Brevet FR3032226A1 — publié le 20160805

PROCEDE DE MISE EN FONCTIONNEMENT D'UN DISPOSITIF DE TRAITEMENT DE GAZ D'ECHAPPEMENT. [0001] L'invention porte sur un procédé de mise en fonctionnement d'un dispositif de traitement de gaz d'échappement, le dispositif de traitement étant logé à l'intérieur d'une ligne d'échappement équipant un moteur à combustion interne dont est pourvu un véhicule automobile, le dispositif de traitement comprenant un premier organe de traitement pour oxyder du monoxyde de carbone, oxyder des hydrocarbures imbrûlés, transformer du monoxyde d'azote en dioxyde d'azote et/ou stocker des oxydes d'azote, un deuxième organe de traitement pour piéger le dioxyde d'azote et traiter les oxydes d'azote lors d'un 10 fonctionnement du moteur à combustion interne en mode riche, un troisième organe de traitement pour injecter un agent réducteur, mélanger l'agent réducteur et les gaz d'échappement et transformer l'agent réducteur, et un quatrième organe de traitement comprenant un catalyseur de réduction pour réduire les oxydes d'azote et un filtre à particules pour retenir des particules. 15 [0002] Le document FR 2,970,298 décrit une ligne d'échappement qui équipe un moteur à combustion interne dont est pourvu un véhicule automobile. Le moteur à combustion interne produit des gaz d'échappement qui sont évacués hors du moteur à combustion interne vers un environnement extérieur par l'intermédiaire de la ligne d'échappement. Les gaz d'échappement contiennent des polluants, tels que des hydrocarbures imbrûlés, des 20 particules de suie, du monoxyde de carbone et des oxydes d'azote ou analogue, qu'il est préférable de ne pas rejeter dans l'environnement extérieur. Pour ce faire, la ligne d'échappement loge un dispositif de traitement des gaz d'échappement. [0003] Le dispositif de traitement comporte un organe de catalyse d'oxydation qui comprend un pain catalyseur d'oxydation réalisé à partir d'un matériau adsorbeur d'oxydes 25 d'azote. Le catalyseur d'oxydation est un catalyseur trois-voies contribuant à une diminution de la quantité de trois polluants à l'intérieur des gaz d'échappement, à savoir les oxydes d'azote, le monoxyde de carbone et les hydrocarbures imbrulés. [0004] Le dispositif de traitement comprend également un organe de réduction catalytique sélective disposé en aval de l'organe de catalyse d'oxydation selon un sens 30 d'écoulement des gaz d'échappement à l'intérieur de la ligne d'échappement. L'organe de réduction catalytique sélective est prévu pour réduire les oxydes d'azote. L'organe de réduction catalytique sélective est associé à un injecteur qui est apte à délivrer à l'intérieur de la ligne d'échappement un agent réducteur, tel que de l'urée ou analogue, pour améliorer une réduction des oxydes d'azote par l'organe de réduction catalytique sélective. [0005] Le dispositif de traitement comprend enfin un filtre à particules pour retenir des particules. [0006] Le dispositif de traitement des gaz d'échappement mérite d'être amélioré pour être efficace sur une gamme de température des gaz d'échappement qui soit la plus large possible, ceci pour dépolluer les gaz d'échappement depuis les températures froides au démarrage moteur jusqu'à des roulages autoroute avec des températures plus élevées. [0007] Un but de la présente invention est de proposer un procédé de fonctionnement d'un dispositif de traitement de gaz d'échappement qui est logé à l'intérieur d'une ligne d'échappernent à l'intérieur de laquelle circulent les gaz d'échappement produits par un 10 moteur à combustion interne, le procédé de fonctionnement permettant une conversion et/ou une rétention de polluants contenus à l'intérieur des gaz d'échappement, quelle que soit la température des gaz d'échappement, notamment comprise entre 20°C et 600°C. [0008] Un procédé de la présente invention est un procédé de mise en fonctionnement d'un dispositif de traitement de gaz d'échappernent. Le dispositif de traitement est logé à 15 l'intérieur d'une ligne d'échappement équipant un moteur à combustion interne dont est pourvu un véhicule automobile. Le dispositif de traitement comprend un premier organe de traitement pour oxyder du monoxyde de carbone, oxyder des hydrocarbures imbrûlés, transformer du monoxyde d'azote en dioxyde d'azote et/ou stocker dés oxydes d'azote, un deuxième organe de traitement pour piéger le dioxyde d'azote et traiter les oxydes d'azote 20 lors d'un fonctionnement du moteur à combustion interne en mode riche, un troisième organe de traitement pour injecter un agent réducteur, mélanger l'agent réducteur et les gaz d'échappement et transformer l'agent réducteur, et un quatrième organe de traitement comprenant un catalyseur de réduction pour réduire les oxydes d'azote et un filtre à particules pour retenir des particules. 