FR3139600A1 - Installation of hydrogen internal combustion engine with hydrogen injection in the exhaust line, and associated control method - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne une installation de moteur à combustion interne à hydrogène. L’installation (1) comprend une ligne d’échappement (4) avec un moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’hydrogène (10). De plus, l’installation comprend une ligne de captage de l’hydrogène (5) présent au sein d’un carter (20) du moteur à combustion interne (2), cette ligne de captage de l’hydrogène (5) injectant au moins une partie de l’hydrogène dans la ligne d’échappement (4) en amont du moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’hydrogène (10). Figure 1 à publier The present invention relates to a hydrogen internal combustion engine installation. The installation (1) comprises an exhaust line (4) with a selective NOx reduction catalysis means sensitive to hydrogen (10). In addition, the installation comprises a hydrogen capture line (5) present within a casing (20) of the internal combustion engine (2), this hydrogen capture line (5) injecting into the minus a portion of the hydrogen in the exhaust line (4) upstream of the hydrogen-sensitive selective NOx reduction catalysis means (10). Figure 1 to be published

Description

Installation de moteur à combustion interne à hydrogène avec injection d’hydrogène dans la ligne d’échappement, et procédé de commande associéHydrogen internal combustion engine installation with hydrogen injection into the exhaust line, and associated control method

La présente invention concerne le domaine de la dépollution et de la sécurité des moteurs à combustion interne à hydrogène.The present invention relates to the field of pollution control and safety of hydrogen internal combustion engines.

Le secteur des transports, et en particulier le transport terrestre, est contraint comme les autres secteurs à réduire ses émissions de CO2afin de limiter le réchauffement climatique à 2 °C d’ici la fin du siècle. Afin de répondre à cet enjeu sociétal, les technologies de la mobilité doivent évoluer pour viser des émissions de CO2proches de zéro. Ainsi, trois grandes familles de technologies sont envisagées pour atteindre cet objectif, chacune d’entre-elles pouvant être plus ou moins adaptée à une application spécifique.The transport sector, and in particular land transport, is forced, like other sectors, to reduce its CO2 emissions in order to limit global warming to 2°C by the end of the century. In order to meet this societal challenge, mobility technologies must evolve to aim for CO2 emissions close to zero. Thus, three main families of technologies are envisaged to achieve this objective, each of which can be more or less adapted to a specific application.

  • La solution tout électrique : qui associe batterie de traction et chaine cinématique électrique. Cette dernière peut faire appel à une ou plusieurs machines électriques suivant les puissances demandées par l’application concernée. Cette solution présente deux inconvénients majeurs : le volume et la masse des batteries sont conséquents, limitant leur utilisation aux véhicules ne nécessitant pas de fortes exigences énergétiques, de plus, leur temps de recharge est important, pénalisant ainsi la continuité de service.The all-electric solution: which combines a traction battery and an electric drivetrain. The latter can use one or more electric machines depending on the power required by the application in question. This solution has two major drawbacks: the volume and mass of the batteries are significant, limiting their use to vehicles that do not require high energy requirements; in addition, their recharge time is significant, thus penalizing continuity of service.
  • Le système de pile à combustible, qui est un convertisseur chimique créant de l’électricité à partir d’une réaction entre l’hydrogène et l’air. L’électricité ainsi produite est utilisée par une chaine cinématique électrique similaire à celle du véhicule tout électrique. Les avantages de la pile à combustible par rapport à la batterie se situent au niveau de la densité énergétique de stockage, plus élevée avec l’hydrogène, et de la rapidité de remplissage du réservoir de stockage d’hydrogène. En revanche, la pile à combustible est une solution coûteuse du fait de l’utilisation de métaux précieux. Cette dernière présente également une complexité accrue dans la gestion des transitoires.The fuel cell system, which is a chemical converter that creates electricity from a reaction between hydrogen and air. The electricity thus produced is used by an electric drive train similar to that of the all-electric vehicle. The advantages of the fuel cell compared to the battery are in the energy storage density, higher with hydrogen, and the speed of filling the hydrogen storage tank. On the other hand, the fuel cell is an expensive solution due to the use of precious metals. The latter also presents increased complexity in the management of transients.
  • Pour pallier les différents inconvénients listés ci-dessus, une troisième solution consiste à utiliser l’hydrogène en tant que carburant dans un moteur à combustion interne. Cette approche apporte plusieurs avantages :To overcome the various drawbacks listed above, a third solution is to use hydrogen as fuel in an internal combustion engine. This approach brings several advantages:

o D’un point de vue de l’utilisateur, cette approche permet pour certaines applications spécifiques comme les poids lourds, les engins de chantier, les bateaux maritimes ou fluviaux d’offrir des caractéristiques intéressantes en termes d’autonomie, et surtout de temps de recharge, que les systèmes à batterie ne peuvent pas proposer. Seule, la pile à combustible serait à même d’assurer un niveau de prestation identique, mais avec un coût bien plus élevé.o From a user point of view, this approach allows for certain specific applications such as heavy goods vehicles, construction machinery, maritime or river boats to offer interesting characteristics in terms of autonomy, and especially recharge time, which battery systems cannot offer. Only the fuel cell would be able to ensure an identical level of performance, but at a much higher cost.

o Le moteur à combustion interne d’hydrogène repose sur une technologie mature, fiable et optimisée en termes de coûts, permettant d’utiliser l’outil industriel existant sans grosse modification contrairement aux solutions électriques alternatives qui requirent des moyens de production en rupture.o The hydrogen internal combustion engine is based on mature, reliable and cost-optimized technology, allowing the use of existing industrial tools without major modifications, unlike alternative electrical solutions which require disruptive production methods.

o Le moteur à combustion interne d’hydrogène est quasiment insensible aux conditions extérieures, comme les températures extrêmes, froides et chaudes, l’altitude, et la présence de poussières dans l’air. Il est également insensible aux vibrations. Ces avantages le rendent particulièrement pertinent sur des applications de type engins de chantier ou engins miniers.o The hydrogen internal combustion engine is virtually insensitive to external conditions, such as extreme cold and hot temperatures, altitude, and the presence of dust in the air. It is also insensitive to vibrations. These advantages make it particularly relevant for applications such as construction or mining machinery.

o Le moteur à combustion interne d’hydrogène est beaucoup moins sensible que la pile à combustible à la qualité de l’hydrogène utilisée. Par qualité, on entend ici le degré de pureté de l’hydrogène, ainsi que la faible présence de contaminants dans celui-ci, les contaminants possibles étant listés dans la norme ISO 14687-2. On peut citer par exemple l’argon, le CO2et les composés soufrés. Il est donc possible d’utiliser un hydrogène de moindre qualité dans le moteur à combustion interne d’hydrogène, avec un avantage sur le coût de celui-ci.o The hydrogen internal combustion engine is much less sensitive than the fuel cell to the quality of the hydrogen used. By quality, we mean the degree of purity of the hydrogen, as well as the low presence of contaminants in it, the possible contaminants being listed in the ISO 14687-2 standard. Examples include argon, CO2 and sulfur compounds. It is therefore possible to use lower quality hydrogen in the hydrogen internal combustion engine, with an advantage in terms of its cost.

