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Title:
DEVICE FOR REDUCING THE QUANTITY OF EMITTED NITROGEN OXIDES OF A DIESEL ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/110877
Kind Code:
A1
Abstract:
A device for reducing the quantity of nitrogen oxides emitted in the exhaust fumes of a diesel engine, said diesel engine comprising a combustion chamber (34) and an air compressor (29), said device comprising: - a water treatment system, for demineralising the water to be injected, - a water injection system, for injecting the demineralised water into said diesel engine, said water injection being carried out after said air compressor (29) and before said combustion chamber (34), said water injection into the combustion air enabling a lowering of the combustion temperature and thus of the emissions of nitrogen oxides, - safety means, such as probes and solenoids, for limiting and/or preventing the risks of malfunction of said diesel engine because of said device, and - a control system, comprising control means for determining the water injection parameters and/or for managing said safety means.

Inventors:
VINAYAGAM RAVI (FR)
Application Number:
PCT/FR2017/053478
Publication Date:
June 13, 2019
Filing Date:
December 08, 2017
Export Citation:
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Assignee:
ENERIA (FR)
International Classes:
F02M25/028; F02B47/02; F02M25/022; F02M43/00
Foreign References:
US6698387B12004-03-02
EP1205659A22002-05-15
US20080196407A12008-08-21
Other References:
W. WAGNER; A. PRUΒ: "The IAPWS Formulation 1995 for the Thermodynamic Properties of Ordinary Water Substance for General and Scientific Use", JOURNAL OF PHYSICAL AND CHEMICAL REFERENCE DATA, vol. 31, no. 2, June 2002 (2002-06-01), pages 387535
Attorney, Agent or Firm:
CAPRI (FR)
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Claims:
Revendications

1.- Dispositif pour réduire la quantité d’oxydes d’azote émis dans les fumées d’échappement d’un moteur diesel, ledit moteur diesel comportant une chambre de combustion (34) et un compresseur d’air (29), caractérisé en ce que ledit dispositif comprend :

- un système de traitement d’eau, pour déminéraliser l’eau à injecter,

- un système d’injection d’eau, pour injecter de l’eau déminéralisée dans ledit moteur diesel, ladite injection d’eau étant réalisée après ledit compresseur d’air (29) et avant ladite chambre de combustion (34), ladite injection d’eau dans l’air comburant permettant d’abaisser la température de combustion, et ainsi les émissions d’oxydes d’azote,

- des moyens de sécurité, tels que des sondes et des électro annes, pour limiter et/ou empêcher les risques de dysfonctionnement dudit moteur diesel à cause dudit dispositif, et

- un système de commande, comportant des moyens de commande pour déterminer les paramètres de l’injection d’eau et/ou pour gérer lesdits moyens de sécurité.

2.- Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ledit système de traitement d’eau comporte une bouteille (107) contenant des résines cationique acide forte et anionique base forte pour capter les sels minéraux de l’eau et ainsi déminéraliser ladite eau.

3.- Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit système d’injection d’eau comporte au moins une buse de pulvérisation (4) générant un spray.

4.- Dispositif selon la revendication 3, dans lequel ledit spray forme un angle d’environ 45°.

5.- Dispositif selon la revendication 3 ou 4, dans lequel ledit spray a une taille de gouttelettes moyenne d’environ 0,5 qm.

6.- Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit système d’injection d’eau comporte une rampe d’injection (1) comportant un tube collecteur d’eau (2) pourvu d’une pluralité de raccords pour relier ledit tube (2) à des buses de pulvérisation (4), via des tubes flexibles (5).

7.- Dispositif selon la revendication 6, dans lequel lesdits raccords sont disposés sur le haut de ladite rampe d’injection, pour éviter tout risque d’injection par gravité de l’eau présente dans la rampe d’injection.

8.- Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdits moyens de sécurité comportent des moyens de mesure d’un ou plusieurs des paramètres suivants:

- le volume d’eau traité par ledit système de traitement d’eau,

- la conductivité de l’eau,

- la pression d’eau,

- la température au point d’injection d’eau,

- la température au collecteur d’admission du moteur.

