Brevet FR2978204A1 — publié le 20130125

PROCEDE DE SUPPRESSION DE CRISTAUX D'UREE DANS LA LIGNE D'ECHAPPEMENT D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE [000l] 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. i0002i 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. i000sl 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). l0005i 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. 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. [0013] 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. [0014] 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. [0015] 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. [0016] 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. [oo17] 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 muni d'un dispositif d'injection d'urée à l'échappement, comprenant les étapes de : ^ placement d'un manchon chauffant amovible autour d'une partie de la tubulure d'échappement ; - réchauffement du manchon placé, jusqu'à vaporiser ou sublimer des cristaux d'urée fixés dans la tubulure d'échappement. [0018] Le procédé sera avantageusement mis en oeuvre lors d'une maintenance du 10 moteur ou du véhicule équipé d'un tel moteur, par exemple dans un atelier de maintenance automobile. [0019] Selon une variante, ladite étape de placement comprend le placement d'un manchon chauffant comportant une résistance électrique, et ladite étape de réchauffement du manchon comprend l'application d'une tension électrique aux 15 bornes de la résistance de façon à induire un réchauffement par effet Joule. [0020] Selon encore une variante, l'étape de placement comprend le placement du manchon autour d'un soufflet métallique joignant deux portions de la tubulure d'échappement. [0021] Selon une autre variante, l'étape de placement comprend le placement du 20 manchon autour d'une partie de la tubulure d'échappement disposée en aval d'un injecteur d'urée. [0022] Selon encore une autre variante, ladite étape de réchauffement comprend le réchauffement du manchon jusqu'à une température supérieure à 500°C. [0023] Selon une variante, le procédé comprend en outre une étape de lecture de 25 paramètres de fonctionnement dudit moteur à combustion interne dans un calculateur de contrôle dudit moteur, comprend en outre une étape de détermination d'une durée de réchauffement en fonction desdits paramètres de fonctionnement lus, ladite étape de réchauffement incluant le réchauffement dudit manchon pendant la durée déterminée. [0024] Selon encore une variante, ladite durée de réchauffement déterminée est supérieure à 5 minutes. [0025] Selon une autre variante, ladite étape de placement comprend le placement d'un manchon autour d'une partie de la tubulure d'échappement d'un véhicule automobile, ladite étape de placement étant mise en oeuvre lorsque le véhicule est à l'arrêt. [0026] Selon encore une autre variante, ladite étape de réchauffement comprend le maintien en fonctionnement du moteur. [0027] 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'un manchon mis en place autour d'un soufflet d'une tubulure d'échappement pour mettre en oeuvre un procédé selon l'invention ; - la figure 3 est une vue en coupe transversale d'un exemple de manchon. [0028] 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 ou le couple instantané du moteur. [0029] 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. [0030] 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. [0031] 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. [0032] 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. [0033] 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. 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. [0034] 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. [0035] L'invention propose de réaliser l'élimination des dépôts 8 de cristaux d'urée par l'intermédiaire d'un manchon chauffant amovible 7. Pour cela, on place le manchon chauffant amovible 7 autour d'une partie de la tubulure d'échappement 5. Le manchon chauffant amovible 7 mis en place est ensuite réchauffé jusqu'à vaporiser ou sublimer les dépôts 8 de cristaux. [0036] 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 à permettre l'élimination de ces dépôts 8. Le manchon 7 étant indépendant du véhicule, son réchauffement peut être réalisé sans recourir à la batterie du véhicule ou à son alternateur. [0037] Comme illustré à la figure 2, ce procédé est en particulier mis en oeuvre pour le soufflet 6, plus sensible aux dépôts 8 de cristaux d'urée du fait de la température moindre dans les gorges 63 durant le fonctionnement du moteur 1. Le manchon 7 est ainsi disposé autour du soufflet 6. Le soufflet 6 conserve ainsi ses propriétés d'élasticité et de découplage entre deux portions de la tubulure d'échappement 5. [0038] La figure 3 illustre en vue en coupe transversale un exemple de manchon 7. Le manchon 7 comporte une résistance électrique 72 disposée sur sa face intérieure. La résistance électrique 72 est alimentée par l'intermédiaire d'une prise électrique 73 conçue pour être branchée sur un réseau électrique, par exemple en 110 V monophasé, en 220 V monophasé, ou en 380 V triphasé. Durant le réchauffement, une tension électrique