Brevet FR3017653A1 — publié le 20150821

PROCEDE DE CONTRÔLE D'UN INJECTEUR DE SYSTEME DE REDUCTION CATALYTIQUE [0001] La présente invention porte sur un procédé de contrôle d'un injecteur de système de réduction catalytique, ainsi que sur le calculateur correspondant. Dans un contexte de dépollution des gaz d'échappement d'un moteur diesel, les systèmes de réduction catalytique sélective (ou SCR pour "Sélective Catalyst Réduction" en anglais) visent à réduire les oxydes d'azote (NOx) contenus dans les gaz d'échappement. [0002] Le fonctionnement du système SCR est basé sur une réaction chimique entre les oxydes d'azote et un réducteur prenant classiquement la forme d'ammoniac. L'injection de l'ammoniac dans la ligne d'échappement est généralement réalisée par l'intermédiaire d'une autre espèce chimique, telle que l'urée solubilisée dans de l'eau. [0003] Plus précisément, la solution d'urée injectée dans la ligne d'échappement se vaporise dans un premier temps pour se transformer en urée solide et en vapeur d'eau. Ensuite, l'urée se transforme en ammoniac (NH3) et en acide isocyanique (HNCO) dans le cadre d'une thermolyse. L'acide isocyanique et l'eau se transforment en ammoniac et en dioxyde de carbone à l'intérieur d'un catalyseur implanté sur la ligne d'échappement. L'ammoniac pourra ensuite réduire les oxydes d'azote (NOx) rejetés par le moteur en azote et en eau. [0004] Il est donc nécessaire d'attendre que les gaz d'échappement atteignent une certaine température au niveau de l'injecteur (au moins 170 degrés) avant de pouvoir assurer dans de bonnes conditions la vaporisation de la solution d'urée dans la ligne d'échappement. Avant que cette température soit atteinte, les oxydes d'azote ne seront pas traités, ce qui pose des problèmes d'efficacité du système de dépollution. [0005] Le document DE102009013260 enseigne le réchauffement de l'urée à une 25 température de 58 degrés Celsius minimum avant son injection dans la ligne d'échappement. Toutefois, une telle température ne permet pas d'obtenir une vaporisation optimale des gouttelettes dans la ligne d'échappement. [0006] Par ailleurs, les documents US20130118155 et EP975417 décrivent des procédés permettant de limiter la température de l'agent réducteur à des températures de l'ordre de 120 degrés en cas de températures très élevées des gaz d'échappement. De tels procédés permettent ainsi d'éviter une détérioration de l'agent réducteur. [0007] L'invention vise à remédier efficacement aux inconvénients précités en proposant un procédé de contrôle d'un injecteur de système de réduction catalytique muni d'un organe chauffant, qui comporte l'étape d'autoriser une injection d'une solution d'agent réducteur par ledit injecteur dans une ligne d'échappement de véhicule automobile lorsque la solution d'agent réducteur dans ledit injecteur a atteint une température qui est inférieure à une température d'ébullition de la solution d'agent réducteur sous une pression à l'intérieur dudit injecteur supérieure à une pression régnant dans la ligne d'échappement et qui est supérieure à une température d'ébullition de la solution d'agent réducteur sous la pression régnant dans la ligne d'échappement. [0008] L'invention permet ainsi, du fait du réchauffement de la solution d'agent réducteur préalablement à l'injection, de diminuer le besoin en calories des gaz d'échappement et donc d'accélérer la mise en fonctionnement du système de réduction catalytique. En outre, lors du passage de la solution d'agent réducteur depuis l'injecteur vers la ligne d'échappement, il se produit une vaporisation instantanée de la solution du fait des conditions de température et de pression à l'intérieur de l'injecteur. On améliore ainsi l'efficacité du système SCR. [0009] Selon une mise en oeuvre, la pression régnant dans l'injecteur est comprise entre 0.4 et 1.2 Mégapascals. Cela permet ainsi d'empêcher l'ébullition de la solution d'agent réducteur dans l'injecteur. [0010] Selon une mise en oeuvre, la température de la solution d'agent réducteur dans l'injecteur est de l'ordre de 135 degrés Celsius plus ou moins cinq degrés Celsius pour une pression de l'ordre de 0.5 Mégapascal. Cette température présente l'avantage de permettre d'obtenir le changement de régime de nébulisation des gouttelettes de réducteur à consommation électrique réduite, tout en