Brevet FR2893352A1 — publié le 20070518

Domaine de l'invention La présente invention concerne un dispositif pour générer de l'ammoniac pour la réduction catalytique sélective des oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion in-terne comportant une alimentation en air. Etat de la technique Dans le cadre de la réglementation future concernant les rejets d'oxydes d'azote par les véhicules automobiles il faut un traite-ment des gaz d'échappement. La réduction catalytique sélective permet de réduire les rejets d'oxydes d'azote NOx des moteurs à combustion notamment des moteurs diesel fonctionnant avec un mélange principalement pauvre dans le temps c'est-à-dire un gaz d'échappement riche en oxygène. Pour cela on ajoute aux gaz d'échappement, une quantité défi-nie d'un agent réducteur à effet sélectif. Cela peut se faire par exemple sous la forme d'ammoniac ajoutée par dosage direct à l'état gazeux ou encore à partir d'une matière première sous la forme d'urée (solution HWL) ou d'une solution aqueuse. L'inconvénient de l'utilisation de la solution HWL est que cette solution soit consommée pendant le fonctionnement du moteur à combustion interne. La consommation corres- pond à environ 4 % de la consommation en carburant. L'alimentation avec la solution aqueuse d'urée doit de ce fait être disponible de façon très répandue par exemple dans les stations d'essence. Un autre inconvénient est qu'il faut transporter la solution HWL dans le véhicule. Le document US 2004/0168905-A propose à cet effet de générer de l'ammoniac par du plasma de décharge de gaz à partir de l'azote contenu dans l'air et d'un mélange carburant/ air riche en carburant dans un étage catalyseur. Cela permet d'utiliser exclusivement comme matière première des produits déjà transportés par le véhicule ou prélevés sur l'air ambiant. Une réduction suffisante de l'émission d'oxydes d'azote NOx suppose que l'on contrôle dans des limites étroites la quantité d'air alimentant le générateur à plasma et aussi que l'on contrôle l'ammoniac contenu dans le flux gazeux mélangé au gaz d'échappement. Pour un bon nettoyage des gaz d'échappement il faut que les quantités d'air correspondent à +/- 5 % de la valeur prévue. Comme le moteur à combustion interne travaille à des points de fonc-tionnement différents, la pression des gaz d'échappement peut varier entre 0 et 400 mbar, la pression la plus élevée se produisant à pleine charge. En outre, les changements de charge produisent des variations de pression qui se situent dans une plage de temps inférieure à 1 seconde. Ces conditions ne sont pas remplies par les alimentations en air selon l'état actuel de la technique. But de l'invention La présente invention a pour but de développer une alimentation en air permettant une adaptation suffisamment rapide et précise de l'alimentation en air d'une installation générant de l'ammoniac. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne un dispositif du type défi-ni ci-dessus caractérisé en ce que l'alimentation en air est équipée d'un entraînement indépendant de l'entraînement du moteur à combustion interne pour un étage de compression équipant l'alimentation en air. Le dispositif selon l'invention permet une production efficace d'agents réducteurs même si les conditions de fonctionnement du moteur à combustion interne changent et l'agent réducteur sera ajouté en quantité correcte au gaz d'échappement à nettoyer. Un fonctionnement particulièrement sûr avec des composants fiables et confirmés correspond à un étage de compression constitué par une turbine, une pompe de refoulement ou une pompe à pistons rotatifs. L'étage de compression est entraîné par un moyen électrique ce qui permet d'adapter particulièrement rapidement la commande aux conditions de fonctionnement modifiées et d'assurer l'alimentation en air indépendamment de l'entraînement du moteur à combustion interne. Un moteur électrique entraînant l'étage de corn- pression peut utiliser le courant continu du réseau embarqué ; il peut s'agir d'un moteur à courant continu habituel ou d'un moteur à commutation électronique. L'alimentation électronique peut également se faire par modulation de largeur d'impulsion. Si l'alimentation en air comporte une unité de commande électronique avec un capteur de température et/ou un capteur de pres- sion et/ou un débitmètre, elle peut saisir de manière précise la quantité d'air à la sortie de l'alimentation en air et l'adapter à tout état de fonctionnement du moteur à combustion interne pour commander l'étage de compression de manière appropriée. Les différents ensembles de l'unité de commande électronique peuvent