Ainsi, le moteur à combustion interne à hydrogène permet de répondre à court terme au besoin de réduction des émissions de CO2pour différentes applications. Ce moteur à hydrogène peut être soit conçu et fabriqué directement à partir d’une feuille blanche, soit en convertissant les motorisations essence, Diesel ou gaz actuellement utilisées dans le but d’accélérer la transition écologique avec une solution prête immédiatement.Thus, the hydrogen internal combustion engine makes it possible to respond in the short term to the need to reduce CO2 emissions for different applications. This hydrogen engine can either be designed and manufactured directly from a blank sheet of paper or by converting the petrol, diesel or gas engines currently used in order to accelerate the ecological transition with an immediately ready solution.

Si le moteur thermique alimenté à l’hydrogène présente un certain nombre d’avantages, une problématique spécifique a toutefois été identifiée : la présence d’hydrogène résiduel dans les gaz de carter. Les gaz de carter sont des gaz issus de la combustion se déroulant dans la chambre de combustion qui s’échappent en petites quantités à travers les interstices existants entre les pistons et les cylindres (jeux à la coupe des segments notamment), jusqu’à arriver dans le carter moteur. Dans les moteurs essence, Diesel, GPL (Gaz de pétrole liquéfié) ou GNV (Gaz naturel pour véhicule) de l’état de l’art, ces gaz de carter sont constitués de gaz de combustion, d’hydrocarbures imbrûlés et de vapeurs d’huile. Ceux-ci sont usuellement recyclés à l’admission afin d’éviter une montée en pression dans le carter du moteur, qui pourrait endommager les joints participant à l'étanchéité du circuit de lubrification. Dans les moteurs à combustion interne d’hydrogène, l’hydrogène imbrûlé remplace les hydrocarbures imbrûlés dans la composition des gaz de carter. La molécule d’hydrogène étant bien plus petite que les molécules constituant les hydrocarbures imbrûlés conventionnels, un niveau de fuite plus important a été observé expérimentalement entre les pistons et les cylindres, conduisant à des concentrations en hydrogène bien supérieures. Ainsi, il est possible d’atteindre des niveaux de concentration en hydrogène dans les gaz de carter supérieurs à la limite inférieure d’explosivité (LIE) qui se situe à environ 4% vol. Des mesures expérimentales ont montré des teneurs pouvant atteindre 7 à 8 % vol. En présence d’oxygène, l’hydrogène peut donc s’enflammer voire entraîner une explosion du carter, créant un risque pour les personnes et les biens se trouvant à proximité. Ce phénomène est d’autant plus marqué lorsque le moteur est en dessous de sa température de fonctionnement optimale, les jeux entre les pistons, les segments et les cylindres étant plus importants et créent ainsi des niveaux de fuite de gaz plus importants.While the hydrogen-powered thermal engine has a number of advantages, a specific problem has nevertheless been identified: the presence of residual hydrogen in the crankcase gases. Crankcase gases are gases resulting from the combustion taking place in the combustion chamber which escape in small quantities through the gaps between the pistons and cylinders (particularly the clearances at the ring cut), until they reach the engine crankcase. In state-of-the-art gasoline, diesel, LPG (liquefied petroleum gas) or CNG (natural gas for vehicles) engines, these crankcase gases consist of combustion gases, unburned hydrocarbons and oil vapors. These are usually recycled to the intake in order to avoid a pressure build-up in the engine crankcase, which could damage the seals involved in sealing the lubrication circuit. In hydrogen internal combustion engines, unburned hydrogen replaces unburned hydrocarbons in the composition of the crankcase gases. Since the hydrogen molecule is much smaller than the molecules constituting conventional unburned hydrocarbons, a higher level of leakage has been experimentally observed between the pistons and the cylinders, leading to much higher hydrogen concentrations. Thus, it is possible to reach hydrogen concentration levels in the crankcase gases higher than the lower explosive limit (LEL) which is around 4% vol. Experimental measurements have shown levels of up to 7 to 8% vol. In the presence of oxygen, hydrogen can therefore ignite or even cause a crankcase explosion, creating a risk for people and property in the vicinity. This phenomenon is all the more marked when the engine is below its optimum operating temperature, as the clearances between the pistons, rings and cylinders are greater and thus create higher levels of gas leakage.

La demande de brevet CN114320529A envisage le recyclage de l’hydrogène issu du carter du moteur à combustion interne à l’admission du moteur. Ce recyclage permet de réduire la concentration en hydrogène dans le carter, et permet d’éviter les pertes en hydrogène.Patent application CN114320529A contemplates the recycling of hydrogen from the crankcase of the internal combustion engine to the engine intake. This recycling makes it possible to reduce the hydrogen concentration in the crankcase, and to avoid hydrogen losses.

