Brevet FR2918902A3 — publié le 20090123

FR 2918902 A3 20090123 FR 0756583 A 20070718 SYSTEME DE PRODUCTION DE COMPOSES CWHyOZ L'invention concerne un système de production de composés CWHyOZ apte à traiter des composés polluants d'un groupe moto-propulseur d'un véhicule automobile, le système comportant une alimentation en carburant et une alimentation en air, l'alimentation en air étant reliée par une conduite à un dispositif de production d'ozone. io Pour répondre aux exigences réglementaires concernant les émissions de composés polluants tels que HC, NOx, il est connu de placer, dans un groupe motopropulseur des systèmes de traitement en continu. Dans le cas du traitement des composés NOx, des pièges à 15 NOx peuvent être utilisés dans la ligne d'échappement. Ces derniers systèmes alternent les phases de stockage des polluants et de régénération du piège, c'est-à-dire de conversion des polluants stockés en substances non polluantes. Mais ces systèmes ne sont pas suffisamment efficaces. Pour résoudre ce problème, une solution 20 possible au traitement des NOx en milieu oxydant est l'utilisation d'un système de catalyse de réduction sélective par des composés CWHyOZ. Par exemple, le document US6957528 propose d'injecter de tels composés ainsi que de l'ozone dans la ligne d'échappement. Les composés CWHyOZ sont formés à partir d'une alimentation en air et 25 en carburant. Le carburant est évaporé de façon à injecter le mélange gazeux air-carburant dans un réacteur plasma. Mais avant cette étape, il est nécessaire de passer par une phase de mise en température pour évaporer les fractions légères des hydrocarbures du carburant. De plus, la réaction est homogène : elle est réalisée 30 entre des gaz ce qui ne permet pas d'obtenir un rendement élevé de CWHyOZ. Afin de pallier ces inconvénients, l'invention a pour objet de fournir un système de production amélioré des composés CWHyOZ dans le véhicule automobile. -2 L'invention a aussi pour objet de réduire les composés polluants d'un groupe motopropulseur. L'invention a aussi pour objet d'améliorer les conditions de combustion en particulier au démarrage à froid et pendant la mise en température du moteur en vue de réduire les composés polluants d'un groupe motopropulseur. A cet effet, l'invention propose un système du type cité ci-dessus, caractérisé en ce que le système comporte un réacteur d'adsorption des hydrocarbures relié par une conduite à io l'alimentation en carburant de façon à introduire le carburant dans le réacteur et relié à une conduite au dispositif de production d'ozone. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le réacteur comporte un support en zéolithe. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le dispositif de 15 production d'ozone est un réacteur plasma non thermique. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le carburant est introduit sous forme gazeuse dans le réacteur. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le réacteur comporte un dispositif de régulation de la température. 20 Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le système comporte une conduite disposant d'un système d'injection des composés CWHyOZ dans le groupe moto-propulseur. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, l'invention propose également un groupe motopropulseur d'un 25 véhicule automobile, comportant un moteur à combustion interne relié à un circuit d'échappement et à un circuit d'admission caractérisé en ce que le circuit d'échappement comporte un système de production de composés CWHyOZ. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, l'invention 30 propose un groupe motopropulseur d'un véhicule automobile, comportant un moteur à combustion interne relié à un circuit d'échappement et à un circuit d'admission caractérisé en ce que le circuit d'admission comporte un système de production de composés CWHyOZ. - 3 Selon d'autres caractéristiques de l'invention, l'invention propose un procédé de traitement de composés polluants d'un groupe motopropulseur par un système disposant d'un réacteur, caractérisé en ce qu' - on introduit de l'air dans un dispositif de production d'ozone, - on introduit : - le mélange air-ozone, obtenu par le dispositif de production d'ozone dans le réacteur et - du carburant dans le réacteur io de façon à produire des composés CWHyOZ - on introduit les composés CWHyOZ dans le tuyau d'échappement en amont d'un système de catalyse de réduction sélective par les composés C,,HyOZ. Selon d'autres caractéristiques, l'invention propose 15 l'utilisation dans un groupe motopropulseur d'un véhicule automobile d'un système pour traiter des composés polluants. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'exemples de réalisation en référence aux figures annexées. 