Brevet FR3061514A1 — publié le 20180706

PROCEDE DE DECRASSAGE D'UNE LIGNE D'ECHAPPEMENT D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE [0001] La présente invention se situe dans le domaine de la dépollution des gaz d'échappement de moteur à combustion interne. Plus précisément, l'invention porte sur un procédé de décrassage d'une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, avec les lignes d'échappement de moteurs à combustion interne de type diesel. [0002] Les véhicules thermiques sont soumis à des normes de dépollution contraignantes visant à limiter les émissions de polluants, tels que les oxydes d'azote (Nox). Afin de respecter ces réglementations, des systèmes de post-traitement des oxydes d'azote dits systèmes de réduction catalytique sélective (ou SCR pour "Selective Catalytic Reduction" en anglais), consistent à réduire chimiquement les oxydes d'azote en injectant dans la ligne d'échappement un liquide de dépollution à base d'urée, en amont d'un catalyseur spécifique. [0003] Au contact des gaz d'échappement à haute température, le liquide de dépollution s'évapore et l'urée se décompose pour former l'ammoniac. L'ammoniac rencontre alors le catalyseur permettant de le faire réagir avec les oxydes d'azote présents dans les gaz. [0004] Dans certaines conditions de roulage, il est possible que de l'urée solide se dépose dans les lignes d'échappement entre l'injecteur du liquide de dépollution et le 20 catalyseur en raison d'une température localement insuffisante pour évaporer et décomposer complètement le liquide de dépollution en ammoniac gazeux. [0005] Ces dépôts d'urée solide peuvent être éliminés par un apport important d'énergie, ce qui permet de terminer la décomposition pour produire l'ammoniac gazeux attendu. Cet apport d'énergie peut être obtenu lors des phases de régénération du filtre à particules. En 25 effet, la régénération du filtre à particules est nécessaire pour éliminer périodiquement les particules polluantes qui se sont accumulées sous forme de suies dans des canaux du filtre à particules. Lorsque la masse de suie accumulée dépasse un seuil, le filtre est chauffé afin de brûler les particules piégées au cours d'une phase dite de régénération du filtre à particules. Une technique possible consiste à chauffer le filtre à l'aide des gaz 30 d'échappement, en élevant la température de ces gaz. 3061514 2 [0006] Classiquement, pendant les phases de régénération, le surplus d'énergie à l'échappement nécessaire à l'élévation de température par rapport au fonctionnement normal du moteur est fourni par l'utilisation de post-injections, c'est-à-dire d'injections de carburant tardives, après le point mort haut du cycle, ou par une dégradation du 5 rendement de la combustion, ou encore par une injection de carburant directement dans la ligne d'échappement. [0007] La température de la ligne d'échappement atteint alors des niveaux tels que les dépôts solides d'urée sont rapidement éliminés. A l'ammoniac obtenu par décomposition de ces dépôts d'urée solide s'ajoute l'ammoniac qui était déjà stocké par le catalyseur 10 avant le début de la régénération du filtre à particules. Or, dans ces conditions, les quantités d'ammoniac gazeux obtenues sont telles que le catalyseur ne peut pas les stocker, de sorte que l'ammoniac est alors libéré dans l'atmosphère. On se trouve alors dans une phase dite de relargage d'ammoniac. [0008] En effet, comme cela est représenté sur la figure 1, durant une phase P1, le filtre 15 à particules se charge progressivement en suies au fur et à mesure du roulage, de sorte que la masse de suies M su augmente progressivement. La masse d'ammoniac M NH3 stockée réellement dans le système SCR dérive progressivement par rapport à une consigne prédéterminée V cons. Des dépôts d'urée M_ur apparaissent alors dans la ligne d'échappement. [0009] Lorsque la masse de suies M su dans le filtre à particules atteint une valeur seuil S1, une phase P2 de régénération du filtre à particules est déclenchée (RG FAP). Au cours de cette phase P2, la température Temp L de la ligne d'échappement augmente rapidement jusqu'à une température de consigne T s, de l'ordre de 600°C, de sorte qu'il se produit une combustion des suies. [0010] A cette température, le système SCR ne peut plus conserver l'ammoniac stocké qui est alors relargué dans l'atmosphère. Les dépôts d'urée solides M_ur dans la ligne d'échappement sont également rapidement décomposés et génèrent de l'ammoniac gazeux que le système SCR n'est pas capable de stocker. Un pic important d'ammoniac gazeux relargué Rel NH3 apparait alors à la canule. [0011] L'ammoniac présente l'inconvénient d'être facilement détecté par le nez et son odeur est très désagréable. En outre, l'ammoniac est susceptible d'irriter le système respiratoire à très fortes doses. 