FR3002000A1

FR3002000A1 - Ensemble comportant un ecran thermique permettant le chauffage d'un reservoir de reducteur

Info

Publication number: FR3002000A1
Application number: FR1351122A
Authority: FR
Inventors: Michel Berthommier
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2013-02-11
Filing date: 2013-02-11
Publication date: 2014-08-15
Anticipated expiration: 2033-02-11
Also published as: FR3002000B1

Abstract

L'invention porte sur un ensemble comportant une ligne d'échappement (1) d'un moteur à combustion, un réservoir (2) d'un réducteur pour la réduction catalytique sélective des oxydes d'azote émis par le moteur, et un écran thermique (3) interposé entre la ligne d'échappement (1) et le réservoir (2), dans lequel ledit écran thermique (3) est en matériau conducteur thermique, et est lié à une paroi du réservoir (2) de réducteur. L'invention porte également sur un véhicule automobile comportant un tel ensemble.

Description

ENSEMBLE COMPORTANT UN ECRAN THERMIQUE PERMETTANT LE CHAUFFAGE D'UN RESERVOIR DE REDUCTEUR [0001] L'invention porte sur le domaine du traitement des polluants dans les gaz d'échappement des moteurs à combustion, et plus particulièrement de l'architecture des dispositifs permettant le traitement des oxydes d'azote (NOx). [0002] Les émissions polluantes des moteurs à combustion, notamment des moteurs équipant les véhicules automobiles, sont réglementées par des normes de plus en plus sévères. Les polluants réglementés sont, selon la technologie de moteur à combustion considérée, le monoxyde de carbone (CO), les hydrocarbures imbrûlés (HC), les oxydes d'azotes (NOx), et les particules. [0003] Il est connu d'employer un certain nombre de moyens de dépollution dans la ligne d'échappement des moteurs à combustion pour en limiter les émissions de polluants réglementés. Un catalyseur d'oxydation permet le traitement du monoxyde de carbone, des hydrocarbures imbrûlés, et dans certaines conditions des oxydes d'azotes ; un filtre à particules peut être employé pour le traitement des particules de suie. On désigne de manière générale ces dispositifs par le terme de moyens de « post-traitement » des gaz d'échappement. [0004] Pour satisfaire aux normes anti-pollution sur les émissions d'oxydes d'azote (NOx), un système spécifique de post-traitement peut être introduit dans la ligne d'échappement des véhicules, notamment des véhicules équipés de moteurs à mélange pauvre, c'est-à-dire du type diesel ou à allumage commandé fonctionnant avec un mélange stratifié (mélange carburé non-homogène présentant un taux de carburant inférieur à la stoechiométrie). Pour le traitement des oxydes d'azote (NOx), on connaît des technologies de réduction catalytique sélective, ou « SCR » selon un acronyme anglophone pour « Selective Catalytic Reduction », qui permettent de réduire les NOx par introduction d'un agent réducteur (ou d'un précurseur d'un tel agent réducteur) dans les gaz d'échappement. On parlera dans la suite du présent document d'une manière générale de « réducteur » pour désigner l'agent réducteur ou son précurseur. [0005] Le précurseur d'agent réducteur peut typiquement être d'une solution d'urée, dont la décomposition va permettre l'obtention d'ammoniac qui servira d'agent réducteur. Notamment, il peut s'agir d'AdBlue (marque déposée), qui est une solution aqueuse d'urée à 32,5%. [0006] L'agent réducteur généré permet de réduire les oxydes d'azotes par réaction dans un catalyseur SCR, c'est-à-dire un substrat portant une imprégnation catalytique apte à favoriser la réduction des NOx par l'agent réducteur. [0007] Les technologies de réduction catalytique sélective présentent l'avantage de permettre un très haut niveau de conversion des oxydes d'azotes. [0008] L'une des contraintes liées à la technologie de réduction catalytique sélective des NOx mettant en jeu une solution d'urée est que cette solution doit être maintenue hors gel, ou doit pouvoir être chauffée pour en éviter le gel ou pour la ramener à l'état liquide. En effet, une solution aqueuse d'urée à 32,5% telle que couramment employée présente un point de gel à -11 degrés Celsius. [0009] On connaît divers systèmes de chauffage électrique du réducteur, notamment des modules comprenant une pompe et un chauffage électrique intégrés, destinés à être implantés dans le réservoir de réducteur. Cependant, la capacité de chauffage de ces dispositifs est relativement restreinte, et, en outre il est énergétiquement dispendieux de poursuivre le chauffage par des moyens électriques pendant une longue durée et/ou lorsque par ailleurs de la chaleur générée par le moteur dépollué par le système est perdue. [0010] L'emploi de la chaleur des gaz d'échappement du moteur pour assurer tout ou partie de cette fonction de chauffage est connu dans l'état de la technique au travers de plusieurs documents. [0011] Le document DE102007058768 divulgue un dispositif dans lequel un circuit caloporteur permet un échange thermique entre les gaz d'échappement et un réservoir d'urée. Il s'agit donc d'un système complexe à mettre en oeuvre et à piloter, nécessitant la mise en oeuvre d'un circuit caloporteur additionnel. [0012] Le document W0200806608 propose d'utiliser la chaleur de la ligne d'échappement pour le maintien en température d'un réservoir de réducteur qui est positionné sur la ligne d'échappement qui le traverse. Une telle architecture nécessite une vanne en amont sur la branche de la ligne d'échappement qui traverse le réservoir car sans un contrôle de la quantité de gaz traversant le réservoir, le réducteur serait vite surchauffé. Par ailleurs, il est de manière générale économiquement pertinent d'utiliser un réservoir de réducteur en matériau plastique, solution difficilement compatible de l'architecture proposée dans ce document, le conduit d'échappement pouvant dépasser la température admissible par les matériaux plastiques envisageables notamment le polyéthylène haute densité (PEHD). [0013] L'invention tend à proposer un dispositif simple à mettre en oeuvre pour exploiter de manière optimale la chaleur des gaz d'échappement d'un moteur à combustion pour chauffer un réducteur de réduction catalytique des oxydes d'azote présent dans un réservoir d'un tel réducteur. [0014] Plus précisément, l'invention porte donc sur un ensemble comportant une ligne d'échappement d'un moteur à combustion, un réservoir d'un réducteur pour la réduction catalytique sélective des oxydes d'azote émis par le moteur, et un écran thermique interposé entre la ligne d'échappement et le réservoir, dans lequel ledit écran thermique est en matériau conducteur thermique, et est lié à une paroi du réservoir de réducteur. [0015] De préférence, une lame d'air sépare l'écran thermique d'une paroi latérale du réservoir. Cela améliore l'isolation et donc la protection de la paroi du réservoir en regard de la ligne d'échappement. [0016] Dans une variante, l'écran thermique est en contact surfacique avec une paroi inférieure du réservoir. L'écran thermique, conducteur, assure donc une aide au chauffage du réservoir de réducteur, et donc du réducteur qu'il contient, par conduction d'une part de l'énergie thermique captée principalement sous forme de rayonnement de la ligne d'échappement. [0017] Dans une autre variante, l'écran thermique est lié à une paroi inférieure du réservoir via des plots de découplage. Le réchauffage du réservoir est ainsi limité. L'emploi de plots de découplage permet ainsi de réduire la transmission de chaleur vers le réservoir, pour les applications dans lesquelles le chauffage par contact surfacique direct entre l'écran thermique et le réservoir serait trop important. [0018] De préférence, l'écran thermique est une plaque métallique pliée, de sorte qu'un premier pan de la plaque est interposé entre la ligne d'échappement et une paroi latérale du réservoir de réducteur, et un second pan de la plaque est en contact avec la paroi inférieure du réservoir de réducteur. Le premier pan permet la captation de chaleur provenant de la ligne d'échappement tout en garantissant la protection thermique du réservoir de réducteur, le second pan permet une restitution adaptée d'une part de cette chaleur au réservoir. [0019] Dans une variante, un tel ensemble présente une découpe entre le premier pan et le second pan. L'adaptation de la forme de cette découpe permet de moduler le transfert de chaleur par conduction entre le premier et le second pan de l'écran thermique. [0020] De préférence, la plaque métallique est une plaque d'aluminium. Elle peut avoir une épaisseur de l'ordre de 3mm. [0021] De préférence, l'écran thermique présente un facteur de réflexion inférieur à 0,2, et est de préférence noir. Par l'emploi d'une couleur foncée ainsi définie, on obtient une bonne capacité de l'écran à absorber la chaleur rayonnée par la ligne d'échappement. [0022] Selon un mode de réalisation préférentiel, l'écran thermique est interposé entre un silencieux de la ligne d'échappement et le réservoir. [0023] L'invention porte aussi sur un véhicule automobile comportant un ensemble conforme à l'invention telle que précédemment définie. [0024] L'invention est décrite plus en détail ci-après et en référence aux figures représentant schématiquement un dispositif selon l'état de la technique connu et selon des modes de réalisation préférentiels de l'invention. [0025] La figure 1 présente une vue partielle d'un ensemble comportant une ligne d'échappement d'un moteur à combustion et un réservoir d'un réducteur pour la réduction catalytique sélective des oxydes d'azote émis par le moteur, dans un exemple d'environnement immédiat dans le cadre d'une application à un véhicule automobile. [0026] La figure 2 présente une vue en coupe d'un tel ensemble tel qu'envisagé dans l'état de la technique, dans un exemple d'environnement immédiat dans le cadre d'une application à un véhicule automobile. [0027] La figure 3 présente, selon une vue en coupe similaire à celle de la figure 2, un ensemble conforme à une variante de l'invention, dans un exemple d'environnement immédiat. [0028] La figure 4 présente, selon une vue en coupe similaire à celle de la figure 2, un ensemble conforme à une variante de l'invention, dans un exemple d'environnement immédiat. [0029] La figure 5 présente, selon une vue schématique en 3 dimensions, un exemple d'écran thermique pouvant être mis en jeu dans l'invention. [0030] La figure 6 présente, selon une vue schématique en 3 dimensions, un exemple d'écran thermique pouvant être mis en jeu dans l'invention. [0031] La figure 1 présente une vue partielle d'un ensemble comportant une ligne d'échappement 1 d'un moteur à combustion et un réservoir 2 d'un réducteur pour la réduction catalytique sélective des oxydes d'azote émis par le moteur. Les contraintes d'implantation de cet ensemble, par exemple dans une application automobile, peuvent aboutir à une implantation du réservoir 2 de réducteur à proximité de la ligne d'échappement 1. Dans l'exemple ici représenté, le réservoir 2 de réducteur est positionné entre un silencieux 11 de la ligne d'échappement 1 et un réservoir de carburant 4. [0032] Les gaz d'échappement circulant