Brevet FR2978205A1 — publié le 20130125

PROCEDE DE SUPPRESSION DE CRISTAUX D'UREE DANS LA LIGNE D'ECHAPPEMENT D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE [000li L'invention concerne la dépollution des moteurs à combustion interne, et en particulier la maintenance des lignes d'échappement munies d'un injecteur d'urée. [0002i Les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne équipant la plupart des véhicules automobiles contiennent un certain nombre de polluants dont il est souhaitable de réduire les rejets dans l'atmosphère (notamment des oxydes d'azote, du monoxyde de carbone, des hydrocarbures imbrûlés, des particules et du dioxyde de carbone). Les réglementations applicables en matière de pollution par des véhicules automobiles abaissent régulièrement les plafonds de rejets acceptables. Le plafond de rejet des oxydes d'azote a ainsi subi plusieurs baisses progressives. Par ailleurs, un certain nombre de législations ont mis en place une fiscalité tenant compte de la quantité de dioxyde de carbone émise. [00031 Une grande partie des polluants générés par un moteur à combustion interne est due à une combustion incomplète du carburant. Une première stratégie de réduction des rejets polluants consiste à réduire la quantité des polluants pénétrant dans la ligne d'échappement. Une deuxième stratégie de réduction des rejets polluants consiste à réaliser un post-traitement des gaz traversant la ligne d'échappement. [0004] Pour réaliser un post-traitement, la plupart des véhicules sont désormais équipés d'un convertisseur catalytique comprenant un catalyseur d'oxydation (pour oxyder le monoxyde de carbone et les hydrocarbures imbrûlés) et un catalyseur de réduction (pour réduire les oxydes d'azote). [00051 Le catalyseur d'oxydation est constitué par un boîtier monté dans la ligne d'échappement. Le boîtier renferme un support ou substrat revêtu d'un matériau actif. Le substrat est généralement constitué d'un corps monolithique en céramique en forme de nid d'abeille formant des canaux destinés à être traversés par les gaz d'échappement. Les principaux composants du corps sont généralement de l'alumine ou des alumino-silicates dopés par de la zircone (cordiérite, mullite, mullite-zircone). Le revêtement en matériaux actifs peut être composé de métaux précieux combinés tels que le platine, le palladium ou le rhodium. [0006] La technique de recirculation de gaz d'échappement dite EGR permet de réduire la température moyenne dans la chambre de combustion et de diminuer la quantité d'oxyde d'azote formée. [000n Il est également connu d'implanter un piège à NOX sur la ligne d'échappement pour fixer provisoirement les NOX avant de procéder à leur réduction lors d'une étape de régénération. Le piège à NOX comprend du Baryum qui fixe et oxyde les oxydes d'azote lorsque la richesse dans les gaz d'échappement est pauvre. Lors des régénérations, on augmente la richesse des gaz d'échappement, ce qui permet au Rhodium du piège à NOX de réaliser la réduction des oxydes d'azote. [000s] Il est en outre connu d'utiliser un système de réduction catalytique sélective dit SCR dans lequel un réducteur tel que de l'ammoniaque est utilisé pour réaliser la réduction des oxydes d'azote provenant du moteur. [000s] Le plus souvent, on procède à l'injection d'un produit précurseur de l'ammoniaque à l'intérieur de la ligne d'échappement, typiquement de l'urée. La dépollution est alors réalisée en deux réactions : une réaction de dissociation d'urée en ammoniaque et une réaction de réduction des oxydes d'azote par l'ammoniaque. [oolo] La réaction de dissociation d'urée en ammoniaque est la suivante : (NH2)2CO -> HNCO + NH3 HNCO + H2O -> CO2 + NH3 [0011] La réaction de réduction des oxydes d'azote par l'ammoniaque est la suivante : 4NH3 + 4N0 + 02 -> 4N2 + 6 H2O 2NH3 + NO + NO2 -> 2N2 + 3 H2O 4NH3+2 NO2+O2-> 3N2+6 H2O [0012] En pratique, la réaction de dissociation n'est que partielle et est affectée par des températures relativement froides. En particulier, le contact entre l'urée injectée et des parois froides des canalisations d'échappement peut induire un dépôt solide d'urée cristallisée. Cette cristallisation, synonyme d'encrassement, est notamment sensible sur la buse d'injection d'urée, sur un flexible d'échappement ou sur la tuyauterie d'échappement se trouvant en aval de l'injecteur d'urée. [0013] Cette cristallisation obstrue une partie de la section d'écoulement des gaz, induisant un élévation de la contre pression et une baisse des performances du moteur. Un