FR2974846A1 - Dispositif de reduction des oxydes d'azote des gaz d'echappement - Google Patents

Abstract

Dispositif de réduction des oxydes d'azote NO contenus dans les gaz d'échappement émis par un moteur à combustion interne équipé d'un système de gaz d'échappement (28) dans lequel on introduit de l'agent réducteur (50) sous la forme d'un brouillard pulvérisé (30). Une unité de dosage (24) reçoit de l'air comprimé (52) et de l'agent réducteur (50) et comporte une soupape mélangeuse (40) actionnée par la pression de l'agent réducteur (50).

Description

i Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un dispositif de réduction des oxydes d'azote NOX contenus dans les gaz d'échappement émis par un moteur à combustion interne équipé d'un système de gaz d'échappement dans lequel on introduit de l'agent réducteur sous la forme d'un brouillard pulvérisé. Etat de la technique Selon le document WO 02/079616 A1, on connaît un dispositif de post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur à io combustion interne. On utilise pour cela un agent réducteur introduit dans les gaz d'échappement, notamment de l'urée ou une solution aqueuse d'urée. Le dispositif comporte une chambre de mélange recevant l'agent réducteur par une conduite d'agent réducteur et de l'air comprimé par une conduite d'air comprimé pour générer un mélange 15 air-agent réducteur ; pour éviter le retour de l'agent réducteur ou du mélange air-agent réducteur de la chambre de mélange dans la con-duite de pression, celle-ci est équipée d'un clapet anti-retour. Le clapet anti-retour comporte un tuyau d'étanchéité élastique qui, lorsque la conduite d'air comprimé est mise en pression, permet le passage de l'air 20 comprimé de la conduite d'air comprimé dans le volume de mélange de la chambre de mélange ; lorsque la pression est appliquée de façon op-posée, cet élément interdit le passage d'agent réducteur ou du mélange air-agent réducteur de la chambre de pression dans la conduite d'air comprimé. Le tuyau d'étanchéité est chargé par un ressort. Le corps 25 d'une soupape de dosage de l'agent réducteur est engagé dans le tuyau d'étanchéité. Le tuyau d'étanchéité est lui-même logé dans un perçage du corps de base de la chambre de mélange. La charge exercée sur le ressort se fait à l'extrémité du tuyau d'étanchéité à l'opposé du corps de soupape. 30 Pour réduire les oxydes d'azote (NOX) de la veine des gaz d'échappement d'un moteur diesel, on injecte la solution liquide urée-eau (solution diffusée sous la marque AdBlue ou autre agent réducteur) sous pression par une unité de dosage dans la conduite des gaz d'échappement du moteur à combustion interne. Pour cela, l'unité de 35 dosage équipe directement la conduite des gaz d'échappement. Pour

2 avoir des systèmes robustes assurant un fort coefficient de transformation des oxydes d'azote, il faut réaliser un bon mélange de la solution aqueuse d'urée avec les gaz d'échappement. Lorsque de l'air comprimé est disponible, on l'utilise pour favoriser la pulvérisation de l'agent ré- ducteur et obtenir une pulvérisation fine par rapport aux applications n'utilisant pas d'air comprimé. L'arrivée d'air comprimé se fait en général par une électrovanne pour pouvoir couper la veine d'air et éviter par exemple l'épuisement du réservoir à l'arrêt. Exposé et avantages de l'invention io La présente invention a pour objet un dispositif de réduction des oxydes d'azote NOX des gaz d'échappement du type défini ci-dessus caractérisé en ce qu'une unité de dosage reçoit de l'air comprimé et de l'agent réducteur et comporte une soupape mélangeuse actionnée par la pression de l'agent réducteur. En d'autres termes, la pression gé- 15 nérée par l'unité de transfert pour transférer l'agent réducteur dans l'unité de dosage actionne une soupape de commutation pour brancher ou couper l'air comprimé. Cela permet d'éviter des soupapes de commutation électriques, coûteuses ; de plus cela permet de réaliser l'unité de dosage de manière plus compacte, ce qui réduit l'encombrement. 20 Selon un développement avantageux de l'invention, à l'intérieur ou à l'extérieur de l'unité de dosage, l'arrivée d'agent réducteur comporte un élément déformable, par exemple une membrane qui, de son côté, actionne l'élément d'une soupape mélangeuse et par ail-leurs exposée à la pression de l'agent réducteur régnant dans l'arrivée 25 d'agent réducteur. L'élément déformable, par exemple sous la forme d'une membrane, permet de pousser la tige ou le poussoir ou tout autre élément de transfert relié à la soupape pour écarter celle-ci de son siège ; ainsi, lorsque de la pression règne dans la conduite d'arrivée d'agent réducteur, la conduite d'air comprimé sera plus ou moins libé- 30 rée par le débattement de la membrane. En fonction du niveau de la pression de la section d'écoulement libérée par l'élément de soupape soulevé du siège on aura une section de passage plus ou moins grande pour l'air comprimé. La soupape mélangeuse actionnée par la membrane soumise à la pression de l'agent réducteur comporte un élément 35 de ressort, par exemple sous la forme d'un ressort de traction, de sorte qu'en l'absence de pression à l'arrivée de l'agent réducteur ou en l'absence d'agent réducteur, la pression dans la conduite d'agent réducteur est garantie et l'organe de la soupape mélangeuse vient contre le siège de soupape et ferme l'arrivée d'air comprimé.