Une deuxième problématique de ce type de moteur est l’émission d’oxydes d’azote NOx par le moteur à combustion interne. Du fait de sa vitesse laminaire de flamme intrinsèquement élevée, la combustion de l’hydrogène est propice à une combustion en mélange pauvre, typiquement comprise entre des lambda (défini par le rapport entre le ratio air carburant réel et le ratio air carburant stœchiométrique) de 2 et 3. Ces combustions en mélange très pauvre permettent à la fois une amélioration du rendement de combustion, ainsi qu’une réduction des émissions d’oxydes d’azote NOx à la source. Ces émissions de NOx, bien que très faibles en comparaison des émissions observées sur des moteurs essence ou Diesel comparables, nécessitent l’utilisation d’un système de dépollution adapté aux combustions en mélange pauvre : le système le plus connu consiste à utiliser un ou plusieurs catalyseurs de type RCS (pour Réduction Catalytique Sélective ou selon l’acronyme anglais SCR pour Selective Catalytic Reduction), technique largement utilisée sur les véhicules Diesel au cours de ces quinze dernières années. Ce catalyseur RCS permet de réduire sélectivement les NOx en azote grâce à l'action d'un agent réducteur. Cet agent réducteur est généralement injecté en amont du catalyseur RCS. Sur les motorisations Diesel commerciales, cet agent réducteur peut être de l'ammoniac ou un composé générant de l'ammoniac par décomposition, comme de l'urée, ou encore être un hydrocarbure provenant d'une substance hydrocarbonée oxygénée ou non. Toutefois, l’urée, tout comme les hydrocarbures, contiennent du carbone dans leur composition. La décomposition de ces agents réducteur dans la ligne d’échappement va donc immanquablement créer du CO2, avec pour conséquence de ne pas avoir une solution zéro émission de carbone.A second problem with this type of engine is the emission of nitrogen oxides NOx by the internal combustion engine. Due to its inherently high laminar flame speed, hydrogen combustion is conducive to lean mixture combustion, typically between lambdas (defined by the ratio between the actual air-fuel ratio and the stoichiometric air-fuel ratio) of 2 and 3. These very lean mixture combustions allow both an improvement in combustion efficiency and a reduction in nitrogen oxide emissions NOx at source. These NOx emissions, although very low compared to the emissions observed on comparable gasoline or Diesel engines, require the use of a pollution control system adapted to lean mixture combustion: the best-known system consists of using one or more SCR catalysts (for Selective Catalytic Reduction or SCR according to the English acronym), a technique widely used on Diesel vehicles over the last fifteen years. This RCS catalyst selectively reduces NOx to nitrogen through the action of a reducing agent. This reducing agent is generally injected upstream of the RCS catalyst. On commercial diesel engines, this reducing agent can be ammonia or a compound that generates ammonia by decomposition, such as urea, or it can be a hydrocarbon from an oxygenated or non-oxygenated hydrocarbon substance. However, urea, like hydrocarbons, contains carbon in its composition. The decomposition of these reducing agents in the exhaust line will therefore inevitably create CO 2 , with the consequence of not having a zero carbon emission solution.

Alternativement, le dihydrogène, plus communément appelé hydrogène, est aussi connu de l’homme de l’art comme étant un agent réducteur efficace pour la catalyse RCS. L’utilisation de cet agent réducteur est donc particulièrement pertinente si le moteur à combustion interne utilise partiellement ou totalement l’hydrogène comme carburant. En outre, celui-ci présente l’avantage de ne pas émettre de carbone et de CO2lors de son utilisation en tant qu’agent réducteur de catalyse RCS. Communément, le catalyseur RCS est utilisé en complément d’autres systèmes de dépollution dans la ligne d’échappement : un catalyseur d’oxydation est, de façon très courante, positionné en sortie de la chambre de combustion du moteur, et en amont du catalyseur RCS. Celui-ci a pour finalité d’oxyder les émissions de carburant imbrûlé et de monoxyde de carbone en sortie de la chambre de combustion, ainsi que d’oxyder partiellement le monoxyde d’azote en dioxyde d’azote. L’objectif de cette dernière fonction est de se rapprocher le plus possible d’un rapport stœchiométrique entre le monoxyde d’azote et le dioxyde d’azote en sortie du catalyseur d’oxydation, et en amont du catalyseur RCS, car il est connu dans la littérature qu’une répartition équimolaire permet de maximiser l’efficacité de conversion des NOx dans le catalyseur RCS. Par ailleurs, un système de réduction des émissions de particules est souvent associé aux catalyseur d’oxydation et catalyseur RCS déjà mentionnés. Celui-ci prend généralement la forme d’un filtre à parois poreuses en charge de filtrer en continu les particules, y compris les plus fines, typiquement inférieures à 50 nm. Ce filtre à particules peut être positionné soit en amont du catalyseur RCS, soit en aval de celui-ci, voire être intégré à celui-ci afin de réaliser de façon simultanée la filtration des particules et la réaction de réduction des NOx. On parle alors de filtre RCS, ou FRCS.Alternatively, dihydrogen, more commonly referred to as hydrogen, is also known to those skilled in the art as an effective reducing agent for SCR catalysis. The use of this reducing agent is therefore particularly relevant if the internal combustion engine partially or completely uses hydrogen as fuel. In addition, it has the advantage of not emitting carbon and CO 2 when used as a reducing agent for SCR catalysis. Commonly, the SCR catalyst is used in addition to other pollution control systems in the exhaust line: an oxidation catalyst is, very commonly, positioned at the outlet of the combustion chamber of the engine, and upstream of the SCR catalyst. The purpose of this is to oxidize the emissions of unburned fuel and carbon monoxide at the outlet of the combustion chamber, as well as to partially oxidize the nitrogen monoxide into nitrogen dioxide. The objective of this last function is to get as close as possible to a stoichiometric ratio between nitrogen monoxide and nitrogen dioxide at the outlet of the oxidation catalyst, and upstream of the RCS catalyst, because it is known in the literature that an equimolar distribution makes it possible to maximize the efficiency of NOx conversion in the RCS catalyst. Furthermore, a particle emission reduction system is often associated with the oxidation catalyst and RCS catalyst already mentioned. This generally takes the form of a filter with porous walls responsible for continuously filtering particles, including the finest, typically less than 50 nm. This particle filter can be positioned either upstream of the RCS catalyst, or downstream of it, or even be integrated into it in order to simultaneously carry out particle filtration and the NOx reduction reaction. This is then referred to as an RCS filter, or FRCS.

La demande de brevet FR 3013381 (US 2016/0298514) concerne un procédé de dépollution des gaz d’échappement et une installation utilisant un tel procédé. La technologie décrite met en œuvre deux catalyses à réduction catalytique sélective des NOx : un sensible à l’ammoniac et un sensible à l’hydrogène. Pour obtenir de l’hydrogène et de l’ammoniac, le procédé et l’installation nécessite une décomposition, notamment par électrolyse, d’un agent réducteur en une phase gazeuse d’hydrogène et une phase gazeuse d’ammoniac. Ainsi, ce procédé et cette installation nécessitent un réservoir d’agent réducteur et des moyens assurant cette décomposition, ce qui peut être complexe, énergivore, et encombrant.Patent application FR 3013381 (US 2016/0298514) relates to a method for depolluting exhaust gases and a plant using such a method. The technology described uses two selective catalytic reduction catalysts for NOx: one sensitive to ammonia and one sensitive to hydrogen. To obtain hydrogen and ammonia, the method and plant require a decomposition, in particular by electrolysis, of a reducing agent into a gaseous phase of hydrogen and a gaseous phase of ammonia. Thus, this method and plant require a tank of reducing agent and means ensuring this decomposition, which can be complex, energy-intensive, and bulky.