25 [0009] Selon la présente invention, le procédé de fonctionnement comprend une première phase de fonctionnement, lorsqu'une température des gaz d'échappement est comprise entre une température initiale et une première température-seuil, au cours de laquelle le premier organe de traitement est actif. [0010] Le procédé de fonctionnement comprend avantageusement une deuxième phase 30 de fonctionnement, lorsque la température des gaz d'échappement est comprise entre la première température-seuil et une deuxième température-seuil, au cours de laquelle le second organe de traitement est actif et stocke le dioxyde d'azote, et convertit le dioxyde d'azote en diazote lors de la mise en fonctionnement du moteur à combustion interne en mode riche. [0011] Le procédé de fonctionnement comprend avantageusement une étape d'injection d'agent réducteur à l'intérieur de la ligne d'échappement, qui est réalisée lorsque la température des gaz d'échappement est inférieure à la deuxième température-seuil. [0012] Le procédé de fonctionnement comprend avantageusement une troisième phase de fonctionnement lorsque la température des gaz d'échappement est supérieure à la deuxième température-seuil au cours de laquelle l'injecteur et le mixeur sont actifs et lors d'une mise en fonctionnement du moteur à combustion interne en mode pauvre. [0013] Un dispositif de traitement pour la réalisation d'un tel procédé de fonctionnement est caractérisé en ce que le premier organe de traitement est d'une longueur prise selon un sens de circulation des gaz d'échappement à l'intérieur de la ligne d'échappement qui est comprise entre 2,5 centimètres et 12 centimètres. [0014] De préférence, le premier organe de traitement, le deuxième organe de traitement, le troisième organe de traitement et le quatrième organe de traitement sont disposés successivement à l'intérieur de la ligne d'échappement selon le sens de circulation des gaz d'échappement à l'intérieur de la ligne d'échappement. [0015] Une ligne d'échappement de la présente invention est équipée d'un tel dispositif de traitement. [0016] Un moteur à combustion interne de la présente invention est équipé d'une telle ligne d'échappement. [0017] Un véhicule automobile de la présente invention est équipé d'un tel moteur à combustion interne. [0018] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va en être faite d'exemples de réalisation, en relation avec les figures des planches annexées, dans lesquelles : [0019] La figure 1 est une vue schématique d'une ligne d'échappement de la présente invention. [0020] La figure 2 est une vue schématique d'un procédé de mise en fonctionnement de la ligne d'échappement illustrée sur la figure 1. [0021] Sur la figure 1, un véhicule automobile est équipé d'un moteur à combustion interne 1 pour pourvoir à son déplacement. Le moteur à combustion interne 1 est préférentiellement un moteur Diesel. Le moteur à combustion interne est équipé d'une ligne d'échappement 2 qui est prévue pour canaliser une circulation de gaz d'échappement 3 depuis le moteur à combustion interne 1 vers un environnement extérieur 4. Les gaz d'échappement 3 contiennent des polluants, tels que des hydrocarbures imbrûlés, des particules de suie, du monoxyde de carbone et des oxydes d'azote NON, qu'il est préférable de ne pas rejeter dans l'environnement extérieur 4. [0022] La ligne d'échappement 2 loge un dispositif de traitement 5 des gaz d'échappement 3 pour retenir les polluants préalablement à une évacuation des gaz d'échappement 3 vers l'environnement extérieur 4. Le dispositif de traitement 5 comprend une pluralité d'organes de traitement PNA, LNT, MIX et SCRF qui sont successivement répartis à l'intérieur de la ligne d'échappement 2 selon un sens de circulation 7 des gaz d'échappement 3 à l'intérieur de la ligne d'échappement 2, dont un premier organe