9.- Dispositif selon la revendication 8, dans lequel lesdits moyens de sécurité comportent au moins une première électro vanne à manque (102) adaptée à fermer l’alimentation d’eau en cas de coupure d’alimentation électrique ou sur demande du système de commande, au moins une vanne deux voies (110) venant redonder la fonction de ladite première électrovanne (102), et au moins une vanne trois voies (111) pour assurer la vidange de l'eau non conforme contenue dans les tuyauteries vers les égouts en cas de dysfonctionnement dudit système de traitement d’eau.

10.- Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdits moyens de commande calculent le débit d’eau à injecter dans le moteur selon des conditions préétablies.

11.- Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant un refroidisseur d’air (33) disposé après ledit compresseur d’air (29) et avant ladite chambre de combustion (34), ladite injection d’eau étant réalisée après ledit compresseur d’air (29) et avant ledit refroidisseur d’air (33).

12.- Ensemble comprenant un moteur diesel et un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes. j? J? J?

Description:
Dispositif pour réduire la quantité d* oxydes d’azote émis d’un moteur diesel

La présente invention concerne un dispositif pour réduire la quantité d’oxydes d’azote émis dans les fumées d’échappement d’un moteur ou groupe électrogène fonctionnant au diesel, ainsi qu’un ensemble formé d’un tel dispositif associé à un moteur ou groupe électrogène fonctionnant au diesel.

Les groupes électrogènes utilisant du diesel comme carburant émettent plus ou moins d’oxydes d’azote (appelés Nox), dont les rejets dans l’atmosphère sont de plus en plus réglementés au travers des nouvelles valeurs limites d’émissions (VLE) propres à chaque zone géographique dans le monde.

Sur certains territoires, les VLE descendent en-dessous des émissions des groupes électrogènes du marché.

Afin de remédier à cette non-conformité environnementale, la présente invention a pour but de fournir un dispositif ayant pour objectif de faire baisser la quantité d’oxydes d’azote émis dans les fumées d’échappement d’un moteur diesel.

La présente invention a également pour but de fournir un tel dispositif qui est simple et peu coûteux à fabriquer et à assembler.

La présente a donc pour objet un dispositif pour réduire la quantité d’oxydes d’azote émis dans les fumées d’échappement d’un moteur diesel, ledit moteur diesel comportant une chambre de combustion et un compresseur d’air, ledit dispositif comprenant :

- un système de traitement d’eau, pour déminéraliser l’eau à injecter,

- un système d’injection d’eau, pour injecter de l’eau déminéralisée dans ledit moteur diesel, ladite injection d’eau étant réalisée après ledit compresseur d’air et avant ladite chambre de combustion, ladite injection d’eau dans l’air comburant permettant d’abaisser la température de combustion, et ainsi les émissions d’oxydes d’azote,

- des moyens de sécurité, tels que des sondes et des électro vannes, pour limiter et/ou empêcher les risques de dysfonctionnement dudit moteur diesel à cause dudit dispositif, et - un système de commande, comportant des moyens de commande pour déterminer les paramètres de l’injection d’eau et/ou pour gérer lesdits moyens de sécurité.

Avantageusement, ledit système de traitement d’eau comporte une bouteille contenant des résines cationique acide forte et anionique base forte pour capter les sels minéraux de l’eau et ainsi déminéraliser ladite eau.

Avantageusement, ledit système d’injection d’eau comporte au moins une buse de pulvérisation générant un spray.

Avantageusement, ledit spray forme un angle d’environ 45°.

Avantageusement, ledit spray a une taille de gouttelettes moyenne d’environ 0,5 qm.

Avantageusement, ledit système d’injection d’eau comporte une rampe d’injection comportant un tube collecteur d’eau pourvu d’une pluralité de raccords pour relier ledit tube à des buses de pulvérisation, via des tubes flexibles.

Avantageusement, lesdits raccords sont disposés sur le haut de ladite rampe d’injection, pour éviter tout risque d’injection par gravité de l’eau présente dans la rampe d’injection.

Avantageusement, lesdits moyens de sécurité comportent des moyens de mesure d’un ou plusieurs des paramètres suivants:

- le volume d’eau traité par ledit système de traitement d’eau,

- la conductivité de l’eau,

- la pression d’eau,

- la température au point d’injection d’eau,

- la température au collecteur d’admission du moteur.