L’invention a pour but d’assurer la sécurité et la dépollution d’un moteur à combustion interne à hydrogène, tout en restant simple, peu énergivore et peu encombrant. Pour cela, la présente invention concerne une installation de moteur à combustion interne à hydrogène. L’installation comprend une ligne d’échappement avec un moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’hydrogène, ce qui signifie que l’hydrogène est utilisé comme agent réducteur des NOx en utilisant une catalyse RCS adaptée à cette réaction chimique. De plus, l’installation comprend une ligne de captage de l’hydrogène présent au sein d’un carter du moteur à combustion interne, cette ligne de captage de l’hydrogène injectant au moins une partie de l’hydrogène dans la ligne d’échappement en amont du moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’hydrogène. Ainsi, on diminue le taux d’hydrogène dans le carter du moteur, et on permet simultanément la diminution des NOx en sortie de la ligne d’échappement. De plus, cette solution permet une gestion optimisée de l’hydrogène en particulier pour la catalyse RCS.The invention aims to ensure the safety and pollution control of a hydrogen internal combustion engine, while remaining simple, energy-efficient and space-saving. To this end, the present invention relates to a hydrogen internal combustion engine installation. The installation comprises an exhaust line with a hydrogen-sensitive selective NOx reduction catalysis means, which means that hydrogen is used as a NOx reducing agent using an RCS catalysis adapted to this chemical reaction. In addition, the installation comprises a line for capturing hydrogen present in a crankcase of the internal combustion engine, this hydrogen capture line injecting at least part of the hydrogen into the exhaust line upstream of the hydrogen-sensitive selective NOx reduction catalysis means. Thus, the hydrogen level in the crankcase of the engine is reduced, and the NOx at the exhaust line outlet is simultaneously reduced. In addition, this solution allows optimized management of hydrogen, particularly for RCS catalysis.

L’invention concerne sur une installation de moteur à combustion interne utilisant partiellement ou totalement de l’hydrogène en tant que carburant, ladite installation comprenant une ligne d’échappement avec un moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’hydrogène, et une ligne de captage de l’hydrogène présent au sein d’un carter dudit moteur à combustion interne avec un système de déshuilage. Ladite ligne de captage de l’hydrogène est reliée à ladite ligne d’échappement an amont dudit moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’hydrogène pour injecter au moins une partie de l’hydrogène capté dans ladite ligne d’échappement.The invention relates to an internal combustion engine installation using partially or totally hydrogen as fuel, said installation comprising an exhaust line with a hydrogen-sensitive selective NOx reduction catalysis means, and a line for capturing hydrogen present in a crankcase of said internal combustion engine with a de-oiling system. Said hydrogen capture line is connected to said exhaust line upstream of said hydrogen-sensitive selective NOx reduction catalysis means to inject at least part of the captured hydrogen into said exhaust line.

Selon un mode de réalisation, ladite ligne de captage de l’hydrogène est reliée en outre à une ligne d’admission dudit moteur à combustion interne, et ladite ligne de captage de l’hydrogène comprend au moins une vanne pilotée pour piloter un débit de l’hydrogène injecté dans ladite ligne d’échappement et/ou un débit de l’hydrogène recyclé dans ladite ligne d’admission dudit moteur à combustion interne.According to one embodiment, said hydrogen capture line is further connected to an intake line of said internal combustion engine, and said hydrogen capture line comprises at least one controlled valve for controlling a flow rate of hydrogen injected into said exhaust line and/or a flow rate of hydrogen recycled into said intake line of said internal combustion engine.

Conformément une mise en œuvre, ledit carter dudit moteur à combustion interne comprend au moins un capteur d’hydrogène.According to one implementation, said housing of said internal combustion engine comprises at least one hydrogen sensor.

Avantageusement, ladite ligne d’échappement comprend au moins une sonde à NOx, de préférence une première sonde à NOx en amont dudit moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’hydrogène et une deuxième sonde à NOx en aval dudit moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’hydrogène.Advantageously, said exhaust line comprises at least one NOx probe, preferably a first NOx probe upstream of said hydrogen-sensitive selective NOx reduction catalysis means and a second NOx probe downstream of said hydrogen-sensitive selective NOx reduction catalysis means.

De manière avantageuse, ladite ligne d’échappement comprend au moins un organe déprimogène, notamment une plaque à orifices, une plaque à diaphragmes, une tuyère ou un tube de Venturi.Advantageously, said exhaust line comprises at least one depressurizing member, in particular an orifice plate, a diaphragm plate, a nozzle or a Venturi tube.

Selon un aspect, ladite ligne de captage de l’hydrogène comprend au moins une pompe de gaz.According to one aspect, said hydrogen capture line comprises at least one gas pump.

Selon une option de réalisation, ladite ligne d’échappement comprend en outre au moins un injecteur d’hydrogène en amont dudit moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’hydrogène.According to one embodiment option, said exhaust line further comprises at least one hydrogen injector upstream of said hydrogen-sensitive selective NOx reduction catalysis means.

Conformément à un mode de réalisation, ladite ligne d’échappement comprend au moins un moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’ammoniac.According to one embodiment, said exhaust line comprises at least one means of selective NOx reduction catalysis sensitive to ammonia.

De manière avantageuse, ledit moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’ammoniac est agencé en aval dudit moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’hydrogène.Advantageously, said selective NOx reduction catalysis means sensitive to ammonia is arranged downstream of said selective NOx reduction catalysis means sensitive to hydrogen.

Selon un aspect, ledit moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’ammoniac est agencé en amont dudit moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’hydrogène.According to one aspect, said ammonia-sensitive selective NOx reduction catalysis means is arranged upstream of said hydrogen-sensitive selective NOx reduction catalysis means.

En outre, l’invention concerne un procédé de commande d’une installation de moteur à combustion interne à hydrogène selon l’une des caractéristiques précédentes, dans lequel on met en œuvre les étapes suivantes :Furthermore, the invention relates to a method for controlling a hydrogen internal combustion engine installation according to one of the preceding characteristics, in which the following steps are implemented:

  1. On capte de l’hydrogène présent dans ledit carter dudit moteur à combustion interne ; etHydrogen present in said crankcase of said internal combustion engine is captured; and
  2. On injecte au moins une partie de l’hydrogène capté dans la ligne d’échappement pour traiter les NOx en association avec ledit moyen de catalyse à réduction sélective de NOx sensible à l’hydrogène.At least a portion of the captured hydrogen is injected into the exhaust line to treat the NOx in association with said hydrogen-sensitive selective NOx reduction catalysis means.

D'autres caractéristiques et avantages du système et du procédé selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.Other characteristics and advantages of the system and method according to the invention will appear on reading the following description of non-limiting examples of embodiments, with reference to the figures appended and described below.

Liste des figuresList of figures

La illustre une installation de moteur à combustion interne à hydrogène selon un premier mode de réalisation de l’invention.There illustrates a hydrogen internal combustion engine installation according to a first embodiment of the invention.

La illustre une installation de moteur à combustion interne à hydrogène selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.There illustrates a hydrogen internal combustion engine installation according to a second embodiment of the invention.

La illustre une installation de moteur à combustion interne à hydrogène selon un troisième mode de réalisation de l’invention.There illustrates a hydrogen internal combustion engine installation according to a third embodiment of the invention.

La illustre une installation de moteur à combustion interne à hydrogène selon un quatrième mode de réalisation de l’invention.There illustrates a hydrogen internal combustion engine installation according to a fourth embodiment of the invention.

La illustre une installation de moteur à combustion interne à hydrogène selon un cinquième mode de réalisation de l’invention.There illustrates a hydrogen internal combustion engine installation according to a fifth embodiment of the invention.

Dans la présente demande, les termes « amont », « aval » sont définis par rapport au sens de circulation des gaz, par exemple l’hydrogène, les gaz d’admission, ou les gaz d’échappement.In this application, the terms “upstream”, “downstream” are defined in relation to the direction of flow of gases, for example hydrogen, intake gases, or exhaust gases.

La présente invention concerne une installation de moteur à combustion interne à hydrogène (pour désigner du dihydrogène). Il peut s’agir d’un moteur à combustion interne directement conçu pour fonctionner avec du dihydrogène comme carburant, ou, en variante, il peut s’agir d’un moteur à combustion interne essence, Diesel ou à gaz utilisé avec du dihydrogène comme carburant, cette approche étant connue sous le nom de retrofit.The present invention relates to a hydrogen (to denote dihydrogen) internal combustion engine installation. It may be an internal combustion engine directly designed to operate with dihydrogen as fuel, or, alternatively, it may be a gasoline, diesel or gas internal combustion engine operated with dihydrogen as fuel, this approach being known as retrofitting.

Par moteur à combustion interne à hydrogène, il est entendu un moteur à combustion interne pouvant fonctionner partiellement ou totalement avec de l’hydrogène en tant que carburant. La quantité d’hydrogène utilisé en tant que carburant dans ce cadre de l’invention est comprise entre 10% et 100% vol. De préférence, le moteur à combustion interne peut fonctionner avec majoritairement de l’hydrogène en tant que carburant. De manière préférée, le moteur à combustion interne peut fonctionner uniquement avec de l’hydrogène comme carburant (à l’exception d’impuretés).By hydrogen internal combustion engine is meant an internal combustion engine that can operate partially or completely with hydrogen as fuel. The amount of hydrogen used as fuel in this context of the invention is between 10% and 100% vol. Preferably, the internal combustion engine can operate mainly with hydrogen as fuel. Preferably, the internal combustion engine can operate solely with hydrogen as fuel (with the exception of impurities).

Classiquement, une installation d’un moteur à combustion interne d’hydrogène comprend :Typically, a hydrogen internal combustion engine installation includes:

  • Au moins un cylindre au sein d’un carter, dans lequel se déplace un piston, le piston et le cylindre délimitant avec une culasse une chambre de combustion,At least one cylinder within a crankcase, in which a piston moves, the piston and the cylinder delimiting with a cylinder head a combustion chamber,
  • Une ligne d’admission d’air, avec un ensemble de conduites, pour alimenter la chambre de combustion en air,An air intake line, with a set of pipes, to supply air to the combustion chamber,
  • Une injection de carburant, directe ou indirecte, pour alimenter la chambre de combustion en carburant, etA fuel injection, direct or indirect, to supply the combustion chamber with fuel, and
  • Une ligne d’échappement, avec un ensemble de conduites, pour l’évacuation des gaz brulés depuis la chambre de combustion vers l’atmosphère.An exhaust line, with a set of pipes, for the evacuation of burnt gases from the combustion chamber to the atmosphere.

Selon l’invention, l’installation de moteur à combustion interne à hydrogène comprend une ligne d’échappement avec un moyen de catalyse à réduction des oxydes d’azote NOx sensible à l’hydrogène. En d’autres termes, la ligne d’échappement comprend un catalyseur RCS des NOx dont l’agent réducteur est de l’hydrogène, pour assurer le post-traitement des gaz d’échappement. Le post-traitement RCS consiste à réduire les oxydes d'azote NO et NO2(couramment dénommés NOx) sur un dispositif catalytique dont la formulation comprend généralement au moins un métal noble imprégné sur un support. Les supports de l’état de l’art généralement utilisés sont l’alumine Al2O3, les oxydes de cérium CeO2, de zircone ZrO2, de tungstène WO3, ou encore de titane TiO2, utilisés isolément ou en combinaison, les zéolithes (ZSM-5, bêta, chabazite) et les oxydes de pérovskite. Alternativement, des formulations utilisant ces mêmes supports en combinaison avec des métaux non nobles comme le cuivre ou le fer, ou encore avec des alliages métalliques (par exemple PtNi) ou non métalliques, présentent également des performances intéressantes en termes d’activité et de sélectivité. Ce catalyseur favorise la réduction des NOx en azote, par réaction avec l’agent réducteur. De plus, l'hydrogène est un excellent réducteur des NOx et ce avec des températures de l'ordre d'à peine 100°C. A titre d'exemple, des catalyseurs RCS à hydrogène avec une composition à base de Pt/SiO2ou Pt/TiO2-ZrO2Pd/WO3/ZrO2ont montré de bonnes activité et sélectivité dès 90°C. Ainsi, le taux de NOx dans la ligne d’échappement est réduit.According to the invention, the hydrogen internal combustion engine installation comprises an exhaust line with a hydrogen-sensitive NOx nitrogen oxide reduction catalysis means. In other words, the exhaust line comprises a NOx RCS catalyst whose reducing agent is hydrogen, to ensure the post-treatment of the exhaust gases. The RCS post-treatment consists of reducing the nitrogen oxides NO and NO 2 (commonly called NOx) on a catalytic device whose formulation generally comprises at least one noble metal impregnated on a support. The state-of-the-art supports generally used are alumina Al 2 O 3 , cerium oxides CeO 2 , zirconia ZrO 2 , tungsten WO 3 , or titanium TiO 2 , used alone or in combination, zeolites (ZSM-5, beta, chabazite) and perovskite oxides. Alternatively, formulations using these same supports in combination with non-noble metals such as copper or iron, or with metallic alloys (for example PtNi) or non-metallic, also present interesting performances in terms of activity and selectivity. This catalyst promotes the reduction of NOx to nitrogen, by reaction with the reducing agent. In addition, hydrogen is an excellent NOx reducer and this with temperatures of the order of barely 100 ° C. For example, hydrogen RCS catalysts with a composition based on Pt/SiO 2 or Pt/TiO 2 -ZrO 2 Pd/WO 3 /ZrO 2 have shown good activity and selectivity from 90°C. Thus, the NOx rate in the exhaust line is reduced.

