La présente invention concerne un procédé d'optimisation de la consommation d'agent réducteur dans une ligne d'échappement de gaz issus de la combustion d'un moteur thermique de véhicule automobile. La présente invention concerne aussi une ligne d'échappement en sortie d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile pour la mise en œuvre d'un tel procédé.

Dans le cadre de l'invention, la ligne d'échappement en sortie d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile comprend plusieurs éléments de dépollution sélective d'un polluant, dont des premier et deuxième systèmes de réduction catalytique sélective. Le deuxième système est disposé en aval du premier système dans la ligne d'échappement en étant séparé d'un espacement par rapport au premier système. Le premier système de réduction présente un injecteur en amont d'un catalyseur de réduction qui injecte un agent réducteur précurseur de l'ammoniac dans la ligne d'échappement pour la réduction d'oxydes d'azote. Ceci peut aussi être le cas pour le deuxième système de réduction.

Un tel système de Réduction Catalytique Sélective et dénommé sous l'acronyme RCS est aussi connu sous l'acronyme anglo-saxon de SCR. Un système RCS fonctionne par injection dans la ligne d'échappement d'un agent de dépollution dit réducteur RCS, cet agent étant avantageusement mais non limitativement de l'urée ou un dérivé de l'urée, précurseur de l'ammoniac qui est utilisé pour réduire les oxydes d'azote

Dans ce qui va suivre, il sera fait également référence à la dénomination complète ou à l'abréviation RCS pour désigner tout ce qui est lié à la réduction catalytique sélective. Il en ira de même pour les oxydes d'azote pouvant être désignés par NO _x et pour l'ammoniac pouvant être désigné par NH ₃ .

Un tel système RCS peut être intégré dans un filtre à particules, ceci en alternative à un système RCS indépendant ou en complément d'un tel système. Le filtre à particules est alors imprégné d'un catalyseur pour effectuer une réduction catalytique sélective des NO _x . Quand il y a deux systèmes RCS dans la ligne, cela vaut aussi bien pour le premier système RCS que pour le deuxième système.

Comme précédemment indiqué, l'agent réducteur précurseur de l'ammoniac, à base d'urée, dont le plus utilisé est connu sous la dénomination d'AdBlue ^® réagit sous une température élevée pour devenir de l'ammoniac ou NH ₃ , le NH ₃ réagissant avec les oxydes d'azote ou NO _x , principalement sous la forme d'un mélange de monoxyde d'azote ou NO et de dioxyde d'azote ou N0 ₂ avec un rapport variant notamment selon les conditions de fonctionnement du moteur et de la température dans la ligne d'échappement. Le traitement de dépollution d'un autre polluant ou l'entretien d'un autre élément de dépollution, par exemple une régénération d'un filtre à particules, peuvent aussi interagir sur le rapport NO/N0 ₂ .

La décomposition de l'urée en NH ₃ suit l'équation suivante :

CO(NH ₂ ) ₂ + H ₂ 0→ 2 NH ₃ + C0 ₂

Ceci est valable pour des mélanges à base d'urée en tant qu'agent réducteur précurseur de l'ammoniac.

Pour la réduction des NO _x , le NH ₃ réagit à son tour avec les oxydes d'azote pour former, par une réaction de réduction, du diazote et de l'eau. Par exemple, avec le monoxyde d'azote, la réaction s'écrit :

4 NO + 4 NH ₃ + 0 ₂ → 4 N ₂ + 6 H ₂ 0

Une autre réaction avec le monoxyde d'azote et le dioxyde d'azote s'écrit :

2 NO + 4 NH ₃ + 2N0 ₂ → 4 N ₂ + 6 H ₂ 0

D'autres réactions chimiques entre les NO _x et NH ₃ sont aussi possibles.

Pour une ligne d'échappement comprenant des premier et deuxième systèmes de réduction catalytique sélective disposés l'un après l'autre, l'ammoniac non utilisé par le premier système RCS pour la réduction des NO _x peut parvenir au deuxième système RCS. Ceci peut notamment se produire lors d'une augmentation de température dans la ligne d'échappement, pour laquelle de l'ammoniac est désorbé. Une telle augmentation de température dans la ligne d'échappement peut se produire lors d'accélérations prononcées du véhicule ou lors de stabilisés à haut régime moteur.

Il est possible que la libération d'ammoniac soit plus importante que nécessaire pour permettre la réduction des NO _x par le deuxième système RCS. Dans ce cas, il reste un surplus dit fuite de NH ₃ qui est évacué dans l'environnement en quittant la ligne d'échappement, lorsque l'augmentation de température affecte le deuxième système. Une émission de NH ₃ étant une émission toxique, il convient de neutraliser ou d'empêcher la création d'une telle fuite de NH ₃ .

Pour ce faire, il a ainsi été proposé une solution dite active qui prévoit le contrôle du stockage de NH ₃ à des niveaux suffisamment faibles en fonction de la température.

