Brevet FR3098854A1 — publié le 20210122

Description Titre de l'invention : Système de dépollution de gaz d'échappement Domaine technique [0001] La présente invention concerne le domaine des systèmes de dépollution de gaz d'échappement. De tels systèmes sont aptes à être disposés sur une canalisation de gaz d'échappement, en sortie d'un moteur à combustion interne. Le gaz d'échappement circule à l'intérieur dudit système afin que les polluants qu'il contient soient retenus ou transformés en éléments non polluants. Technique antérieure [0002] 11 est connu pour dépolluer un gaz d'échappement, notamment de ses oxydes d'azote, NOx, de le faire circuler au travers d'une ligne, linéaire et fluidiquement continue. De manière connue, une telle ligne peut comprendre un couple de dispositifs comprenant, d'amont en aval, un dispositif mélangeur apte à délivrer un fluide réducteur dans le gaz d'échappement et un dispositif réducteur catalytique apte à faciliter l'action du fluide réducteur sur le gaz d'échappement de manière à réduire les oxydes d'azote, NOx. Il est encore connu d'utiliser un dispositif filtre à particules pour supprimer les particules en suspension du gaz d'échappement. Afin de répondre à la sévérité accrue des normes antipollution, différentes architectures sont proposées, et notamment une architecture comprenant deux étages de réduction des NOx, séparés par un dispositif filtre à particules, chaque étage comprenant un couple dispositif mélangeur et dispositif réducteur catalytique. [0003] Cette multiplication de dispositifs entraîne une difficulté augmentée d'intégration sur véhicule. Résumé de l'invention 100041 Afin de résoudre ce problème, l'invention propose de pré-intégrer la ligne comprenant tous les dispositifs, dans une unique boîte, afin de remplacer les multiples intégrations de dispositifs par l'intégration unique de ladite boîte. 100051 Aussi, l'invention a pour objet un système de dépollution de gai d'échappement apte à dépolluer un gaz d'échappement, issu d'un moteur à combustion interne, traversant le système, comprenant, de l'amont à l'aval, une ligne continue comprenant : un premier dispositif mélangeur apte à délivrer un premier fluide réducteur dans le gaz d'échappement, un premier dispositif réducteur catalytique apte à faciliter l'action du premier fluide réducteur sur le gaz d'échappement de manière à réduire les oxydes d'azote, NOx, un dispositif filtre à particules, un deuxième dispositif mélangeur apte à délivrer un deuxième fluide réducteur dans le gaz d'échappement, un deuxième dispositif réducteur catalytique apte à faciliter l'action du deuxième fluide réducteur 2 sur le gaz d'échappement de manière à réduire les oxydes d'azote, NOx, la ligne étant intégrée dans une unique boîte, sensiblement parallélépipédique. [0006] Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont : [0007] - la ligne est repliée selon au moins trois branches, sensiblement parallèles, [0008] - le nombre de branches est pair, préférentiellement égal à quatre, une branche sup- plémentaire étant préférentiellement disposée entre la première branche et la deuxième branche, [0009] - la branche supplémentaire est constituée par le volume interne de la boite, [0010] - de l'amont vers l'aval, la première branche comprend le premier dispositif mélangeur, la deuxième branche comprend le premier dispositif réducteur catalytique et le dispositif filtre à particules et la troisième branche comprend le deuxième dispositif mélangeur et le deuxième dispositif réducteur catalytique, [0011] - le système comprend encore un dispositif catalytique de limitation de débordement, apte à supprimer le premier fluide réducteur et/ou le deuxième fluide réducteur résiduels, disposé à l'aval du premier dispositif réducteur catalytique, préférentiellement à l'amont du dispositif filtre à particules, et/ou à l'aval du deuxième dispositif réducteur catalytique, [0012] - le dispositif catalytique de limitation de débordement est du type à oxydation ca- talytique ou du type hybride avec une fonction de traitement des polluants du gaz d'échappement, [0013] - le deuxième dispositif réducteur catalytique comprend au moins deux sous- branches parallèles, [0014] - tous les dispositifs, préférentiellement