Lorsque la soupape mélangeuse est actionnée par la pression de l'agent réducteur, le siège de la soupape mélangeuse sera libéré en fonction de la hauteur de la pression d'agent réducteur de sorte que l'air comprimé du réservoir d'air comprimé peut passer par la conduite d'air comprimé maintenant ouverte jusque dans la chambre de io mélange recevant par ailleurs l'agent réducteur à travers la soupape de dosage. Ainsi, dans la chambre de mélange, l'agent réducteur et l'air comprimé se réunissent et passent dans une installation de pulvérisation. L'installation de pulvérisation transforme le mélange d'air comprimé et d'agent réducteur préparé dans la chambre de mélange pour 15 former un brouillard de pulvérisation de sorte que le mélange air-agent réducteur, finement divisé ou pulvérisé est ainsi injecté par une sou-pape de dosage dans la conduite des gaz d'échappement du moteur à combustion interne. Selon l'invention, la soupape mélangeuse actionnée par la 20 pression de l'agent réducteur ne permettra le passage de l'air comprimé à travers le réservoir d'agent réducteur jusque dans la chambre de mélange que si la pression de l'agent réducteur fournie par l'unité de transfert, notamment sous forme de pompe, est appliquée à la chambre de mélange. 25 La solution selon l'invention permet ainsi d'éviter une électrovanne séparée. Comme pour transférer l'agent réducteur du réservoir d'agent réducteur, il faut de toute façon une unité de transfert, la pression que celle-ci engendre du côté de la pression est utilisée pour commander la soupape mélangeuse qui assure le mélange avec l'air 30 comprimé. La solution selon l'invention est économique et peu encom- brante. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un dispositif de réduction des oxydes d'azote