Cette solution active du contrôle du stockage de NH ₃ repose sur un compromis entre la dépollution des NO _x et la réduction de la fuite de NH ₃ impliquant une augmentation de l'émission de NO _x , une dépollution optimale en NO _x n'étant alors plus assurée. De plus, cette solution est très complexe et difficilement robuste en terme de commande, notamment quand elle est pilotée par un contrôle moteur.

Il y aura donc une augmentation de l'émission de NO _x lors des accélérations du véhicule quand le contrôle du stockage de NH ₃ est trop sévère ou la consigne de stockage de NH ₃ est trop faible. Inversement, il pourrait y avoir toujours une fuite de NH ₃ , c'est-à-dire du NH ₃ non utilisé pour la réduction, si le contrôle du stockage de NH ₃ n'est pas assez rapide ou la consigne de NH ₃ est trop élevée, par rapport à l'augmentation de température, et la durée nécessaire pour consommer le NH ₃ dans le catalyseur RCS du deuxième système.

On connaît le document US 201 1/023463A1 qui se rapporte à des procédés et systèmes pour commander un système d'un véhicule ayant une première région RCS en amont d'une deuxième région RCS de commande d'émission. Dans un exemple, quand la température dans la ligne au niveau de la deuxième région RCS dépasse une valeur maximale donnée de température, il est effectué un refroidissement forcé de la deuxième région RCS qui peut être couplée à un dispositif de refroidissement pour maintenir une température plus basse que la première région RCS.

Il a aussi été proposé des solutions dites passives. Une solution passive prévoit une augmentation du volume des catalyseurs RCS. Une autre solution passive prévoit d'utiliser un catalyseur de nettoyage des rejets d'ammoniac, aussi dénommé « Clean Up Catalyst » ou « Ammonia Slip Catalyst » en langue anglo-saxonne, pour éliminer le surplus de NH ₃ non utilisé pour la réduction catalytique sélective des deux systèmes RCS consécutifs dans la ligne d'échappement. Le catalyseur de nettoyage des rejets d'ammoniac se trouve en aval des deux systèmes RCS dans la ligne d'échappement, avantageusement dans la portion d'extrémité aval de la ligne d'échappement.

Ces solutions présentent le désavantage d'augmenter le coût et l'encombrement du système par l'augmentation du volume du catalyseur RCS pour la première solution passive et par l'implantation d'un catalyseur additionnel pour la deuxième solution.

Le document US-A-201 1 /01 1060 décrit une ligne d'échappement présentant un système RCS et un piège à oxydes d'azote actif. Lors des régénérations du piège à oxydes d'azote, ce qui se fait à intervalles de temps réguliers pour vider le piège des NO _x qu'il a adsorbés, le vidage se faisant dans des conditions de richesse supérieure donc avec un surplus d'hydrocarbures, le piège relâche de l'ammoniac. Cet ammoniac est capturé par le système RCS puis utilisé plus tard pour la réduction catalytique des NO _x . Il est proposé dans ce document de créer un effet Venturi entre le piège à NO _x et le système RCS, ce qui amène suffisamment d'air pour garder le système RCS en richesse pauvre ou inférieure à un.

Un tel maintien en richesse inférieure à un permet de protéger l'empoisonnement du catalyseur RCS par des hydrocarbures lors des régénérations et réduit les pertes en NH ₃ par oxydation. Un tel document n'aborde cependant pas la problématique de l'association de deux systèmes RCS placés l'un après l'autre dans la ligne d'échappement et ne donne aucune indication quant à une réduction de la fuite de NH3 n'ayant pas été utilisée pour la réduction des NO _x et donc perdue.

Le problème à la base de la présente invention est, pour une ligne d'échappement de véhicule automobile équipée de deux systèmes de réduction catalytique sélective pour la réduction des oxydes d'azote, d'optimiser la consommation d'agent réducteur afin de réduire le surplus d'ammoniac de la ligne d'échappement qui n'a pas été utilisé pour la réduction.

A cet effet, la présente invention concerne un procédé d'optimisation de la consommation d'agent réducteur sous forme d'ammoniac dans une ligne d'échappement de gaz issus de la combustion dans un moteur thermique de véhicule automobile, la ligne d'échappement comprenant des premier et deuxième systèmes de réduction catalytique sélective, le deuxième système de réduction étant disposé en aval du premier système de réduction dans la ligne d'échappement en étant séparé d'un espacement par rapport au premier système de réduction, le premier système de réduction injectant un agent précurseur de l'ammoniac dans la ligne d'échappement pour la réduction d'oxydes d'azote, un surplus d'ammoniac non utilisé passant par la ligne d'échappement du premier au deuxième système de réduction, caractérisé en ce que la température dans la ligne d'échappement au niveau du deuxième système de réduction est mesurée ou estimée dans des intervalles de temps prédéterminés, et quand une vitesse d'élévation de température calculée à partir des mesures ou des estimations de température est supérieure à une vitesse d'élévation de température prédéterminée, sous condition que la température dans la ligne au niveau du deuxième système de réduction soit supérieure à une deuxième valeur maximale de température inférieure à une première valeur maximale de température, il est effectué un refroidissement forcé dans l'espacement entre les premier et deuxième systèmes de réduction.