Avantageusement, lesdits moyens de sécurité comportent au moins une première électro vanne à manque adaptée à fermer l’alimentation d’eau en cas de coupure d’alimentation électrique ou sur demande du système de commande, au moins une vanne deux voies venant redonder la fonction de ladite première électrovanne, et au moins une vanne trois voies pour assurer la vidange de l'eau non conforme contenue dans les tuyauteries vers les égouts en cas de dysfonctionnement dudit système de traitement d’eau. Avantageusement, lesdits moyens de commande calculent le débit d’eau à injecter dans le moteur selon des conditions préétablies.

Avantageusement, ledit dispositif comporte un refroidisseur d’air disposé après ledit compresseur d’air et avant ladite chambre de combustion, ladite injection d’eau étant réalisée après ledit compresseur d’air et avant ledit refroidisseur d’air.

La présente a aussi pour objet un ensemble comprenant un moteur diesel et un dispositif tel que décrit ci-dessus.

Ces caractéristiques et avantages et d'autres apparaîtront plus clairement au cours de la description détaillée suivante, faite en référence aux dessins joints, donnés à titre d’exemples non limitatifs, et sur lesquels :

- La figure 1 est une vue schématique d’ensemble de la présente invention, selon un premier mode de réalisation avantageux,

- La figure 2 est une schématique d’un groupe électrogène différent qui peut être associé au dispositif de la présente invention, formant un second mode de réalisation avantageux,

- la figure 3 est une vue schématique en perspective d’une partie du dispositif de la figure 1 ,

- la figure 4 est une représentation schématique des conditions de mesure d’un dispositif selon la présente invention,

- la figure 5 est une vue de détail en section transversale d’une partie du dispositif de la figure 1 ,

- la figure 6 est une vue de détail du dispositif de la figure 1 , illustrant des moyens de sécurités avantageux,

- la figure 7 est un graphe illustrant un exemple de cartographie à trois paramètres, et

- la figure 8 est un graphe illustrant un exemple de résultat obtenu avec la présente invention.

Dans la description, les termes "haut" et "bas" se réfèrent à la position droite d’utilisation normale d’un moteur, représentée sur les figures 1 à 3 et 5. L'invention s'applique à des moteurs et groupes électrogènes fonctionnant au diesel. La description ci-après sera faite principalement en référence à un groupe électrogène particulier, à savoir le moteur Caterpillar 3516 BHD, représenté sur la figure 1, mais il est entendu que la présente invention pourrait s’appliquer à tout type de moteur diesel. Ainsi, la figure 2 illustre un autre groupe électrogène, à savoir le moteur Caterpillar 3516E, et il sera décrit ultérieurement les différences induites par ce second mode de réalisation.

De manière connue, un moteur diesel est un moteur à combustion interne dont l'allumage est spontané lors de l'injection du carburant, par phénomène d'auto-inflammation lié aux températures élevées dans la chambre de combustion ou cylindre 34. Celles-ci sont atteintes grâce à un fort taux de compression généré par un compresseur d’air 29. Le compresseur 29 a notamment pour but d’augmenter la densité d’énergie dans la chambre de combustion 34, ce qui permet d’augmenter la puissance du moteur sans augmenter sa taille ou de recourir à un plus petit moteur (et donc moins cher) pour une puissance cible donnée. Par effet corollaire, l’allumage est facilité.

Un but de l’invention est de faire baisser les températures de combustion, car la température a été identifiée comme un puissant catalyseur à la formation des oxydes d’azote.

Le principe de l’invention est de compléter l’humidité de l’air comburant par l’ajout d’eau après le compresseur d’air 29.

Le fait d’introduire l’eau sous forme de brouillard, avec une taille des gouttelettes visée d’environ 0,5 qm, dans une enceinte à plus de 200°C permet aux fines gouttelettes de s’évaporer quasi-instantanément en se mélangeant avec l’air comburant.

L’abaissement de la température de l’air, dû au caractère endothermique de l’évaporation de l’eau, augmente sa densité. Ce principe permet de maintenir l’apport d’oxygène nominal malgré l’apport complémentaire de vapeur d’eau dans l’air comburant. En conséquence, la puissance nominale du groupe électrogène n’est pas altérée. L’abaissement de la température de l’air a une autre conséquence: cela permet d’abaisser la température de combustion.