être reliés par un bus CAN (contrôleur de réseau) et à d'autres parties de la commande du moteur à combustion interne et de disposer d'une fonction d'auto diagnostic. Une construction simplifiée de l'électronique du véhicule se caractérise par une unité de commande électronique faisant partie de la commande du moteur à combustion interne et/ou d'une commande de l'alimentation en agents réducteurs. Si l'alimentation en air est reliée à la sortie de l'étage de compression, on prévoit un clapet anti-retour et/ou un régulateur de pression et/ou un volet d'air si bien que pendant les phases de coupure de l'alimentation en air on évite l'arrivée des gaz d'échappement dans le générateur d'agents réducteurs. En utilisant un régulateur de pression on peut faire une commande purement mécanique de l'alimentation en air ce qui économise le coût d'une commande électronique. Si l'alimentation en air est équipée d'un étage de com-pression à pression de sortie constante liée à la construction, la pression de sortie peut être fixée de façon à correspondre à l'amplitude de la pression de sortie maximale requise et la commande de l'étage de compression aura uniquement à couper ou à mettre en marche cet étage ce qui simplifie la commande. On peut allonger la durée de l'étage de compression si l'entrée de l'étage de compression est reliée à la sortie de l'étage de compression assurant l'alimentation en air du moteur à combustion in-terne. Dans de nombreux cas de fonctionnement du moteur à combustion interne, la pression de sortie de l'étage de compression est suffisante pour l'alimentation en air de sorte que l'étage de compression de l'alimentation en air n'aura pas à fonctionner. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un diagramme de la pression dans le canal des gaz d'échappement dans un cycle de fonctionnement ; - la figure 2 montre un diagramme de vitesse reposant sur la procédure US06 Supplemental Federal Test Procedure ; - la figure 3 montre un moteur à combustion interne équipé d'une installation générant de l'ammoniac ; - la figure 4 montre l'installation générant l'ammoniac avec l'aspiration en aval d'un radiateur d'air de suralimentation ; - la figure 5 montre l'installation de génération d'ammoniac avec une régulation mécanique de pression. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre un diagramme de pression 30 donnant la pression des gaz d'échappement dans le canal de gaz d'échappement ou dans la conduite de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne dans un cycle de fonctionnement pratique. L'axe des pressions 31 représente pour un premier axe de temps 32, comportant une division en secondes, la pression en amont d'un filtre à particules 34 et la pression en aval d'un filtre à particules 35. L'axe de vitesse de rotation 36 donne la vitesse de rotation 33 du moteur. Pen- dant un cycle de fonctionnement, la vitesse de rotation du moteur 33 varie entre 750 T/min et 4500 T/min. La pression en amont du filtre à particules 34 atteint des valeurs élevées pour la vitesse de rotation 33 du moteur et cette pression arrive jusqu'à 500 mbars au-delà de la pression ambiante. Des variations de pression de quelques 100 mbars se produisent dans une plage inférieure à 1 seconde. La figure 2 montre un diagramme de vitesse pour un cycle de fonctionnement à charge maximale 40 selon la procédure US06 Supplemental Federal Test Procedure for aggressive highway driving. Sur l'axe des vitesses 41 on a représenté la vitesse de déplacement 42 en fonction d'un second axe des temps 43 en mile par heure. On a plusieurs variations rapides de la vitesse de déplacement 42 se traduisant par des variations comparables des conditions de fonctionnement comme le montre la figure 1 pour la vitesse de rotation (régime du moteur) 33 et ainsi la pression en amont du filtre à particules 34. La figure 3 montre un moteur à combustion interne 20 équipé d'une conduite de gaz d'échappement 25 et d'un système de gaz d'échappement 26 ainsi que d'un catalyseur SCR 28 (catalyseur SCR c'est-à-dire un catalyseur à réduction catalytique sélective) pour réduire les oxydes d'azote. Le système de gaz d'échappement 26 est relié à un générateur d'agents réducteurs 24 recevant l'air par une alimentation en air 10. L'entrée de l'alimentation en air 10 est reliée par une alimentation en air 22 à un filtre à air 21 qui alimente également le moteur à combustion interne 20 en air. L'alimentation en air 22 fournit l'air à un étage de compression 11 à partir duquel l'air passe par un clapet antiretour 13 et une conduite de pression 23 pour arriver dans le générateur d'agents réducteurs 