Brevet FR3020765A1 — publié le 20151113

INJECTEUR DE REDUCTEUR D'OXYDES D'AZOTE A DECOMPOSITION AMELIOREE DU REDUCTEUR [0001] L'invention concerne les moteurs à combustion de véhicule automobile et plus précisément les moteurs comprenant un système de réduction des oxydes d'azote dans les gaz d'échappement, notamment par réduction catalytique sélective ou SCR pour « Selective Catalytic Reduction » selon la terminologie anglo-américaine. [0002] Les véhicules motorisés, en particulier les véhicules ayant un moteur à combustion interne, émettent des gaz d'échappement comprenant des oxydes d'azote. Il est recherché de limiter l'émission des oxydes d'azote à l'aide de systèmes de dénitrification ou deNOx. Une solution ayant fait la preuve de son efficacité est l'utilisation d'une source d'ammoniaque NH3, telle que l'urée aqueuse. L'ammoniaque réagit avec les NOx sur un catalyseur pour former de l'azote N2 inerte et de l'eau. On peut injecter ces fluides à partir de 180°C pour les décomposer dans la ligne d'échappement ou sur la surface du catalyseur. Pour des quantités importantes d'agent réducteur à injecter avec un débit élevé, il peut être avantageux de dépasser nettement 180°C. Ces contraintes réduisent l'efficacité en termes de dénitrification du catalyseur et augmentent l'encombrement du système SCR. [0003] On a proposé dans le document FR2008/050397 de réduire cette contrainte à 180°C en injectant successivement de petites quanttés d'urée avec une température décroissante jusqu'en dessous de 180°C. Cependant, du fait de la température d'évaporation de l'eau, l'injection est impossible en dessous de 120°C. Ainsi cette méthode, bien que d'une grande flexibilité, comporte toujours une limite de température d'injection de l'urée. [0004] On a également proposé des injecteurs de réducteur d'oxyde d'azote tel que de l'urée lesquels injecteurs comprennent un catalyseur de la réaction de décomposition de l'urée aqueuse en NH3 dans la structure de l'injecteur d'urée aqueuse lui-même. Cependant ces injecteurs nécessitent des organes chauffants associés au composé catalytique. Or l'intégration d'un organe chauffant dans un injecteur a pour effet d'augmenter considérablement le prix de l'injecteur. On trouvera des exemples de tels injecteurs dans les documents FR2936958 et W005025725. De plus, l'organe chauffant étant typiquement en contact avec le matériau catalytique, il limite la surface de contact entre l'agent réducteur d'oxyde d'azotes et le matériau catalytique. [0005] Un autre désavantage des injecteurs comportant un catalyseur est que le faible volume interne à l'injecteur rend peu pratique le dépôt d'un revêtement interne dans l'injecteur, et ce de manière rapide, fiable et reproductible. [0006] Le but de l'invention est de proposer un injecteur qui soit efficace pour catalyser la réaction de décomposition de l'agent réducteur d'oxydes d'azotes tout en étant fiable et facile de réalisation. [0007] Ce but est atteint selon l'invention grâce à un procédé de réalisation d'un injecteur d'agent réducteur d'oxydes d'azote de ligne d'échappement de véhicule automobile, dans lequel on dispose dans l'injecteur un catalyseur de décomposition de l'agent réducteur d'oxydes d'azote en ammoniaque, le procédé comprenant l'étape consistant à fournir un corps d'injecteur formant conduit de circulation d'agent réducteur, caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à former en dehors du corps d'injecteur un objet solide incluant un agent catalyseur de décomposition de l'agent réducteur d'oxydes d'azote et une étape postérieure à l'étape de formation de l'objet solide laquelle étape postérieure consiste à placer l'objet solide dans le corps d'injecteur. [0008] Avantageusement, l'objet solide comporte une partie de forme tubulaire. [0009] Avantageusement, l'objet solide est poreux. [0010] Avantageusement, l'objet solide est disposé dans le corps d'injecteur de telle sorte que l'agent réducteur d'oxydes d'azote traverse l'objet solide lorsque l'agent réducteur d'oxydes d'azote parcourt le corps