est ainsi appliquée aux bornes de la résistance 72 de façon à induire un réchauffement du soufflet 6 par effet Joule. [0039] La résistance électrique 72 est ceinturée par une isolation thermique 71. L'isolation thermique 71 est destinée à protéger les opérateurs manipulant le 5 manchon 7 et destinée à concentrer le réchauffement du manchon 7 sur le soufflet 6. [0040] Le manchon 7 comprend avantageusement une fente 74 permettant d'introduire le manchon 7 autour du soufflet 6. On utilise ainsi une isolation thermique 71 souple afin de pouvoir élargir la fente 74. Pour faciliter le maintien et le retrait du manchon 7, celui-ci comprend avantageusement une fixation par un système de type 10 velours et crochets 75 permettant de refermer la fente 74. À cet effet, le manchon 7 comprend une languette 76 solidaire d'un bord de la fente 74. La languette 76 comporte une surface de crochets 78. Une face du manchon 7 en vis-à-vis comporte une surface de velours 77. [0041] Le manchon 7 présente typiquement une longueur (selon son axe) comprise 15 entre 170 et 240 mm et un diamètre interne de 60 mm. [0042] Le manchon 7 comporte un circuit de commande 74. Le circuit de commande 74 définit la durée de réchauffement du manchon 7. Le circuit de commande 74 peut également inclure un circuit de régulation de la température de réchauffement. Le circuit de commande 74 peut par exemple fixer une température de consigne de 20 réchauffement, par exemple une température supérieure à 500°C, voire une température supérieure à 550°C. [0043] 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 25 des intervalles de 20 000 à 30 000 km. Lors de ces opérations de maintenance, on procède généralement au remplissage du réservoir d'urée. [0044] L'étape de réchauffement est typiquement mise en oeuvre pendant une durée supérieure à 5 minutes, voire une durée supérieure à 10 minutes. Avantageusement, le circuit de contrôle 74 détermine la durée de réchauffement en fonction de 30 paramètres de fonctionnement du moteur 1 lus dans le calculateur 4. Des paramètres de fonctionnement du moteur 1 tels que des températures de gaz d'échappement ou des couples moteur peuvent ainsi permettre de déterminer un profil de roulage et une estimation de la quantité des dépôts 8 accumulés. La durée de réchauffement déterminée pourra ainsi être proportionnelle à la quantité de dépôts 8 estimés. [0045] Durant l'étape de réchauffement, le moteur 1 pourra être mis en 5 fonctionnement pour bénéficier en outre d'un réchauffement interne de la tubulure 5 par les gaz d'échappement. [0046] L'invention s'applique aussi bien à un moteur à allumage commandé qu'à un moteur à allumage spontané. REVENDICATIONS1. Procédé d'élimination de dépôts de cristaux d'urée fixés dans une tubulure d'échappement (5) d'un moteur à combustion interne (1) muni d'un dispositif d'injection d'urée (3) à l'échappement, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : - placement d'un manchon chauffant amovible (7) autour d'une partie de la tubulure d'échappement ; - réchauffement du manchon placé, jusqu'à vaporiser ou sublimer des cristaux d'urée fixés dans la tubulure d'échappement. 2. Procédé d'élimination selon la revendication 1, dans lequel ladite étape de placement comprend le placement d'un manchon chauffant comportant une résistance électrique (72), et dans lequel ladite étape de réchauffement du manchon comprend l'application d'une tension électrique aux bornes de la résistance (72) de façon à induire un réchauffement par effet Joule. 3. Procédé d'élimination selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ladite étape de placement comprend le placement du manchon autour d'un soufflet métallique (6) joignant deux portions de la tubulure d'échappement. 4. Procédé d'élimination selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite étape de placement comprend le placement du manchon autour d'une partie de la tubulure d'échappement (6) disposée en aval d'un injecteur d'urée (3). 5. Procédé d'élimination selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite étape de réchauffement comprend le 25 réchauffement du manchon jusqu'à une température supérieure à 500°C. 6. Procédé d'élimination selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une étape de lecture de paramètres de fonctionnement dudit moteur à combustion interne dans un calculateur de contrôle (4) dudit moteur, comprenant en outre une étape de détermination d'une 30 durée de réchauffement en fonction desdits paramètres de fonctionnement lus, ladite étape de réchauffement incluant le réchauffement dudit manchon pendant la durée déterminée. 7. Procédé d'élimination selon la revendication 6, dans lequel ladite durée de réchauffement déterminée est supérieure à 5 minutes. 8. Procédé d'élimination selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite étape de placement comprend le placement d'un manchon autour d'une partie de la tubulure d'échappement d'un véhicule automobile, ladite étape de placement étant mise en oeuvre lorsque le véhicule est à l'arrêt. 9. Procédé d'élimination selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite étape de réchauffement comprend le maintien en fonctionnement du moteur (1).