- injection extérieure d'un agent de réduction dans le dispositif d'épuration des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne comprend une unité doseuse décrite dans ce qui précède; un capteur de température servant à déterminer la température de la section doseuse de l'unité doseuse; une soupape de dosage pouvant être commandée et servant à commander l'amenée de l'agent de réduction; ainsi qu'un dispositif de commande servant à commander la post-injection extérieure et la soupape de dosage. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre à titre d'exemple, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif d'épuration des gaz d'échappement comportant deux dispositifs doseurs; la figure 2 représente l'unité doseuse réalisée sous forme de bride; et la figure 3 est un diagramme temporel du procédé conforme à l'invention qui sert à mettre en oeuvre une post-injection extérieure. La figure 1 représente un dispositif d'épuration des gaz d'échappement 1 qui est disposé à la suite d'un moteur 2880651 5 à combustion interne 2, le dispositif d'épuration des gaz d'échappement comportant un catalyseur 3 ainsi qu'un filtre antiparticules 4 disposé à la suite, lesquels sont reliés ensemble et au moteur 2 par des lignes d'échappement 5, 6. Un premier dispositif doseur 7, avec une amenée 8, introduit un agent de réduction dans la ligne d'échappement 5 avant le catalyseur 3, tandis qu'un deuxième appareil doseur 9 introduit de l'agent de réduction dans la ligne d'échappement 6 avant le filtre antiparticules 4 au moyen d'une amenée 10. La figure 2 représente une unité doseuse conforme à l'invention 11 qui fait partie d'un dispositif doseur 7, 9 de la figure 1 et qui est disposée dans la ligne d'échappement 5, 6 avant le catalyseur 3 et/ou le filtre antiparticules 4 du dispositif d'épuration des gaz d'échappement 1. Le dispositif doseur il comprend une bride 12 dont la forme est fonction du dispositif d'échappement, c'est-à-dire qui est habituellement cylindrique. Ce faisant, la bride cylindrique 12 est creuse à l'intérieur. Dans la bride 12 est disposé un tuyau doseur 13 qui pénètre latéralement dans l'intérieur de la bride 12 et qui comprend une section latérale de tuyau 14 ainsi qu'une section doseuse 15, laquelle est pliée de 90 par rapport à ladite section latérale et s'étend parallèlement au sens d'écoulement 17 des gaz d'échappement. L'orifice 16 de la section doseuse 15 est dirigé dans le sens d'écoulement 17 des gaz d'échappement, de telle sorte que le tuyau doseur 13 faisant partie de l'unité doseuse 11 est baigné par le courant de gaz d'échappement s'écoulant dans le sens 17. Si le courant de gaz d'échappement est porté à une température accrue par une post-injection moteur, alors, du fait qu'on a utilisé une matière métallique pour le tuyau doseur 13, une transmission de chaleur a lieu vers l'agent de réduction post-injecté par le tuyau doseur 13. Autrement dit, on chauffe le tuyau doseur 13. 2880651 6 La figure 3 montre, sous forme de représentation temporelle, le procédé conforme à l'invention de mise en oeuvre d'un dispositif doseur servant à la post-injection extérieure d'un agent de réduction dans un dispositif d'épuration des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. Le temps t est représenté en minutes tandis que la température du tuyau doseur 13 TROHR est en degrés Celsius ( C) et la proportion d'hydrocarbures du gaz d'échappement est en parties par millions (ppm). Une post-injection moteur modifie l'allure de température de la courbe I, et la température du tuyau doseur augmente. Lorsque le point d'ébullition du carburant utilisé est atteint, ici environ 350 C, la post-injection extérieure de l'agent de réduction, c'est-à-dire du carburant, est enclenchée par l'intermédiaire de l'unité doseuse, ce qui est représenté par la courbe rectangulaire II. On notera que l'augmentation de température du tuyau doseur diminue du fait de la post- injection de carburant et qu'elle ne se remet plus à augmenter que lentement. En outre, on notera que, du fait de la post-injection du carburant selon la courbe III, la proportion d'HC dans le courant de gaz d'échappement augmente, ce qui est représenté par la courbe III. Par conséquent, la post-injection extérieure dans le dispositif en cascade représenté à la figure 1 produit d'abord des exothermies sur un catalyseur ou un filtre plaqué. Ici, la température des gaz