La solution consiste à faire baisser la température, ceci le plus rapidement possible puis à la contrôler pour que la quantité de NH ₃ soit juste suffisante pour la réduction des NO _x dans les gaz d'échappement. Ceci est fait en introduisant un refroidissement rapide entre les deux systèmes RCS espacés l'un de l'autre. En effet, comme il sera vu par la suite, il est possible de suspendre le refroidissement dans certaines conditions, par exemple quand la température baisse significativement ou quand la température n'est pas très élevée.

Ce dispositif de refroidissement peut être activé lorsque la température dans la ligne d'échappement monte fortement lors des accélérations et sur les stabilisés à température élevée. Ainsi le refroidissement peut s'effectuer sur une plus longue période que sur une accélération. Le refroidissement peut se faire dès qu'une valeur de température maximale prédéterminée ou première valeur a été atteinte ou sera vraisemblablement atteinte. Dans ce dernier cas, il est tenu compte de la vitesse d'élévation de température ceci dès que la température a atteint une valeur de température ou deuxième valeur inférieure à la valeur de température maximale prédéterminée. Un contrôle du procédé selon l'obtention d'une vitesse d'élévation relativement élevée permet d'anticiper l'atteinte de la première valeur dans un intervalle de temps réduit.

La mise en œuvre d'un tel procédé permet une réduction de fuite de NH ₃ n'ayant pas été utilisé pour la réduction. L'efficacité du deuxième système RCS est optimisée par la mise en œuvre du procédé par le contrôle de la fuite de NH ₃ . Une augmentation du stockage de NH ₃ dans le deuxième système RCS est ainsi possible, d'où une économie d'agent réducteur ainsi qu'une diminution de la pollution extérieure en NH ₃ engendrée, tout cela sans augmenter les émissions de NO _x donc sans nuire à la dépollution des NO _x . Les émissions de NO _x peuvent même diminuer.

Comparé à l'état de la technique, il n'y a pas besoin d'augmenter le volume du catalyseur du deuxième système RCS. De plus, il n'est plus obligatoire d'utiliser un catalyseur de nettoyage de NH ₃ en sortie de la ligne d'échappement, donc en aval du deuxième système RCS.

Avantageusement, le refroidissement forcé est suspendu dans le cas où le second système n'a pas atteint une température prédéterminée de fonctionnement normal, cette température prédéterminée de fonctionnement normal étant inférieure à 180°C. Ceci permet le fonctionnement optimal du ceuxième système RCS, la priorité étant donnée à la montée en température de fonction du deuxième système RCS.

Avantageusement, le refroidissement forcé est programmé pour durer de 20 à 40 secondes en provoquant une baisse de température de 50 à 100°C dans l'espacement entre les deux systèmes de réduction. Ceci correspond à la durée d'une forte mais courte accélération du véhicule automobile.

Avantageusement, le refroidissement forcé est programmé pour durer de plusieurs minutes ou en continu, en provoquant une baisse de température de 50 à 100° C ou plus dans l'espacement entre les deux systèmes de réduction. Ceci correspond à une accélération soutenue ou à un stabilisé à haute température du véhicule automobile.

Le dépassement de la vitesse d'élévation de température prédéterminée correspond à l'obtention rapide d'une température élevée au niveau du deuxième système RCS significative d'une fuite de NH ₃ non utilisé pour la réduction des NO _x si le deuxième système a déjà du NH ₃ stocké ou si un surplus du premier système est relâché et stocké dans le deuxième. Les intervalles de temps sont relativement étroits pour assurer une grande réactivité du refroidissement dans la ligne d'échappement au niveau du deuxième système RCS.

Il est souhaitable de désactiver le dispositif de refroidissement en fonction des conditions de roulage dans l'échappement. Il est de même souhaitable de contrôler le niveau de refroidissement en fonction des conditions de roulage.

Avantageusement, la première valeur maximale de température est de l'ordre de 340 °C et la deuxième valeur maximale de températire est de l'ordre de 310 °C.

Avantageusement, la vitesse d'élévation de température prédéterminée est d'environ de 0,2 °C par seconde et l'intervalle de temps entre deux mesures ou estimations est d'environ 0,5 à 1 seconde.

Dans un mode de réalisation optionnelle, lors d'un refroidissement forcé, quand la vitesse d'élévation devient inférieure à la vitesse d'élévation de température prédéterminée, si la mesure ou l'estimation de température dans la ligne au niveau du deuxième système indique une température supérieure à la deuxième valeur de température maximale, le refroidissement forcé continue et si cette mesure ou estimation indique une température inférieure à la deuxième valeur de température maximale, le refroidissement est suspendu.