4 dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne représenté dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma des principaux composants d'un système de post-traitement des gaz d'échappement, - la figure 2 montre une unité de dosage pour former un mélange air-agent réducteur à l'aide de la soupape mélangeuse selon l'invention actionnée par la pression de l'agent réducteur. Description d'un mode de réalisation La figure 1 montre schématiquement les composants io d'un système de post-traitement des gaz d'échappement, notamment pour réduire les oxydes d'azote NOX contenus dans les gaz d'échappement émis par un moteur à combustion interne. Un système de post-traitement des gaz d'échappement 10, notamment pour réduire les oxydes d'azote NOX des gaz d'échappe- 15 ment émis par les moteurs à combustion interne, comporte un réservoir d'agent réducteur 12 contenant une réserve d'agent réducteur. L'agent réducteur est par exemple de l'urée ou une solution aqueuse d'urée (encore appelée solution HWL). Une conduite de transfert 14 relie le réservoir d'agent réducteur 12 à une unité de transfert 16, notamment sous 20 la forme d'une pompe. Le côté aspiration de l'unité de transfert 16 porte la référence 18 et le côté refoulement ou côté de pression de l'unité de transfert 16 porte la référence 20. L'unité de transfert 16 prend de l'agent réducteur du réservoir 12 pour le transférer par la conduite 14 à l'unité de dosage 24 25 représentée schématiquement à la figure 1. Un réservoir d'air comprimé 22 fournit le cas échéant de l'air comprimé par une conduite d'air comprimé 26 à l'unité de dosage 24. L'unité de dosage 24 est par exemple installée directement dans le système des gaz d'échappement 28. L'unité de dosage 24 introduit de 30 fines gouttelettes d'un brouillard pulvérisé d'agent réducteur 30 dans la conduite des gaz d'échappement du moteur à combustion interne ; le brouillard d'agent réducteur pulvérisé 30 se mélange aux gaz d'échappement passant dans le système des gaz d'échappement 28 et réduit les oxydes d'azote NOX contenus dans les gaz d'échappement pour donner 35 de l'azote N2 et de l'eau H2O. La figure 2 est une vue en coupe d'une unité de dosage recevant d'une part, de l'agent réducteur et d'autre part, de l'air comprimé. Selon la vue en coupe schématique de la figure 2, l'unité 5 de dosage 24 reçoit l'agent réducteur 50 par l'arrivée d'agent réducteur 32. L'agent réducteur 50 fourni à l'unité de dosage 24 est à une pression qui est pratiquement celle du côté de refoulement ou côté de pression 20 de l'unité de transfert 16. Cette pression est appliquée à l'arrivée d'agent réducteur 32 (généralement une conduite) et se propage io dans le corps de l'unité de dosage 24. De l'air comprimé 52 est fourni par l'arrivée d'air comprimé 36 à l'unité de dosage 24. La vue en coupe de la figure 2 montre que l'air comprimé 52 est appliqué à l'organe de soupape 54, par exemple de forme conique, d'une soupape mélangeuse 40 ; dans la représentation de la fi- 15 gure 2, cette soupape a un siège 58. La géométrie de l'élément de soupape 54 peut être différente de celle d'une forme conique. La sou-pape mélangeuse 40 intégrée dans le boîtier de l'unité de dosage 24 comporte un élément déformable 34, par exemple une membrane déformable. L'élément déformable 34 est sollicité d'un côté par la pression 20 de l'agent réducteur 50 au niveau de l'arrivée d'agent réducteur 32 et d'autre part, elle est soumise à l'action du poussoir traversant la cavité 42. Ce poussoir est la tige 56 de l'élément de soupape 54 de forme conique selon la figure 2. La tige 56 de la soupape mélangeuse 40 est entourée par un élément de rappel 38. L'élément de rappel 38 est de 25 préférence un ressort, notamment un ressort de compression, qui, en l'absence de pression dans l'arrivée d'agent réducteur 32, garantit l'application de l'élément de soupape 54 contre son siège 58, c'est-à-dire la fermeture interdisant le passage d'air comprimé 52 à travers l'arrivée d'air comprimé 36 dans la chambre de mélange 46. 30 En aval du siège de soupape 58, une conduite traverse le boîtier de l'unité de dosage 24 et débouche dans une chambre de mélange 46. La chambre de mélange 46 est également reliée à l'arrivée d'agent réducteur 32 par la sortie d'une soupape de dosage 44 ; en présence d'agent réducteur au niveau de l'arrivée d'agent réducteur 32, ou-

