Brevet FR2987396A1 — publié le 20130830

SYSTEME DE STOCKAGE D'UN REDUCTEUR POUR LA REDUCTION CATALYTIQUE SELECTIVE DES OXYDES D'AZOTES ADAPTE A RECEVOIR UNE CARTOUCHE DE SECOURS. [0001] L'invention porte sur le domaine de la dépollution des gaz d'échappement d'un moteur à combustion. Plus précisément, elle porte sur la réduction des oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion, par réduction catalytique sélective (ou SCR, selon l'acronyme anglophone pour « selective catalytic reduction ») [0002] La technologie de réduction des oxydes d'azote par réduction catalytique sélective consiste à réduire les oxydes d'azote avant leur sortie du circuit d'échappement d'un moteur à combustion, à l'aide d'un agent réducteur (ou d'un précurseur d'agent réducteur) introduit dans la ligne d'échappement. [0003] Il est connu de stocker l'agent réducteur, par exemple de l'ammoniac gazeux, dans un matériau solide capable de l'adsorber ou de l'absorber. A titre d'exemple, le document W02006081824 divulgue une substance apte à assurer un tel stockage sous forme « solide ». [0004] Le réducteur peut donc être stocké dans une poudre compacte solide placée dans une cartouche adéquate. [0005] Afin de relâcher le réducteur, il est nécessaire de placer le matériau de stockage dans des conditions de température et de pression favorables. Typiquement, il est nécessaire de le chauffer. Un stockage de taille importante est difficile à chauffer efficacement, et, en outre, les phases de démarrage à froid d'un moteur à combustion sont très pénalisantes du point de vue des émissions polluantes. Il est ainsi nécessaire de traiter de manière efficace aussi rapidement que possible, et donc de pouvoir élever rapidement la température du matériau de stockage. [0006] La demande de brevet DE102006061370 présente un dispositif pour le traitement par catalyse SCR des oxydes d'azotes, dans lequel l'agent réducteur (ammoniac) est stocké sous une forme « solide » dans deux réservoirs : une grande cartouche destinée à assurer l'autonomie souhaitée entre deux entretiens du véhicule ainsi équipé, et une petite cartouche tampon chauffée électriquement et remplie par le grand réservoir, permettant d'assurer un meilleur contrôle de la quantité d'agent réducteur relâché, ainsi qu'un chauffage rapide pour dépolluer rapidement les gaz d'échappement suite à un démarrage du moteur. [0007] Le grand réservoir peut être désigné par l'expression « cartouche principale », et le petit par l'expression « cartouche de démarrage ». [0008] La cartouche de démarrage assure la libération rapide du réducteur peu après le démarrage du moteur. Cette cartouche de démarrage permet donc un traitement rapide des gaz d'échappement afin d'assurer le respect des réglementations en matière d'émissions polluantes, et présente un volume faible, rapide à chauffer, mais offre, selon un dimensionnement raisonnable pour une application automobile, une d'autonomie limitée (de l'ordre de 1000 km). [0009] La cartouche principale, de dimension plus importante, et donc plus lente à réchauffer, stocke la majeure partie du réducteur pour assurer une autonomie raisonnable au système, c'est-à-dire correspondant aux intervalles de maintenance des véhicules automobiles (de l'ordre de 20000 km à 30000 km par exemple). Il est prévu de remplacer ou de recharger la cartouche principale lors des maintenances en atelier des véhicules automobiles équipés. [0010] Le chauffage des cartouches se fait soit par chauffage externe électrique ou par un fluide chaud (eau moteur, carburant), soit par chauffage interne électrique ou par un fluide chaud. Le réchauffage par eau ne peut être appliqué que sur la cartouche principale, aucun fluide chaud n'étant disponible immédiatement après un démarrage à froid du moteur : la cartouche de démarrage est donc toujours réchauffée électriquement. [0011] La réglementation relative à l'usage de la réduction catalytique sélective des oxydes d'azotes pour dépolluer les gaz d'échappement des véhicules automobiles impose par ailleurs un système d'alerte informant le client du niveau de réducteur stocké dans les cartouches dès 2400 km avant que les cartouches soient effectivement vides. A partir de 800 km avant que le réducteur vienne à manquer, l'alerte devient très intrusive et, lorsque l'alimentation en réducteur cesse le véhicule doit être arrêté. [0012] Les utilisateurs sont donc incités à faire recharger le système SCR lorsque la quantité de réducteur disponible se réduit, mais il n'est pas exclu qu'un utilisateur puisse se trouver dans une zone géographique où les cartouches compatibles avec son véhicule ne pas disponibles. Cette limite de la technologie est particulièrement pénalisante pour les véhicules utilitaires pour lesquels il est important de conserver une flexibilité d'usage maximum. [0013] Il est envisagé dans le document FR2956156 d'ajouter au système d'alimentation en réducteur une cartouche supplémentaire de secours, et une vanne actionnable manuellement pour permettre à la cartouche supplémentaire d'alimenter le système. [0014] Si cette dernière solution ajoute une certaine autonomie d'usage à un véhicule qu'elle équipe, elle n'exclue pas totalement le risque de blocage d'impossibilité d'emploi du véhicule sans passage dans un atelier équipé pour le changement des cartouches de réducteur, une fois la cartouche de secours vide. L'invention tend à résoudre ce problème. [0015] L'invention porte donc sur un système de stockage d'un réducteur pour dispositif de réduction catalytique sélective des oxydes d'azotes des gaz d'échappement d'un moteur thermique équipant un véhicule automobile, comportant : une cartouche principale, une cartouche de démarrage, de volume inférieur à la cartouche principale, une ligne additionnelle d'alimentation en réducteur comportant une interface de connexion apte à recevoir une cartouche de secours présentant un moyen de connexion adapté à être connecté sur l'interface de connexion , dans lequel l'interface de connexion est adaptée à permettre une connexion hydraulique et électrique d'une cartouche de secours avec le système. Dans l'invention, une seule et même interface permet donc les connexions hydraulique et électrique. Cette interface pourra également assurer la fixation mécanique d'une cartouche sur le système. Elle permet à l'utilisateur du système de brancher simplement une cartouche de secours sur le système de stockage lorsque le réducteur vient à manquer dans les cartouches principale et de démarrage. [0016] De préférence, l'interface de connexion est adaptée à permettre des connexions hydraulique et électrique concomitantes. [0017] De préférence, l'interface de connexion comporte une goupille présentant une position déverrouillée et une position verrouillée, ladite goupille étant arrangée de sorte à interdire la connexion électrique en position déverrouillée. [0018] L'invention porte également sur un tel système, comportant en outre une cartouche de secours connectée à l'interface de connexion. [0019] De préférence, dans un tel système comportant une goupille, la goupille est adaptée de sorte que le verrouillage de la goupille entraine la connexion électrique de la cartouche de secours. [0020] De préférence, le verrouillage de la goupille entraine également le maintien mécanique de la cartouche de secours vis-à-vis de l'interface de connexion. [0021] De préférence, la cartouche de secours comporte un moyen de connexion mâle correspondant à une interface femelle que comporte la ligne additionnelle. [0022] Dans une variante de l'invention, la connexion hydraulique et la connexion électrique sont réalisées respectivement par emboîtement selon un premier axe d'une sortie hydraulique d'un moyen de connexion de la cartouche de secours dans un branchement hydraulique de l'interface de connexion, et par l'enclenchement selon un axe sensiblement orthogonal au premier axe d'un branchement électrique de l'interface de connexion, sur un raccord électrique du moyen de connexion de la cartouche de secours. [0023] Dans une autre variante de l'invention, la connexion hydraulique et la connexion électrique sont réalisées respectivement par emboîtement selon un premier axe d'une sortie hydraulique d'un moyen de connexion de la cartouche de secours dans un branchement hydraulique de l'interface de connexion, et par l'enclenchement selon un axe sensiblement orthogonal au premier axe, d'un branchement électrique de l'interface de connexion sur un raccord électrique intermédiaire de l'interface de connexion branché à un raccord électrique du moyen de connexion de la cartouche de secours lors de l'emboîtement de la sortie hydraulique. [0024] De préférence, la connexion hydraulique met en jeu un clapet disposé dans le moyen de connexion de la cartouche de secours, ledit clapet étant arrangé de sorte à être dans une position fermée lorsque la cartouche de secours n'est pas connectée