Ce principe est obtenu par deux phénomènes :

- l’air refroidi par l’évaporation, puis par l’échangeur, arrive moins chaud dans le cylindre 34 ;

- pendant l’explosion dans le cylindre 34, la capacité calorifique de l’air sur humidifié est supérieure ; la conséquence est que sa capacité à absorber l’énergie thermique dégagée par l’explosion est améliorée ; cela permet d’atténuer la montée en température dans le cylindre 34 après explosion.

Ainsi, l’azote contenu dans l’air est moins oxydé et par conséquent il y a moins de production de NOx dans les gaz d’échappement.

Le dispositif de la présente invention tient compte des conditions ambiantes pour adapter l’injection d’eau à l’humidité relative de l’air ambiant.

Le dispositif selon l’invention comprend :

- un système de traitement d’eau ;

- un système d’injection ;

- des moyens de sécurité, tels que des sondes et des électrovannes ;

- un système de commande.

Le système est pensé de façon à éviter tout risque de non-démarrage du groupe électrogène dont la fonction secours est souvent primordiale.

Système de traitement d’eau :

Afin d’éviter tout risque d’endommager le moteur, il convient d’injecter une eau la plus pure possible, donc sans calcaire ou autre ion pouvant provoquer des dépôts.

L’eau déminéralisée est obtenue à partir d’une bouteille constituée de résines cationique acide forte et anionique base forte. Les sels minéraux sont ainsi captés par la bouteille permettant une production d’eau déminéralisée.

La qualité de l’eau produite est mesurée par une sonde de conductivité communicante avec le système de commande. Principe d’injection :

L’injection est réalisée par des buses placées entre le compresseur d’air 29 et la chambre de combustion ou cylindre 34, de préférence entre le compresseur d’air 29 et le refroidisseur d’air 33.

On choisit de préférence une buse à angle d’environ 45°, c’est-à-dire générant un spray formant un angle d’environ 45°, à adapter selon la configuration des tuyauteries.

L’angle doit être adapté au tube dans lequel on souhaite placer la buse. Un angle trop petit diminue la surface d’échange et donc la quantité d’eau évaporable. Un angle trop grand projette des gouttelettes d’eau sur les parois, avec donc une perte d’efficacité.

Ci-après, il va être présenté un premier mode de réalisation spécifique à un groupe électrogène particulier, à savoir le moteur Caterpillar 3516 BHD représenté sur la figure 1.

Les pièces moteur habituelles sont percées pour placer les buses, comme représenté sur les figures 3 et 5. La position de la buse et son orientation est définie de façon à maximiser la distance buse/paroi pour optimiser la durée d’échange thermique entre l’air et l’eau, et ainsi maximiser ainsi la part de l’eau qui est vaporisée.

La figure 5 illustre la mise en place d’une buse dans une pièce creuse 10 formant coude, ayant typiquement une épaisseur de paroi de 6 mm.

Un trou est usiné dans la partie supérieure courbe de la pièce, comme visible sur la figure 5.

Avantageusement, les dimensions dans ce premier mode de réalisation peuvent être les suivantes :

dl est compris entre 90 mm et 120 mm, de préférence 105 mm ;

d2 est compris entre 180 mm et 200 mm, de préférence 193 mm ; d3 est compris entre 190 mm et 220 mm, de préférence 205 mm ; d6 est compris entre 230 mm et 260 mm, de préférence 245,1 mm ;

- d4 = d5 = d6/2 ; le diamètre d7 du trou est compris entre 20 mm et 30 mm, de préférence 25 mm ;

- l’angle a de l’axe du trou avec la verticale est compris entre 15° et 25°, de préférence 19,5°.

Un manchon porte-buse 20 est alors soudé dans ledit trou, pour recevoir une buse 4 appropriée.

La figure 2 illustre un second mode de réalisation, avec un autre modèle de groupe électrogène. Dans cette variante, la buse 4 peut être disposée dans une partie verticale plane du collecteur du moteur, et l’angle a de l’axe du trou avec la verticale peut alors être de 90°. En variante, on pourrait envisager plusieurs buses, par exemple deux, pour répartir le débit et ainsi mieux évaporer. Dans cette hypothèse, ces buses pourraient former un angle différent, par exemple injecter en biais, comme décrit précédemment en référence au premier mode de réalisation.