Ainsi, si la température n'augmente plus mais reste à un niveau élevé représentatif par expérience d'un surplus de NH ₃ non consommé pour la réduction des NOx et formant une fuite de NH ₃ , le refroidissement se poursuit, ce qui n'est pas le cas si la température est en dessous de la température maximale prédéterminée représentative de la formation d'un surplus de NH ₃ . Dans ce dernier cas, le refroidissement peut être suspendu pour revenir aux conditions normales de consommation d'agent réducteur.

La présente invention concerne aussi une ligne d'échappement en sortie d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, la ligne comprenant plusieurs éléments de dépollution sélective d'un polluant, dont des premier et deuxième systèmes de réduction catalytique sélective, le deuxième système de réduction étant disposé en aval du premier système de réduction dans la ligne d'échappement en étant séparé d'un espacement par rapport au premier système de réduction, le premier système de réduction comportant un injecteur d'un agent précurseur de l'ammoniac dans la ligne d'échappement pour la réduction d'oxydes d'azote, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour mettre en œuvre un tel procédé d'optimisation de la consommation d'agent réducteur sous forme d'ammoniac dans la ligne, l'espacement comprenant un dispositif de refroidissement forcé.

Avantageusement, le dispositif de refroidissement forcé est du type turbine de récupération de puissance, aussi connue sous l'appellation anglo-saxonne du « turbo compound » au moins partiellement logée dans la ligne d'échappement ou du type récupérateur d'énergie par cycle de Rankine ou équivalent technique. Le dispositif de refroidissement forcé peut récupérer de l'énergie qui peut être stockée, ce qui est un autre avantage préférentiel de la présente invention.

Avantageusement, le premier système de réduction catalytique est regroupé dans un premier pain de dépollution avec un filtre à particules et un catalyseur d'oxydation, le premier système de réduction étant intégré dans le filtre à particules, un injecteur d'agent réducteur précurseur de l'ammoniac traversant une paroi du premier pain et débouchant dans le premier pain en amont du premier système de réduction, le deuxième système de réduction étant intégré dans le premier pain après le premier système de réduction en laissant un espacement entre eux ou étant intégré dans un deuxième pain avec un espacement entre premier et deuxième pains, la ligne d'échappement comprenant un ou des éléments sélectionnés parmi au moins une ligne de recirculation des gaz d'échappement à l'admission d'air du moteur basse et/ou haute pression, un piège à oxydes d'azote passif ou actif, un capteur de température, une sonde à oxydes d'azote.

La présente invention concerne un ensemble d'une telle ligne d'échappement et de son contrôle commande en dépollution caractérisé en ce que la ligne d'échappement est telle que décrite précédemment, le contrôle commande comprenant des éléments d'estimation ou de mesure de la température dans l'espacement entre les deux systèmes, des moyens de calcul d'une vitesse d'élévation de température, des moyens de comparaison d'une vitesse d'élévation calculée avec une vitesse d'élévation de température prédéterminée mémorisée par des moyens de mémorisation du contrôle commande ou des moyens de mémorisation d'une première et d'une deuxième valeur de température maximale avec des moyens de comparaison de la température mesurée ou estimée avec les deux valeurs de température maximale mémorisées et des moyens d'activation et de désactivation du dispositif de refroidissement.

Il est ainsi effectué un contrôle étendu de la quantité de NH ₃ restant en surplus après réduction des NO _x dans le deuxième système et formant une fuite de NH ₃ , ce contrôle étant adapté au plus près du fonctionnement du moteur thermique du véhicule automobile, notamment par le suivi de la température dans la ligne d'échappement.

Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description détaillée d'un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d'accompagnement suivants dans lesquels :

- la figure 1 est une représentation schématique d'une vue latérale d'une portion d'une ligne d'échappement comprenant des éléments de dépollution dont deux systèmes RCS consécutifs, la ligne d'échappement étant conforme à l'état de la technique,

- la figure 1 a montre des courbes de température, de concentrations respectives en NO _x et NH ₃ à divers endroits de la ligne d'échappement illustrée à la figure 1 ,

- la figure 2 est une représentation schématique d'une vue latérale d'une portion d'une ligne d'échappement comprenant des éléments de dépollution dont deux systèmes RCS consécutifs et séparés dans deux pains de dépollution différents, la ligne d'échappement étant conforme à un premier mode de réalisation de la présente invention en comportant un dispositif de refroidissement forcé intercalé entre les systèmes RCS,

- la figure 2a montre des courbes de température, de concentrations respectives en NO _x et NH ₃ à divers endroits de la ligne d'échappement illustrée à la figure 2, la température de la ligne décroissant au niveau du deuxième système RCS du fait du dispositif de refroidissement forcé intercalé entre les deux systèmes RCS et la concentration de la fuite de NH ₃ en fin de ligne d'échappement après le deuxième système RCS étant très faible ou nulle,

- la figure 3 est une représentation schématique d'une vue latérale d'une portion d'une ligne d'échappement comprenant des éléments de dépollution dont deux systèmes RCS consécutifs et contenus en étant séparés dans un même pain de dépollution avec un dispositif de refroidissement forcé intercalé entre les systèmes RCS, une ligne RGE étant illustrée à cette figure après le pain de dépollution, la ligne d'échappement étant conforme à un deuxième mode de réalisation de la présente invention,

- les figures 4 et 5 reprennent la ligne d'échappement selon la figure 2 conforme au premier mode de réalisation de l'invention en lui ajoutant une ligne RGE à un emplacement respectif.