3061514 3 [0012] L'invention vise à résoudre ce problème de relargage important d'ammoniac en proposant un procédé de décrassage d'une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne, notamment d'un véhicule automobile, la ligne d'échappement étant pourvue d'un filtre à particules et d'un système de réduction catalytique sélective 5 comportant un injecteur apte à injecter un liquide de dépollution à base d'urée et un catalyseur, caractérisé en ce que, pour éliminer un dépôt de liquide de dépollution solide susceptible d'apparaitre dans la ligne d'échappement, le procédé comporte une étape de déclenchement de phases de décrassage de la ligne d'échappement par augmentation d'une température dans la ligne d'échappement, chaque phase de décrassage étant 10 déclenchée avant qu'une masse de suies dans le filtre à particules ait atteint un seuil de déclenchement d'une régénération du filtre à particules. [0013] L'invention permet ainsi, grâce au déclenchement des phases de décrassage avant la régénération du filtre à particules, de fractionner la quantité d'ammoniac relarguée dans l'atmosphère et donc de réduire le risque d'odeur lié à l'ammoniac lors des phases 15 de régénération du filtre à particules. L'invention permet également d'obtenir un meilleur suivi de la masse d'ammoniac stockée dans le catalyseur par rapport à la consigne ainsi qu'une meilleure efficacité de traitement global des oxydes d'azote. [0014] Selon une mise en oeuvre, une nouvelle phase de décrassage de la ligne d'échappement est déclenchée lorsqu'une distance prédéterminée a été parcourue depuis 20 une dernière phase de décrassage ou une dernière régénération du filtre à particules, et qu'une vitesse moyenne sur la distance prédéterminée est inférieure à un seuil. [0015] Selon une mise en oeuvre, une nouvelle phase de décrassage de la ligne d'échappement est déclenchée lorsqu'une durée prédéterminée s'est écoulée depuis une dernière phase de décrassage ou une dernière régénération du filtre à particules. 25 [0016] Selon une mise en oeuvre, une nouvelle phase de décrassage est déclenchée lorsqu'un volume prédéterminé de liquide de dépollution a été injecté depuis une dernière phase de décrassage ou une dernière régénération du filtre à particules. [0017] Selon une mise en oeuvre, une nouvelle phase de décrassage est déclenchée lorsqu'un volume prédéterminé de liquide de dépollution a été injecté en-dessous d'une 30 température seuil des gaz d'échappement en entrée du catalyseur. 3061514 4 [0018] Selon une mise en oeuvre, une nouvelle phase de décrassage est déclenchée dans le cas où le véhicule est en mouvement. [0019] Selon une mise en oeuvre, une nouvelle phase de décrassage est déclenchée lorsqu'un roulage est favorable, notamment lorsqu'une vitesse moyenne depuis un 5 démarrage du véhicule est supérieure à un seuil. [0020] Selon une mise en oeuvre, une nouvelle phase de décrassage est déclenchée dans le cas où une estimation d'un roulage futur est favorable, notamment par interprétation d'une destination renseignée dans un système de navigation, et/ou prédiction d'une suite de trajet, et/ou détection d'une activation d'un mode de conduite 10 sportive depuis une durée inférieure à un seuil. [0021] Selon une mise en oeuvre, le procédé comporte une étape d'inhibition des phases de décrassage lorsqu'un niveau de dilution d'huile moteur estimé dépasse un seuil ou lorsqu'une projection d'une estimation du niveau d'huile moteur sur le long terme indique que le niveau de dilution deviendra rapidement supérieur à au seuil. 