Ci-après, il va être expliqué comment la présente invention calcule les quantités d’eau à injecter et quels systèmes de sécurités sont prévus.

Paramètres mobiles mesurés :

Ces paramètres sont mesurés par des capteurs inclus dans le dispositif, indépendants du moteur.

• HRi : humidité relative de l'air ambiant

• Ti : température de l'air ambiant

• Pi : pression ambiante

• MAP : pression de suralimentation (après refroidissement, entrée moteur)

• COT : température sortie compresseur (point d'injection de l'eau)

• MAT : température collecteur d’admission (après refroidissement, entrée moteur)

• P : puissance électrique sortie alternateur

• C : conductivité de l'eau traitée

• Po : pression de l'eau du réseau Principaux paramètres mobiles calculés :

Td2: Température de point de rosée

PWS : pression de vapeur saturante

m injecti on rédie : masse d’eau horaire à injecter

Mi eau : masse d’eau horaire à injecter

PWi : pression de vapeur d’eau ambiante

PWair : pression partielle de l’air

Paramètres fixes :

MaxNox : niveau de Nox requis par le client

D : dureté de l’eau du réseau utilisé

CE : capacité d’échange de la bouteille de traitement de l’eau

Paramètres issus de la cartographie :

m injection carto : masse d’eau horaire à injecter pour la valeur de MaxNox requise et pour chaque puissance

P arto : Pression atmosphérique au moment de l’établissement de la cartographie

T arto : Température ambiante au moment de l’établissement de la cartographie

HR carto : Taux d’humidité ambiant au moment de l’établissement de la cartographie

Paramètre moteur :

m air : masse horaire d’air absorbée par le moteur selon sa fiche technique, pour chaque puissance

La figure 4 représente schématiquement les conditions de mesure. Détermination de la quantité d’eau à injecter :

La quantité d’eau à injectée est définie expérimentalement par un calibrage en usine. Les conditions de ce calibrage sont appelées « conditions cartographiques ».

Une fois le moteur en production chez le client, les conditions peuvent avoir évolué et sont alors notées « conditions réelles ».

Mise en œuyre de la cartographie :

Le débit horaire d'eau injecté dans le moteur noté m injection carto est une fonction f de la puissance P et du niveau de Nox requis :

™-injection carto = fiP Ma c NqC ) f est défini expérimentalement pour une humidité HR carto et une température T carto ·

Les mesures sont réalisées par tranches de 100 kW entre la puissance nominale du moteur et la puissance moteur qui amène à ne pas injecter d'eau du fait que la production de Nox produit est inférieure à MaxNox.

En pratique, on commande une pompe d’injection 112 et on définit pour chaque niveau de puissance moteur mesurée par des capteurs 35, le signal analogique de commande de la pompe 112 et le débit d’injection d’eau (mesuré par un débitmètre 106).

La figure 7 représente un graphe illustrant un exemple de cartographie.

Dans cet exemple, les courbes expérimentales permettent de définir une équation polynomiale de degré 5 pour modéliser le lien entre les trois paramètres de la cartographie.

Pour le signal analogique :

y = -293, 62x 5 + 2501, 6x 4 - 8108, 5x 3 + 12841c 2 - 10010c + 3073,3

Pour le débit d’eau :

y = -7,0304x 5 + 54,842x 4 - 166, 85x 3 + 248,5 lx 2 - 181,59c + 52,149

Le système de commande connaît ainsi, sur la base de la puissance moteur, les deux autres paramètres en temps réel. L’interface homme machine mis en œuvre permet de saisir en mode expert les coefficients des deux polynômes.

Facteur correctif :

Le débit m injection carto issu de la cartographie est avantageusement corrigé du débit d'eau apporté par la présence d'humidité dans l'air comburant si HRi n’est pas identique à HR carto .

Le débit est également avantageusement corrigé de la température d'air ambiant Ί\ si celle-ci diffère de T carto .

Le système de commande peut, si nécessaire, réaliser une correction de la cartographie et affiner la quantité d’eau nécessaire à injecter.

Hystérésis de démarrage d’iniection :

On ajoute une hystérésis de 40 kW au démarrage de la pompe, pour éviter un battement de la pompe autour de la valeur de puissance correspondant au début d’injection.

