Brevet FR2916476A1 — publié le 20081128

PROCEDE ET DISPOSITIF DE DECONGELATION D'UN ADDITIF DE TRAITEMENT DES GAZ D'ECHAPPEMENT [0001 ] La présente invention concerne un procédé de décongélation d'un additif destiné à traiter des gaz d'échappement d'un véhicule à moteur thermique. Elle concerne également un dispositif de décongélation pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. [0002] L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine de la réduction de l'émission d'oxydes d'azote par les moteurs diesel. 3] Une solution a été proposée pour limiter la production d'oxydes d'azote (NOx) dans les gaz d'échappement qui consiste à injecter dans la ligne d'échappement un additif constitué par une solution d'urée et d'eau déminéralisée, connue notamment sous la marque AdBlue. Les oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement subissent alors un traitement par réduction catalytique sélective dite SCR ( Selective Catalytic Reduction ) au cours de laquelle ils sont transformés en azote et en eau. 4] L'additif est contenu dans un réservoir et son injection dans les gaz d'échappement est gérée par l'intermédiaire d'un module électronique qui, en fonction du taux de NOx présents en aval du système SCR, ajuste automatiquement la quantité d'additif à injecter de manière à optimiser la réduction des oxydes d'azote en sortie d'échappement. 5] Cependant, ce procédé de traitement des NOx présente l'inconvénient que l'additif gèle à partir d'une température de congélation qui est de -11 C pour l'additif AdBlue. Il convient donc de mettre en place des moyens permettant de décongeler l'additif lorsque sa température descend au-dessous de son point de congélation. [0006] En ce sens, une solution a été proposée dans la demande de brevet américain n 2003/0101715 qui consiste à réchauffer l'additif le long de son trajet depuis le réservoir jusqu'à la ligne d'échappement, en établissant un contact thermique par conduction entre le conduit d'additif et le conduit de retour de carburant. 7] Cette solution connue n'est pourtant pas totalement satisfaisante du fait que les échanges thermiques entre le carburant revenant de moteur et l'additif ne sont pas suffisamment importants en raison notamment, d'une part, du faible couplage thermique établi entre le conduit d'additif et le conduit de io carburant et, d'autre part, de la température relativement basse du carburant retourné. De plus, elle impose de fortes contraintes de réalisation puisqu'il faut pouvoir placer les deux conduits en situation de contact thermique sur pratiquement toute leur longueur. Enfin, le système décrit dans cette demande américaine ne présente aucun moyen permettant de contrôler les échanges 15 thermiques en fonction de la température effective de l'additif. 8] Aussi, un but de l'invention est de proposer un procédé de décongélation de l'additif dont l'efficacité et la simplicité de mise en oeuvre seraient beaucoup plus grandes que celles du système connu de l'art antérieur précité. 20 [0009] Ce but est atteint, selon l'invention, grâce à un procédé de décongélation d'un additif destiné à traiter des gaz d'échappement par injection de l'additif dans la ligne d'échappement d'un véhicule à moteur thermique, remarquable en ce que pour décongeler ledit additif un transfert d'énergie thermique est effectué entre ladite ligne d'échappement et un 25 réservoir contenant ledit additif. [ooi o] Ainsi, on comprend que le procédé conforme à l'invention revient à récupérer la chaleur des gaz d'échappement afin de réchauffer et décongeler l'additif contenu dans le réservoir, ceci avec une grande efficacité compte tenu de la température des gaz d'échappement en sortie du moteur. Par ailleurs, l'implémentation pratique de ce procédé est relativement simple puisqu'il suffit par exemple de placer en un point de la ligne d'échappement un moyen de dérivation des gaz d'échappement vers le réservoir d'additif. [0011 ] L'invention permet donc de limiter considérablement l'utilisation de sources d'énergie extérieures, comme la batterie du véhicule, pour réchauffer l'additif. 2] Selon un premier mode de réalisation, ledit transfert d'énergie thermique est effectué par contact thermique avec ledit réservoir de gaz d'échappement prélevés sur ladite ligne d'échappement. 