15 [0022] L'invention a également pour objet un calculateur moteur pour véhicule automobile comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé de décrassage de la ligne d'échappement tel que précédemment défini. [0023] 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 20 mais nullement limitatif de l'invention. [0024] La figure 1, déjà décrite, est un diagramme temporel illustrant l'évolution de plusieurs paramètres au sein de la ligne d'échappement lors de la mise en oeuvre d'un procédé de décrassage de la ligne d'échappement selon l'état de la technique; [0025] La figure 2 est une représentation schématique d'une ligne d'échappement 25 comportant un système de dépollution des gaz d'échappement piloté suivant le procédé de décrassage de la ligne d'échappement selon la présente invention; [0026] La figure 3 est un diagramme temporel illustrant l'évolution de plusieurs paramètres au sein de la ligne d'échappement lors de la mise en oeuvre d'un procédé de décrassage de la ligne d'échappement selon l'invention. 3061514 5 [0027] La figure 2 représente une ligne d'échappement 1 d'un moteur à combustion interne 2 sur laquelle est implanté un système de dépollution 5 intégrant par exemple un catalyseur 51 de système de réduction catalytique sélective (SCR) et un filtre à particules 52. Un injecteur 6 de liquide de dépollution est positionné en amont du système de 5 dépollution 5. [0028] Une boîte de mélange 4 pourra être 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 10 que l'évaporation des gouttelettes du liquide de dépollution. [0029] Le système SCR est adapté à injecter le liquide de dépollution dans la ligne d'échappement 1 afin de transformer les oxydes d'azote (NOx) rejetés par le moteur 2 en azote et en eau. Le liquide de dépollution est constitué d'urée solubilisée dans de l'eau. Le liquide de dépollution pourra par exemple consister en un mélange de 32,5% d'urée et de 15 67,5% d'eau. [0030] Un calculateur 8 assure notamment la commande du moteur à combustion interne 2, 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 liquide de dépollution dans la ligne d'échappement 1 en fonction des conditions de fonctionnement 20 du moteur 2 ainsi que les différents modes de combustion du moteur 2. Le calculateur 8 comporte une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention. [0031] On décrit ci-après, en référence avec la figure 3, les étapes du procédé de décrassage de la ligne d'échappement 1 selon l'invention permettant une réduction du 25 risque d'odeur liée à l'ammoniac lors des passages en régénération du filtre à particules 52, et un meilleur suivi de la masse d'ammoniac stocké dans le catalyseur 51. [0032] Durant une phase P1, le filtre à particules 52 se charge progressivement en suies au fur et à mesure du roulage de sorte que la masse de suies M su augmente progressivement. La masse d'ammoniac M NH3 stockée réellement dans le système SCR 30 dérive progressivement par rapport à une consigne prédéterminée V cons. Des dépôts d'urée M ur apparaissent alors dans la ligne d'échappement 1. 3061514 6 [0033] Au cours d'une phase P2, le calculateur 8 déclenche alors une phase de décrassage de la ligne d'échappement 1. Durant cette phase P2, la température Temp_L de la ligne d'échappement 1 augmente rapidement et les suies commencent à brûler de sorte que leur masse M su diminue. Cette phase de décrassage consiste à lancer une 5 courte régénération (RG FAP) du filtre à particules 52 ayant une durée comprise entre 1 et 5 minutes, et valant de préférence 3 minutes. La température du système SCR à atteindre lors d'une phase de décrassage est supérieure à 500°C, notamment de l'ordre de 600°C. [0034] Par ailleurs, l'ammoniac stocké dans le système SCR est relargué mais, comme 10 la masse réelle M_NH3 a moins dérivé par rapport à la consigne V cons, la quantité relarguée Rel_NH3 est plus faible. Les dépôts d'urée solides sont également éliminés (M ur devient nul), mais comme il y a moins de dépôts à vaporiser, l'ammoniac relargué induit est plus faible. On observe ainsi un faible pic d'ammoniac relargué total Rel_NH3 à la canule correspondant à la somme de la quantité d'ammoniac stocké dans le système 15 SCR et d'ammoniac résultant de la décomposition des dépôts d'urée solide dans la ligne d'échappement 1. [0035] Une fois la phase de décrassage terminée, on entre dans une phase P3 analogue à la phase P1, au cours de laquelle on observe une nouvelle augmentation de la masse de suies M su dans le filtre à particules 52 et de la masse d'urée solide M_ur dans la ligne 20 d'échappement 1. Par ailleurs, la masse d'ammoniac M_NH3 stockée réellement dans le système SCR dérive