de traitement PNA, un deuxième organe de traitement LNT, un troisième organe de traitement MIX et un quatrième organe de traitement SCRF. [0023] Les gaz d'échappement 3 circulent à l'intérieur de la ligne d'échappement 2 en étant portés à une température des gaz Tg' qui est mesurée directement en amont du premier organe de traitement PNA par l'intermédiaire d'une sonde de température S. [0024] Le premier organe de traitement PNA est un organe d'adsorption passive d'après l'acronyme anglo-saxon de « Passive NOx Adsorber » qui est apte à retenir les oxydes d'azote à basse température, notamment lorsque la température des gaz Tg' est une température ambiante de l'ordre de 25°C à +/- 10°C,et à désorber les oxydes d'azote lorsque la température des gaz Tg' est de l'ordre de 250°C à +/- 10°C près. Le premie organe de traitement PNA est également apte à oxyder le monoxyde de carbone, les hydrocarbures et à réaliser un ratio NO2/NON proche de 0,5 à partir d'une température des gaz Tg' de l'ordre de 150°C à +/- 10°C près. [0025] Plus particulièrement, le premier organe de traitement PNA est préférentiellement de petite taille et présente une longueur E comprise entre 2,5 centimètres et 12 centimètres. La faible longueur du premier organe de traitement PNA et les propriétés thermique du matériau qui le constitue (Cordiérite, titanate d'aluminum...) permettent un amorçage rapide du premier organe de traitement PNA, c'est à dire un passage d'une température du premier organe de traitement Tgata au-dessus de 150°C à +/- 30°C II en découle que la température du premier organe de traitement ''ta est rapidement supérieure à une température d'amorçage au-delà de laquelle le premier organe de traitement PNA réalise une oxydation du monoxyde de carbone en dioxyde de carbone, une oxydation des hydrocarbures imbrûlés et une conversion du monoxyde d'azote en dioxyde d'azote. [0026] Plus particulièrement, le premier organe de traitement PNA est un catalyseur d'oxydation à base de métaux précieux de type Platine, Palladium, avec ou sans Rhodium. Le premier organe de traitement PNA comporte également des matériaux qui ont la capacité de stocker les oxydes d'azote NON. Ces matériaux sont de type Cérium et/ou Baryum. Ces matériaux stockent les oxydes d'azote NOx jusqu'à une température de gaz Tg' qui est inférieure à 250°C, puis les oxydes d'azob NOx sont destockés thermiquement. Le premier organe de traitement PNA après le passage de sa température d'amorçage convertit le monoxyde de carbone et les hydrocarbures imbrûlés en eau et en dioxyde de carbone. Le premier organe de traitement PNA convertit également le monoxyde d'azote issu du moteur en dioxyde d'azote. [0027] Le second organe de traitement LNT est disposé en aval du premier organe de traitement PNA selon le sens de circulation 7 des gaz d'échappement 3 à l'intérieur de la ligne d'échappement 2. Le second organe de traitement LNT est un organe de piégeage qui est destiné à retenir le dioxyde d'azote à basse et moyenne température, c'est-à-dire typiquement à des températures inférieures à 350°C environ, à +/- 20°C près. Lorsque la température de gaz Tg' est supérieure à une première température-seuil Tiseuil, qui est par exemple de l'ordre de 200°C à +/- 20°C, le moteur àcombustion interne 1 fonctionne en mode riche de façon intermittente. Des phases de fonctionnement du moteur à combustion interne 1 avec une richesse proche de 1 à +/-10% près permettent de déstocker les oxydes d'azote NOx présents sur le deuxième organe de traitement LNT et également de les convertir en diazote. [0028] Plus particulièrement, le deuxième organe de traitement LNT est un catalyseur d'oxydation de type LNT d'après l'acronyme anglo-saxon « Lean NOx Trap ». Le deuxième organe de traitement LNT est également composé de métaux précieux de type Platine, Palladium et/ou Rhodium. Le deuxième organe de traitement LNT comporte également des matériaux de stockage de type Cérium et/ou Baryum. L'état chimique du Cérium et du Baryum permet une liaison plus forte avec les NO2. Le déstockage des oxydes d'azote NOx et leur conversion en azote et en oxygène sont réalisés lors de phase transitoire en mode riche ou proche d'une richesse égale à 1 à +/-10% près du moteur à combustion interne 1. Le deuxième organe de traitement LNT capte majoritairement