garantissant la tenue thermique de l'injecteur. [0011] Selon une mise en oeuvre, l'injection de la solution d'agent réducteur dans la ligne d'échappement est autorisée lorsqu'une température des gaz d'échappement au niveau de l'injecteur est supérieure à une première valeur seuil et inférieure à une deuxième valeur seuil. [0012] Selon une mise en oeuvre, la première valeur seuil est comprise entre 130 et 150 degrés Celsius. [0013] Selon une mise en oeuvre, la première valeur seuil est de l'ordre de 140 degrés Celsius. [0014] Selon une mise en oeuvre, la deuxième valeur seuil est comprise entre 170 et 190 degrés Celsius. [0015] Selon une mise en oeuvre, la deuxième valeur seuil est de l'ordre de 175 degrés Celsius. [0016] Selon une mise en oeuvre, la solution d'agent réducteur est constituée d'urée en phase aqueuse. [0017] L'invention a également pour objet un calculateur comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. [0018] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. [0019] La figure 1 est une représentation schématique d'une ligne d'échappement intégrant un injecteur muni d'un organe chauffant commandé suivant le procédé selon la présente invention; [0020] La figure 2 est un diagramme de phase de l'eau indiquant l'état de l'eau en fonction de la température et la pression. [0021] La figure 1 représente une ligne d'échappement 1 d'un moteur thermique 2 sur laquelle est implanté un catalyseur 3 d'oxydation diesel (DOC) permettant l'oxydation d'hydrocarbure et de monoxyde de carbone en dioxyde de carbone et en eau. La ligne 1 comporte également un bloc de dépollution 5 intégrant un catalyseur 51 de système de réduction catalytique (SCR) et un filtre à particules 52. [0022] Un injecteur 6 est positionné entre le catalyseur 3 d'oxydation diesel (DOC) et le bloc de dépollution 5. Cet injecteur 6 est muni d'un organe chauffant 7 prenant par exemple de préférence la forme d'une résistance ou d'une bobine de chauffage par induction. On pourra se référer au document FR 1 352 168 pour plus de détails sur la structure d'un tel injecteur. [0023] Une boîte de mélange 4 est positionnée de préférence en amont du catalyseur 51. Cette boîte de mélange 4 permet d'augmenter la distance parcourue par les gaz d'échappement entre le point d'injection et le catalyseur 51 via l'établissement d'une trajectoire en forme de spirale. Cela facilite le mélange avec les gaz d'échappement ainsi que l'évaporation des gouttelettes de la solution d'agent réducteur. On pourra se référer au document FR 2 947 003 pour plus de détails sur la structure de la boîte de mélange 4. [0024] Le système SCR est adapté à injecter une solution d'agent réducteur dans la ligne d'échappement 1 afin de transformer les oxydes d'azote (NOx) rejetés par le moteur en azote et en eau. A cet effet, la solution d'agent réducteur est acheminée vers l'injecteur 6 via une canalisation au moyen d'un module jauge-pompe (non représenté) situé au niveau du coffre du véhicule. La solution d'agent réducteur est constituée d'urée solubilisée dans de l'eau. L'urée pourra prendre par exemple l'une de ses formes communes énumérées dans le document EP0975417. Le pourcentage massique de l'urée dans la solution est par exemple de l'ordre de 33%. [0025] Un calculateur 8 associé à une mémoire 9 assure notamment la commande du moteur thermique, ainsi qu'une gestion des différents éléments de post-traitement des gaz d'échappement. En particulier, le calculateur 8 gère l'injection de la quantité de réducteur dans la ligne d'échappement 1 en fonction des conditions de fonctionnement du moteur. Le calculateur 8 assure également la commande en température et en pression de l'injecteur 6. Une sonde 10 mesurant la température des gaz d'échappement au niveau de l'injecteur 6 est en relation avec le calculateur 8. La mémoire 9 stocke également des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention décrit ci-après. [0026] Conformément au procédé selon l'invention, l'injection d'une quantité de solution d'urée dans la ligne d'échappement 1 est autorisée dans le cas où une demande d'injection est effectuée par le calculateur 8, et la solution d'urée dans l'injecteur 6 a atteint une température qui est inférieure à une température d'ébullition de la solution d'agent réducteur sous une pression à l'intérieur de l'injecteur 6 supérieure à