progressivement par rapport à la consigne V cons. [0036] Une nouvelle phase de décrassage P4 de la ligne d'échappement 1 analogue à la phase P2 est ensuite déclenchée. Il est à noter que ces phases de décrassage P2, P4 se sont déclenchées alors que la masse de suies M su n'avait pas atteint un seuil S1 de 25 déclenchement d'une régénération du filtre à particules 52. [0037] On observe ensuite une phase P5 analogue à la phase P3, sauf que le niveau de masse de suies M su dans le filtre à particule 52 augmente suffisamment pour atteindre le seuil S1 de déclenchement de la régénération du filtre à particules 52, observable lors d'une phase P6. La durée de la phase P6 est de l'ordre de 10 à 20 minutes, ce qui est bien 30 supérieur à la durée de chaque phase de décrassage P2, P4. [0038] Durant cette phase P6, la température Temp_L de la ligne d'échappement 1 augmente rapidement jusqu'à une température de consigne T s, de l'ordre de 600°C pour 3061514 7 permettre une combustion de suies. A cette température, le système SCR ne peut plus conserver l'ammoniac stocké qui est alors relargué dans l'atmosphère. Les dépôts d'urée solides M ur dans la ligne d'échappement 1 sont également rapidement décomposés et génèrent de l'ammoniac gazeux que le système SCR n'est pas capable de stocker. 5 [0039] Un pic d'ammoniac gazeux apparait alors à la canule. On observe que l'amplitude de ce pic est fortement réduite par rapport au cas sans décrassage de la figure 1. Ainsi, l'invention permet, grâce aux phases de décrassage se produisant avant la phase de régénération, de fractionner l'ammoniac relargué global en plusieurs occurrences de moindre amplitude. 10 [0040] Le déclenchement d'une nouvelle phase de décrassage P2, P4 pourra être réalisé lorsqu'une distance prédéterminée a été parcourue depuis une dernière phase de décrassage de la ligne d'échappement 1 ou une dernière régénération du filtre à particules 52, et qu'une vitesse moyenne sur la distance prédéterminée est inférieure à un seuil. La distance prédéterminée pourra être comprise entre 150 km et 250 km et valoir de 15 préférence 200 km, et le seuil de vitesse moyenne pourra par exemple valoir 60 km/h. Bien entendu, la toute première phase de décrassage de la ligne d'échappement 1 est déclenchée après que la distance prédéterminée a été parcourue depuis le démarrage du moteur 2 du véhicule. [0041] Alternativement, une nouvelle phase de décrassage P2, P4 pourra être 20 déclenchée lorsqu'une durée prédéterminée s'est écoulée depuis une dernière phase de décrassage ou une dernière régénération du filtre à particules 52. Par exemple, lors d'un roulage en ville à une vitesse moyenne de 50 km/h, cette durée pourra être comprise entre 3h et 5h. Lors d'un roulage sur autoroute, cette durée sera plus longue car la ligne d'échappement 1 a moins tendance à s'encrasser compte tenu des températures de 25 fonctionnement supérieures de la ligne d'échappement. [0042] Une nouvelle phase de décrassage P2, P4 pourra être déclenchée lorsqu'un volume prédéterminé de liquide de dépollution, par exemple valant 100 mL, a été injecté depuis une dernière phase de décrassage ou une dernière régénération du filtre à particules 52. La phase de décrassage P2, P4 est de préférence déclenchée lorsque ce 30 volume de liquide de dépollution a été injecté en-dessous d'une température seuil des gaz d'échappement en entrée du catalyseur 51. Cette température seuil pourra être comprise entre 200°C et 300°C, et valoir de préférence 250°C 3061514 8 [0043] Il est à noter que lors de chaque phase de décrassage P2, P4, une partie des suies est brûlée, ce qui permet de retarder la régénération du filtre à particules 52. Toutefois, cette méthode est une cause de dilution de l'huile plus importante que lors des régénérations du filtre à particules 52, dans la mesure où l'on commande des post- 5 injections sans avoir une bonne efficacité de combustion des suies. On peut donc choisir d'inhiber les phases de décrassage lorsqu'un niveau de dilution d'huile moteur estimé dépasse un seuil ou lorsqu'une projection d'une estimation du niveau d'huile moteur sur le long terme indique que le niveau de dilution deviendra rapidement supérieur au seuil. [0044] Afin d'éviter le risque d'odeur toujours présent malgré une amplitude d'ammoniac 10 relargué réduite, on peut choisir de déclencher