3] Selon un deuxième mode de réalisation, ledit transfert d'énergie thermique est effectué par conduction thermique entre ladite ligne d'échappement et une enceinte conductrice entourant ledit réservoir. [0014] Si la chaleur transférée à l'additif à partir de la ligne d'échappement est insuffisante à elle seule pour décongeler l'additif, alors l'invention prévoit qu'un apport d'énergie thermique complémentaire est fourni audit réservoir par des moyens de chauffage. Ces moyens de chauffage sont, par exemple, des résistances chauffantes. [0015] Deux modes de fonctionnement sont donc possibles. 6] Dans le cas où la chaleur prélevée est suffisante pour décongeler l'additif, le transfert d'énergie thermique est effectué lorsque la température de l'additif est inférieure à la température de congélation dudit additif. 7] Dans le cas contraire, le transfert d'énergie thermique et ledit apport d'énergie thermique complémentaire sont effectués simultanément lorsque la température de l'additif est inférieure à la température de congélation dudit additif, l'apport d'énergie complémentaire étant interrompu dès que la température de l'additif est supérieure à ladite température de congélation. On évite ainsi une consommation inutile des moyens de chauffage fournissant l'apport d'énergie thermique complémentaire. 8] Dans le cadre de ce deuxième mode de fonctionnement, il est prévu par l'invention que, ledit réservoir étant composé d'un réservoir principal destiné à injecter l'additif dans la ligne d'échappement et d'une réserve destinée à alimenter le réservoir principal, le transfert d'énergie thermique et les apports d'énergie thermique complémentaire au réservoir principal et à la réserve sont effectués simultanément lorsque le température de l'additif est inférieure à la température de congélation dudit additif, l'apport d'énergie complémentaire au réservoir principal étant interrompu dès que la température de l'additif est supérieure à ladite température de congélation. [0019] De même, l'apport d'énergie complémentaire à la réserve est interrompu dès que la température de l'additif est supérieure à ladite température de congélation. 0] Puis, le transfert d'énergie thermique est réduit lorsque la température de l'additif dans la réserve est comprise entre ladite température de congélation et une température donnée. 1] Enfin, le transfert d'énergie thermique est interrompu lorsque la température de l'additif dans la réserve est supérieure à ladite température donnée. 2] L'invention concerne également un dispositif de décongélation d'un additif destiné à traiter des gaz d'échappement par injection de l'additif dans la ligne d'échappement d'un véhicule à moteur thermique, remarquable en ce que ledit dispositif comprend des moyens de transfert d'énergie thermique entre ladite ligne d'échappement et un réservoir contenant ledit additif. 3] Selon l'invention, ledit réservoir comprend des moyens de chauffage destinés à fournir audit additif un apport d'énergie thermique complémentaire. [0024] De manière à pouvoir contrôler les échanges thermiques au sein du dispositif, l'invention prévoit au moins un détecteur de température dudit additif dans le réservoir et des moyens pour piloter lesdits moyens de transfert et lesdits moyens de chauffage en fonction de la température d'additif fournie par ledit détecteur de température. io [0025] La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. 6] La figure 1 est un schéma d'un dispositif de décongélation d'additif conforme à l'invention. 15 [0027] La figure 2 est un diagramme d'un procédé de décongélation d'additif conforme à l'invention. 8] Sur la figure 1 est représenté un dispositif de décongélation d'un additif 1 destiné à traiter des gaz d'échappement d'un véhicule automobile par injection de l'additif dans la ligne 10 d'échappement du véhicule. 20 [0029] Comme le montre la figure 1, ce dispositif comprend un réservoir constitué en deux parties, à savoir, d'une part, un réservoir principal 21 prévu pour injecter directement l'additif 1 dans la ligne 10 d'échappement au niveau d'un système SCR 11 afin de traiter par réduction les oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement, et, d'autre part, une réserve 22 pour alimenter le réservoir principal 21 au fur et à mesure de l'injection de l'additif 1 dans la ligne 10 d'échappement. 