Aux figures 1 , 2, 3 à 5, il est représenté seulement une partie de ligne d'échappement portant les éléments de dépollution. Une ligne d'échappement complète peut contenir une turbine d'un turbocompresseur et/ou une ligne de recirculation des gaz d'échappement à l'admission du moteur haute pression, cette ligne de recirculation haute pression se piquant sur la ligne d'échappement en amont de la turbine. Ce sont de telles lignes de recirculation qui sont regroupées sous l'abréviation de ligne RGE, abréviation qui sera par la suite utilisée aussi bien que ligne de recirculation. La ligne d'échappement selon la présente invention est à prendre dans un sens large en tant que système d'échappement et non pas en tant que simple conduit d'échappement. La ligne d'échappement comprend donc des éléments qui sont extérieurs au conduit d'échappement comme une ligne de recirculation des gaz d'échappement à l'admission du moteur bien que lui étant relié en prélevant des gaz d'échappement directement dans ce conduit.

Les termes amont et aval sont à prendre par rapport au moteur auquel la ligne d'échappement est raccordée. L'entrée de la ligne d'échappement raccordée à la sortie du moteur est la portion la plus amont de la ligne et la sortie de la ligne d'échappement vers l'extérieur est la portion la plus aval de la ligne d'échappement.

La figure 1 représente une portion de ligne 1 ' d'échappement selon l'état de la technique. Cette ligne 1 ' d'échappement présente des caractéristiques qui sont communes avec une ligne 1 d'échappement selon la présente invention.

Une ligne 1 ', 1 d'échappement en sortie d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile aussi bien selon l'état de la technique montrée à la figure 1 que selon des modes de réalisation de la présente invention montrés en figures 2, 3 à 5 comprend plusieurs éléments de dépollution sélective d'un polluant.

Par exemple, aux figures 1 , 2, 3 à 5, il est montré un catalyseur d'oxydation 8, un filtre à particules et des premier et deuxième systèmes 2, 3 de réduction catalytique sélective ou systèmes RCS. Ceci n'est pas limitatif et seuls les premier et deuxième systèmes RCS 2, 3 sélective sont essentiels pour la présente invention.

Par exemple, le premier système 2 ou le deuxième système 3 peut être intégré dans un filtre à particules dans une ligne 1 d'échappement conforme à la présente invention. La ligne 1 d'échappement peut optionnellement comporter un ou plusieurs pièges à NO _x associés ou non avec un catalyseur d'oxydation 8 et/ou un catalyseur des rejets d'ammoniac pouvant par exemple être intégré au deuxième système RCS, bien que la présente invention permette de s'en passer au moins dans de nombreux cas de figure.

Le deuxième système RCS 3 est disposé en aval du premier système RCS 2 dans la ligne 1 ', 1 d'échappement en étant éloigné par un espacement 4 du premier système RCS 2.

De manière classique, le premier système RCS 2 injecte un agent précurseur de l'ammoniac dans la ligne 1 ', 1 d'échappement pour la réduction d'oxydes d'azote. Bien que cela ne soit pas montré aux figures que le deuxième système RCS 3 présente aussi un dispositif d'injection d'agent précurseur placé en amont du deuxième système RCS 3, une telle disposition entre cependant dans le cadre de la présente invention. Du NH3 non consommé par le premier système RCS 2 pour la réduction des NOx et désorbé peut être acheminé avec les gaz d'échappement vers le deuxième système RCS 3.

Comme il peut être vu à la figure 1 a, avec la ligne 1 ' d'échappement de l'état de la technique, quand la température augmente dans un premier pain 7 intégrant le premier système RCS 2, du NH ₃ est produit à partir de l'agent précurseur injecté à base d'urée. Une partie de la quantité de NH ₃ produite est utilisée pour la réduction des NO _x , ce qui fait que la concentration des NO _x reste sensiblement nulle.

Avec une augmentation de température entre les deux systèmes RCS 2, 3 si cette augmentation de température est suffisamment forte, du NH ₃ adsorbé dans le deuxième système RCS 3 est désorbé. Cependant, cette quantité de NH ₃ n'est pas utilisée pour la réduction des NO _x et représente un surplus d'ammoniac ou fuite de NH ₃ qui est rejeté dans l'environnement, ce qui est à éviter, l'ammoniac étant un produit toxique.