le dioxyde d'azote présent dans les gaz d'échappement 3. Le dioxyde d'azote est obtenu lors du passage des NOx à travers le premier organe de traitement PNA. [0029] Le quatrième organe de traitement SCRF est précédé d'un troisième organe de traitement MIX qui est un système d'injection, de mélange et de transformation d'un agent réducteur. Le troisième organe de traitement MIX comprend un injecteur 8 de l'agent réducteur, tel que de l'urée ou analogue, à l'intérieur de la ligne d'échappement 2. Le troisième organe de traitement MIX comprend également un mixeur 9 pour mélanger l'agent réducteur aux gaz d'échappement 3. Le troisième organe de traitement MIX est disposé en aval du second organe de traitement LNT selon le sens de circulation 7 des gaz d'échappement 3 à l'intérieur de la ligne d'échappement 2. L'injecteur 8 délivre l'agent réducteur lorsque la température des gaz d'échappement Tg' excède une température d'injection T,,, qui est inférieure de 10°C à 20°C à une deuxième èmpérature-seuil T2seuil. La deuxième température-seuil T2seuil est notamment égale à 250°C à +/- 20°C près. Ceci est le domaine dans lequel est fixée la température d'injection de l'agent réducteur. Après une autorisation d'injection de l'agent réducteur, une consigne est envoyée au moteur à combustion interne 1 via un contrôle-moteur pour arrêter les passages en riche. Ces passages en richesse supérieure à ou proche de 1 à +/- 10% près permettent de purger le LNT. [0030] Le quatrième organe de traitement SCRF comprend un catalyseur de réduction 6 qui est apte à réduire les oxydes d'azote grâce à l'agent réducteur en diazote et en eau. Le quatrième organe de traitement SCRF est activé lorsque la température des gaz d'échappement Tg' au niveau de l'entrée du quatrième organe de traitement SCRF excède 150°C. L'efficacité du quatrième organe de taitement SCRF est conditionnée par la disponibilité de l'agent réducteur. Le quatrième organe de traitement SCRF est actif qu'après autorisation d'injection de l'agent réducteur. [0031] Le quatrième organe de traitement SCRF comprend également un filtre à particules 10 qui est à même de retenir des particules préalablement à une évacuation des gaz d'échappement 3 depuis la ligne d'échappement 2 vers l'environnement extérieur 4. [0032] Sur la figure 2, un procédé de fonctionnement 100 comprend une première phase de fonctionnement 101 qui est mise en oeuvre lorsque la température des gaz d'échappement Tg' est inférieure à la première température-seuil Tisew, qui est de l'ordre de 200°C à +/- 20°C près, au cours de laquelle le pemier organe de traitement PNA et le second organe de traitement LNT stockent les oxydes d'azote. La première phase de fonctionnement 101 est mise en oeuvre dès que la température des gaz d'échappement Tg' est supérieure à une température initiale T,,,t, qui est de l'ordre de 150°C à +/- 20°C près. [0033] Le procédé de fonctionnement 100 comprend une deuxième phase de fonctionnement 102 qui est mise en oeuvre lorsque la température des gaz d'échappement Tg' est comprise entre la première température-seuil Tiseuil et la deuxième température-seuil T2seuil, au cours de laquelle le second organe de traitement LNT est actif et stocke le dioxyde d'azote, lors d'une mise en fonctionnement du moteur à combustion interne 1 en mode riche, les oxydes d'azote NO x sont déstockés et traités. La deuxième température-seuil T2se,,,, qui est de l'ordre de 250°C à +/- 20°C près, corespond à une température du mixeur 9 qui est de l'ordre de 220°C à +/- 20°C près. La deuxième phase de fonctionnement 102 comprend une étape d'injection 104 au cours de laquelle l'agent réducteur est délivré à l'intérieur de la ligne d'échappement 2. L'étape d'injection 104 est réalisée avant un arrêt des passages en mode riche d'une alimentation en carburant du moteur à combustion interne 1. [0034] Le procédé de fonctionnement 100 comprend une troisième phase de fonctionnement 103 qui est mise en oeuvre lorsque la température des gaz d'échappement Tg' est supérieure à la deuxième température-seuil T2seuil, au cours de laquelle l'injecteur 8 est actif et délivre l'agent réducteur à l'intérieur de la ligne d'échappement 2 de telle sorte que les oxydes d'azote sont réduits par le catalyseur de réduction 6. Au cours de la troisième phase de fonctionnement 