Brevet FR3013763A1 — publié le 20150529

PROCÉDÉ DE FABRICATION D'UNE LIGNE POST-COMBUSTION [0001] L'invention a trait au domaine de la conception automobile et plus particulièrement à la conception des lignes post-combustion et au choix des matériaux constituants cette ligne. [0002] Les véhicules automobiles sont équipés d'une ligne post- combustion placée en aval du moteur, cette ligne servant à la fois au rejet des gaz d'échappement dépollués dans l'environnement, dans le cas de la ligne d'échappement, et au recyclage d'une partie des gaz d'échappement pour être réinjectés dans le moteur, dans le cas du circuit de recyclage (technologie de recirculation des gaz d'échappement, appelée aussi EGR pour l'acronyme du terme anglais correspondant « Exhaust Gas Recirculation »). [0003] La ligne post-combustion est ainsi traversée par des fluides, principalement des gaz d'échappement, dont une partie forme des condensats pouvant engendrer une corrosion de la ligne postcombustion. [0004] La ligne post-combustion des véhicules automobiles est généralement formée de plusieurs sections formant une conduite comprenant des angles et/ou des coudes dans lesquels le condensat peut stagner, cette stagnation favorisant alors l'acidification du condensat et, a fortiori, la corrosion de la ligne post-combustion. [0005] Le contexte économico-industriel et la volonté des constructeurs automobiles de réduire des coûts de fabrication tendent à concevoir différemment les éléments des véhicules. Ainsi, il est utile de choisir, pour chaque section d'une ligne post-combustion, le matériau permettant de résister à la corrosion sans choisir un matériau plus résistant que nécessaire, ce qui aurait pour conséquence d'augmenter inutilement le coût de la ligne. [0006] Un premier objectif est de proposer un procédé permettant de déterminer un matériau résistant à la corrosion pour la fabrication d'une ligne post-combustion. [0007] Un deuxième objectif est de proposer un procédé permettant de réduire le coût de fabrication d'une ligne post-combustion. [0008] Un troisième objectif est de concevoir une ligne postcombustion dont la production a un impact moindre sur l'environnement. [0009] A cet effet, il est proposé en premier lieu un procédé de conception d'une ligne post-combustion comprenant un système de recirculation des gaz d'échappement, cette ligne étant composée d'une pluralité de sections aboutées les unes aux autres, ce procédé comprenant les étapes consistant à : - prélever des condensats issus des gaz d'échappement et traversant la ligne post-combustion pour une série de points de fonctionnement moteur, ces points de fonctionnement étant définis par un régime moteur, une pression et l'utilisation ou non d'un recyclage des gaz d'échappement ; mettre en évidence la composition chimique et le potentiel hydrogène (pH) des condensats prélevés ; calculer la concentration pondérée, en fonction de coefficients définissant une utilisation standard d'un moteur, de chaque composition chimique précédemment mise en évidence pour une utilisation ville, route et autoroute ainsi que le pH pondéré correspondant ; regrouper les condensats par similarité de pH, ces regroupements étant appelés familles ; - mesurer à intervalle constant le pH de chaque famille, pendant une durée prédéterminée ; - déterminer quelle famille présente un pH dont la valeur décroit le plus rapidement dans le temps ; - rechercher les sections où les condensats ont tendance à rester piégés dans la ligne post-combustion, de sorte à identifier les sections soumis à corrosion ; choisir un matériau adéquat en fonction des pH pondérés ert de la vitesse de dégradation du pH pour chaque tronçon et d'un nombre seuil d'arrêt du système de recirculation des gaz d'échappement. [0010] La possibilité de choisir un matériau adéquat pour chaque tronçon de la ligne post-combustion permet de réaliser une ligne répondant parfaitement aux besoins de résistance à la corrosion tout en maîtrisant le coût de production de la ligne. [0011] On comprend par similarité dans le contexte de l'invention une différence entre la valeur la plus grande et la valeur la plus petite d'environ au plus 30%, notamment au plus 20%, notamment au plus 10%. [0012] Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaison : le regroupement par famille s'effectue dans un premier temps par similarité du pH puis dans un second temps par similarité des concentrations des composés chimiques présents