Commande de l’injection :

L’injection est ordonnée par le système de commande si :

- le groupe électrogène est en marche,

- la température de sortie COT du compresseur d’air 29 est supérieure à l35°C,

- MAT>Td 3 +4°C

- la lecture de la puissance électrique est supérieure à la valeur minimale d’injection de la courbe de la cartographie,

- l’ordre de dépollution est activé par l’utilisateur,

- il n’y a pas d’alarme critique.

Sécurités :

D'une manière générale, un groupe électrogène est un outil de sécurité d'approvisionnement électrique. On ne souhaite pas que la modification de cet outil de production de secours à des fins environnementales puisse dégrader la sécurité d'approvisionnement électrique.

En conséquence, le dispositif de l’invention est conçu pour limiter au maximum les risques de perte de disponibilité du groupe électrogène tout en assurant sa fonction de limiter la production de Nox lorsque celui-ci est mis en fonctionnement .

Pour cela, des dispositions spécifiques ont été déployées et sont décrites ci- après, en référence notamment à la figure 6.

Sur cette figure 6, les éléments suivants sont représentés :

101 : détendeur

102 : électrovanne à manque

103 : indicateur de pression

104 : préfiltre 25 qm

105 : pressostat

106 : compteur d’eau

107 : bouteille de résine

108 : conductimètre

109 : filtre 1 qm

110 : vanne motorisée deux voies

111 : vanne motorisée trois voies

112 : pompe d’injection

Calcul de la capacité restante de la résine :

Afin d’anticiper sur la saturation de la résine, on mesure la quantité d’eau injectée par le compteur d’eau que l’on compare avec la capacité d’échange de la bouteille 107, calculée à partir de la dureté de l’eau du réseau selon les indications du constructeur.

On définit l’autonomie Cp de la bouteille exprimée en litres par la formule suivante :

Avec : CE : capacité d’échange pour une eau de l°f de la bouteille exprimée en litre. degré français

D : dureté de l’eau exprimée en degré français

Le système de commande peut émettre une alarme lorsque le volume total traité atteint Cp.

Sécurité en cas de conductivité non conforme :

Un second niveau de sécurité existe par le fait qu’une mesure de conductivité en temps réelle vérifie la conductivité de l’eau. Si celle-ci est non conforme (si C>50 qS/cm), l’injection d’eau est stoppée par le système de commande (envoi vers les égouts de l’eau traitée).

On veut s’assurer qu’il ne peut pas y avoir le moindre écoulement d’eau jusqu’au collecteur d’eau depuis le dispositif de l’invention quand le groupe électrogène est en arrêt ou en mode veille, même en cas de défaillance du réseau d’eau, ce qui pourrait provoquer un bouchon hydraulique impliquant la casse du moteur au démarrage.

Pour cela une première électrovanne à manque 102 (électrovanne normalement fermée au repos et agissant en tout ou rien) ferme passivement l’alimentation d’eau en cas de coupure d’alimentation électrique ou sur demande du système de commande, assurant l’arrêt d’injection d’eau au plus vite.

En aval de cette première électro vanne 102, on prévoit une vanne deux voies motorisés 110 avec capteur de position à came qui renseigne l’état de la position de la vanne (passante ou non), cette vanne deux voies 110 venant redonder la fonction de la première électrovanne 102. Elle permet également une fermeture progressive du réseau évitant les coups de béliers.

Cette vanne deux voies 110 est suivie de près en série par une vanne trois voies 111 avec capteur de position à came qui indique soit l’état vers la purge 150 ou soit vers le moteur. Par défaut, la position de cette vanne 111 est toujours orientée vers la position purge.

La présence de cette vanne trois voies 111 assure la vidange de l'eau non conforme contenue dans les tuyauteries vers les égouts en cas de dysfonctionnement de la bouteille de traitement 107. Elle assure également la purge des tuyauteries lorsque le groupe électrogène est à l’arrêt.

En mode repos (pas d’injection d’eau), les électrovannes sont fermées et pour s’assurer qu’il n’y a pas de remplissage dans les cylindres 34, la vanne trois voies 111 est fermée coté moteur et ouverte côté évacuation 150.

Les positions des vannes deux voies 110 et trois voies 111 sont monitorées et s’il y a la moindre discordance de position, l’injection est stoppée par le système de commande et une alarme est déclenchée.

Et pour renforcer cette stratégie d’ensemble de vannes en série, une ultime électrovanne peut s’activer uniquement sur ordre du système de commande (signal analogique supérieur à 0.1V).

Les vannes motorisées sont privilégiées aux solénoïdes afin d’éviter le phénomène « d’effet collé » suite à une pression différentielle élevée dans le conduit.

Surveillance de tension :

Si le dispositif de l’invention devait perdre son alimentation électrique, un bloc autonome permet d’assurer la continuité de fonctionnement du système de commande. En cas de chute de tension, les vannes sont fermées par le système de commande et une alarme « Nox Non Conformes » est émise.

Si l’alimentation du système de commande devait être corrompue, une alarme de non-conformité peut être émise et toute injection stoppée.

Perte de sonde :

Si l’une des sondes analogiques ne fonctionne pas correctement tel que la MAT, MAP, COT, HR, P, C, Po, une alarme de non-conformité peut être émise et toute injection stoppée.

Pression d’eau du réseau non conforme :

Le dispositif de l’invention comprend un réducteur de pression 101 disposé juste derrière l'arrivée d'eau. On s'assure que la pression d'eau du réseau Po après le réducteur de pression 101 est de préférence comprise dans l'intervalle suivant :

2 bar < Po < 2,5 bar

En cas de non-conformité, l’injection d’eau peut être coupée.

Buses :

On choisit de préférence une buse ayant un orifice calibré dont le débit est plafonné, même en cas de surpression en amont de la buse, afin d’éviter tout risque d’accumulation d’eau dans le moteur.

Surveillance de la COT (température au point d'iniection de l'eau :

L’injection d’eau est réalisée avec une pompe volumétrique 112, de sorte qu’à bas débit, on est à faible pression. En conséquence, la qualité des gouttelettes produites peut se dégrader, avec la taille des gouttelettes qui risque de ne plus être garantie.

Afin d’éviter un manque de vaporisation de l’eau, le système de commande peut interdire l’injection d’eau si la COT est inférieure à l20°C, de préférence inférieure à l35°C. Température MAT (température au collecteur d’admission :

On veut s'assurer de l'absence de risque de condensation d'eau dans le collecteur et donc dans les cylindres 34. Pour cela, on doit s’assurer que la température mesurée MAT reste supérieure au point de rosée. L’enjeu est donc de calculer la température du point de rosée Td 3 au point le plus risqué, c’est-à-dire après le refroidissement.

On note les points suivants, en référence à la figure 4 :

On calcule tout d’abord la température de point de rosée théorique Td 3 .

On commence par calculer les pressions de vapeur d’eau saturante PWSi et PWS 3 aux points 1 et 3 selon l'équation approximée de W. Wagner and A. Pruf: " The IAPWS Formulation 1995 for the Thermodynamïc Properties of Ordïnary Water Substance for General and Scientific Use ", Journal ofPhysical and Chemical Reference Data, June 2002 , Volume 31, Issue 2, pp. 387535. PWSi, i valant 1 ou 3, exprimée en hPa se calcule comme suit :

Avec :

Ti

ΰ = 1 -—

T c

Tc= Température Critique exprimée en K égale à 647,096 K

Pc = Pression critique exprimée en hPa égale à 220 640 hPa

MAT exprimée en K

T ; la température T, ou MAT selon le point i souhaité

Cl à C6 les coefficients sans unité suivants :

On calcule ensuite le nombre de moles d’eau ni injecté par heure sans l’ajout d’eau, uniquement par la présence d’eau de l’atmosphère ambiante, en utilisant la loi des gaz parfaits et la loi de Dalton.