De plus, l’installation comprend une ligne de captage de l’hydrogène résiduel présent au sein du carter du moteur à combustion interne. En d’autres termes, la ligne de captage est prévue pour évacuer l’hydrogène résiduel au sein du carter. La ligne captage comprend un ensemble de conduites et un système de déshuilage pour séparer l’hydrogène de l’huile issue du carter. Un tel système de déshuilage peut notamment être réalisé par des systèmes mécaniques passifs de type chicanes, ou bien par des systèmes actifs, plus efficaces, basés par exemple sur la centrifugation de l’huile (par exemple des déshuileurs à cyclone ou des séparateurs centrifuges), ou une combinaison de systèmes passifs et actifs. Ainsi, la sécurité de l’installation est améliorée grâce à la diminution du taux d’hydrogène dans le carter.In addition, the installation includes a line for capturing residual hydrogen present in the crankcase of the internal combustion engine. In other words, the capture line is designed to evacuate the residual hydrogen in the crankcase. The capture line includes a set of pipes and a de-oiling system for separating the hydrogen from the oil from the crankcase. Such a de-oiling system can in particular be achieved by passive mechanical systems such as baffles, or by more efficient active systems, based for example on oil centrifugation (for example cyclone de-oilers or centrifugal separators), or a combination of passive and active systems. Thus, the safety of the installation is improved by reducing the hydrogen level in the crankcase.

Conformément à l’invention, la ligne de captage de l’hydrogène est reliée à la ligne d’échappement en amont du moyen de catalyse à réduction des NOx sensible à l’hydrogène, pour injecter dans la ligne d’échappement au moins une partie de l’hydrogène capté. Ainsi, le catalyseur RCS sensible à l’hydrogène est alimenté en agent réducteur prélevé directement dans le carter. Ainsi, l’invention permet d’assurer simultanément la sécurité et la dépollution du moteur à combustion interne. L’utilisation de cet hydrogène prélevé dans le carter permet de réduire les émissions de NOx sans avoir à faire appel :According to the invention, the hydrogen capture line is connected to the exhaust line upstream of the hydrogen-sensitive NOx reduction catalysis means, to inject at least part of the captured hydrogen into the exhaust line. Thus, the hydrogen-sensitive RCS catalyst is supplied with reducing agent taken directly from the crankcase. Thus, the invention makes it possible to simultaneously ensure the safety and depollution of the internal combustion engine. The use of this hydrogen taken from the crankcase makes it possible to reduce NOx emissions without having to use:

- soit uniquement à de l’hydrogène contenu dans les réservoirs de stockage du véhicule, ce qui aurait pour effet de réduire l’autonomie de celui-ci,- either only hydrogen contained in the vehicle's storage tanks, which would have the effect of reducing its autonomy,

- soit uniquement à un agent réducteur additionnel, qui nécessiterait l’utilisation d’un réservoir dédié venant amputer le volume disponible à bord du véhicule. De plus, la plupart des agents réducteurs connus, par exemple l’urée, émettent des émissions de CO2lors de leur décomposition dans la ligne d’échappement.- or only to an additional reducing agent, which would require the use of a dedicated tank reducing the volume available on board the vehicle. In addition, most known reducing agents, for example urea, emit CO2 emissions when they decompose in the exhaust line.

Selon un mode de réalisation de l’invention, la ligne de captage d’hydrogène peut être reliée en outre à la ligne d’admission du moteur à combustion interne. De cette manière, une partie de l’hydrogène capté peut être recyclé à l’admission du moteur à combustion interne. Ainsi, l’efficacité du moteur peut être améliorée. Pour ce mode de réalisation, la ligne de captage d’hydrogène peut comprendre au moins une vanne pilotée pour piloter un débit d’hydrogène injecté dans la ligne d’échappement et/ou un débit d’hydrogène recyclé de l’admission du moteur à combustion interne. Par exemple, la ligne de captage peut comprendre deux vannes pilotées, l’une en amont de la connexion à ligne d’échappement et l’autre en amont de la connexion à la ligne d’admission. Dans cet exemple, les vannes peuvent être pilotées de façon simultanées, afin que lorsqu’une d’entre-elles s’ouvre, la seconde se ferme. Ce mode de pilotage permet de dériver entre 0 et 100 % du débit de gaz de carter vers la ligne d’échappement afin d’utiliser la quantité adéquate d’’hydrogène contenu dans les gaz de carter déshuilé en tant qu’agent réducteur de la réaction de catalyse RCS en fonction de la quantité totale de NOx à traiter. En variante, la ligne de captage peut comprendre une unique vanne, par exemple une vanne trois voies, avec une entrée et deux sorties.According to one embodiment of the invention, the hydrogen capture line can be further connected to the intake line of the internal combustion engine. In this way, a portion of the captured hydrogen can be recycled to the intake of the internal combustion engine. Thus, the efficiency of the engine can be improved. For this embodiment, the hydrogen capture line can comprise at least one piloted valve for controlling a flow of hydrogen injected into the exhaust line and/or a flow of hydrogen recycled from the intake of the internal combustion engine. For example, the capture line can comprise two piloted valves, one upstream of the connection to the exhaust line and the other upstream of the connection to the intake line. In this example, the valves can be piloted simultaneously, so that when one of them opens, the second closes. This control mode allows to divert between 0 and 100% of the crankcase gas flow to the exhaust line in order to use the adequate quantity of hydrogen contained in the deoiled crankcase gas as a reducing agent for the RCS catalysis reaction depending on the total quantity of NOx to be treated. Alternatively, the capture line may comprise a single valve, for example a three-way valve, with one inlet and two outlets.

Selon un aspect de l’invention, la ligne d’échappement peut comprendre en outre un injecteur d’hydrogène, cet injecteur d’hydrogène étant agencé en amont du moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’hydrogène. Ainsi, il est possible d’augmenter la quantité d’hydrogène dans la ligne d’échappement si la quantité provenant de la ligne de captage est insuffisante pour une catalyse efficace des NOx. L’hydrogène injecté par cet injecteur peut provenir du réservoir de carburant.According to one aspect of the invention, the exhaust line may further comprise a hydrogen injector, this hydrogen injector being arranged upstream of the hydrogen-sensitive selective NOx reduction catalysis means. Thus, it is possible to increase the amount of hydrogen in the exhaust line if the amount coming from the capture line is insufficient for effective NOx catalysis. The hydrogen injected by this injector may come from the fuel tank.