au moins deux parmi tous les dispositifs et encore préférentiellement au moins le dispositif filtre à particules et le premier dispositif réducteur catalytique, sont démontables, [0015] - lesdits au moins deux dispositifs appartiennent à une même branche, [0016] - lesdits au moins deux dispositifs s'extraient par un même côté de la boîte ou par des côtés différents, préférentiellement opposés. Brève description des dessins [0017] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d'exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles : [0018] [fig.l] La figure 1 montre un schéma figurant un premier mode de réalisation d'un dispositif de dépollution selon l'invention, [0019] [fig.2] La figure 2 montre un schéma figurant un autre mode de réalisation d'un dispositif de dépollution selon l'invention, [0020] [fig.3] La figure 3 montre un schéma figurant un autre mode de réalisation d'un 3 dispositif de dépollution selon l'invention, [0021] [fig.4] La figure 4 montre un schéma figurant un autre mode de réalisation d'un dispositif de dépollution selon l'invention, [0022] [fig.5] La figure 5 montre un schéma figurant un autre mode de réalisation d'un dispositif de dépollution selon l'invention, [0023] [fig.6] La figure 6 montre en vue perspective un mode de réalisation d'un dispositif de dépollution selon l'invention, [0024] [fig.7] La figure 7 montre en vue perspective un autre mode de réalisation d'un dispositif de dépollution selon l'invention. Description des modes de réalisation [0025] En référence à la figure 1, selon un premier mode de réalisation, un système 1 de dé- pollution de gaz d'échappement est apte à dépolluer un gaz d'échappement, issu d'un moteur à combustion interne. Lc gaz d'échappement entre par l'entrée 3, traverse le système 1 afin d'être dépollué et sort par la sortie 4. Le système 1 est disposé à la sortie d'un moteur à combustion interne afin de recueillir le gaz d'échappement. Lc système 1 est agencé selon une ligne unique et fluidiquement continue, comprenant, de l'amont à l'aval relativement au flot de gaz d'échappement: un premier dispositif mélangeur MIX1 apte à délivrer un premier fluide réducteur dans le gaz d'échappement, un premier dispositif réducteur catalytique SCR I apte à faciliter l'action du premier fluide réducteur sur le gaz d'échappement de manière à réduire les oxydes d'azote, NOx, un dispositif filtre à particules DFP, apte à retenir les particules de suie, un deuxième dispositif mélangeur MIX2 apte à délivrer un deuxième fluide réducteur dans le gaz d'échappement, un deuxième dispositif réducteur catalytique SCR2 apte à faciliter Faction du premier fluide réducteur et du deuxième fluide réducteur sur le gaz d'échappement de manière à réduire les oxydes d'azote, NOx. [0026] Un mélangeur MIXI, MIX2 délivre un fluide réducteur dans le gaz d'échappement par tout moyen. Un mélangeur MIX 1, MIX2 mélange le gaz d'échappement et le fluide réducteur de manière homogène. Le fluide réducteur comprend typiquement de l'ammoniac sous forme gazeuse ou de l'urée, servant de précurseur à la production d'ammoniac, sous forme liquide (solution aqueuse), qui est alors pulvérisée et s'évapore dans le gaz d'échappement. Un réducteur catalytique SCR1, SCR2 comprend un revêtement agissant comme catalyseur, facilitateur d'une réaction chimique NOx + NH3 --> N2 + H20, transformant les oxydes d'azote mélangés à l'ammoniac contenu dans le fluide réducteur, en azote et eau, deux composants qui peuvent être relâchés dans l'atmosphère. Le filtre à particules DFP, retient, avantageusement mécaniquement, les particules. [0027] Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ladite ligne, comprenant tous les dispositifs et les éventuelles canalisations fluidiques les reliant, est intégrée dans une unique boîte 2. Avantageusement, ladite boîte 2 est sensiblement parallélépipédique. [0028] La boîte 2 est avantageusement parallélépipédique. La raison du choix d'une telle forme est double. D'une part un parallélépipède est plus simple à intégrer qu'un arrangement rectiligne de grande élongation. D'autre part, la forme parallélépipédique permet un ramassement de la ligne. Ce ramassement permet de limiter le refroidissement de la ligne et de ses dispositifs et de maintenir une température interne élevée. Ceci est avantageux en ce que les réactions chimiques présidant à la dépollution, et notamment les réactions catalytiques, présentent un meilleur rendement, voir même nécessitent des températures élevées. [0029] La forme contrainte du parallélépipède peut être respectée en procédant à un re- pliement de la ligne, selon des branches Bl, B2, B3, sensiblement parallèles. L'invention profite de la segmentation de la ligne en dispositifs pour réaliser le repliement en plaçant un « pli » avantageusement entre deux dispositifs, au niveau d'une canalisation les reliant fluidiquement. Tel qu'illustré à la figure 1, la ligne est repliée selon au moins trois branches Bl, B2, B3, sensiblement parallèles. Ceci permet de loger l'ensemble du dispositif I dans un parallélépipède sensiblement régulier : sa hauteur, sa largeur et sa longueur sont sensiblement égales. [0030] Les figures 1-4 illustrent des dispositions à trois branches Bl, B2, B3. [0031] Selon une autre caractéristique avantageuse, le dispositif 1 comprend un nombre de branches pair. Chaque branche B1-B3 traversant la boîte 2 conduit à un changement de côté. Aussi un nombre pair de branches Bi-B3 permet avantageusement de disposer la sortie 4 du même côté de la boîte 2 que l'entrée 3. Ceci est une caractéristique avantageuse qui facilite l'intégration du dispositif I. Le nombre pair préféré est ici de quatre. Aussi, dans ce cas, une branche supplémentaire BS est avantageusement ajoutée. Cette branche supplémentaire BS est insérée et fluidiquement connectée, le cas échéant au moyen de canalisations supplémentaires. Dans la mesure du possible la branche supplémentaire BS comprend un ou plusieurs dispositifs. A minima, si aucun dispositif ne peut être intégré, par exemple en raison d'une section transverse de la branche supplémentaire BS trop faible, la branche supplémentaire BS peut se limiter à une canalisation. [0032] La branche supplémentaire BS peut être disposée à tout endroit : en amont de la première branche Bi, entre la première branche Bi et la deuxième branche B2, entre la deuxième branche B2 et la troisième branche B3 ou encore en aval de la troisième branche B3, avec une préférence, telle qu'illustrée à la figure 5, pour une disposition entre la première branche Bi et la deuxième branche B2. [0033] Selon une autre caractéristique, la branche supplémentaire BS est constituée par le volume interne de la boîte 2. Selon cette caractéristique, la boîte 2 est fermée par une enveloppe étanche aux gaz. La circulation dans la branche supplémentaire BS s'effectue alors dans la boîte 2 et autour des autres dispositifs. [0034] La répartition des dispositifs MIX1, MIX2, SCR1, SCR2, DPF, ASC, PNA s'effectue en fonction de leur volume respectif. Selon un mode de réalisation, la première branche Bl, la plus amont, comprend le premier dispositif mélangeur MIX1, la deuxième branche B2, intermédiaire, comprend le premier dispositif réducteur catalytique SCRI et le dispositif filtre à particules DFP et la troisième branche B3, la plus avale, comprend le deuxième dispositif mélangeur MIX2 et le deuxième dispositif réducteur catalytique SCR2. [0035] Alternativement le deuxième dispositif mélangeur MIX2, présentant un faible volume, peut encore être disposé sur une connexion fluidique entre la deuxième branche B2 et la troisième branche B3 ou encore dans une branche supplémentaire BS disposée entre la deuxième branche B2 et la troisième branche B3. [0036] La réaction catalytique qui se déroule majoritairement au sein des deux dispositifs ré- ducteurs catalytiques SCRI, SCR2 nécessite une température minimale. Bien que cette température soit assez rapidement atteinte grâce à l'arrivée de gaz d'échappement chaud, il existe un laps de temps initial au démarrage où la réaction catalytique ne se produit pas ou très mal. Aussi, selon une autre caractéristique, le premier dispositif réducteur catalytique SCRI comprend un réchauffeur fonctionnant temporairement dans les phases de démarrage. Ce réchauffeur, de manière connue peut être électrique ou basé sur une combustion ou sur une oxydation d'un carburant. [0037] Afin d'être sûr de bien réduire tous les oxydes d'azote NOx présents dans le gaz d'échappement, le premier dispositif mélangeur MIX1 et/ou le deuxième dispositif mélangeur MiX2 distribue généralement le fluide réducteur en excès. Or le fluide réducteur est aussi un polluant. Aussi, selon une autre caractéristique, le dispositif 1 peut encore comprendre un dispositif catalytique de limitation de débordement ASC de l'anglais « Ammoniac Slip Catalyst » ou ASC. Un tel dispositif catalytique de limitation de débordement ASC est apte à supprimer le premier fluide réducteur et/ou le deuxième fluide réducteur résiduels. Ceci s'effectue selon une réaction catalytique transformant l'excès d'ammoniac NH3 en azote N2 et eau H2O. [0038] Ce dispositif catalytique de limitation de débordement ASC doit être disposé à l'aval d'un dispositif réducteur catalytique SCRI, SCR2. Aussi, tel qu'illustré à la figure 2, il peut être disposé à l'aval du premier dispositif réducteur catalytique SCRI ou à l'amont du dispositif filtre à particules DFP. Selon un autre mode de réalisation, illustré à la figure 3, il peut être disposé à l'aval du deuxième dispositif réducteur catalytique SCR2. Selon un autre mode de réalisation, non illustré, il peut être disposé deux dispositifs catalytiques de limitation de débordement ASC, chacun à l'aval d'un 6 dispositif catalytique réducteur SCR1, SCR2. [0039] Le dispositif catalytique de limitation de débordement ASC peut être de tout type. Par exemple il peut être du type à oxydation catalytique. Il peut encore être hybridé avec une fonction de traitement des polluants du gaz d'échappement. Cette fonction peut cibler les hydrocarbures imbrûlés, le monoxyde de carbone ou les oxydes d'azote, NOx. [0040] Il a été évoqué le problème de l'efficacité à basse température, en phase de démarrage. Une solution alternative ou complémentaire au réchauffement du ou des dispositifs réducteurs catalytiques SCRI, SCR2 est l'utilisation d'un dispositif absorbeur passif d'oxydes d'azote PNA. Un tel dispositif absorbeur passif d'oxydes d'azote PNA piège les oxydes d'azotes, NOx, à basse température. Il les relâche ensuite lorsque la température est suffisante et que le ou les dispositifs réducteurs catalytiques SCR1, SCR2 sont en mesure de les traiter. Tel qu'illustré à la figure 4, un tel dispositif absorbeur passif d'oxydes d'azote PNA, est préférentiellement disposé en amont du premier dispositif mélangeur MIX1, en entrée du dispositif 1. [0041] Selon une autre caractéristique, plus particulièrement visible à la figure 7, le deuxième dispositif réducteur catalytique SCR2 comprend, localement, deux sous-branches parallèles, non nécessairement identiques. [0042] Selon une autre caractéristique, tous les dispositifs MIX1, MIX2, SCR1, SCR2, DFP, ASC, PNA sont démontables. Il est entendu ici par démontable, une possible dépose sans recourir au dessoudage ou à la tronçonneuse. 11 peut s'agir d'un démontage ne nécessitant pas d'outil : clip, grenouillère, sauterelle ou autres, ou d'un démontage nécessitant au moins un outil : vissage ou autres. Le reste du dispositif 1, à savoir la boîte 2 ainsi que des éléments de canalisation de jonction fluidique, peuvent être assemblés de manière non démontable : soudage, rivetage ou autres. [0043] A défaut, d'avoir tous les dispositifs démontables, au moins deux parmi tous les dis- positifs MIX1, MIX2, SCRI, SCR2, DFP, ASC, PNA sont démontables. Sont privilégiés les dispositifs appartenant à une même branche, préférentiellement la deuxième branche B2, soit au moins le dispositif filtre à particules DFP et le premier dispositif réducteur catalytique SCR1. [0044] Selon une autre caractéristique, lesdits au moins deux dispositifs s'extraient par un même côté de la boîte 2. Alternativement, ils s'extraient par des côtés différents, préférentiellement opposés. [0045] Les figures 6, 7 illustrent un mode de réalisation, correspondant au schéma de la figure 2. On peut suivre le cheminement des gaz d'échappement, qui entrent par l'entrée 3, circulent au travers du premier mélangeur MIX1 avant de traverser le premier réducteur catalytique SCR1, franchissent le filtre à particule DFP et continue au travers du deuxième mélangeur MIX2, puis du deuxième réducteur catalytique 7 SCR2, jusqu'à la sortie. [0046] L'invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et donnée à titre d'exemple et non comme limitant l'invention à cette seule description. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles. Liste des signes de référence [0047] 1 : dispositif, [0048] 2 : boîte, [0049] 3 : entrée, [0050] 4 : sortie, [0051] ASC : dispositif catalytique de limitation de débordement, [0052] Bl, B2, B3, BS : branches, [0053] DPF : dispositif filtre à particules, [0054] MIXI, MIX2 : dispositif mélangeur, [0055] PNA : absorbeur passif d'oxydes d'azote, [0056] SCR1, SCR2 : dispositif réducteur catalytique.] 8 REVENDICATIONS[Revendication 1] Système (1) de dépollution de gaz d'échappement apte à dépolluer un gaz d'échappement, issu d'un moteur à combustion interne, traversant le système (1), comprenant, de l'amont à l'aval, une ligne continue comprenant : un premier dispositif mélangeur (MIX1) apte à délivrer un premier fluide réducteur dans le gaz d'échappement, un premier dispositif réducteur catalytique (SCR1) apte à faciliter l'action du premier fluide réducteur sur le gaz d'échappement de manière à réduire les oxydes d'azote, NOx, un dispositif filtre à particules (DFP), un deuxième dispositif mélangeur (MIX2) apte à délivrer un deuxième fluide réducteur dans le gaz d'échappement, un deuxième dispositif réducteur catalytique (SCR2) apte à faciliter l'action du deuxième fluide réducteur sur le gaz d'échappement de manière à réduire les oxydes d'azote, NOx, caractérisé en ce que la ligne est intégrée dans une unique boîte (2), sensiblement parallélépipédique. [Revendication 2] Système (1) selon la revendication 1, où la ligne est repliée selon au moins trois branches (B1, B2, B3), sensiblement parallèles. [Revendication 3] Système (1) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, où le nombre de branches est pair, préférentiellement égal à quatre, une branche supplémentaire (BS) étant préférentiellement disposée entre la première branche (B1) et la deuxième branche (B2). [Revendication 4] Système (1) selon la revendication 3, où la branche supplémentaire (BS) est constituée par le volume interne de la boîte (2). [Revendication 5] Système (1) selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, où de l'amont vers l'aval, la première branche (B1) comprend le premier dispositif mélangeur (MDC1), la deuxième branche (B2) comprend le premier dispositif réducteur catalytique (SCR1) et le dispositif filtre à particules (DFP) et la troisième branche (B3) comprend le deuxième dispositif mélangeur (MIX2) et le deuxième dispositif réducteur catalytique (SCR2). [Revendication 6] Système (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant encore un dispositif catalytique de limitation de débordement (ASC), apte à supprimer le premier fluide réducteur et/ou le deuxième fluide réducteur résiduels, disposé à l'aval du premier dispositif réducteur catalytique (SCR1), préférentiellement à l'amont du dispositif filtre à particules (DFP), et/ou à l'aval du deuxième dispositif réducteur catalytique (SCR2). 9 [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] [Revendication 11] Système (1) selon la revendication 6, où le dispositif catalytique de limitation de débordement (ASC) est du type à oxydation catalytique ou du type hybride avec une fonction de traitement des polluants du gaz d'échappement. Système (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, où le deuxième dispositif réducteur catalytique (SCR2) comprend au moins deux sous-branches parallèles. Système (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, où tous les dispositifs (MIX1, MIX2, SCR1, SCR2, DFP, ASC, PNA), préférentiellement au moins deux parmi tous les dispositifs (MTXI, MTX2, SCR1, SCR2, DPF, ASC, PNA) et encore préférentiellement au moins le dispositif filtre à particules (DPF) et le premier dispositif réducteur catalytique (SCR1), sont démontables. Système (1) selon la revendication 9, où lesdits au moins deux dispositifs appartiennent à une même branche (B1, B2, B3, BS). Système (1) selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10, où lesdits au moins deux dispositifs s'extraient par un même côté de la boîte (2) ou par des côtés différents, préférentiellement opposés.