la pression régnant dans la ligne d'échappement 1 et qui est supérieure à une température d'ébullition de la solution d'urée sous la pression régnant dans la ligne d'échappement 1. En l'occurrence la pression régnant dans la ligne d'échappement 1 est sensiblement égale à la pression atmosphérique Patm. [0027] De préférence, la pression régnant dans l'injecteur 6 est comprise entre 4 et 12 bars, soit entre 0.4 et 1.2 Mégapascals. La température de la solution d'urée dans l'injecteur 6 est de l'ordre de 135 degrés Celsius plus ou moins cinq degrés Celsius pour une pression de l'ordre de 5 bars soit 0.5 Mégapascal (cf. point K1(T1; P1) sur la figure 2). Ainsi, pour la température T1 de la solution d'urée à l'intérieur de l'injecteur 6, le passage de la pression P1 à l'intérieur de l'injecteur 6 à la pression atmosphérique Patm (passage du point K1 vers K2 sur la figure 2) fait passer les gouttelettes de la solution d'urée d'un état liquide à l'état de vapeur pour une bonne vaporisation des gouttelettes à l'intérieur de la ligne d'échappement 1. Bien entendu, la température cible à l'intérieur de l'injecteur 6 dépend de la pression dans l'injecteur 6. [0028] L'injection de la solution d'urée est en outre de préférence autorisée lorsque la température des gaz d'échappement est supérieure à une première valeur seuil V1 et inférieure à une deuxième valeur seuil V2. La première valeur seuil V1 est comprise entre 130 et 150 degrés Celsius. La deuxième valeur seuil V2 est comprise entre 170 et 190 degrés Celsius. De préférence, la première valeur seuil V1 est de l'ordre de 140 degrés Celsius, et la deuxième valeur seuil V2 est de l'ordre de 175 degrés Celsius. [0029] Par ailleurs, l'injection d'agent réducteur dans la ligne 1 pourra être autorisée dans le cas où une demande d'injection est effectuée par le calculateur 8, et la température des gaz d'échappement est supérieure à la deuxième valeur seuil V2. Compte tenu de la montée en température des gaz d'échappement, il n'y a alors pas de condition particulière de température de la solution d'urée injectée. [0030] Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution par tous autres équivalents. REVENDICATIONS: 1. Procédé de contrôle d'un injecteur (6) de système de réduction catalytique muni d'un organe chauffant (7), caractérisé en ce qu'il comporte l'étape d'autoriser une injection d'une solution d'agent réducteur par ledit injecteur (6) dans une ligne d'échappement (1) de véhicule automobile lorsque la solution d'agent réducteur dans ledit injecteur (6) a atteint une température (T1) qui est inférieure à une température d'ébullition de la solution d'agent réducteur sous une pression (P1) à l'intérieur dudit injecteur (6) supérieure à une pression (Patm) régnant dans la ligne d'échappement (1) et qui est supérieure à une température d'ébullition de la solution d'agent réducteur sous la pression (Patm) régnant dans la ligne d'échappement (1). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression régnant dans l'injecteur (6) est comprise entre 0.4 et 1.2 Mégapascals. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la température de la solution d'agent réducteur dans l'injecteur (6) est de l'ordre de 135 degrés Celsius plus ou moins cinq degrés Celsius pour une pression de l'ordre de 0.5 Mégapascal. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'injection de la solution d'agent réducteur dans la ligne d'échappement (1) est autorisée lorsqu'une température des gaz d'échappement au niveau de l'injecteur (6) est supérieure à une première valeur seuil (V1) et inférieure à une deuxième valeur seuil (V2). 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la première valeur seuil (V1) est comprise entre 130 et 150 degrés Celsius. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la première valeur seuil (V1) est de l'ordre de 140 degrés Celsius. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la deuxième valeur seuil (V2) est comprise entre 170 et 190 degrés Celsius. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la deuxième valeur seuil (V2) est de l'ordre de 175 degrés Celsius. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la solution d'agent réducteur est constituée d'urée en phase aqueuse. 10. Calculateur (8) comportant une mémoire (9) stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes.