Brevet FR3142508A1 — publié le 20240531

Ligne d’échappement pour moteur à hydrogène L’invention concerne une ligne d’échappement (1) pour moteur à hydrogène, comprenant un dispositif d’injection et de mélange (5) d’un agent réducteur, et un catalyseur de réduction (6). Figure pour l'abrégé : 1 Ligne d’échappement pour moteur à hydrogène L’invention concerne une ligne d’échappement pour moteur à hydrogène. Un moteur à hydrogène produit lors de la combustion, un gaz d’échappement comprenant des composants polluants et notamment des oxydes d’azote ou NOx, du monoxyde de carbone CO et des hydrocarbures imbrulés HC. En fonction de la norme antipollution retenue, il est nécessaire de supprimer tout ou partie de ces polluants des gaz d’échappement avant la sortie de la ligne d’échappement à l’air libre. Aussi, l’invention propose des architectures de lignes d’échappement intégrant les dispositifs de purification/dépollution nécessaires. L’invention a pour objet une ligne d’échappement pour moteur à hydrogène, comprenant, entre l’entrée de la ligne d’échappement connectée en sortie du moteur et la sortie de la ligne d’échappement, dans cet ordre : un dispositif d’injection et de mélange d’un agent réducteur, et un catalyseur de réduction. Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont : - la ligne d’échappement comprend encore, en amont du dispositif d’injection et de mélange (5), un premier filtre à particules, - la ligne d’échappement comprend encore un catalyseur d’oxydation ou OC, - le premier filtre à particules intègre le catalyseur d’oxydation, - le catalyseur de réduction est un catalyseur de réduction sélective ou SCR, - le catalyseur de réduction est un catalyseur de réduction sélective intégrant le premier filtre à particules ou SCRF, - la ligne d’échappement comprend encore, à l’aval du catalyseur de réduction, un catalyseur à oxydation d’ammoniac ou ASC, - le catalyseur à oxydation d’ammoniac est intégré au catalyseur de réduction, - la ligne d’échappement comprend encore, à l’amont du catalyseur de réduction, un élément chauffant ou EHC, - le dispositif d’injection et de mélange d’un agent réducteur est apte à chauffer ledit agent réducteur, - l’agent réducteur est de l’urée ou de l’hydrogène, - la ligne d’échappement comprend encore, à l’aval du catalyseur de réduction, un deuxième filtre à particule. 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 : la montre, en vue schématique, un premier mode de réalisation d’une ligne d’échappement, la montre, en vue schématique, un autre mode de réalisation d’une ligne d’échappement, la montre, en vue schématique, un autre mode de réalisation d’une ligne d’échappement, la montre, en vue schématique, un autre mode de réalisation d’une ligne d’échappement, la montre, en vue schématique, un autre mode de réalisation d’une ligne d’échappement, la montre, en vue schématique, un autre mode de réalisation d’une ligne d’échappement, la montre, en vue schématique, un autre mode de réalisation d’une ligne d’échappement, la montre, en vue schématique, un autre mode de réalisation d’une ligne d’échappement, la montre, en vue schématique, un autre mode de réalisation d’une ligne d’échappement. L’invention concerne une ligne d’échappement 1 pour moteur à hydrogène. Une telle ligne d’échappement 1 comprend une canalisation apte à transporter du gaz d’échappement. Cette canalisation s’étend depuis une entrée 2 jusqu’à une sortie 3. L’entrée 2 de la ligne d’échappement 1 est connectée en sortie du moteur à hydrogène, de manière à récupérer les résidus de combustion ou gaz d’échappement. La sortie 3 de la ligne d’échappement 1 se termine soit sur un module acoustique, soit sur une canule d’échappement s’ouvrant à l’air libre. Le long de la ligne d’échappement 1 sont disposés, en travers de la canalisation, de manière à être traversés par les gaz d’échappement des dispositifs de purification 4-10. Les dispositifs de purification 4-10 sont toujours énoncés, de l’amont vers l’aval, de l’entrée 2 vers la sortie 3, représentés de gauche à droite sur les schémas des figures. Sur toutes les figures, la ligne d’échappement 1 est figurée par un trait. La ligne d’échappement 1 s’étend depuis une entrée 2 située à gauche sur les figures jusqu’à une sortie 3 située à droite sur les figures. L’un des polluants majoritaires est constitué par les NOx. Aussi, selon un premier mode de réalisation, minimaliste, plus particulièrement illustré à la , une ligne d’échappement 1 selon l’invention comprend les composants de purification pour purifier les NOx, soit, dans cet ordre : un dispositif d’injection et de mélange 5 d’un agent réducteur, et un catalyseur de réduction 6. Ces deux composants travaillent de concert. Le catalyseur de réduction 6 est capable de réduire les Nox, pour peu qu’ils aient été préalablement mélangés avec un agent réducteur. Aussi, un dispositif d’injection et de mélange 5 est disposé en amont du catalyseur de réduction 6 et est apte à injecter un agent réducteur dans les gaz d’échappement et à mélanger l’agent réducteur avec les gaz d’échappement avant leur passage dans le catalyseur de réduction 6. Une telle architecture minimaliste est adaptée à la purification des NOx avec un véhicule ayant des émissions de CO et HC inférieures aux seuils à respecter. Si la purification des particules fines est nécessaire, selon une autre caractéristique, plus particulièrement illustrée à la , la ligne d’échappement 1 précédente, comprend encore, un premier filtre à particules 4. Il est possible d’utiliser un GPF (essence) ou un DPF (diesel). Un tel filtre à particules 4 est apte à retenir les particules fines. Ce premier filtre à particules 4 peut être disposé en tout point de la ligne d’échappement 1. Selon une caractéristique préférentielle, le premier filtre à particules 4 est disposé en tête de la ligne d’échappement 1, soit en amont du dispositif d’injection et de mélange 5. Une telle disposition à proximité du moteur est avantageuse en ce qu’elle facilite un nettoyage du premier filtre à particules 4. Si la purification du CO et des HC est nécessaire, selon une autre caractéristique, la ligne d’échappement 1, comprend encore un catalyseur d’oxydation 7 ou OC. Un tel catalyseur d’oxydation 7 est apte à piéger et/ou à oxyder le CO et les HC. L’oxydation transforme le monoxyde de carbone CO en dioxyde de carbone CO2 et les hydrocarbures HC en dioxyde de carbone CO2 et en eau H2O. Un catalyseur d’oxydation 7 comprend une brique traversée par les gaz d’échappement et revêtue d’un dépôt en matériau catalytique. Un tel catalyseur d’oxydation 7 peut être disposé en tout point de la ligne d’échappement 1, sauf entre le dispositif d’injection et de mélange 5 et le catalyseur de réduction 6, où il oxyderait le réducteur. Tel qu’illustré à la figue 3, le catalyseur d’oxydation 7 peut être disposé avant le dispositif d’injection et de mélange 5 ou après le catalyseur d’oxydation 6. Préférentiellement, le catalyseur d’oxydation 7 est disposé avant l’éventuel premier filtre à particules 4. Selon une autre caractéristique, plus particulièrement illustrée à la , le premier filtre à particules 4 intègre le catalyseur d’oxydation 7. Il a été vu qu’un catalyseur d’oxydation 7 est réalisé par dépôt. Aussi, dans ce cas particulier, le filtre à particules 4 comprend une partie de sa surface revêtue d’un tel dépôt de matériau catalytique de manière à lui conférer la fonction de catalyseur d’oxydation 7. Tel qu’illustré à la un même élément purificateur 4 / 7 assure les deux fonctions. Il a été vu qu’autant le premier filtre à particules 4 que le catalyseur d’oxydation 7 peuvent être disposés sensiblement en tout point de la ligne d’échappement 1. Aussi, un élément combiné 4 / 7 peut lui aussi être disposé en tout point de la ligne d’échappement 1, sauf entre le dispositif d’injection et de mélange 5 et le catalyseur de réduction 6, et préférentiellement avant le dispositif d’injection et de mélange 5. Selon une autre caractéristique, le catalyseur de réduction 6 est un catalyseur de réduction sélective, plus communément connu sous l’acronyme SCR (de l’anglais « Selective Catalytic Reduction » signifiant catalyseur de réduction sélective). Selon une autre caractéristique, alternative de la précédente, le catalyseur de réduction 6 est un catalyseur de réduction sélective qui de plus intègre le premier filtre à particules 4. Un tel élément intégré est plus communément connu sous l’acronyme SCRF (de l’anglais « Selective Catalyst Reduction Filter » signifiant filtre catalyseur de réduction sélective). Tel qu’illustré à la un tel élément intégré est représenté par un élément 6 / 4. Ce filtre à particule 4 intégré au catalyseur de réduction 6 peut être alternatif ou complémentaire au premier filtre à particules 4 précédemment décrit. Pour que le catalyseur de réduction 6 fonctionne, il convient d’adjoindre aux gaz d’échappement un agent réducteur. Selon une caractéristique décrite plus avant, cet agent réducteur apporte de l’ammoniac NH3, typiquement sous la forme d’un précurseur : de l’urée en solution aqueuse. L’ammoniac est nécessaire à la réaction de réduction et pour ne pas risquer d’en manquer, il a une probabilité d’être dosé par excès. Il n’est cependant pas souhaitable de disperser cet ammoniac dans l’atmosphère. Aussi, selon une autre caractéristique, la ligne d’échappement 1 comprend encore un catalyseur à oxydation d’ammoniac 8 ou ASC (de l’anglais « Ammonia Slip Catalyst »). Un tel catalyseur à oxydation d’ammoniac 8 est capable de transformer l’ammoniac NH3 résiduel en azote N2 et en eau H2O, qui peuvent tous deux être libérés dans l’atmosphère. Aussi, tel qu’illustré à la , un tel catalyseur à oxydation d’ammoniac 8 est avantageusement ajouté à la ligne d’échappement 1. Afin de pouvoir traiter l’ammoniac non utilisé par le catalyseur de réduction 6, le catalyseur à oxydation d’ammoniac 8 est préférentiellement disposé à l’aval du catalyseur de réduction 6. Selon une autre caractéristique, plus