A la figure 1 a, il est visible qu'au niveau de l'extrémité aval du deuxième système RCS 3 dans la ligne 1 ' d'échappement, il subsiste un surplus de NH ₃ non utilisé pour la réduction formant une fuite de NH ₃ . Ce surplus de NH ₃ se traduit par un pic dans un intervalle de temps réduit, le surplus de NH ₃ non utilisé décroissant relativement rapidement car utilisé en traitement d'un surplus de NO _x dans la ligne 1 ' d'échappement, conséquence de l'accélération ou du maintien dans un haut régime stabilisé.

A la figure 1 a, la référence T indique la température, NO _x la concentration en oxydes d'azote et NH ₃ la concentration en ammoniac. Il y a une courbe de concentration de NH ₃ en amont du deuxième système RCS 3 et une courbe de concentration de NH ₃ en aval de ce deuxième système RCS 3. Ceci sera aussi valable pour la figure 2 montrant l'application du procédé d'optimisation selon la présente invention.

En se référant aux figures 2, 2a, 3 à 5, afin d'éviter principalement la formation d'un surplus ou fuite de NH ₃ en sortie de ligne 1 d'échappement, la présente invention concerne un procédé d'optimisation de la consommation d'agent réducteur sous forme d'ammoniac dans une ligne 1 d'échappement telle que précédemment décrite avec deux systèmes RCS 2, 3 espacés l'un de l'autre dans la ligne 1 par un espacement 4.

Dans ce procédé, la température dans la ligne 1 d'échappement au niveau du deuxième système RCS 3 est mesurée ou estimée. A partir des mesures ou des estimations de température dans la ligne d'échappement 1 au niveau du deuxième système RCS 3 prises dans des intervalles de temps prédéterminés, il est calculé une vitesse d'élévation de la température. Quand cette vitesse d'élévation est supérieure à une vitesse d'élévation de température prédéterminée, il est effectué un refroidissement forcé dans l'espacement 4 entre premier et deuxième systèmes RCS 2, 3. En alternative, le refroidissement forcé peut aussi être effectué quand la température dans la ligne au niveau du deuxième système de réduction dépasse une première valeur maximale de température.

Dans le cadre de l'invention, il convient de surveiller la montée en température pour anticiper l'obtention d'une température élevée avec formation d'une quantité de NH ₃ trop élevée pour être juste suffisante pour assurer la réduction des NO _x . Ceci est fait en surveillant la vitesse d'élévation de température au niveau du deuxième système RCS 3.

Tant que cette vitesse d'élévation continue, le procédé est activé. Comme un refroidissement même rapide n'a pas une action instantanée, il convient d'agir le plus tôt possible lors d'une élévation de la vitesse de montée de température quitte à interrompre la mise en œuvre du procédé si une température maximale n'est pas atteinte ou si la vitesse de montée de température décroît fortement.

La première valeur maximale de température est de l'ordre de 340°C et la deuxième valeur maximale de température est de l'ordre de 310°C. La température peut être mesurée à un endroit de la ligne 1 d'échappement autre qu'au niveau du deuxième système RCS 3 et extrapolée à ce niveau.

Le refroidissement forcé se fait sans addition d'un gaz ou d'un liquide dans la ligne 1 d'échappement, sans changer le débit dans la ligne ou la concentration d'oxygène ou d'hydrocarbures dans cette ligne 1 d'échappement. Ceci permet de ne pas perturber le débit de gaz dans la ligne 1 . De plus, une telle addition de gaz ou de liquide ne serait pas suffisante pour garantir un refroidissement efficace de la ligne au niveau du deuxième système RCS 3. Or un refroidissement forcé et prononcé est recherché dans le cadre de la présente invention.

La présente invention concerne aussi une ligne 1 d'échappement reprenant les caractéristiques précédemment mentionnées, essentiellement des premier et deuxième systèmes RCS 2, 3. Le deuxième système RCS 3 est disposé en aval du premier système RCS 2 dans la ligne 1 d'échappement et éloigné par un espacement 4 du premier système RCS 2. L'espacement 4 comprend un dispositif de refroidissement 6 forcé dans la ligne 1 d'échappement.

Aux figures 2, 3 à 5, le dispositif de refroidissement 6 est représenté symboliquement par un rectangle en dehors de la ligne 1 d'échappement. Il est à garder à l'esprit cependant que le dispositif de refroidissement 6 peut être au moins partiellement intégré dans la ligne 1 d'échappement.

Comme il est visible à la figure 2a, la température sans refroidissement et le surplus de NH ₃ aussi sans refroidissement respectivement à l'entrée et à la sortie du deuxième système RCS 3 sont montrés en pointillés respectivement avec les références T et NH ₃ tandis que la température refroidie Tr et le surplus ou fuite de NH ₃ après refroidissement NH ₃ r sont montrés en traits pleins, le refroidissement étant effectué conformément à la présente selon l'invention.