à l'interface de connexion. [0025] De préférence, la connexion hydraulique met en jeu un clapet anti-retour disposé dans l'interface de connexion. Ce clapet anti-retour évite la fuite de réducteur du système lorsqu'aucune cartouche de secours n'est branchée sur l'interface de connexion. [0026] De préférence, toutes les cartouches du système comportent un matériau de stockage du réducteur sous forme de solide ou de solide pulvérisé, à savoir de préférence un sel choisi parmi : CaCl2 , SrCl2 , FeCl2, MgCl2 , NiC12. [0027] De préférence, le système comporte des moyens de contrôle du branchement d'une cartouche de secours sur l'interface de connexion et du niveau de remplissage en réducteur de la cartouche de secours. [0028] L'invention porte enfin sur un véhicule automobile comportant un système de stockage d'un réducteur tel que précédemment décrit, dans lequel l'interface de connexion est positionnée soit : - dans un espace sous capot d'un moteur du véhicule ; ou - dans un passage de roue du véhicule ; ou - dans un coffre à bagages du véhicule ; ou - dans un habitacle du véhicule. [0029] L'invention est décrite plus en détail ci-après, et en référence aux figures représentant schématiquement le système dans un mode de réalisation préférentiel. [0030] La figure 1 présente une vue schématique d'ensemble d'un système conforme à un mode de réalisation préférentiel de l'invention. [0031] Les figures 2a et 2b présentent schématiquement le détail d'une interface de connexion rapide mise en jeu dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention. [0032] Les figures 3a et 3b présentent schématiquement une séquence de connexion d'une cartouche de secours au reste du système, dans une variante de réalisation préférentielle de l'invention. [0033] A la figure 1 on a représenté un système conforme à un mode de réalisation préférentiel de l'invention. Le système comporte une cartouche principale 1 et une 25 cartouche de démarrage 2. [0034] La cartouche principale 1 comporte préférentiellement un solide ou un solide pulvérisé apte à stocker un réducteur SCR. Il peut notamment s'agir de sels de CaCl2 , SrCl2 , FeCl2, MgCl2 , ou NiCl2, ces espèces étant apte au stockage de NH3 sous forme gazeuse. La cartouche principale 1 est dimensionnée de sorte à stocker la quantité de réducteur nécessaire à la dépollution d'un moteur destiné à être équipé du système pendant une durée de fonctionnement ou un kilométrage donné (dans le cadre d'une application automobile), entre deux maintenances au cours desquelles la cartouche est remplacée ou rechargée en réducteur. [0035] La cartouche de démarrage 2 présente un faible volume de sorte à pouvoir être rapidement réchauffée par un moyen électrique de chauffage qu'elle comporte. La cartouche de démarrage 2 permet une libération rapide de réducteur afin d'assurer le fonctionnement du dispositif de réduction catalytique sélective des oxydes d'azotes alimenté en réducteur par le système, rapidement après le démarrage du moteur équipé. [0036] Dans l'invention, une ligne additionnelle 3 d'alimentation en réducteur comporte une interface de connexion 4 rapide apte à recevoir une cartouche de secours 5 présentant un moyen de connexion adapté à être connecté sur l'interface de connexion 4 rapide. [0037] De manière préférentielle, un boîtier de gestion 6 lié à des moyens électroniques de contrôle 7 permet de sélectionner si la branche d'alimentation en réducteur 8 d'un catalyseur SCR 9 est alimentée par la cartouche de démarrage 2, la cartouche principale 1, ou éventuellement la cartouche de secours 5. Dans l'exemple ici représenté, la cartouche de secours 5 est montée en parallèle de la cartouche principale, et est donc gérée de manière transparente par le boîtier de gestion 6. D'autres architectures sont envisageables, par exemple dans laquelle le boîtier de gestion peut directement sélectionner l'alimentation du système soit par la cartouche de démarrage, soit par la cartouche principale, soit par la cartouche de secours. [0038] Les figures 2a et 2b présentent schématiquement le détail d'une interface de connexion 4 rapide mise en jeu dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention. La figure 2a est une vue schématique en coupe transversale, la figure 2b est une vue de dessous. [0039] Dans l'invention, l'interface de connexion 4 est adaptée à permettre une connexion hydraulique et électrique, préférentiellement concomitante, d'une cartouche de