20 La figure 1 représente un mode de réalisation de l'invention d'un groupe motopropulseur comportant un système de traitement de composés polluants dans le circuit d'échappement. Des éléments identiques ou analogues sont désignés par les mêmes chiffres de référence. 25 Tel que représenté à la figure 1, un groupe motopropulseur est désigné de façon générale par la référence 1 et dont la structure générale connue ne sera pas entièrement détaillée ci-après. Le groupe motopropulseur 1 comporte un moteur à 30 combustion interne 4, par exemple, à quatre cylindres 2 de type suralimenté, un circuit d'admission, un circuit d'échappement, un système de commande et un système 20 de production de composés CWHyOZ apte à traiter des composés polluants, tels que HC, NOx. -4 Le circuit d'admission comporte un tuyau d'admission 9, un boîtier papillon 13, un collecteur d'admission 8, un filtre à air 10 et un refroidisseur intermédiaire 16. Le tuyau d'admission 9 guide l'air d'admission introduit par le filtre à air 10 vers le collecteur d'admission 8. Le collecteur d'admission 8 est raccordé au moteur 4 pour alimenter les cylindres 2 en air. Le boîtier papillon 13 est disposé en amont du collecteur d'admission 8 et permet d'augmenter ou de diminuer la quantité d'air io circulant dans les cylindres 2. Le compresseur 15a d'un turbocompresseur 15 et un refroidisseur intermédiaire 16 sont disposés dans le tuyau d'admission 9 entre le filtre à air 10 et le boîtier papillon 13. Le refroidisseur intermédiaire 16 est disposé 15 dans le tuyau d'admission 9 en aval du compresseur 15a. L'air d'admission nettoyé par un filtre à air 10 s'écoule vers le compresseur 15a à travers le tuyau d'admission 9 pour y être comprimé. Puis, il est refroidi dans le refroidisseur intermédiaire 16 et parvient au 20 collecteur d'admission 8 selon un débit contrôlé par le boîtier papillon 13. Le système de commande non représenté comporte une unité de commande électronique UCE. Différents capteurs sont connectés à l'UCE. Leurs signaux de sortie 25 sont exploités par l'UCE pour commander des moyens de commande tels que le boîtier papillon 13. Le circuit d'échappement forme un passage de gaz d'échappement à travers lequel le gaz d'échappement en provenance de chaque cylindre 2 est éjecté vers l'extérieur du corps 30 du moteur 4. Ce circuit d'échappement comporte un collecteur d'échappement 18, qui est relié au moteur 4 et à la turbine 15b du turbocompresseur 15, ce circuit comporte également un système de post-traitement 25. Un tuyau d'échappement 19 relie la turbine 15b au système de post-traitement 25 et se poursuit en aval du système -5 de post-traitement 25. Le système de post-traitement 25 peut comporter par exemple un filtre à particules et/ou un catalyseur. Le système 20 de production de composés CWHYOZ apte à traiter des composés polluants comporte au moins une alimentation en carburant 11 et une alimentation en air 12. L'alimentation en air 12 est reliée par une conduite 21 à un dispositif de production d'ozone 5. Un réacteur 3 d'adsorption des hydrocarbures est relié par une conduite 22 à l'alimentation en carburant 11 et par une conduite 26 au dispositif de production d'ozone 5. ~o Une conduite 23 relie le réacteur 3 au circuit d'échappement de façon à introduire les composés CWHyOZ dans le circuit d'échappement. L'alimentation en air 12 peut être une partie du circuit d'admission. Telle que représentée à la figure 1, l'alimentation en air 15 12 peut être réalisée par une prise d'air au moyen de la conduite 22 positionnée en aval du filtre à air 10 et en amont du compresseur 15a. Selon un autre mode de réalisation, l'alimentation en air 12 peut être réalisée par une prise d'air au moyen de la conduite 22 en aval du compresseur 15a. Telle que représentée à la figure 1, cette 20 alimentation en air 12 peut être connectée à une pompe 101 associée à un débitmètre 103 de façon à contrôler le débit d'air introduit dans le dispositif de production d'ozone 5. Le débitmètre 103 peut être commandé par I'UCE. L'alimentation en carburant 11 peut être le réservoir de 25 carburant principal du véhicule automobile. L'alimentation en carburant 11 peut être un réservoir secondaire c'est-à-dire une autre source de carburant présente dans le véhicule tel qu'un réservoir additionnel, ou le circuit basse pression de l'alimentation en carburant du moteur ou le circuit haute pression d'alimentation en 30 carburant du moteur (par exemple rampe commune ). L'alimentation en carburant 11 peut être connectée à un injecteur ou une pompe 102 associée à un débitmètre 104 de façon à contrôler le débit de carburant introduit dans le réacteur 3. Le débitmètre 104 peut -6 être commandé par l'UCE. Le débit de carburant introduit dans le réacteur 3 peut être soit continu soit périodique. Le carburant peut être introduit sous forme liquide ou