Le refroidissement infléchit la montée en température donc la formation de NH3 selon la flèche verticale pointant vers le bas. Il s'ensuit une réduction de la quantité de NH ₃ formée qui n'est utilisée que pour la réduction des NO _x . En conséquence, le surplus ou fuite de NH ₃ non utilisé pour la réduction et rejeté dans l'environnement à l'extérieur de la ligne 1 d'échappement est considérablement diminué voir nul par rapport à celui de l'état de la technique montré à la figure 1 a.

Dans un premier cas de figure, le refroidissement forcé peut être programmé pour durer de 20 à 40 secondes en provoquant une baisse de température de 50 à 100 °C dans l'espacement 4 entre les deux systèmes 2, 3 de réduction.

Dans un deuxième cas de figure, le refroidissement forcé peut être programmé pour durer plusieurs minutes ou être continu, en provoquant une baisse de température de 50 à 100 °C ou plus dans l'espacement entre les deux systèmes 2, 3 de réduction. Ceci correspond à une accélération soutenue ou un stabilisé à température élevée du véhicule automobile.

La vitesse d'élévation de température prédéterminée peut être d'environ de O,2°C par seconde et l'intervalle de temps entre deux mesures ou estimations peut être d'environ 0,5 à 1 seconde.

Lors d'un refroidissement forcé, quand la vitesse d'élévation devient inférieure à la vitesse d'élévation de température prédéterminée, si la mesure ou l'estimation de température dans la ligne au niveau du deuxième système 3 indique une température supérieure à la deuxième valeur de température maximale, le refroidissement forcé continue et si cette mesure ou estimation indique une température inférieure à la deuxième valeur de température maximale, le refroidissement est suspendu.

Ceci n'est pas incompatible avec un refroidissement forcé programmé pour durer de 20 à 40 secondes, étant donné que la température maximale est prédéterminée pour être représentative d'une accélération ou d'un stabilisé produisant un surplus ou fuite de NH3 non utilisé pour la réduction des NO _x , une accélération pouvant atteindre une telle durée.

Plusieurs types de dispositifs de refroidissement 6 peuvent être mis en œuvre dans le cadre de la présente invention. Par exemple mais non limitativement, le dispositif de refroidissement 6 forcé est du type turbine de récupération de puissance ou du type récupérateur d'énergie par cycle de Rankine ou équivalent technique au moins partiellement logé dans la ligne d'échappement 1 .

Dans une application préférentielle de l'invention, le dispositif de refroidissement 6 forcé peut récupérer de l'énergie qui peut être stockée. Par exemple, le dispositif de refroidissement 6 peut fabriquer de l'électricité et être connecté à une génératrice électrique qui stocke cette électricité comme source d'énergie d'appoint. Cela peut par exemple servir au rechargement de la ou des batteries du véhicule automobile.

En se référant plus particulièrement aux figures 2, 3 à 5, le premier système RCS 2 peut être regroupé dans un premier pain 7 de dépollution avec un filtre à particules et un catalyseur d'oxydation 8. Dans ce cas, le premier système RCS 2 peut être intégré dans le filtre à particules. Un injecteur 5 d'agent réducteur précurseur de l'ammoniac peut traverser une paroi du premier pain 7 et débouchant dans le premier pain 7 en amont du premier système RCS 2.

A la figure 3, le deuxième système RCS 3 peut être intégré dans le premier pain 7 après le premier système RCS 2 en laissant un espacement 4 entre eux. Aux figures 2, 4 et 5, le deuxième système RCS 3 peut être intégré dans un deuxième pain 9 avec un espacement 4 entre premier et deuxième pains 7, 9. C'est dans cet espacement 4 que le dispositif de refroidissement 6 est actif.

La ligne 1 d'échappement peut comprendre un ou des éléments sélectionnés parmi au moins une ligne RGE 10 basse et/ou haute pression, un piège à oxydes d'azote passif ou actif, un capteur de température, une sonde à oxydes d'azote 1 1 , une sonde à oxygène, un capteur de suies pour le filtre à particules, ceci n'étant pas exhaustif ni obligatoire. Il est aussi possible d'inclure un catalyseur de nettoyage de l'ammoniac en sortie de la ligne 1 d'échappement, bien que la ligne 1 d'échappement selon la présente invention permette, dans une large gamme de fonctionnement du moteur, de se passer d'un tel catalyseur.

A la figure 3, une ligne RGE 10 basse pression présente un piquage en aval du seul premier pain 7 à proximité de la sortie du premier pain 7. La sonde à oxydes d'azote 1 1 est aussi présente dans la ligne 1 d'échappement en étant intercalée entre le premier pain 7 et la ligne RGE 10.