bouchage complet de l'échappement peut même intervenir, pouvant aller jusqu'à des casses moteur. L'efficacité de la dépollution chute également très rapidement car la cristallisation sur les parois favorise une baisse de température et donc une cristallisation accrue. [0014] La buse d'injection comporte généralement une plaque à trous d'où l'urée se diffuse. La cristallisation d'urée sur cette plaque peut rendre l'efficacité de la dépollution des oxydes d'azote nulle, voir induire une destruction de l'injecteur en interrompant la circulation d'urée dans celui-ci, la circulation d'urée dans l'injecteur assurant également le refroidissement de cet injecteur. [0015] L'utilisation d'un flexible dans la ligne d'échappement est relativement courante pour assurer un découplage entre les débattements du collecteur d'échappement dans le compartiment moteur et le reste de la ligne d'échappement situé sous la caisse du véhicule. Un flexible est généralement formé d'une paroi en tôle métallique ondulée, facilitant sa flexion. Un tel flexible comporte ainsi une alternance de parois en creux et de parois en saillie, de façon à former des gorges. [0016] Un tel flexible est fréquemment disposé en aval du dispositif d'injection d'urée. L'encrassement de la tôle ondulée du flexible induit une modification de ses propriétés mécaniques. Ainsi, son élasticité est diminuée par la présence de dépôts d'urée cristallisée dans les gorges du flexible. Lors du réchauffement des gaz d'échappement, on arrive à éliminer une partie du dépôt en relançant la réaction de dissociation. Cependant, l'élimination du dépôt par élévation de la température peut s'avérer insuffisante et les dépôts peuvent s'accumuler de façon croissante dans le temps, en particulier pour un moteur fonctionnant dans des conditions de température moins favorables, par exemple en cycle urbain. [oo17] Lors de l'accumulation de dépôts, on peut être confronté à des pertes brusques du dépôt dû par exemple à des sollicitations mécaniques dans le flexible. Cependant, le fond des gorges accumule un dépôt souvent de façon irréversible, du fait de son éloignement de la veine d'écoulement des gaz d'échappement chauds. Les propriétés mécaniques du flexibles sont alors altérées, celui-ci remplissant alors imparfaitement sa fonction de découplage et pouvant être amené jusqu'à un point de rupture. [0018] Le document US2007278199 propose d'inclure une résistance électrique chauffante dans la ligne d'échappement pour réaliser une combustion des restes de carbone et d'urée après une régénération. Cependant, un tel mode de fonctionnement s'avère insuffisant pour supprimer l'intégralité des dépôts dans certains cas et induit une consommation de courant importante pour le véhicule. [0019] L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. L'invention porte ainsi sur un procédé d'élimination de dépôts de cristaux d'urée fixés dans une tubulure d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile, comprenant, à l'arrêt du véhicule, les étapes de : - lecture d'un historique de paramètres de fonctionnement du moteur mémorisés dans un calculateur de contrôle du moteur ; - détermination d'une durée de surchauffe de gaz d'échappement à appliquer en 15 fonction des paramètres lus ; - maintien du moteur en fonctionnement de façon à induire une surchauffe des gaz d'échappement pendant une durée au moins égale à la durée déterminée. [oo2o] Selon une variante, les gaz d'échappement sont surchauffés à une température supérieure à 500°C durant l'étape de maintien. 20 [0021] Selon encore une variante, le procédé comprend en outre une étape de détermination d'une température de surchauffe de gaz d'échappement à appliquer en fonction des paramètres lus, les gaz d'échappement étant surchauffés pendant l'étape de maintien à une température au moins égale à la température de surchauffe déterminée. 