dans la ligne d'échappement 1 peuvent être très chauds, si bien qu'il convient, tel qu'il est connu dans l'état de la technique et représenté en figure 2, de protéger le réservoir 2 de réducteur de la chaleur émise par la ligne d'échappement 1, et notamment de la chaleur rayonnée par ladite ligne d'échappement 1. Cette protection est nécessaire pour ne pas risquer de dégrader le réducteur, qui peut être une solution d'urée, et/ou pour ne pas risquer d'endommager le réservoir lui-même qui peut avantageusement être réalisé en matériau plastique du type polyéthylène haute densité (PEHD). Cette protection est classiquement réalisée par un écran thermique 3 entourant la ligne d'échappement dans les zones critiques. Cet écran thermique peut être réalisé de diverses manières. Classiquement, il peut être constitué de plusieurs feuilles d'aluminium alvéolées emprisonnant de l'air en tant qu'isolant. L'écran thermique 3 protège la paroi du réservoir qui est en regard de la ligne d'échappement 1 du rayonnement thermique de cette dernière. Une lame d'air ménagée entre l'écran thermique 3 et le réservoir 2 de réducteur améliore l'isolation. [0033] Cependant, l'architecture d'écrantage proposée à la figure 2 ne permet pas de profiter, ou alors très marginalement, de la chaleur de la ligne d'échappement 1 pour aider au dégel du réducteur contenu dans le réservoir 2 de réducteur, lors de périodes de grand froid, la solution d'urée typiquement à 32,5% ayant un point de gel à -11 °C. [0034] Dans l'invention, et tel que présenté dans une variante particulière en figure 3, l'écran thermique 3 est en matériau conducteur thermique, et est lié avec une paroi du réservoir de réducteur, en l'occurrence avec la paroi inférieure du réservoir 2, généralement appelée « fond » du réservoir, avec laquelle il est en contact surfacique. [0035] Ainsi, l'écran thermique 3, interposé entre la ligne d'échappement 1, par exemple au niveau d'un silencieux 11, et le réservoir 2 de réducteur, protège ce dernier de la chaleur rayonnée. Cependant, l'écran thermique 3, préférentiellement de couleur foncée tel que le noir ou toute couleur présentant un facteur de réflexion bas, typiquement inférieur à 0,2, capte une partie des rayonnement et transmet par conduction la chaleur ainsi récupérée à la paroi du réservoir 2 d'urée à laquelle il est lié, typiquement en contact surfacique. [0036] Un exemple d'écran thermique 3, correspondant à l'écran mis en jeu à la figure 3, est présenté en figure 5. L'écran thermique 3 est constitué, dans ce mode de réalisation de l'invention, d'une plaque métallique pliée. Il pourra s'agir d'une plaque d'aluminium ou d'alliage d'aluminium. Son épaisseur peut être de l'ordre de 3mm. Le pliage peut conférer à la plaque une forme globale en L. La plaque est ainsi pliée de sorte qu'un premier pan 31 de la plaque est interposé entre la ligne d'échappement et une paroi latérale du réservoir de réducteur, et un second pan 32 de la plaque est lié à une paroi du réservoir de réducteur, de préférence la paroi inférieure. [0037] Dans l'invention, la chaleur transmise au réservoir ne remet cependant pas en cause sa fiabilité, en ce qu'elle peut être modulée à l'aide de plusieurs moyens. [0038] Tout d'abord, une conformation adaptée de l'écran thermique 3 permet une répartition de l'énergie thermique sur une surface importante du réservoir. L'écran thermique permet également une dissipation thermique par convection d'une partie de cette énergie thermique. Cette dissipation peut être modulée en augmentant ou en diminuant la surface d'échange de l'écran avec l'air, par l'emploi d'un écran présentant une surface gaufrée avec un gaufrage adapté. [0039] Un autre moyen de limiter la chaleur transmise au réservoir est de lier l'écran thermique 3 à la paroi du réservoir via des plots 5. Les plots 5 peuvent être formés par déformation de l'écran thermique 3, mais il s'agit préférentiellement de plots de découplage. [0040] Un autre moyen de limiter la chaleur transmise au réservoir consiste à ménager une découpe 33 dans l'écran thermique 3, entre la zone de l'écran en regard de la ligne d'échappement 1, typiquement le premier pan 31 de l'écran thermique 3, qui est la zone de l'écran qui protège le réservoir des rayonnement de la ligne d'échappement 1 et qui permet la captation par absorption par l'écran d'une partie de l'énergie rayonnée, et la zone de l'écran en contact avec une paroi du réservoir, typiquement le second pan 32. Ainsi en modulant la forme de cette découpe, on peut moduler la transmission de chaleur par conduction entre ces deux zones. Dans le cas d'un écran thermique dans sa variante préférentielle à deux pans 31, 32, la découpe 33 pourra être réalisée au niveau du pli entre les deux pans 31, 32. Un écran présentant cette configuration avantageuse est présenté en figure 6. [0041] Les trois moyens décrits ci-dessus pour moduler le transfert de chaleur vers le réservoir peuvent être employés de manière cumulative. [0042] L'invention propose ainsi un dispositif offrant de multiples avantages. Il est ainsi possible de garantir le dégel d'un réducteur pour la réduction catalytique des oxydes d'azote en profitant de la chaleur perdue à l'échappement, tout en employant un réservoir pouvant être en matériau plastique. Cela est réalisé de manière simple et à un coût limité, que ce soit en termes de coût du dispositif ou de coût d'exploitation, puisque l'invention, en apportant une aide au chauffage du réducteur, permet de ne pas avoir à employer de système électrique de chauffage de forte puissance.10