6 vrant ainsi la soupape mélangeuse 40, de l'air comprimé 52 arrive dans la chambre de mélange 46. Dès que l'unité de transfert 16 fournit de l'agent réducteur 50, la pression augmente dans la conduite de transfert 14 en aval du côté refoulement (côté pression) 20 de l'unité de transfert 16 et cette pression se retrouve dans l'arrivée d'agent réducteur 32 de l'unité de dosage 24. La montée en pression déforme l'élément déformable 34 qui est de préférence une membrane dans la cavité 42 poussant la tige de soupape 56 ou tout autre élément de transmission relié à l'élément de io soupape 54, essentiellement dans la direction horizontale (selon le des-sin) et ouvre le siège de soupape 58. Dès que le siège est ouvert, l'air comprimé 52 passe de l'arrivée d'air comprimé 36 dans la chambre de mélange 46 par la soupape de dosage 44 de l'unité de dosage 24 pour arriver sur l'agent réducteur 50. 15 Un mélange air comprimé-agent réducteur passe de la chambre de mélange 46 par la sortie 48 dans un pulvérisateur non représenté à la figure 2 créant un brouillard de pulvérisation d'air comprimé et d'agent réducteur 30 qui arrive finalement dans le système des gaz d'échappement 28 du moteur à combustion interne non représenté 20 (voir figure 1). Plus les gouttelettes sont fines dans le brouillard de pulvérisation d'agent réducteur 30 et plus la réduction des oxydes d'azote NOX sera efficace. L'invention permet de supprimer une soupape à commu- 25 tation électrique, distincte, dans l'unité de dosage 24 ; par ailleurs, la soupape mélangeuse 40 qui est en général en position fermée ne sera activée que si après mise en marche de l'unité de transfert 16, il y a dans la conduite de transfert 14 une veine d'agent réducteur et qu'ainsi, il s'établit une pression dans l'arrivée d'agent réducteur 32 de l'unité de 30 dosage 24. Comme l'air comprimé 52 ne sert qu'à la pulvérisation, même si alors l'agent réducteur 50 est dosé, il est possible de coupler le débit d'air comprimé au débit d'agent réducteur selon l'invention. La figure 2 montre en outre que la déformation ou débattement de l'élément déformable 34 par la pression régnant à l'arrivée 35 d'agent réducteur 32 produit le déplacement de l'élément de soupape 54 dans le sens de l'ouverture 60 libérant le siège de soupape 58 ; en revanche, la chute de pression dans la conduite de transfert 14 et ainsi la chute de pression à l'arrivée d'agent réducteur 32 après arrêt de l'unité de transfert 16, l'élément de rappel, par exemple sous la forme d'un élément de ressort 38, rappelle l'élément de soupape 54 contre le siège de soupape 58 c'est-à-dire dans le sens de la fermeture 62. io NOMENCLATURE

10 Système de post-traitement des gaz d'échappement 12 Réservoir d'agent réducteur 14 Conduite de transfert 16 Unité de transfert 18 Côté aspiration 20 Côté refoulement/côté pression 22 Réservoir d'air comprimé io 24 Unité de dosage 26 Conduite d'air comprimé 28 Système de gaz d'échappement 30 Brouillard d'agent réducteur pulvérisé 32 Arrivée d'agent réducteur 15 36 Arrivée d'air comprimé 38 Elément de rappel/ressort 40 Soupape mélangeuse 42 Cavité 44 Soupape de dosage 20 46 Chambre de mélange 48 Sortie 50 Agent réducteur 52 Air comprimé 54 Organe de soupape 25 56 Tige de soupape 60 Direction d'ouverture 62 Direction de fermeture 30

Claims (1)

1. REVENDICATIONS1 °) Dispositif de réduction des oxydes d'azote NO. contenus dans les gaz d'échappement émis par un moteur à combustion interne équipé d'un système de gaz d'échappement (28) dans lequel on introduit de l'agent réducteur (50) sous la forme d'un brouillard pulvérisé (30), dispositif caractérisé par une unité de dosage (24) recevant de l'air comprimé (52) et de l'agent réducteur (50) et comportant une soupape mélangeuse (40) actionnée par la pression de l'agent réducteur (50). 2°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la soupape mélangeuse (40) comporte un élément déformable (34), notamment une membrane déformable sollicitée par l'agent réduc- teur (32). 3°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément déformable (34) actionne un élément de soupape (54) sollicité dans le sens de la fermeture (62) par un élément de ressort (38). 4°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par une soupape de dosage (44) installée dans l'arrivée d'agent réducteur (32) en aval de l'élément déformable (34). 5°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la soupape de dosage (44) injecte de l'agent réducteur (50) dans une chambre de mélange (46). 6°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de mélange (46) reçoit de l'air comprimé (52).35 10 7°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de mélange (46) reçoit de l'air comprimé en fonction de l'ouverture de la soupape mélangeuse (40). 8°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la soupape mélangeuse (40) fournit de l'air comprimé (52) à la chambre de mélange (46) seulement lorsque l'agent réducteur (50) est transféré 10 dans la soupape de dosage (44). 9°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de mélange (46) a une sortie (48) reliée à une installation de 15 pulvérisation.