25 [0022] Selon une autre variante, ladite lecture comprend la lecture de paramètres de fonctionnement incluant une température de gaz d'échappement, une température ambiante, un volume d'urée consommé, un débit d'urée injecté ou une vitesse moyenne du véhicule. [0023] Selon encore une autre variante, ladite durée de surchauffe déterminée est 30 supérieure à 5 minutes, de préférence supérieure à 8 minutes. [0024] Selon encore une autre variante, ladite étape de maintien du moteur en fonctionnement avec surchauffe des gaz d'échappement inclut une injection de carburant durant une phase de détente dudit moteur. [0025] Selon une variante, ladite étape de lecture comprend la lecture dudit historique par un circuit de commande connecté au calculateur de contrôle moteur, ladite étape de détermination étant réalisée par ledit circuit de commande, et ladite étape de maintien inclut la transmission de consignes de paramètres de fonctionnement du moteur au calculateur de contrôle moteur. [0026] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un exemple de moteur à combustion interne muni d'un dispositif de post-traitement des gaz d'échappement; la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une tubulure d'échappement au niveau d'un soufflet; - la figure 3 est une représentation schématique d'un exemple de système utilisé en maintenance pour mettre en oeuvre l'invention. [0027] La figure 1 représente schématiquement un moteur à combustion interne 1 muni d'un système de post-traitement des gaz d'échappement 2. Le moteur 1 peut typiquement être monté dans un véhicule automobile. Le moteur 1 est muni d'un calculateur de contrôle moteur 4. De façon connue en soi, le calculateur de contrôle moteur 4 commande un certain nombre de composants du moteur 1 non représentés (par exemple des injecteurs de carburant, des bougies d'allumage, une valve d'admission d'air, une vanne de recyclage des gaz d'échappement, etc...) pour définir les paramètres de fonctionnement de ce moteur 1, en fonction de différentes valeurs mesurées et en fonction de différentes cartographies. Le calculateur de contrôle moteur 4 enregistre également un certain nombre de paramètres de fonctionnement du moteur 1, tels que la température des gaz d'échappement, une température ambiante, un volume d'urée consommé, un débit d'urée injecté ou une vitesse moyenne du véhicule ou encore un couple instantané du moteur. [0028] Les gaz d'échappement générés pas le moteur 1 s'écoulent à travers un circuit d'échappement. Le circuit d'échappement comprend une tubulure d'échappement 5 dans laquelle le système de post-traitement des gaz d'échappement 2 est monté. [0029] Le système de post-traitement des gaz d'échappement 2 comprend avantageusement un dispositif de stockage des oxydes d'azote 200 et un dispositif SCR 210 disposé en aval du dispositif de stockage 200. La tubulure d'échappement débute au niveau des chambres de combustion du moteur 1 et débouche au niveau d'une sortie 250 de diffusion des gaz d'échappement vers l'extérieur. [oo3o] Le dispositif de stockage d'oxydes d'azote 200 est conçu pour adsorber des oxydes d'azote à basse température et libérer à haute température les oxydes d'azote adsorbés. Le dispositif de stockage d'oxydes d'azote 200 pourra par exemple être conçu pour libérer les oxydes d'azote adsorbés à une température des gaz d'échappement supérieure à 200°C, dite seuil de libération. [0031] Le dispositif SCR 210 est logé de façon connue en soi dans un boîtier. Le dispositif SCR 210 comprend, d'amont en aval, un catalyseur SCR 230, et un catalyseur d'ammoniaque 240. La structure du catalyseur SCR 230 est connue en soi de l'homme du métier et permet d'assurer la réduction des oxydes d'azote des gaz d'échappement provenant de l'amont. [0032] Un injecteur 3 permet d'injecter de l'urée (l'urée étant un produit précurseur d'ammoniaque) entre le dispositif de stockage 200 et le dispositif SCR 210. L'urée est injectée en amont du dispositif SCR 210 et transformée en ammoniaque par la réaction de dissociation mentionnée précédemment. L'urée est par exemple prélevée dans un réservoir du véhicule présentant une capacité permettant au véhicule de n'effectuer son remplissage qu'à chaque intervalle de maintenance. Le dosage de la quantité d'urée injectée est commandé par le calculateur 4. Le calculateur 4 est notamment configuré pour n'initier une injection que lorsque certaines conditions de fonctionnement du moteur sont atteintes. [0033] L'injecteur 3 est disposé en amont d'un soufflet 6 selon le sens d'écoulement des gaz d'échappement. Le soufflet 6 relie de façon étanche deux portions de la tubulure d'échappement 5. Le soufflet 6 assure un découplage entre les débattements de ces deux portions de la tubulure d'échappement, typiquement le collecteur d'échappement dans le compartiment moteur d'une part et le reste de la ligne d'échappement situé sous la caisse du véhicule d'autre part. Le soufflet 6 est formé d'une paroi en tôle métallique ondulée, facilitant sa flexion. Un tel soufflet 6 comporte ainsi une alternance de parois en creux 62 et de parois en saillie 61, de façon à former des gorges 63. Le soufflet 6 délimite