Conformément à une mise en œuvre de l’invention, le carter du moteur à combustion interne peut comprendre un capteur d’hydrogène. Un tel capteur permet de mesurer la concentration en hydrogène au sein du carter. Cette mesure permet à la fois de répondre à un objectif sécuritaire en permettant de surveiller que la teneur en hydrogène présente dans les gaz de carter ne dépasse pas la Limite Inférieure d’Explosivité (LIE), et également de piloter la commande de l’installation de moteur à combustion interne à hydrogène. Le cas échéant, l’ouverture d’au moins une vanne de la ligne de captage peut dépendre de la quantité d’hydrogène au sein du carter. Le capteur d’hydrogène peut être positionné dans le volume gazeux du carter, ou être installé de façon déportée par rapport à celui-ci avec une communication des gaz entre le carter et le capteur par une conduite de gaz. Alternativement au capteur d’hydrogène, la concentration en hydrogène au sein du carter peut être estimée par des moyens logiques et/ou informatiques (par exemple un calculateur du moteur à combustion interne).According to an implementation of the invention, the crankcase of the internal combustion engine may comprise a hydrogen sensor. Such a sensor makes it possible to measure the hydrogen concentration within the crankcase. This measurement makes it possible both to meet a safety objective by making it possible to monitor that the hydrogen content present in the crankcase gases does not exceed the Lower Explosive Limit (LEL), and also to control the control of the hydrogen internal combustion engine installation. Where appropriate, the opening of at least one valve of the capture line may depend on the quantity of hydrogen within the crankcase. The hydrogen sensor may be positioned in the gas volume of the crankcase, or be installed remotely relative to the latter with gas communication between the crankcase and the sensor via a gas pipe. Alternatively to the hydrogen sensor, the hydrogen concentration within the crankcase may be estimated by logical and/or computer means (for example a computer of the internal combustion engine).

Selon un aspect de l’invention, la ligne d’échappement peut comprendre au moins une sonde à NOx. Ainsi, la quantité de NOx peut être mesurée au sein de la ligne d’échappement. Alternativement à la sonde à NOx, la quantité de NOx au sein de la ligne d’échappement peut être estimée par des moyens logiques et/ou informatiques (par exemple un calculateur du moteur à combustion interne). Cette quantité de NOx peut être utilisée notamment pour la commande de l’installation de moteur à combustion interne à hydrogène.According to one aspect of the invention, the exhaust line may comprise at least one NOx sensor. Thus, the quantity of NOx can be measured within the exhaust line. Alternatively to the NOx sensor, the quantity of NOx within the exhaust line can be estimated by logical and/or computer means (for example a computer of the internal combustion engine). This quantity of NOx can be used in particular for controlling the hydrogen internal combustion engine installation.

Le cas échéant, l’ouverture d’au moins une vanne de la ligne de captage peut dépendre de la quantité de NOx à traiter au sein de la ligne d’échappement, ou la quantité d’hydrogène injectée par l’injecteur peut dépendre de la quantité de NOx au sein de la ligne d’échappement et de la quantité d’hydrogène injectée par la ligne de captage. En effet, on peut adapter la catalyse RCS en fonction de la quantité de NOx à traiter en ajustant la quantité d’hydrogène injecté dans la ligne d’échappement. Si la quantité d’hydrogène contenue dans les gaz de carter est supérieure à la quantité requise pour réaliser la réaction de réduction des NOx, alors la partie excédentaire correspondante des gaz de carter peut être recyclée à l’admission du moteur thermique, afin que l’hydrogène contenu dans ceux-ci soit brûlé dans la chambre de combustion, et produise du travail. A contrario, si la quantité d’hydrogène contenue dans les gaz de carter est inférieure à la quantité requise pour réaliser la réaction de réduction des NOx, un apport complémentaire d’hydrogène peut éventuellement être réalisé de façon additionnelle dans la ligne d’échappement, en amont du catalyseur RCS, par exemple en utilisant un injecteur.Where appropriate, the opening of at least one valve in the capture line may depend on the quantity of NOx to be treated in the exhaust line, or the quantity of hydrogen injected by the injector may depend on the quantity of NOx in the exhaust line and the quantity of hydrogen injected by the capture line. Indeed, the RCS catalysis can be adapted according to the quantity of NOx to be treated by adjusting the quantity of hydrogen injected into the exhaust line. If the quantity of hydrogen contained in the crankcase gases is greater than the quantity required to carry out the NOx reduction reaction, then the corresponding excess portion of the crankcase gases can be recycled to the intake of the heat engine, so that the hydrogen contained therein is burned in the combustion chamber, and produces work. Conversely, if the quantity of hydrogen contained in the crankcase gases is less than the quantity required to carry out the NOx reduction reaction, an additional supply of hydrogen can possibly be carried out additionally in the exhaust line, upstream of the RCS catalyst, for example by using an injector.

Selon une variante de cette configuration, la ligne d’échappement peut comprendre une sonde à NOx en amont du moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’hydrogène et une sonde à NOx en aval du moyen de catalyse à réduction sélective des NOX sensible à l’hydrogène. Ainsi, ces mesures permettent de connaître l’efficacité du catalyseur RCS, et d’ajuster la quantité d’hydrogène injectée dans la ligne d’échappement.According to a variant of this configuration, the exhaust line may comprise a NOx probe upstream of the hydrogen-sensitive selective NOx reduction catalysis means and a NOx probe downstream of the hydrogen-sensitive selective NOX reduction catalysis means. Thus, these measurements make it possible to know the efficiency of the RCS catalyst, and to adjust the quantity of hydrogen injected into the exhaust line.

Conformément à un mode de réalisation de l’invention, la ligne d’échappement peut comprendre un organe déprimogène, au niveau de la jonction entre la ligne d’échappement et la ligne de captage d’hydrogène, pour diminuer localement la pression au sein de la ligne d’échappement. L’organe déprimogène est un organe apte à générer une diminution de pression locale. En effet, la pression relative régnant dans la ligne d’échappement peut atteindre plusieurs centaines de millibars (plusieurs dizaines de milliers de Pascal), alors que celle rencontrée dans le carter d’huile moteur ne dépasse pas quelques dizaines de millibars (plusieurs milliers de Pascal). Afin de garantir un débit suffisant des gaz de carter dérivés vers la ligne d’échappement, (le cas échéant, lorsque les vannes pilotées sont en positions favorables à cette dérivation), il peut être utile de créer une dépression localisée au niveau de la jonction entre la ligne d’échappement et la conduite contenant les gaz de carter de la ligne de captage d’hydrogène. L’organe déprimogène peut notamment prendre la forme d’une plaque à orifices, d’une plaque à diaphragmes, d’une tuyère ou d’un tube de Venturi.According to one embodiment of the invention, the exhaust line may comprise a pressure-reducing member, at the junction between the exhaust line and the hydrogen capture line, to locally reduce the pressure within the exhaust line. The pressure-reducing member is a member capable of generating a local pressure reduction. Indeed, the relative pressure prevailing in the exhaust line can reach several hundred millibars (several tens of thousands of Pascals), whereas that encountered in the engine oil sump does not exceed a few tens of millibars (several thousand Pascals). In order to guarantee a sufficient flow rate of the bypassed crankcase gases to the exhaust line (where appropriate, when the controlled valves are in positions favorable to this bypass), it may be useful to create a localized depression at the junction between the exhaust line and the pipe containing the crankcase gases of the hydrogen capture line. The depressogenic organ can notably take the form of an orifice plate, a diaphragm plate, a nozzle or a Venturi tube.