A la figure 4, une ligne RGE 10 basse pression présente un piquage en aval du deuxième pain 9 à proximité de la sortie du deuxième pain 9. La sonde à oxydes d'azote 1 1 est aussi présente dans la ligne 1 d'échappement en étant intercalée entre le deuxième pain 9 et la ligne RGE 10.

A la figure 5, une ligne RGE 10 basse pression présente un piquage entre les premier et deuxième pains 9 dans l'espacement 4. Ceci peut se faire avantageusement en amont ou en aval du dispositif de refroidissement 6. Un piquage en amont du dispositif de refroidissement 6 est montré à la figure 5. La sonde à oxydes d'azote 1 1 est aussi présente dans la ligne 1 d'échappement en étant placée en aval du deuxième pain 9.

Aux figures 3 à 5, une flèche dans la ligne RGE 10 indique le parcours des gaz recirculés vers l'admission du moteur. A la figure 5, une flèche dans la ligne 1 d'échappement indique le parcours des gaz d'échappement dans la ligne 1 . Ceci est valable aussi pour les figures 2, 3 et 4.

Pour chaque figure 2, 3 à 5, le premier pain 7 présente après l'injecteur 5 une boîte de mélange 12 d'agent réducteur précurseur de l'ammoniac avec les gaz d'échappement, avantageusement de l'AdBlue®. Cet agent précurseur, peut se décomposer en un agent propre à assurer la réduction catalytique sélective, c'est-à-dire en NH ₃ et se mélanger aux gaz d'échappement dans la boîte de mélange 12.

En ce qui concerne un piège passif ou actif de NO _x , il peut être utilisé un système de piège à oxydes d'azote sans additif du type LNT (« Lean NO _x Trap » en langue anglo-saxonne). Un tel système de piège élimine les NO _x via un bref passage en richesse un ou supérieure dans les gaz en sortie du moteur. Les hydrocarbures en surplus réagissent avec les NO _x stockés et les neutralisent en les transformant en gaz azote. Ce système est dit actif parce qu'il y une modification au contrôle moteur.

Il peut aussi être utilisé un autre système sous forme d'un piège passif à oxydes d'azote en tant qu'absorbeur d'oxydes d'azote passif, piège qui est aussi connu sous la dénomination de PNA (« Passive NO _x Adsorber » en langue anglo-saxonne). Ce système est dit passif parce qu'il n'y a pas de passage en richesse un ou supérieure pour son épuration en NO _x .

Un piège actif à oxydes d'azote permet la rétention des NO _x dans des conditions de fonctionnement du moteur non favorables de dépollution, ce piège actif à oxydes d'azote pouvant libérer et/ou détruire les NO _x piégés dans d'autres conditions plus favorables à leur destruction.

Un tel piège à NO _x en tant qu'adsorbeur de NO _x peut être utilisé en association avec un système RCS. Ceci permet d'augmenter l'efficacité d'élimination des oxydes d'azote par adsorption des oxydes d'azote à température basse et désorption des oxydes une fois que le catalyseur du système RCS est actif. Le système RCS est fréquemment placé en aval du piège à NO _x , qu'il soit actif ou passif.

La présente invention concerne aussi un ensemble d'une telle ligne 1 d'échappement et de son contrôle commande en dépollution, la ligne 1 d'échappement étant telle que précédemment décrite. Le contrôle commande comprend des éléments d'estimation ou de mesure de la température dans l'espacement 4 entre les deux systèmes RCS 2, 3 et des moyens de calcul d'une vitesse d'élévation de température.

Le contrôle commande comprend des moyens de comparaison d'une vitesse d'élévation calculée avec une vitesse d'élévation de température prédéterminée mémorisée par des moyens de mémorisation du contrôle commande. Enfin, selon la vitesse d'élévation calculée, le contrôle commande comprend des moyens d'activation et de désactivation du dispositif de refroidissement 6. En alternative, le contrôle commande comprend des moyens de mémorisation d'une première et d'une deuxième valeur de température maximale avec des moyens de comparaison de la température mesurée ou estimée avec les deux valeurs de température maximale mémorisées et des moyens d'activation et de désactivation du dispositif de refroidissement 6.

Les moyens de désactivation sont opérationnels dans les conditions précédemment indiquées, à savoir un deuxième système RCS 3 n'ayant pas atteint sa température de fonction optimale, une inversion de la vitesse d'élévation de la température conduisant à une diminution de la température, ou, en alternative, une température mesurée ou estimée qui est inférieure à une température maximale prédéterminée et reconnue comme impliquant la formation d'un surplus de NH ₃ non consommé pour la réduction des NO _x et formant une fuite de NH ₃ .

Le procédé et la ligne d'échappement selon la présente invention permettent de réduire les émissions toxiques de NH ₃ dans l'environnement. Il y a moins d'oxydation de NH ₃ , à partir d'environ 400 °C, et moins de formation ce NO, à partir de 500 °C, si un catalyseur d'oxydation de NH ₃ est présent.