dans sa partie médiane une veine d'écoulement de gaz d'échappement 64. Du fait de l'éloignement du fonds des gorges 63 par rapport à la veine 64, les gaz d'échappement s'écoulant dans la veine 64 réchauffent de façon imparfaite les gorges 63. Par conséquent, un dépôt 8 d'urée cristallisée se forme au fur et à mesure des injections d'urée. Ce dépôt est d'autant plus important que les conditions de fonctionnement du moteur sont défavorables, les trajets en cycle urbain comprenant ainsi un grand nombre de phases dans lesquelles le moteur 1 ne fonctionne pas avec des paramètres de fonctionnements optimaux ou est encore trop froid. [0034] D'autres emplacements dans la tubulure d'échappement peuvent également 15 s'encrasser du fait de la cristallisation de l'urée, par exemple la buse de l'injecteur 3 ou des tronçons cylindriques de la tubulure d'échappement 5. [0035] L'invention propose un procédé d'élimination des dépôts de cristaux d'urée fixée dans la tubulure d'échappement 2. Selon ce procédé, à l'arrêt du véhicule, par exemple durant une opération de maintenance de ce véhicule, un circuit de 20 commande 7 est connecté au calculateur de contrôle moteur 4, comme illustré à la figure 3. Le circuit de commande 7 est par exemple constitué d'une borne de consultation du calculateur de contrôle moteur 4, indépendante du véhicule, et manipulée par un opérateur d'un garage. [0036] Le circuit de commande 7 lie au préalable un historique de paramètres de 25 fonctionnement du moteur 1 mémorisé dans le calculateur de contrôle moteur 4. Le circuit de commande 7 peut ainsi lire l'historique de ces paramètres de fonctionnement depuis une précédente opération d'élimination de cristaux. Les paramètres de fonctionnement mémorisés dans l'historique pourront être la température des gaz d'échappement, une température ambiante, un volume d'urée 30 consommé, un débit d'urée injecté ou une vitesse moyenne du véhicule ou encore un couple instantané du moteur. Plus la température des gaz d'échappement mémorisée est basse, plus le risque de cristallisation de l'urée est important. Puis la température ambiante est basse, plus le risque de cristallisation de l'urée est important. Plus la vitesse du véhicule est basse, plus le véhicule a été utilisé dans des conditions de fonctionnement favorisant la cristallisation de l'urée. Le débit d'urée peut être soit mesuré, soit extrapolés à partir de modélisations numériques. [0037] En fonction des paramètres de fonctionnement lus, le circuit de commande 7 détermine un profil de roulage du véhicule et détermine un mode d'élimination des dépôts de cristaux d'urée. Le circuit de commande 7 détermine ainsi si une telle élimination est nécessaire, et si tel est le cas, détermine une durée minimale d'une surchauffe des gaz d'échappement à appliquer. La durée minimale de surchauffe des gaz d'échappement pourra avantageusement être supérieure à 5 minutes, et de préférence supérieure à 8 minutes. [0038] Ainsi, on évite l'accumulation de dépôts 8 dans la tubulure d'échappement 5, lorsque le fonctionnement du moteur 1 durant le roulage du véhicule est insuffisant pour permettre l'élimination de ces dépôts 8. [0039] Le circuit de commande 7 pourra par exemple classer les conditions de fonctionnement du moteur 1 en différentes catégories plus ou moins favorables à l'absence de formation de dépôts de cristaux. Par exemple, si on a déterminé que la température moyenne des gaz d'échappement était supérieure à 300°, avec une vitesse de véhicule moyenne supérieure à 80 km/h et une température ambiante moyenne supérieure à 20°, on peut estimer que le véhicule a fonctionné avec des paramètres favorables à l'absence de formation de cristaux d'urée ou peu néfastes au bon fonctionnement. Le circuit de commande 7 ne commandera alors pas de surchauffe des gaz d'échappement. Pour des conditions de fonctionnement un peu moins favorables (par exemple une température moyenne de gaz d'échappement moyenne comprise entre 250° et 300°, une vitesse de véhicule compris entre 60 et 80 km/heure, et une température ambiante inférieure à 22°) peut conduire le commande 7 à appliquer une surchauffe d'une durée d'au moins 10 minutes de la température des gaz d'échappement. Pour des conditions de fonctionnement très défavorables (par exemple une température moyenne des gaz d'échappement inférieure à 250°, une vitesse moyenne du véhicule inférieure à 50 km/h et une température ambiante moyenne inférieure à 10°C) le circuit de commande 7 pourra appliquer une surchauffe des gaz