particulièrement illustrée à la , le catalyseur à oxydation d’ammoniac 8 peut être intégré au catalyseur de réduction 6, dans un même élément 6 / 8 de purification. Dans un tel cas, les deux dépôts catalytiques sont déposés en partage sur les surfaces de l’élément de purification. Le catalyseur de réduction 6 est disposé sur la première partie (amont) de l’élément de purification 6 / 8 intégré et le catalyseur à oxydation d’ammoniac 8 sur la deuxième partie (avale) de cet élément 6 / 8. Il a été vu qu’un catalyseur de réduction 6 est apte à faire réagir de manière catalytique, un mélange de gaz d’échappement avec un agent réducteur. De plus, cette réaction pour se produire, nécessite une température élevée, nommée température d’amorçage. En régime établi, cette température élevée est obtenue et entretenue par la chaleur des gaz d’échappement traversant le catalyseur de réduction 6. Cependant, au démarrage du moteur, la ligne d’échappement 1 et les gaz d’échappement sont froids. Aussi, selon une autre caractéristique, il est avantageux d’ajouter un élément chauffant 9 ou EHC à la ligne d’échappement 1. Pour chauffer efficacement le catalyseur de réduction 6 par le chauffage des gaz d’échappement, ledit élément chauffant 9 est avantageusement disposé à l’amont du catalyseur de réduction 6, et préférentiellement, tel qu’illustré à la , à l’immédiat amont du catalyseur de réduction 6. Un autre moyen d’améliorer la réaction de réduction prenant place au sein du catalyseur de réduction 6, est, alternativement ou complémentairement au chauffage par un élément chauffant 9, de chauffer l’agent réducteur lors de son injection dans la ligne d’échappement 1. Aussi, selon une autre caractéristique, plus particulièrement illustrée à la , le dispositif d’injection et de mélange 5 d’un agent réducteur est apte à chauffer ledit agent réducteur. Ceci est réalisé par un élément 5 / 9 combinant les deux fonctions. Ceci peut, par exemple, être réalisé au moyen d’un dispositif d’injection et de mélange 5 dont l’injecteur d’agent réducteur est un injecteur chauffant. Il est aussi possible de préchauffer l’agent réducteur dans une chambre disposée en amont de l’injecteur. Selon une autre caractéristique, l’agent réducteur est de l’urée. Une solution courante est d’utiliser une solution aqueuse d’urée, dénommée AUS32 ou DEF ou encore commercialement dénommée AdBlue®. Cette solution aqueuse d’urée constitue un précurseur de l’ammoniac gazeux, utile à la réaction de réduction. Alternativement, selon une autre caractéristique, l’agent réducteur est de l’hydrogène. Selon une autre caractéristique, plus particulièrement illustrée à la , la ligne d’échappement 1 comprend encore un deuxième filtre à particule 10. Ledit deuxième filtre à particules 10 peut être utilisé alternativement ou complémentairement du premier filtre à particules 4. 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. Ligne d’échappement (1) pour moteur à hydrogène, caractérisé e en ce qu ’elle comprend, entre l’entrée (2) de la ligne d’échappement (1) connectée en sortie d’un moteur et la sortie (3) de la ligne d’échappement (1), dans cet ordre : un dispositif d’injection et de mélange (5) d’un agent réducteur, et un catalyseur de réduction (6). Ligne d’échappement (1) selon la revendication 1, comprenant encore, en amont du dispositif d’injection et de mélange (5), un premier filtre à particules (4). Ligne d’échappement (1) selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, comprenant encore un catalyseur d’oxydation (7) ou OC. Ligne d’échappement (1) selon la revendication 3, où le premier filtre à particules (4) intègre le catalyseur d’oxydation (7). Ligne d’échappement (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, où le catalyseur de réduction (6) est un catalyseur de réduction sélective ou SCR. Ligne d’échappement (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, où le catalyseur de réduction (6) est un catalyseur de réduction sélective intégrant le premier filtre à particules (4) ou SCRF. Ligne d’échappement (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant encore, à l’aval du catalyseur de réduction (6), un catalyseur à oxydation d’ammoniac (8) ou ASC. Ligne d’échappement (1) selon la revendication précédente, où le catalyseur à oxydation d’ammoniac (8) est intégré au catalyseur de réduction (6). Ligne d’échappement (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant encore, à l’amont du catalyseur de réduction (6), un élément chauffant (9) ou EHC. Ligne d’échappement (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, où le dispositif d’injection et de mélange (5) d’un agent réducteur est apte à chauffer ledit agent réducteur. Ligne d’échappement (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, où l’agent réducteur est de l’urée ou de l’hydrogène. Ligne d’échappement (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, comprenant encore, à l’aval du catalyseur de réduction (6), un deuxième filtre à particule (10).