24. L'étage de compression peut être une pompe à pistons entraînée par un moteur électrique ou une pompe à pistons rotatifs. Selon l'invention, l'entraînement est indépendant du mouvement du moteur à combustion interne 20. La conduite de pression 23 est équipée d'un capteur de température 15 et d'un capteur de pression 16 reliés par une ligne de signaux 18 à une unité de commande 12. L'unité de commande 12 agit sur l'étage de compression 11 et est reliée à un contrôleur de bus CAN 19. En fonctionnement, la commande, 12 agit sur l'étage de compression 11 qui fournit à la con-duite de pression 23 une masse d'air pour que le générateur d'agents réducteurs 24 en aval fournisse juste suffisamment d'agents réducteurs que le demande le nettoyage des gaz d'échappement pour le point de fonctionnement actuel du moteur à combustion interne. La masse d'air est surveillée par le contrôle de la température effectué par le capteur de température 15 et de la pression effectué par le capteur de pression 16. Dans les pauses de fonctionnement du générateur d'agents réducteurs 24, le clapet anti-retour 13 interdit aux gaz d'échappement de passer du système de gaz d'échappement 26 dans l'alimentation en air 10. La figure 4 montre une alimentation en air 10 dans laquelle on mesure la masse d'air à l'aide d'un débitmètre 17. Cette masse d'air est transmise par la ligne de transmission de signaux 18 à la commande 18 ; celle-ci commande l'entraînement de l'étage de corn- pression 11 en fonction de la demande. L'alimentation en air de l'étage de compression 11 est assurée par l'alimentation en air 22 à partir d'un turbocompresseur équipé d'un radiateur d'air de suralimentation 27. Il fournit l'air avec une pression de l'ordre de 100 à 1300 mbars. Pour beaucoup de points de fonctionnement du moteur à combustion interne 10, on peut ainsi utiliser l'air d'alimentation déjà compressé ce qui permet d'arrêter l'entraînement de l'étage de compression 11 par la commande 12. Dans ces cas, la commande 12 règle la pression de la conduite de pression 23 à l'aide d'un volet d'air 14. La figure 5 montre un mode de réalisation de l'alimentation en air 10. Dans ce mode de réalisation l'unité de commande 10 assure simplement le fonctionnement marche arrêt de l'étage de compression 11 mais non la fonction de régulation de pression. La régulation de pression se fait mécaniquement à l'aide du clapet antiretour 13 ; celui-ci est conçu pour avoir une pression d'ouverture pro- che de la pression maximale du système. On compense ainsi les variations de pression. Selon une variante de réalisation, l'étage de compression est conçu pour que sa pression de sortie dans la conduite de pression 23 soit proche de la pression maximale du système de sorte qu'il est inutile d'avoir à la fois une réalisation électronique de la com- mande 12 et une fonction de régulation de pression du clapet antiretour 13. 15 REVENDICATIONS 1 ) Dispositif pour générer de l'ammoniac pour la réduction catalytique sélective des oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne (20) comportant une alimentation en air (10), caractérisé en ce que l'alimentation en air (10) est équipée d'un entraînement indépendant de l'entraînement du moteur à combustion interne (20) pour un étage de compression (11) équipant l'alimentation en air (10). 2 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étage de compression (11) est une turbine, une pompe à refoulement ou une pompe à piston rotatif. 3 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étage de compression est à entraînement électrique. 20 4 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation en air (10) comporte une unité de commande électronique (10) équipée d'un capteur de température (15) et/ ou d'un capteur de pression (16) et/ou d'un débitmètre (17). 25 5 ) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'unité de commande électronique (12) est une partie d'une commande du moteur à combustion interne (20) et/ou une partie d'une commande 30 de l'alimentation en agents réducteurs. 6 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce quel'alimentation en air (10) comporte un clapet anti-retour (13) et/ ou un régulateur de pression et/ou un volet d'air (14) à la sortie de l'étage de compression (11). 7 ) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'alimentation en air (10) comporte un étage de compression (11) à pression de sortie constante fixée par la construction. 8 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entrée de l'étage de compression (11) est reliée à l'étage de compression de l'alimentation en air du moteur à combustion interne (20).15