103, le moteur à combustion interne 1 est en mode pauvre. Lorsque le moteur à combustion interne 1 fonctionne en mode pauvre, c'est-à-dire avec un déficit de carburant, le second organe de traitement LNT n'est plus purgé par un passage en mode riche du moteur à combustion interne 1. [0035] L'ensemble de ces dispositions est tel que le procédé de mise en fonctionnement 100 du dispositif de traitement 5 présente une efficacité maximale quelle que soit la température des gaz d'échappement Tg'. Procédé de mise en fonctionnement (100) d'un dispositif de traitement (5) de gaz d'échappement (3), le dispositif de traitement (5) étant logé à l'intérieur d'une ligne d'échappement (2) équipant un moteur à combustion interne (1) dont est pourvu un véhicule automobile, le dispositif de traitement (5) comprenant un premier organe de traitement (PNA) pour oxyder du monoxyde de carbone, oxyder des hydrocarbures imbrûlés, transformer du monoxyde d'azote en dioxyde d'azote et/ou stocker des oxydes d'azote, un deuxième organe de traitement (LNT) pour piéger le dioxyde 10 d'azote et traiter les oxydes d'azote lors d'un fonctionnement du moteur à combustion interne (1) en mode riche, un troisième organe de traitement (MIX) pour injecter un agent réducteur, mélanger l'agent réducteur et les gaz d'échappement (3) et transformer l'agent réducteur, et un quatrième organe de traitement (SCRF) comprenant un catalyseur de réduction (6) pour réduire les oxydes d'azote et un filtre à 15 particules (10) pour retenir des particules, caractérisé en ce que le procédé de fonctionnement (100) comprend une première phase de fonctionnement (101), lorsqu'une température des gaz d'échappement (Tgaz) est comprise entre une température initiale (T) et une première température-seuil (Tiseuii), au cours de laquelle le premier organe de traitement (PNA)-est actif. 20 2. Procédé de mise en fonctionnement (100) selon la REVENDICATIONS1. caractérisé en ceque le procédé de fonctionnement (100) comprend une deuxième phase de fonctionnement (102), lorsque la température des gaz d'échappement (Tg') est comprise entre la première température-seuil (Tiseuil) et une deuxième température-seuil (T2seuii), au cours de laquelle le second organe de traitement (LNT) est actif et 25 stocke le dioxyde d'azote, et convertit le dioxyde d'azote en diazote lors de la mise en fonctionnement du moteur à combustion interne (1) en mode riche. 3. Procédé de mise en fonctionnement (100) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le procédé de fonctionnement (100) comprend une étape d'injection (104) d'agent réducteur à l'intérieur de la ligne d'échappement (2), qui est réalisée lorsque la 30 température des gaz d'échappement (Tg') est inférieure à la deuxième-teFnpérature- seuil (T2seuil).4. Procédé de mise en fonctionnement (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le procédé de fonctionnement (100) comprend une troisième phase de fonctionnement (103) lorsque la température des gaz d'échappement (Tg') est supérieure à la deuxième température-seuil (T2seuii) au cours de laquelle l'injecteur (8) et le mixeur (9) sont actifs et lors -d'une mise en fonctionnement du moteur à combustion interne (1) en mode pauvre. 5. Dispositif de traitement (5) pour la réalisation d'un procédé de mise en fonctionnement (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier organe de traitement (PNA) est d'une longueur (E) prise selon un sens de circulation (7) des gaz d'échappement (3) à l'intérieur de la ligne d'échappement (2) qui est comprise entre 2,5 centimètres et 12 centimètres. 6. Dispositif de traitement (5) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le premier organe de traitement (PNA), le deuxième organe de traitement (LNT), le troisième organe de traitement (MIX) et le quatrième organe de traitement (SCRF) sont disposés successivement à l'intérieur de la ligne d'échappement (2) selon le sens de circulation (7) des gaz d'échappement (3) à l'intérieur de la ligne d'échappement (2). 7. Ligne d'échappement (2) équipée d'un dispositif de traitement (5) selon l'une quelconque des revendications 5 et 6. 8. Moteur à combustion interne (1) équipé d'une ligne d'échappement (2) selon la revendication 7. 9. Véhicule automobile équipé d'un moteur à combustion interne (1) selon la revendication 8.