d'injecteur. [0011] Avantageusement, l'objet solide présente une paroi délimitant un creux de telle sorte que l'agent réducteur d'oxydes d'azote pénètre dans le creux lors du fonctionnement de l'injecteur. [0012] Avantageusement, l'objet solide est disposé de telle sorte que l'agent réducteur d'oxydes d'azote traverse la paroi délimitant le creux. [0013] Avantageusement, l'objet solide présente une forme de révolution. [0014] Avantageusement, l'objet solide présente une paroi de forme tubulaire. [0015] Avantageusement, l'objet solide présente une paroi transversale à un axe géométrique principal de la forme tubulaire laquelle paroi transversale ferme la forme tubulaire. [0016] Avantageusement, l'objet solide est disposé de telle sorte que l'agent réducteur d'oxyde d'azote traverse la paroi tubulaire et la paroi transversale lors du fonctionnement de l'injecteur. [0017] D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description qui va suivre, faite en référence aux figures annexées sur lesquelles : - la figure 1 représente une ligne d'échappement de moteur à combustion de véhicule automobile selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 représente un injecteur de réducteur d'oxydes d'azote selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 représente un objet solide de catalyse de la réaction de décomposition d'agent réducteur d'oxydes d'azote. [0018] Sur la figure 1, on a représenté une ligne d'échappement s'étendant depuis un bloc moteur lequel est référencé 1. La ligne d'échappement comporte successivement un catalyseur d'oxydation diesel 2, un catalyseur de réduction catalytique sélective ou SCR 3, et un filtre à particules de type à suies 4. [0019] Un calculateur embarqué est représenté sous la référence 5, lequel pilote ici les différents organes de la ligne d'échappement. Un dispositif d'injection d'urée 6 avec décomposition catalytique de l'urée est disposé entre le catalyseur d'oxydation diesel 2 et le catalyseur de réduction catalytique sélective 3. La ligne d'échappement est en outre équipée d'un thermocouple ou dispositif d'acquisition de température 7 disposé de manière directement voisine avec le dispositif d'injection d'urée 6. Un réservoir d'urée 8 approvisionne le dispositif d'injection d'urée 6 et deux détecteurs d'oxyde d'azote ou d'ammoniaque 9 et 10 sont également positionnés avant et après le catalyseur SCR 3. [0020] Le dispositif d'injection d'urée 6 comporte notamment un injecteur d'urée lequel est représenté sur la figure 2. L'injecteur d'urée comporte un corps d'injecteur 20 formant conduit de circulation d'urée. Le corps d'injecteur 20 comporte une entrée 21 parcourue par un flux d'urée représenté sous la forme d'une flèche horizontale. A son extrémité opposée, l'injecteur d'urée comporte une tête d'injection à multiples canaux 22. Entre ces deux extrémités se trouve une aiguille d'injection 23 et un ressort 24 de rappel de l'aiguille d'injection vers sa position fermée. Un actionneur 25 déplace l'aiguille d'injection de manière commandée. Une pompe à urée 26 est en outre disposée au niveau de l'entrée de l'injecteur. On a en outre représenté sous la référence 27 un objet solide portant un composé catalyseur de la réaction de décomposition du réducteur d'oxyde d'azote, lequel objet solide sera décrit maintenant en référence à la figure 3. [0021] Sur la figure 3, l'objet solide 27 se présente sous la forme d'une structure tubulaire fermée dans sa partie inférieure. Pour cela, l'objet solide 27 comporte une paroi tubulaire 28 délimitant un espace intérieur 29, lequel espace intérieur 29 et fermé à une extrémité de la paroi tubulaire par une paroi 30, en partie inférieure sur le dessin. [0022] Tel qu'illustré sur la figure 2, l'objet solide 27 est disposé de manière à recevoir le flux d'urée par son extrémité ouverte, l'urée se retrouvant alors confinée dans l'espace intérieur 29 et se trouvant alors forcée à traverser la paroi tubulaire 28 et la paroi de fond 30. Le matériau constituant l'objet solide 27 est ici un matériau poreux de manière à permettre au flux d'urée de le traverser. L'objet solide 27 peut présenter toute autre forme, par exemple la forme d'un simple tube ou encore une forme ne présentant aucune partie tubulaire. [0023] Une fois formé à l'extérieur du corps de l'injecteur, l'objet solide 27 est placé dans ce dernier. Ainsi il n'est plus nécessaire de procéder à une dépose fastidieuse d'un revêtement par badigeonnage ou projection sur les parois internes de l'injecteur. Dans le présent mode de réalisation, le matériau catalytique formant l'objet solide 27 est mis en oeuvre dans l'injecteur sans élément de chauffage électrique. L'injecteur est placé aussi près que possible de la ligne d'échappement chaude où le matériau catalytique est réchauffé par conduction thermique depuis la ligne d'échappement. En variante, l'objet solide 27 est équipé d'un élément de chauffage tel qu'un élément de chauffage électrique. L'injecteur 20 est préférentiellement installé en amont du catalyseur de dénitrification 3. [0024] La forme de l'objet catalytique 27 est ici structurée et compacte et constitue une forme poreuse laquelle peut être insérée manuellement dans le corps de l'injecteur. Ceci permet d'éviter que des grains de matériau catalytique ne se décrochent et viennent s'agglomérer contre des parties métalliques ou encore viennent bloquer des orifices tels que celui de l'aiguille d'injecteur 23 ou les orifices d'injection 22. Cette disposition permet également d'éviter la faible précision d'un dépôt direct par projection à l'intérieur du volume d'injecteur. [0025] L'objet catalytique indépendant 27 est ici manufacturé et structuré de manière séparée et en dehors du corps de l'injecteur puis inséré directement dans le corps d'injecteur, garantissant ainsi un procédé de production contrôlé. La porosité de l'objet solide 27 permet une bonne circulation du fluide réducteur jusqu'aux sites de décomposition internes à l'objet solide. [0026] L'objet solide peut être réalisé par exemple par extrusion ou par compaction ou encore par ces deux techniques combinées. De préférence l'objet solide 27 présente une telle forme de tube avec l'aiguille d'injection 23 au centre de cette forme de tube. Ceci permet d'optimiser la réduction d'encombrement et permet au fluide d'arriver par une extrémité de l'objet solide 27 et de sortir par l'autre extrémité. En variante l'aiguille d'injection peut être déportée du centre de la structure catalytique préformée. [0027] Du fait que la conduction thermique depuis les gaz d'échappement réchauffe l'injecteur jusqu'à une température supérieure à 120°C, le taux de réaction de la réaction de décomposition d'urée aqueuse est suffisamment élevé pour assurer une bonne décomposition de l'urée en NH3. [0028] On comprend, dans l'ensemble de la présente demande, comme agent réducteur un agent directement réducteur (de l'ammoniac) ou un précurseur d'ammoniac ; comme de l'urée en phase liquide, qui est destinée à se transformer en agent réducteur du type ammoniac quand il est injecté dans la ligne d'échappement. [0029] L'injecteur est par exemple un atomiseur ou un évaporateur. A la place d'une aiguille d'injection, un injecteur à évaporation peut ainsi être adopté pour décomposer et injecter la solution d'urée. L'injection de solution d'urée peut être réalisée à pression atmosphérique ou à pression élevée. [0030] L'objet solide 27 forme ici un support catalytique lequel est réalisé en un matériau qui peut être de type céramique, organique, organométallique ou métallique. Ainsi par exemple le support peut être réalisé en B4C, Si3N4, BN, AIN, AL203, Zr02, mullite, AITi, ZrB2, Ti02, Ce02, Y203, Si02, Fe, Sialon de formule Si3A1303N5, carbone, polymère organique, Cordierite, etc... D'autres structures catalytiques rigides peuvent être utilisées telles que des tubes en polymère supportant le matériau catalytique, ou encore des structures non poreuses. Ainsi une structure rigide unique peut être réalisée ou encore une multitude de structures plus petites. La formulation du catalyseur de décomposition de l'urée imprégnant