dans les condensats ; chaque prélèvement des condensats est de soixante-quinze millilitres , les prélèvements sont effectués sur une série d'au moins trois points de fonctionnement moteur ; - les prélèvements sont effectués sur une série de dix points de fonctionnement moteur ; le pH est mesuré au moins chaque 48 heures et de préférence chaque 24 heures ; l'analyse des condensats est effectuée sur une durée d'au moins dix jours et de préférence sur une durée de trente jours. [0013] II est proposé en deuxième lieu une ligne post-combustion conçue suivant le procédé précédemment proposé. [0014] Suivant diverses réalisations réalisation, les sections sont assemblées par soudure, emboitement ou collage. [0015] Il est proposé en troisième lieu un véhicule automobile comprenant une ligne post combustion conçue suivant le procédé décrit ci-dessus. [0016] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement et de manière concrète à la lecture de la 25 description ci-après de modes de réalisation, laquelle est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une représentation schématique d'Un moteur et de sa ligne post-combustion composée d'une série de sections ; la figure 2 est une vue d'une portion de la ligne post- 30 combustion de la figure 1 où des condensats sont piégés ; la figure 3 est une représentation graphique du pH en fonction du temps de différentes familles. [0017] Sur la figure 1 est représentée une ligne 'I post-combustion constituée d'une série de sections 2 aboutées les unes aux autres. La 35 forme générale de la ligne 1 post-combustion varie d'un véhicule à un autre, ainsi la forme illustrée sur la figure 1 n'est qu'un exemple et ne constitue nullement une quelconque restriction. [0018] Les gaz d'échappement sont évacués d'un moteur à combustion interne par la ligne 1 post-combustion, celle-ci débute à la sortie des chambres de combustion par un collecteur d'échappement (non représenté) permettant de collecter les gaz des chambres de combustion pour les réunir dans un seul conduit débouchant dans l'atmosphère. [0019] La nouvelle génération de véhicules dits "stop & start" en anglais - système de démarrage et d'arrêt automatique en français -, "mild-hybride" et "hybride" impliquent un profil d'utilisation de la ligne 1 post-combustion différent des véhicules antérieurs. [0020] La technologie "stop & start" stoppe le moteur lorsque celui-ci n'est plus nécessaire et le redémarre lorsqu'il est sollicité. Le "stop & start" tend à se généraliser sur les véhicules grand public depuis les années 2000. [0021] Les véhicules dits "mild-hybrid" sont équipés d'un moteur thermique à combustion interne couplé à un moteur électrique. Cette technologie fournit un appoint de puissance lors des reprises. [0022] La technologie hybride ("hybrid" en anglais) se dit pour les véhicules équipés de deux moyens de mouvements différents. Dans le secteur automobile on parle plus précisément de technologie hybride électrique (« hybrid electric » en anglais). Un moteur électrique alimenté par une ou plusieurs batterie(s) permet au véhicule de se mouvoir sans utiliser le moteur thermique. A partir d'une certaine vitesse et donc d'un besoin plus important en énergie, le moteur thermique prend le relai. [0023] Chacune de ces technologies comprend un système de recirculation des gaz d'échappement (EGR pour l'acronyme du terme anglais correspondant « Exhaust Gas Recirculation ») comprenant une vanne soumise à des ouvertures/fermetures successives en f9q.ction de l'utilisation du véhicule. L'ouverture de la vanne EGR permet de réinjecter les gaz d'échappement dans un collecteur d'admission du moteur afin de diminuer la quantité d'oxyde d'azote dans les gaz d'échappement. [0024] Les gaz d'échappement comportent principalement du CO2, de la vapeur d'eau, des oxydes d'azote, et également du SO2. Lorsque la température décroit, la condensation permet à de l'acide sulfurique, de l'acide nitrique et des acides organiques de se former. La formation d'acide sulfurique dépend de la qualité du carburant employé, les quantités de soufre légalement autorisées dans les carburants pouvant varier d'un pays à un autre, typiquement d'une valeur de 10 ppm à 2000 ppm. [0025] Le choix des matériaux employés pour la réalisation des lignes de recirculation des gaz d'échappement (par exemple aciers inoxydables austénitiques ou martensitiques, aciers duplex, alliages d'aluminium) est complexe, l'emploi de courbes isocorrosion