sous forme gazeuse. Dans ce dernier cas, un vaporisateur est ajouté à l'extrémité de la conduite 22 en amont du réacteur 3. La forme gazeuse du carburant permet d'homogénéiser le dépôt des hydrocarbures du carburant sur le support du réacteur 3. Le dispositif de production d'ozone 5 peut être choisi parmi io les plasmas non thermiques. Le dispositif de production d'ozone 5 est alimenté en air par la pompe 101, par l'intermédiaire de la conduite 21, et alimenté en courant électrique au moyen d'un circuit d'alimentation haute tension. Pour produire de l'ozone, le dispositif de production d'ozone 5 is comprend avantageusement une électrode alimentée par un circuit d'alimentation haute tension, par exemple sous une tension d'amplitude de 10 kV. Le dispositif de production d'ozone 5 comprend également une contre-électrode. Cette dernière est reliée électriquement à une masse de potentiel nul. Bien entendu, dans 20 une variante de réalisation, il est également envisageable de prévoir un générateur d'ozone se présentant sous la forme de deux électrodes planes parallèles. Le principe de fonctionnement du dispositif de production d'ozone 5 est le suivant. Lorsqu'on applique une tension entre les deux électrodes, il se produit une décharge 25 électrique. Avantageusement, on insère entre lesdites électrodes un isolant diélectrique de manière à éviter que la décharge électrique ne se transforme en arc. On crée ainsi un plasma non homogène dit " plasma non-thermique " ou " plasma froid " dans lequel l'énergie des électrons approximativement à 40 000 C, est très supérieure à 30 l'énergie des molécules qui reste sensiblement égale à la température ambiante. Pour la production d'ozone, l'oxygène moléculaire 02 est en partie dissociée par les électrons et conduit à la formation d'atomes d'oxygène O. Une partie de ces atomes réagit -7 alors avec l'oxygène moléculaire 02 pour former l'ozone 03 selon les réactions : e+ 02->e+20 0+02+M->O3ouM=O2 et N2 L'ai enrichi en ozone ainsi produit peut être introduit dans le réacteur 3. Ce dernier est relié par la conduite 26 au dispositif de production d'ozone 5 et par la conduite 22 à l'alimentation en carburant 11. io Le réacteur 3 comporte un support capable d'adsorber les hydrocarbures du carburant. Le support peut être, par exemple, une zéolithe. Ce support permet de favoriser le fractionnement des chaînes d'hydrocarbures et de développer une surface de contact avec le mélange air-ozone. Ainsi, l'ozonolyse peut être réalisée par 15 réaction des alcènes présents dans le carburant avec l'ozone et permet de produire des composés CWHyOZ. Le rendement de la réaction permettant d'obtenir les composés CWHyOZ est élevé car la réaction est hétérogène (l'ozone est sous forme vapeur et le carburant sous forme 20 liquide). De plus, l'utilisation d'un réacteur 3 d'adsorption des hydrocarbures comportant un support en zéolithe permet d'améliorer le fractionnement des chaînes carbonées de carburant ce qui favorise le rendement. La température du réacteur 3 peut être régulée à l'aide d'un 25 dispositif de régulation de la température, par exemple, un échangeur thermique de façon à contrôler la température de la réaction d'ozonolyse qui est fortement exothermique. Les composés CWHyOZ générés peuvent être des esters, des alcools, des aldéhydes ou des cétones. 30 La conduite 23 relie le réacteur 3 au circuit d'échappement de façon à introduire les composés CWHyOZ dans le circuit d'échappement. Le débit de composés CWHyOZ introduits dans le circuit d'échappement est contrôlé par le débit du mélange -8 air-ozone introduit dans le réacteur 3, le débit de carburant introduit dans le réacteur 3, la puissance électrique du dispositif de production d'ozone 5 et de la température du réacteur 3. La conduite 23 peut être équipée d'un clapet anti-retour 14 pour éviter le reflux des gaz circulant, selon le mode de réalisation choisi ci-dessous dans le tuyau d'échappement 19. Les composés CWHyOZ en phase vapeur peuvent être introduits au moyen d'un système d'injection dans le circuit d'échappement. io Selon le mode de réalisation décrit, tel que représenté à la figure 1, le circuit d'échappement comporte le système 20 de production de composés CWHyOZ apte à traiter des composés polluants, en aval du collecteur d'échappement 18. Les composés CWHyOZ peuvent alors être mélangés avec les 15 composés NOx dans le tuyau d'échappement 19. Le débit de composés CWHyOZ introduits dans le circuit d'échappement peut être contrôlé par les débits d'air et de carburant introduits dans le réacteur 3 ainsi que par l'énergie électrique introduite dans le dispositif de 20 production d'ozone 5 et la température du réacteur 3. De cette façon, la réduction des composés NO, limite la surconsommation en carburant pour le véhicule automobile. Tel que représenté à