d'échappement d'une durée d'au moins 20 minutes. [0040] De façon générale, la température de surchauffe des gaz d'échappement sera au moins égale à 500°C, de façon à vaporiser ou sublimer l'urée cristallisée dans la tubulure d'échappement 5. Le circuit de commande 7 fixera avantageusement la température de surchauffe des gaz d'échappement en fonction des paramètres de fonctionnement du moteur lus dans le calculateur 4. Ainsi, pour les conditions de fonctionnement un peu moins favorables évoquées précédemment, la température de surchauffe des gaz d'échappement pourra être fixée à 500°C. Pour les conditions de fonctionnement très défavorables mentionnées précédemment, la température de surchauffe des gaz d'échappement pourra être fixée à 550°C. [0041] La surchauffe des gaz d'échappement peut être réalisée de façon connue en soit en réalisant des post-injections de carburant dans le moteur 1, typiquement dans la phase de détente d'un cycle à 4 temps. Le circuit de commande 7 pourra prendre le contrôle du calculateur de contrôle moteur 4 durant l'étape de surchauffe des gaz d'échappement, en lui transmettant des consignes de paramètres de fonctionnement du moteur 1 conduisant à la surchauffe souhaitée (durée, calage et fréquence des post-injections de carburant par exemple). [0042] Le procédé d'élimination des dépôts est mis en oeuvre à l'arrêt du véhicule, typiquement durant des opérations de maintenance, telles que la révision du véhicule. Des opérations de maintenance de révision du véhicule interviennent typiquement à des intervalles de 20 000 à 30 000 km. Lors de ces opérations de maintenance, on procède généralement au remplissage du réservoir d'urée. [0043] L'invention s'applique aussi bien à un moteur à allumage commandé qu'à un moteur à allumage spontané. [0044] L'invention pourra être mise en oeuvre avec différentes structures d'échappement, par exemple avec un filtre à particules disposé en amont ou en aval du dispositif SCR 210 ou avec un filtre à particules imprégnées pour présenter une fonction SCR. L'invention s'applique également à des tubulures d'échappement comportant un soufflet de découplage disposé en amont ou en aval du dispositif d'injection d'urée.30 REVENDICATIONS1. Procédé d'élimination de dépôts de cristaux d'urée fixés dans une tubulure d'échappement (5) d'un moteur à combustion interne (1) de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend, à l'arrêt du véhicule, les étapes de : - lecture d'un historique de paramètres de fonctionnement du moteur (1) mémorisés dans un calculateur de contrôle (4) du moteur ; - détermination d'une durée de surchauffe de gaz d'échappement à appliquer en fonction des paramètres lus ; maintien du moteur (1) en fonctionnement de façon à induire une surchauffe des gaz d'échappement pendant une durée au moins égale à la durée déterminée. 2. Procédé d'élimination selon la revendication 1, dans lequel les gaz d'échappement sont surchauffés à une température supérieure à 500°C durant l'étape de maintien. 3. Procédé d'élimination selon la revendication 1 ou 2, comprenant en outre une étape de détermination d'une température de surchauffe de gaz d'échappement à appliquer en fonction des paramètres lus, les gaz d'échappement étant surchauffés pendant l'étape de maintien à une température au moins égale à la température de surchauffe déterminée. 4. Procédé d'élimination selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite lecture comprend la lecture de paramètres de fonctionnement incluant une température de gaz d'échappement, une température ambiante, un volume d'urée consommé, un débit d'urée injecté ou une vitesse moyenne du véhicule. 5. Procédé d'élimination selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite durée de surchauffe déterminée est supérieure à 5 minutes, de préférence supérieure à 8 minutes. 6. Procédé d'élimination selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite étape de maintien du moteur en fonctionnement avec surchauffe des gaz d'échappement inclut une injection de carburant durant une phase de détente dudit moteur (1). 7. Procédé d'élimination selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite étape de lecture comprend la lecture dudit historique par un circuit de commande connectée au calculateur de contrôle moteur (4), ladite étape de détermination étant réalisée par ledit circuit de commande, et ladite étape de maintien incluant la transmission de consignes de paramètres de fonctionnement du moteur (1) au calculateur de contrôle moteur (4).