Claims

REVENDICATIONS1. Ensemble comportant une ligne d'échappement (1) d'un moteur à combustion, un réservoir (2) d'un réducteur pour la réduction catalytique sélective des oxydes d'azote émis par le moteur, et un écran thermique (3) interposé entre la ligne d'échappement (1) et le réservoir (2), caractérisé en ce que ledit écran thermique (3) est en matériau conducteur thermique, et est lié à une paroi du réservoir (2) de réducteur.
2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel une lame d'air sépare l'écran thermique (3) d'une paroi latérale du réservoir (2).
3. Ensemble selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel l'écran thermique (3) est en contact surfacique avec une paroi inférieure du réservoir (2).
4. Ensemble selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel l'écran thermique (3) est lié à une paroi inférieure du réservoir (2) via des plots (5) de découplage.
5. Ensemble selon la revendication 3 ou la revendication 4, dans lequel l'écran thermique (3) est une plaque métallique pliée, de sorte qu'un premier pan (31) de la plaque est interposé entre la ligne d'échappement (1) et une paroi latérale du réservoir (2) de réducteur, et un second pan (32) de la plaque est en contact avec la paroi inférieure du réservoir (2) de réducteur.
6. Ensemble selon la revendication 4, dans lequel l'écran présente une découpe (33) entre le premier pan (31) et le second pan (32).
7. Ensemble selon la revendication 6, dans lequel la plaque métallique est une plaque d'aluminium.
8. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'écran thermique (3) présente un facteur de réflexion inférieur à 0,2, et est de préférence noir.
9. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'écran thermique (3) est interposé entre un silencieux (11) de la ligne d'échappement (1) et le réservoir (2).
10. Véhicule automobile comportant un ensemble selon l'une des revendications précédentes.