l'objet solide 27 est préférentiellement choisie de telle sorte que le catalyseur soit stable dans une solution aqueuse et de telle sorte que le catalyseur présente une surface de type acide. La décomposition catalytique de l'urée prend place en effet préférentiellement sur les surfaces acides et préférentiellement sur une grande surface où les catalyseurs sont dispersés et accessibles pour décomposer les molécules de réducteurs. L'objet solide 27 peut être fabriqué entièrement en un ou plusieurs matériau(x) catalytique(s). [0031] Si un dépôt par projection est utilisé alors il peut être typiquement composé de A1203, Ti02,Zr02, Ce02, Y203 avec des éléments catalytiques typiques dans leur forme nano-particulaire tel que PM ,Pt, Pd, Rh, Ru, Re, Ir, Au, Ag, des oxydes métalliques de transition dans leur forme nano-particulaire tels que Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn et des éléments faisant partie des séries actinium et/ou lanthanides et de leurs oxydes tels que Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr, des perovskites, des Zéolites, pérovskites, des argiles, etc..., dopés avec des métaux et/ou leurs oxydes ou des Zéolites ou des argiles non dopés. [0032] La surface catalytique peut être couverte d'un groupe acidifiant pour augmenter la décomposition de l'urée en ajoutant des groupes d'acide sulfurique -SO3OH, des groupes d'acide nitrique HNO3, des groupes d'acide organique HCOO-R, etc. De tels exemples peuvent inclure le groupe HNO3-HCOOH-Pt/Si02 ou encore HSO4-HCOOH-A1203. [0033] L'invention trouve une application particulièrement avantageuse pour les véhicules hybrides à entrainement diesel et électrique. REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation d'un injecteur d'agent réducteur d'oxydes d'azote (20) de ligne d'échappement de véhicule automobile, dans lequel on dispose dans l'injecteur (20) un catalyseur (27) de décomposition de l'agent réducteur d'oxydes d'azote en ammoniaque, le procédé comprenant l'étape consistant à fournir un corps d'injecteur (20) formant conduit de circulation d'agent réducteur, caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à former en dehors du corps d'injecteur (20) un objet solide (27) incluant un agent catalyseur de décomposition de l'agent réducteur d'oxydes d'azote et une étape postérieure à l'étape de formation de l'objet solide (27) laquelle étape postérieure consiste à placer l'objet solide (27) dans le corps d'injecteur (20). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'objet solide (27) comporte une partie de forme tubulaire (28). 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'objet solide (27) est poreux. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'objet solide (27) est disposé dans le corps d'injecteur (20) de telle sorte que l'agent réducteur d'oxydes d'azote traverse l'objet solide (27) lorsque l'agent réducteur d'oxydes d'azote parcourt le corps d'injecteur (20). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'objet solide (27) présente une paroi (28) délimitant un creux (29) de telle sorte que l'agent réducteur d'oxydes d'azote pénètre dans le creux lors du fonctionnement de l'injecteur. 6. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'objet solide (27) est disposé de telle sorte que l'agent réducteur d'oxydes d'azote traverse la paroi (28) délimitant le creux (29). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'objet solide (27) présente une forme de révolution. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'objet solide (27) présente une paroi de forme tubulaire (28). 9. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'objet solide (27) présente une paroi (30) transversale à un axe géométrique principal de la forme tubulaire (28) laquelle paroi transversale (30) ferme la forme tubulaire (28). 10. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'objet solide (27) est disposé de telle sorte que l'agent réducteur d'oxyde d'azote traverse la paroi tubulaire (28) et la paroi transversale (30) lors du fonctionnement de l'injecteur.