d'échappement due à la post-injection moteur est assez élevée pour maintenir l'appareil doseur situé avant le catalyseur à une température exempte de carbonisation. Le deuxième dispositif selon la figure 1 est situé après le catalyseur, avant le filtre antiparticules. La température nécessaire pour empêcher une carbonisation est alors issue de l'exothermie du catalyseur. On peut également imaginer le dispositif dans lequel le premier dispositif doseur servant à soutenir l'exothermie du catalyseur n'est pas nécessaire puisque la température pour le deuxième appareil doseur 2880651 7 peut également être atteinte sans aide du premier dispositif avec une post-injection moteur. Bien que l'invention ait été particulièrement montrée et décrite en se référant à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il sera compris aisément par les personnes expérimentées dans cette technique que des modifications dans la forme et dans des détails peuvent être effectuées sans sortir de l'esprit ni du domaine de l'invention. Liste des références numériques 1 dispositif d'épuration des gaz d'échappement 2 moteur à combustion interne 3 catalyseur 4 filtre antiparticules ligne d'échappement 6 ligne d'échappement 7 premier dispositif doseur 8 amenée 9 deuxième dispositif doseur amenée 11 unité doseuse 12 bride 13 tuyau doseur 14 section latérale de tuyau section doseuse 16 orifice de la section doseuse 17 sens d'écoulement des gaz d'échappement I allure de température du tuyau doseur II post-injection de carburant III allure des hydrocarbures 2880651 9 REVENDICATIONS 1. Procédé de mise en oeuvre d'un dispositif doseur (7, 9) servant à la post-injection extérieure d'un agent de réduction dans le dispositif d'épuration des gaz d'échappement (1) d'un moteur à combustion interne (2), caractérisé en ce que le dispositif doseur (7, 9) comporte une unité doseuse disposée dans la ligne d'échappement (11) qui est baignée par les gaz d'échappement, un chauffage de l'unité doseuse (11) jusqu'à au moins une température fixée à l'avance ayant lieu au moyen d'une post-injection moteur et la post-injection extérieure de l'agent de réduction ayant lieu au moyen de l'unité doseuse (11) lorsque la température de l'unité doseuse (11) est égale ou supérieure à la température fixée à l'avance. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température fixée à l'avance correspond à la température d'ébullition de l'agent de réduction. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'agent de réduction est du carburant. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la température fixée à l'avance est de 350 C. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d'épuration des gaz d'échappement comporte un catalyseur (3) et/ou un filtre antiparticules (4). 6. Unité doseuse (11) servant à la post-injection extérieure d'un agent de réduction dans le dispositif d'épuration des gaz d'échappement (1) d'un moteur à combustion interne (2), caractérisée en ce qu'elle comporte un tuyau doseur {13) disposé dans le courant de gaz d'échappement, moyennant quoi l'orifice de tuyau (16) du tuyau doseur (13) est disposé dans le sens d'écoulement (17) des gaz d'échappement en étant détourné du moteur à combustion interne (2). 7. Unité doseuse selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'unité doseuse (11) comporte une 2880651 10 section latérale de tuyau (14) ainsi qu'une section doseuse (15) disposée dans le sens d'écoulement des gaz d'échappement. 8. Unité doseuse selon la revendication 7, 5 caractérisée en ce que la section doseuse (15) est disposée au milieu du courant de gaz d'échappement. 9. Unité doseuse selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que l'unité doseuse (11) comporte une bride ouverte à l'intérieur (12) qui sert à monter l'unité doseuse (11) dans le dispositif d'épuration des gaz d'échappement (1) et dans laquelle le tuyau doseur (13) de l'unité doseuse (11) est disposé. 10. Dispositif doseur servant à la post-injection extérieure d'un agent de réduction dans le dispositif d'épuration des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comporte une unité doseuse (11) selon l'une des revendications 6 à 9; un capteur de température servant à déterminer la température de la section doseuse (15) de l'unité doseuse (11) ; une soupape de dosage pouvant être commandée; et un dispositif de commande servant à commander la post-injection extérieure.