secours avec le système. [0040] Il s'agit préférentiellement d'une interface de type femelle dans laquelle vient s'introduire un moyen de connexion mâle correspondant. Elle comporte un branchement hydraulique 41 et un branchement électrique 42. [0041] Le branchement hydraulique 41 comporte un clapet anti-retour 43 orienté de sorte à éviter toute sortie de gaz du système lorsqu'aucune cartouche n'est branchée sur l'interface de connexion 4. [0042] Un ressort métallique formant goupille 44 permet de verrouiller le branchement hydraulique 41, et plus généralement la fixation mécanique d'une cartouche de secours sur l'interface de fixation 4. Diverses formes et dispositions de goupille sont envisageables, mais, préférentiellement, la goupille 44 est conformée de sorte à interdire le branchement électrique de la cartouche lorsqu'elle n'est pas en position de verrouillage de la cartouche, et à l'autoriser lorsque la cartouche est verrouillée. [0043] Les figures 3a et 3b présentent schématiquement une séquence de connexion d'une cartouche de secours au reste du système, dans une variante de réalisation préférentielle de l'invention. Une cartouche de secours 5 est approchée en regard de l'interface de connexion en vue de son raccordement. La cartouche 5 comporte un moyen de connexion 51 correspondant à l'interface de connexion 4. Le moyen de connexion 51 est préférentiellement de type mâle, et comporte une sortie hydraulique 511 et un raccord électrique 512. [0044] Le raccord électrique 512 permet l'alimentation d'un moyen de chauffage 513, comportant préférentiellement une résistance électrique. [0045] La sortie hydraulique 511 comporte un clapet 514, arrangé pour éviter la sortie de gaz de la cartouche lorsque le moyen de connexion 51 n'est pas relié à l'interface de connexion 4, typiquement lorsque la cartouche de secours 51 est stockée dans un véhicule pour se prémunir en cas de manque de réducteur dans le système, par épuisement de la cartouche principale et de la cartouche de démarrage, voire d'une cartouche de secours déjà reliée au système. Le clapet 514 est préférentiellement un clapet à bille. De préférence, la sortie hydraulique 511 comporte en outre un filtre. [0046] Le branchement du moyen de connexion 51, et donc plus généralement de la cartouche 5 sur l'interface de connexion 4, et donc plus généralement sur le système de stockage de réducteur conforme à l'invention, est, dans l'exemple ici présenté, réalisé selon une action d'emboîtement de la sortie hydraulique 511 dans le branchement hydraulique 41, selon un premier axe A1. Cette action entraine l'ouverture du clapet 514 de la sortie hydraulique 511 de la cartouche 5, de sorte que la cartouche peut alimenter le système en réducteur. La goupille 44 est ensuite amenée dans une position de verrouillage, verrouillant la connexion hydraulique et mécanique de la cartouche de secours 5. [0047] La goupille 44 en position de verrouillage permet l'enclenchement du branchement électrique 42, selon un axe A2 préférentiellement orthogonal au premier axe A1, sur un raccord électrique intermédiaire 45 dans l'exemple de mode de réalisation ici représenté. Le verrouillage de la connexion électrique peut être réalisé par des languettes plastiques déformables, qui ne peuvent être enclenchées que si la goupille 44 est en position de verrouillage. [0048] Dans une variante préférentielle de l'invention, le verrouillage de la goupille 44 entraîne l'enclenchement du branchement électrique 42 (que ce soit sur un raccord électrique intermédiaire 45 tel qu'ici représenté, ou directement sur le raccord électrique 512 de la cartouche de secours 5). Ainsi, l'action sur la goupille 44 entraine simultanément le verrouillage de la liaison hydraulique, électrique, et mécanique, de la cartouche 5 sur l'interface de connexion 4. [0049] L'application préférentielle de l'invention est un véhicule automobile, de type véhicule particulier ou utilitaire. La cartouche de secours 5 étant destinée à pouvoir être mise en place ou remplacée par l'utilisateur (du moteur ou du véhicule) facilement, sans outillage particulier, et en dehors d'un atelier, l'interface de connexion 4 est préférentiellement positionnée dans une zone facile d'accès, tel que l'espace sous-capot moteur du véhicule, ou dans un passage de roue, ou encore dans un coffre à bagages (ou un espace de chargement d'un véhicule utilitaire). REVENDICATIONS: 1. Système de stockage d'un réducteur pour dispositif de réduction catalytique sélective des oxydes d'azotes des gaz d'échappement d'un moteur thermique, comportant : une cartouche principale (1), une cartouche de démarrage (2), de volume inférieur à la cartouche principale (1), une ligne additionnelle (3) d'alimentation en réducteur comportant une interface de connexion 4 apte à recevoir une cartouche de secours (5) présentant un moyen de connexion adapté à être connecté sur l'interface de connexion (4) , caractérisé en ce que l'interface de connexion (4) est adaptée à permettre une connexion hydraulique et électrique d'une cartouche de secours (5) avec le système. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'interface de connexion (4) est adaptée à permettre des connexions hydraulique et électrique concomitantes. 3. Système selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel l'interface de connexion (4) comporte une goupille (44) présentant une position déverrouillée et une position verrouillée, ladite goupille (44) étant arrangée de sorte à interdire la connexion électrique en position déverrouillée. 4. Système selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre une cartouche de secours (5) connectée à l'interface de connexion (4). 5. Système selon les revendications 3 et 4, dans lequel la goupille (44) est adaptée de sorte que le verrouillage de la goupille (44) entraine la connexion électrique de la cartouche de secours (5). 6. Système selon la revendication 4 ou la revendication 5, dans lequel le verrouillage de la goupille (44) entraine le maintien mécanique de la cartouche de secours (5) vis-à-vis de l'interface de connexion (4). 7. Système selon l'une des revendications 4 à 6, dans lequel la cartouche de secours (5) comporte un moyen de connexion mâle correspondant à une interface femelle que comporte la ligne additionnelle (3). 8. Système selon l'une des revendications 4 à 7, dans lequel la connexion hydraulique et la connexion électrique sont réalisées respectivement par emboitement selon un premier axe (A1) d'une sortie hydraulique (511) d'un moyen de connexion de la cartouche de secours (5) dans un branchement hydraulique (41) de l'interface de connexion (4), et par l'enclenchement selon un axe (A2) sensiblement orthogonal au premier axe (A1) d'un branchement électrique (42) de l'interface de connexion (4), sur un raccord électrique (512) du moyen de connexion de la cartouche de secours (5). 9. Système selon la revendication l'une des revendications 4 à 7, dans lequel la connexion hydraulique et la connexion électrique sont réalisées respectivement par emboitement selon un premier axe (A1), d'une sortie hydraulique (511) d'un moyen de connexion de la cartouche de secours (5) dans un branchement hydraulique (41) de l'interface de connexion (4), et par l'enclenchement selon un axe (A2) sensiblement orthogonal au premier axe (A1), d'un branchement électrique (42) de l'interface de connexion (4) sur un raccord électrique intermédiaire (45) de l'interface de connexion (4) branché à un raccord électrique (512) du moyen de connexion (4) de la cartouche de secours (5) lors de l'emboîtement de la sortie hydraulique (511). 10. Système selon l'une des revendications 4 à 9, dans lequel la connexion hydraulique met en jeu un clapet disposé dans le moyen de connexion de la cartouche de secours (5), ledit clapet étant arrangé de sorte à être dans une position fermée lorsque la cartouche de secours (5) n'est pas connectée à l'interface de connexion (4). 11. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la connexion hydraulique met en jeu un clapet anti-retour disposé dans l'interface de connexion (4). 12. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel toutes les cartouches comportent un matériau de stockage du réducteur sous forme de solide ou de solide pulvérisé, à savoir de préférence un sel choisi parmi : CaCl2 , SrCl2 , FeCl2, MgCl2 , NiCl2. 13. Système selon l'une des revendications précédentes, comportant des moyens de contrôle du branchement d'une cartouche de secours (5) sur l'interface de connexion (4) et du niveau de remplissage en réducteur de la cartouche de secours (5). 14. Véhicule automobile comportant un système de stockage d'un réducteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'interface de connexion (4) est positionnée dans un espace sous capot moteur du véhicule, ou un passage de roue du véhicule, ou un coffre à bagages du véhicule, ou un habitacle du véhicule.5