les phases de décrassage que si les conditions sont favorables, à savoir réaliser le relargage de l'ammoniac lorsque le véhicule est en mouvement. Par exemple, une nouvelle phase de décrassage pourra être déclenchée notamment lorsqu'une vitesse moyenne depuis un démarrage du véhicule est supérieure à un seuil. Alternativement, une nouvelle phase de décrassage pourra être 15 déclenchée dans le cas où une estimation d'un roulage futur est favorable, notamment par interprétation d'une destination renseignée dans un système de navigation, et/ou prédiction d'une suite de trajet, et/ou détection d'une activation d'un mode de conduite sportive depuis une durée inférieure à un seuil. [0045] Suivant certaines mises en oeuvre, les stratégies de déclenchement d'une phase 20 de décrassage pourront bien entendu être combinées les unes avec les autres. REVENDICATIONS: 1. Procédé de décrassage d'une ligne d'échappement (1) d'un moteur à combustion interne (2), notamment d'un véhicule automobile, ladite ligne d'échappement (1) étant pourvue d'un filtre à particules (52) et d'un système de réduction catalytique sélective (5) comportant un injecteur (6) apte à injecter un liquide de dépollution à base d'urée et un catalyseur (51), caractérisé en ce que, pour éliminer un dépôt de liquide de dépollution solide susceptible d'apparaitre dans ladite ligne d'échappement (1), ledit procédé comporte une étape de déclenchement de phases de décrassage de ladite ligne d'échappement (1) par augmentation d'une température (Temp L) dans ladite ligne d'échappement (1), chaque phase de décrassage étant déclenchée avant qu'une masse de suies (M su) dans ledit filtre à particules (52) ait atteint un seuil (S1) de déclenchement d'une régénération dudit filtre à particules (52). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une nouvelle phase de décrassage de ladite ligne d'échappement (1) est déclenchée lorsqu'une distance prédéterminée a été parcourue depuis une dernière phase de décrassage ou une dernière régénération dudit filtre à particules (52), et qu'une vitesse moyenne sur ladite distance prédéterminée est inférieure à un seuil. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une nouvelle phase de décrassage de ladite ligne d'échappement (1) est déclenchée lorsqu'une durée prédéterminée s'est écoulée depuis une dernière phase de décrassage ou une dernière régénération dudit filtre à particules (52). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une nouvelle phase de décrassage est déclenchée lorsqu'un volume prédéterminé de liquide de dépollution a été injecté depuis une dernière phase de décrassage ou une dernière régénération dudit filtre à particules (52). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une nouvelle phase de décrassage est déclenchée lorsqu'un volume prédéterminé de liquide de dépollution a été injecté en-dessous d'une température seuil des gaz d'échappement en entrée dudit catalyseur (51). 3061514 10 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'une nouvelle phase de décrassage est déclenchée dans le cas où ledit véhicule est en mouvement. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une nouvelle phase de 5 décrassage est déclenchée lorsqu'un roulage est favorable, notamment lorsqu'une vitesse moyenne depuis un démarrage dudit véhicule est supérieure à un seuil. 8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'une nouvelle phase de décrassage est déclenchée dans le cas où une estimation d'un roulage futur est favorable, notamment par interprétation d'une destination renseignée dans un système 10 de navigation, et/ou prédiction d'une suite de trajet, et/ou détection d'une activation d'un mode de conduite sportive depuis une durée inférieure à un seuil. 9. Procédé de décrassage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'inhibition desdites phases de décrassage lorsqu'un niveau de dilution d'huile moteur estimé dépasse un seuil ou lorsqu'une 15 projection d'une estimation dudit niveau d'huile moteur sur le long terme indique que ledit niveau de dilution deviendra rapidement supérieur à audit seuil. 10. Calculateur moteur pour véhicule automobile comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre dudit procédé de décrassage de la ligne d'échappement (1) tel que défini selon l'une quelconque des revendications 20 précédentes.