0] Le dispositif de la figure 1 comprend également des moyens permettant de transférer de l'énergie thermique entre la ligne 10 d'échappement et la réserve 22 et le réservoir principal 21. Dans le mode de réalisation de la figure 1, ces moyens de transfert consistent en une vanne 31 de prélèvement de gaz sur la ligne d'échappement en aval, par exemple, d'un filtre 12 à particules, et un coffrage 32 apte à mettre en contact thermique les gaz d'échappement ainsi prélevés avec la réserve 22 et le réservoir principal 21. ] D'autre part, on peut observer sur la figure 1 la présence d'éléments chauffants 23, 24, tels que des résistances chauffantes, sont prévus pour fournir à l'additif 1 contenu respectivement dans le réservoir principal 21 et la réserve 22 un apport d'énergie thermique complémentaire si la quantité de chaleur apportée par les gaz d'échappement prélevés s'avérait insuffisante. [0032] La température de l'additif contenu dans le réservoir principal 21 et dans la réserve 22 est détectée respectivement par des détecteurs 230 et 240 de température et transmise à un module électronique 40. En fonction des températures ainsi détectées, le module électronique 40 peut piloter les éléments chauffants 23, 24 au moyen d'un boîtier 41 de commande, ainsi que la vanne 31 de prélèvement. 3] Dans une variante, le transfert d'énergie thermique entre la ligne 10 d'échappement et le réservoir 21, 22 peut être réalisé au moyen d'un conducteur thermique, non représenté, reliant ladite ligne d'échappement à une enceinte conductrice entourant ledit réservoir. [0034] Le dispositif de la figure 1 fonctionne conformément au procédé illustré sur la figure 2. [0035] Lorsque le système SCR 11 est prêt (100), la température Trp du réservoir principal 21 mesurée par le détecteur 230 de température est transmise au module électronique 40. 6] Si cette température est supérieure à la température Tc de congélation de -11 C de l'additif 1 (300), l'injection de l'additif dans le système SCR est possible (180). Dans le cas contraire, les éléments chauffants 23 et 24 sont actionnés par le boîtier 41 de commande (110, 120) et la vanne 31 de prélèvement est complètement ouverte (130), tant que la température Trp du réservoir principal n'a pas atteint la température Tc de congélation de -11 C Io (310). 7] Lorsque cette température est atteinte, l'injection d'additif 1 dans le système SCR est possible. Dans le même temps, les éléments chauffants 23 du réservoir principal 21 sont désactivés (140). 8] Si la température Tres de la réserve 22 mesurée par le détecteur 240 15 de température dépasse également la température Tc (320), les éléments chauffants 24 de la réserve sont également désactivés (150). 9] Enfin, la température Tres de la réserve 22 est comparée (330) à une température de référence donnée de 0 C par exemple par le module électronique 40. Si la température Tres est supérieure à cette température de 20 référence, le module électronique 40 commande la fermeture complète de la vanne 31 (170), tandis que, dans le cas contraire, la fermeture n'est que partielle (160), à 50% par exemple, tant que cette température de référence n'est pas atteinte. 0] En conclusion, la fonction de récupération de chaleur des gaz 25 d'échappement et la gestion par le module électronique 40 telle qu'elle vient d'être décrite présente l'avantage de réguler et d'optimiser l'énergie électrique fournie par le véhicule à travers le chauffage des éléments chauffants 23, 24. [0041] D'autre part, la régulation en fonction de la température réalisée par le module électronique 40 conduit à une meilleure optimisation du temps normalement nécessaire à la décongélation des différentes parties du réservoir. [0042] Enfin, le maintien à une température acceptable est possible sans avoir à piloter des éléments de chauffage grands consommateurs en énergie électrique.10 REVENDICATIONS 1. Procédé de décongélation d'un additif (1) destiné à traiter des gaz d'échappement par injection de l'additif dans la ligne (10) d'échappement d'un véhicule à moteur thermique, caractérisé en ce que pour décongeler ledit additif (1) un transfert d'énergie thermique est effectué entre ladite ligne (10) d'échappement et un réservoir (21, 22) contenant ledit additif. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit transfert d'énergie thermique est effectué par contact thermique avec ledit réservoir (21, 22) de io gaz d'échappement prélevés sur ladite ligne (10) d'échappement. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit transfert d'énergie thermique est effectué par conduction thermique entre ladite ligne d'échappement et une enceinte conductrice entourant ledit réservoir. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel le transfert d'énergie 15 thermique est effectué lorsque la température de l'additif (1) est inférieure à la température (Tc) de congélation dudit additif. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel un apport d'énergie thermique complémentaire est fourni audit réservoir (21, 22) par des moyens (23, 24) de chauffage. 20 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel le transfert d'énergie thermique et ledit apport d'énergie thermique complémentaire sont effectués simultanément lorsque la température de l'additif (1) est inférieure à la température (Tc) de congélation dudit additif, l'apport d'énergie complémentaire étant interrompu dès que la température de l'additif est 25 supérieure à ladite température de congélation.l0 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel, ledit réservoir étant composé d'un réservoir principal (21) destiné à injecter l'additif (1) dans la ligne (10) d'échappement et d'une réserve (22) destinée à alimenter le réservoir principal, le transfert d'énergie thermique et les apports d'énergie thermique complémentaire au réservoir principal (21) et à la réserve (22) sont effectués simultanément lorsque le température de l'additif (1) est inférieure à la température (Tc) de congélation dudit additif, l'apport d'énergie complémentaire au réservoir principal (21) étant interrompu dès que la température de l'additif est supérieure à ladite température de congélation. io 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel l'apport d'énergie complémentaire à la réserve (22) est interrompu dès que la température de l'additif (1) est supérieure à ladite température de congélation. 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel le transfert d'énergie thermique est réduit lorsque la température de l'additif (1) dans la réserve (22) 15 est comprise entre ladite température de congélation et une température donnée. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel le transfert d'énergie thermique est interrompu lorsque la température de l'additif (1) dans la réserve (22) est supérieure à ladite température donnée. 20 11. Dispositif de décongélation d'un additif (1) destiné à traiter des gaz d'échappement par injection de l'additif dans la ligne (10) d'échappement d'un véhicule à moteur thermique, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend des moyens (31, 32) de transfert d'énergie thermique entre ladite ligne d'échappement et un réservoir (21, 22) contenant ledit additif (1). 25 12. Dispositif selon la revendication 11, dans lequel lesdits moyens de transfert d'énergie thermique comprennent une vanne (31) de prélèvement de gazd'échappement sur ladite ligne (10) d'échappement et des moyens (32) pour mettre en contact thermique les gaz prélevés avec ledit réservoir (21, 22). 13. Dispositif selon la revendication 11, dans lequel lesdits moyens de transfert d'énergie thermique comprennent un conducteur thermique reliant ladite ligne 5 d'échappement à une enceinte conductrice entourant ledit réservoir. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, dans lequel ledit réservoir (21, 22) comprend des moyens (23, 24) de chauffage destinés à fournir audit additif (1) un apport d'énergie thermique complémentaire. 15. Dispositif selon la revendication 14, comprenant au moins un détecteur io (230, 240) de température dudit additif (1) dans le réservoir (21, 22) et des moyens (40, 41) pour piloter lesdits moyens (31) de transfert et lesdits moyens (23, 24) de chauffage en fonction de la température d'additif (1) fournie par ledit détecteur (230, 240) de température. 16. Dispositif selon la revendication 15, dans lequel ledit réservoir comprend 15 un réservoir principal (21) destiné à injecter l'additif (1) dans la ligne (10) d'échappement et une réserve (22) destinée à alimenter le réservoir principal, ledit réservoir principal (21) et ladite réserve (22) comportant chacun des moyens (23, 24) de chauffage et un détecteur (230, 240) de température. 20