pouvant conduire à des choix erronés, notamment par l'existence d'effets de synergie entre plusieurs mécanismes de corrosion. [0026] Il a été déterminé dans le cadre de la présente invention un procédé permettant de choisir de manière stratégique les différents matériaux qui composeront les lignes 1 post-combustion des véhicules. [0027] A partir d'un banc d'essai moteur, une première étape consiste à prélever du condensat pour différents points de fonctionnement moteur, définis par le régime moteur, le couple et l'utilisation ou non d'un système de recirculation des gaz. [0028] Une deuxième étape consiste à mesurer le pH de chaque prélèvement et déterminer la concentration massique des composés chimiques. Le tableau ci-dessous résume un exemple d'analyse. Point de Paramètres [Chlorure] [Sulfate] [Nitrate] pH fonctionnement (mg/L) (mg/L) (mg/L) 1 1500tr/min, 3,9 7,2 21,6 3,63 10 bar 2 1250 3,2 6,8 8,5 3,8 tr/min, 10,7 bar 3 1500 tr/min 4,1 17,7 25,6 3,26 13,77 bar 4 1500 3,3 10,6 11,7 3,44 tr/min, 13,77 bar 5 2000 tr/min 4,5 36,7 135,4 2,76 10 bar EGR20`)0 6 1500 tr/min 7,1 396,8 138,3 2,73 6 bar 7 2000 4,5 66,0 63,1 2,83 tr/min, 18,1 bar EGR 10% 8 2750 tr/min 3,8 25,5 139,1 2,68 10 bar EGR 15% 9 2400 tr/min 3,6 27,7 50,5 2,94 13,3 bar EGR 5% 10 2500 tr/min 4,2 133,6 34,5 2,76 17,9 bar EGR 10% [0029] Les conditions d'utilisation du véhicule déterminent le temps passé sur chacun des points de fonctionnement du tableau ci dessus. Ces temps sont donnés dans le tableau ci-dessous : Point de Ville Route Autoroute Moyen fonctionnement 1 2,14 2,12 0,91 1,99 2 0,90 0,80 0,00 0,77 3 0,28 1,06 0,00 0,46 4 0,28 1,06 0,00 0,46 5 1,04 4,51 0,91 2,15 6 5,53 4,24 1,36 4,76 7 0,21 1,86 1,81 0,77 8 0,14 2,39 3,17 1,07 9 0,21 2,65 34,89 3,99 0,14 1,59 9,97 1,38 [0030] Le tableau ci-dessus fournit pour chaque point de fonctionnement un coefficient de pondération en fonction du type de route : ville, route, autoroute et une moyenne de ceux-ci. Ces 10 coefficients de pondération définissent le temps passé pour 1000 heures d'utilisation du véhicule au point de fonctionnement correspondant. Par exemple pour 1000 heures d'utilisation, le point de fonctionnement 1 qui correspond au régime moteur 1500 tr/min pour une pression de 10 bar sera utilisé pendant 2,14 heures. Il devient alors possible de calculer la concentration de chaque espèce (chlorure, sulfate, nitrate) et le pH en tenant compte de la pondération (donc d'une utilisation standard du véhicule) et du type de route. [0031] Le tableau ci-dessous présente les résultats de cette estimation. Ville Route Autoroute Moyen Chlorure 5,52 4,61 3,86 4,76 (mg/L) Sulfate 211,95 106,30 58,06 133,33 (mg/L) Nitrate 1018,09 86,52 56,43 82,17 (mg/L) pH 3,04 2,95 2,89 2,96 [0032] Dans une troisième étape, les différents condensats C sont regroupés par familles. Le regroupement est effectué sur des critères de similarité. Autrement dit, chaque famille comprend les condensats C dont les pH sont similaires ou très proches, vient ensuite la similarité des concentrations des composés chimiques. [0033] Pour les points de fonctionnement sélectionnés, les familles sont comme suit : Famille 1 : 1+2 Famille 2 : 3+4+7+9 Famille 3 : 5+6+8+10 [0034] Afin d'étudier la nocivité des condensats sur la ligne 1 post- combustion dans le temps, on laisse reposer les familles tout en mesurant à intervalle constant le pH. Afin d'être représentatif, les mesures du pH doivent s'effectuer au moins chaque 48 heures sur une durée de 10 jours. Par exemple sur une durée de 30 jours, le pH est mesuré chaque 24 heures, ceci permettant à l'aide de courbes de tendance de représenter la cinétique de dégradation du pH au cours du temps. [0035] Sur la figure 3 sont illustrées ces courbes de tendance a,b,c. Il est observable que la cinétique de dégradation du pH est plus importante dans la famille 2 représentée par la courbe de tendance b. L'étude qui va suivre sera donc basée sur la famille 2, celle-ci présentant une acidité dont le pH décroit le plus vite. [0036] Au cours d'une période de 30 jours, le pH de la famille 2 a diminué de 1,5 point, alors que dans les familles 1 et 3 on observe respectivement une dégradation du pH de 0,3 et de 0,7. [0037] Le cas le plus défavorable est celui où l'utilisation du véhicule mène à la stagnation des condensats C dans la ligne 1 postcombustion. Ceci intervient majoritairement lorsque le nombre d'arrêt/redémarrage est faible. Sur les véhicules "hybrid" l'utilisation