la figure 1, le système post- 25 traitement 25 comporte un système de catalyse de réduction sélective 17 des NO, par les composés CWHyOZ et éventuellement un filtre à particules 27. Les composés CWHyOZ générés sont introduits en amont du système de catalyse de réduction sélective 17 des NO, par les composés 30 CWHyOZ. Les composés NO, sont traités directement par le système de catalyse de réduction sélective 17 par les composés CWHyOZ selon la réaction principale : a NO + b N 02 + C CWHyOZ d N2 + e CO2 + f H20 -9 Selon un autre mode de réalisation, le système post-traitement 25 peut comporter un catalyseur d'oxydation, un système de catalyse de réduction sélective 17 par les composés CWHyOZ et éventuellement un filtre à particules 27. Les composés CWHyOZ générés sont introduits en aval du catalyseur d'oxydation et en amont du système de catalyse de réduction sélective par les composés CWHyOZ. Les composés NO, HC et CO sont traités par le io catalyseur d'oxydation selon les réactions principales : 2N0 + 02 a' HC + b' 02 15 2CO +02 Les composés NOX obtenus sont ensuite traités par le système de catalyse de réduction sélective par les composés CWHyOZ selon la réaction suivante : a NO + b NO2 + c CWHyOZ d N2 + e CO2 + f H20 Selon un autre mode de réalisation, les composés CWHyOZ générés peuvent être introduits en amont du collecteur 25 d'admission 8. Les composés CWHyOZ générés peuvent être également introduits dans le moteur 4 au moyen du tuyau d'admission 9 et d'un système d'injection. Le mélange des composés CWHyOZ permet ainsi de réduire la formation de composés HC et CO lors du démarrage 30 moteur. Selon un autre mode de réalisation, les composés CWHyOZ générés peuvent être introduits à la fois dans le circuit d'admission et dans le circuit d'échappement. 20 -10- Cette invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui a été donné à titre d'exemple. Cette invention peut s'appliquer à des moteurs essence (en particulier en mélange pauvre), diesel, à aspira, tion naturelle, à aspiration suralimentée. REVENDICATIONS 1. Système (20) de production de composés CWHyOZ apte à traiter des composés polluants d'un groupe moto-propulseur (1) d'un véhicule automobile, le système (20) comportant une alimentation en carburant (11) et une alimentation en air (12), l'alimentation en air (12) étant reliée par une conduite (21) à un dispositif de production d'ozone (5) caractérisé en ce que le système (20) comporte un réacteur (3) d'adsorption des hydrocarbures relié par io - une conduite (22) à l'alimentation en carburant (11) de façon à introduire le carburant dans le réacteur (3) et - une conduite (26) au dispositif de production d'ozone (5). 2. Système (20) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le 15 réacteur (3) comporte un support en zéolithe. 3. Système (20) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de production d'ozone (5) est un réacteur plasma non thermique. 4. Système (20) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le carburant est introduit sous forme gazeuse dans le réacteur (3). 25 5. Système (20) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réacteur (3) comporte un dispositif de régulation de la température. 6. Système (20) selon l'une des revendications précédentes, 30 caractérisé en ce que le système (20) comporte une conduite (23) disposant d'un système d'injection (24) des composés CWHyOZ dans le groupe moto-propulseur (1). 20- 12 - 7. Groupe motopropulseur (1) d'un véhicule automobile, comportant un moteur (4) à combustion interne relié à un circuit d'échappement et à un circuit d'admission caractérisé en ce que le circuit d'échappement comporte un système (20) de production de composés CWHyOZ selon les revendications précédentes. 8. Groupe motopropulseur (1) d'un véhicule automobile, comportant un moteur (4) à combustion interne relié à un io circuit d'échappement et à un circuit d'admission caractérisé en ce que le circuit d'admission comporte un système (20) de production de composés CWHyOZ selon les revendications 1 à 6s 15 9. Procédé de traitement de composés polluants d'un groupe motopropulseur (1) par un système (20) disposant d'un réacteur (3) selon les revendications 1 à 6 , caractérisé en ce qu' - on introduit de l'air dans un dispositif de production d'ozone (5), - on introduit : 20 - le mélange air-ozone, obtenu par le dispositif de production d'ozone (5) dans le réacteur (3) et - du carburant dans le réacteur (3) de façon à produire des composés CWHyOZ - on introduit les composés CWHyOZ dans le tuyau d'échappement 25 (19) en amont d'un système de catalyse de réduction sélective par les composés CWHyOZ. 10. Utilisation dans un groupe motopropulseur (1) d'un véhicule automobile d'un système (20) selon l'une des revendications 30 1 à 6 pour traiter des composés polluants.