Avec :

HRi le taux d’humidité au point 1

Vair le volume d’air injecté par heure

R=8,3l J-K ^mol 1

PWi la pression partielle de l’eau calculée par la formule :

PW 1 = HR ± * PWS 1

On calcule le nombre de moles n injecté par heure au point 2 par la formule :

mÎnjectÎon rée u e

n = -

Peau

Avec :

rrii njection réelle la masse d’eau injectée par heure en gramme

g eau la masse molaire de l’eau soit 18,0153 g/mol

On obtient n3 le nombre de moles d’eau au point 3 par heure :

n 3 = + n

On calcule n ai , le nombre de moles d’air, incluant son humidité, absorbé par le moteur par heure, calculé par :

On en déduit, considérant les gaz comme parfaits, la pression de vapeur PW 3 au point 3 par la loi de Dalton :

On en déduit la température du point de rosée Td 3 par la formule empirique suivante, publiée par Vaisala Oyj dans le document intitulé « HUMIDITY

CONVERSION FORMULAS » (B210973EN-F - Vaisala 2013):

Avec :

T n , M et A : constantes en fonction de la température T 3 selon les valeurs du tableau suivant :

PW 3 la pression de vapeur exprimée en mbar. Contrôle de la température :

Le contrôle de la température permet de garantir le maintien au-dessus du point de rosée de la température MAT afin d’éviter toute condensation.

On prend une garde de + 4°C; c’est-à-dire que l'on s'assure que :

MAT > Td3 + 4°C Mesure de puissance :

La mesure de la puissance P est réalisée par un transformateur d’intensité à chaque phase et par une mesure de tension référence alimentant un convertisseur de puissance dédié. De cette façon, la mesure de puissance est indépendante du moteur. Cette stratégie, dans laquelle on ne se connecte pas aux moyens de mesure de puissance du moteur lui-même, permet de supprimer un risque d’erreur de câblage pouvant porter préjudice à la fonction sécuritaire du groupe électrogène lui-même. Conception de la rampe d’iniection :

Le dispositif comporte une rampe d’injection 1 visible sur la figure 3. Cette rampe d’injection 1 comporte un tube collecteur d’eau 2 pourvu d’une pluralité de raccord pour relier ledit tube 2 à des buses de pulvérisation 4, via des tubes flexibles 5 appropriés. Chaque buse 4 est supportée par un porte-buse 3, qui vient se fixer dans le manchon 20 assemblé dans la pièce 10 du moteur, ici un coude.

La rampe d'injection 1 est avantageusement conçue avec une arrivée d'eau par le haut pour éviter tout risque d’injection par gravité de l’eau présente dans la rampe d’injection, en cas d’anomalie. Hystérésis :

Hystérésis autour de la courbe de puissance, formée d’une bande morte à +/- 40 kW, est de préférence prévue pour éviter des marche/arrêt rapides de la pompe d’injection 112 autour du point de démarrage de l’injection. Gaz carter :

Un système 30 de déshuilage des gaz carter est associé au dispositif de l’invention. En effet, il a été constaté une présence non négligeable d’eau dans le carter lors de l’utilisation du dispositif de l’invention, compte tenu du fait que la liaison piston/cylindre n’est jamais complètement hermétique. Gestion des priorités des arrêts d’urgence :

La gestion des priorités en cas d’actionnement d’un arrêt d’urgence par l’utilisateur est la suivante :

Si arrêt d’urgence du dispositif de l’invention : arrêt du dispositif, pas d’arrêt du groupe électrogène ;

Si arrêt du groupe électrogène : arrêt du dispositif et du groupe électrogène.

Check hvdro :

Une séquence d’ouverture et de fermeture des vannes d’eau, appelée « check hydro », est de préférence réalisée à intervalle régulier (par exemple tous les mois), de façon à :

- tester leur bon fonctionnement (génération d’une alarme en cas de défaut),

- évacuer l’eau pour permettre à l’eau de ne pas stagner trop longtemps. Arrêt naturel du système d’iniection :

La temporisation d’arrêt du groupe électrogène dite « cooling time » est paramétrée pour que l’arrêt dure 3 minutes, de façon à évacuer l’air humide et éviter toute condensation d’eau. Résultat obtenu :

La figure 8 illustre un exemple obtenu avec un moteur Caterpillar 3516 BHD pour une valeur de MAxNox de 1700 mg/Nm3.

On constate que quelle que soit la puissance, le dispositif de l’invention permet de rester en-dessous de la valeur limite de 1700 mg/Nm3.

La présente invention a été décrite en référence à des modes de réalisation avantageux, mais il est entendu qu’un homme du métier peut y apporter toutes modifications, sans sortir du cadre de la présente invention tel que défini par les revendications annexées.