du moteur thermique est la moins fréquente, le moteur électrique assurant le plus souvent la propulsion à basse vitesse et à bas régime. Dans ce type de véhicule les condensats C stagnent plus longtemps dans la ligne 1 post-combustion avant l'apport d'un nouveau flux de gaz en provenance du moteur. [0038] Le nombre d'ouvertures/fermetures de la vanne EGR est pris en compte dans le choix des matériaux de la ligne d'échappement. La réinjection des gaz d'échappement dans le collecteur modifie les caractéristiques d'acidité des condensats C. Ainsi le cas le plus défavorable en ce qui concerne la vanne EGR est celui où celle-ci présentent une fréquence d'ouvertures/fermetures faible. Ce cas apparaît sur autoroute où le nombre d'ouvertures/fermetures de la vanne EGR est d'environ 120 000 en comparaison de la route et de la ville où ce nombre est respectivement de 600 00 et 2 350 000 environ. [0039] La demanderesse est alors en mesure de définir un matériau permettant de tenir compte de cette dégradation du pH connaissant le pH pondéré des gaz d'échappement dès leur sortie du moteur, la cinétique de dégradation des condensats de la famille considérée la plus corrosive et enfin le nombre d'arrêt/ouvertures de la vanne EGR, ceci pour un profil d'utilisation du véhicule donné. [0040] La ligne 1 post-combustion est ainsi conçue en tenant compte des condensats C les plus critiques, dans les zones de la ligne où ces condensats peuvent stagner longtemps, compte tenu de l'utilisation du véhicule. REVENDICATIONS1. Procédé de conception d'une ligne (1) post-combustion par laquelle circulent des gaz d'échappement et comprenant un système de recirculation de ces gaz d'échappement (EGR), cette ligne (1) post- combustion étant composée d'une pluralité de sections (2) aboutées les unes aux autres, ce procédé comprenant les étapes consistant à : - prélever des condensats (C) issus des gaz d'échappement et traversant la ligne (1) post-combustion pour une série de points de fonctionnement moteur, ces points de fonctionnement étant définis par un régime moteur, une pression et l'utilisation ou non d'un recyclage des gaz d'échappement ; - mettre en évidence la composition chimique et le potentiel hydrogène (pH) des condensats (C) prélevés ; - calculer la concentration pondérée, en fonction de coefficients définissant une utilisation standard d'un moteur (3), de chaque composition chimique précédemment mise en évidence pour une utilisation ville, route et autoroute ainsi que le pH pondéré correspondant ; - regrouper les condensats (C) par similarité de pH, ces regroupement étant appelés familles ; - mesurer à intervalle constant le pH de chaque famille, pendant une durée prédéterminée ; - déterminer quelle famille présente un pH dont la valeur décroît le plus rapidement dans le temps ; - rechercher les sections (2) où les condensats (C) ont tendance à rester piégés dans la ligne (1) post-combustion, de sorte à identifier les sections (2) soumises à corrosion ; - choisir un matériau adéquat pour chaque section (2) en fonction des pH pondérés, de la vitesse de dégradation du pH et d'un nombre seuil d'arrêt du système EGR. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le regroupement par famille s'effectue dans un premier temps par similarité du pH puis dans un second temps par similarité des concentrations des composés chimiques présents dans les condensats (C). 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les prélèvements sont effectués sur une série d'au moins trois points de fonctionnement moteur. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les prélèvements sont effectués sur une série de dix points de fonctionnement moteur. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le pH est mesuré au moins chaque 48 heures et de préférence chaque 24 heures. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'analyse des condensats (C) est effectuée sur une durée d'au moins dix jours et de préférence sur une durée de trente jours. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chaque prélèvement des condensats (C) est de 20 75 mL. 8. Ligne (1) post-combustion conçue suivant un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 25 9. Ligne selon la revendication 8, caractérisée en ce que les sections (2) sont assemblées par soudure, emboîtement ou collage. 10. Véhicule automobile comprenant une ligne (1) post-combustion selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9. 30