Selon une mise en œuvre, la ligne de captage de l’hydrogène peut comprendre au moins une pompe de gaz. La pompe de gaz permet de créer un débit de gaz de carter positif entre le carter du moteur à combustion interne et la ligne d’échappement, c’est-à-dire allant du carter à la ligne d’échappement. La pompe de gaz peut être agencée en aval du système de déshuilage, et peut fonctionner en aspiration. Cette configuration permet d’éviter de créer une surpression dans le carter du moteur à combustion interne. En variante, une pompe fonctionnant en mode soufflage peut être utilisée sur la ligne de captage, en amont du carter.According to one implementation, the hydrogen capture line may comprise at least one gas pump. The gas pump makes it possible to create a positive crankcase gas flow between the crankcase of the internal combustion engine and the exhaust line, i.e. from the crankcase to the exhaust line. The gas pump may be arranged downstream of the de-oiling system, and may operate in suction mode. This configuration makes it possible to avoid creating excess pressure in the crankcase of the internal combustion engine. Alternatively, a pump operating in blowing mode may be used on the capture line, upstream of the crankcase.

Selon une option, la ligne d'échappement peut comporter un capteur de température placé à l'entrée de la ligne d'échappement pour connaître à tout moment la température des gaz d'échappement qui circulent dans cette ligne. Alternativement, il peut être prévu d'utiliser des moyens logiques et/ou informatiques qui permettent d'estimer à tout moment la température des gaz d'échappement qui circulent dans la ligne.According to one option, the exhaust line may include a temperature sensor placed at the inlet of the exhaust line to know at any time the temperature of the exhaust gases circulating in this line. Alternatively, it may be provided to use logical and/or computer means which make it possible to estimate at any time the temperature of the exhaust gases circulating in the line.

Selon un mode de réalisation de l’invention, la ligne d’échappement peut comprendre en outre un moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’ammoniac. En d’autres termes, la ligne d’échappement comprend un catalyseur RCS des NOx dont l’agent réducteur est de l’ammoniac. De cette manière, la ligne d’échappement comprend deux catalyseurs RCS : un sensible à l’hydrogène et un sensible à l’ammoniac. Ce dispositif RCS sensible à l’ammoniac contient un catalyseur. Dans les applications industrielles de l’état de l’art, les formulations de catalyseur RCS les plus communes sont à base de zéolithes échangées au fer ou au cuivre, ou encore à base d’oxyde de vanadium V2O5. Pour introduire de l'ammoniac gazeux dans le système de traitement des gaz d'échappement, il est connu de le produire directement dans la conduite acheminant ces gaz au système RCS en vaporisant une solution aqueuse d’un précurseur de cet agent réducteur tel que par exemple l'urée. L’urée, injectée à une température moyenne d’échappement généralement de 150 à 400°C, libère de l’ammoniac grâce à des réactions successives de thermolyse et d’hydrolyse. D’autres composés précurseurs de l’ammoniac peuvent être employés dans des conditions similaires. Un injecteur d’ammoniac est usuellement employé pour introduire la solution aqueuse d’urée dans la conduite acheminant les gaz d’échappement au catalyseur RCS, en amont de celui-ci. Un mixeur ou mélangeur, installé entre cet injecteur et le catalyseur RCS, peut être utilisé pour améliorer la vaporisation du spray de solution aqueuse d’urée dans le flux de gaz d’échappement. Cet ammoniac peut être injecté dans la ligne d’échappement en amont du catalyseur RCS sensible à l’ammoniac. L’ammoniac peut être obtenu indirectement par décomposition d'un précurseur injecté sous forme liquide, généralement de l'urée en solution aqueuse à 32,5%m plus connu sous la dénomination commerciale nommée "AdBlueTM" ou "DEFTM".According to one embodiment of the invention, the exhaust line may further comprise a selective NOx reduction catalysis means sensitive to ammonia. In other words, the exhaust line comprises a NOx RCS catalyst whose reducing agent is ammonia. In this way, the exhaust line comprises two RCS catalysts: one sensitive to hydrogen and one sensitive to ammonia. This ammonia-sensitive RCS device contains a catalyst. In state-of-the-art industrial applications, the most common RCS catalyst formulations are based on iron- or copper-exchanged zeolites, or based on vanadium oxide V 2 O 5 . To introduce gaseous ammonia into the exhaust gas treatment system, it is known to produce it directly in the pipe conveying these gases to the RCS system by vaporizing an aqueous solution of a precursor of this reducing agent such as, for example, urea. Urea, injected at an average exhaust temperature generally of 150 to 400°C, releases ammonia through successive thermolysis and hydrolysis reactions. Other ammonia precursor compounds can be used under similar conditions. An ammonia injector is usually used to introduce the aqueous urea solution into the pipe carrying the exhaust gases to the RCS catalyst, upstream of the latter. A mixer or blender, installed between this injector and the RCS catalyst, can be used to improve the vaporization of the aqueous urea solution spray in the exhaust gas flow. This ammonia can be injected into the exhaust line upstream of the ammonia-sensitive RCS catalyst. Ammonia can be obtained indirectly by decomposition of a precursor injected in liquid form, generally urea in aqueous solution at 32.5% m better known under the trade name "AdBlue TM " or "DEF TM ".

Selon un mode de réalisation, le catalyseur RCS utilisant l’hydrogène en tant qu’agent réducteur peut être monté en amont du catalyseur RCS utilisant l’ammoniac en tant qu’agent réducteur. Cette architecture permet d’optimiser la dépollution des NOx pour des faibles températures d’échappement, typiquement inférieures à 150 °C, grâce au catalyseur RCS sensible à l’hydrogène monté en position rapprochée de la sortie de la chambre de combustion. En effet, ce type de catalyseur RCS est particulièrement adapté pour des températures comprises entre 80 et 150 °C.According to one embodiment, the RCS catalyst using hydrogen as a reducing agent can be mounted upstream of the RCS catalyst using ammonia as a reducing agent. This architecture makes it possible to optimize NOx depollution for low exhaust temperatures, typically below 150 °C, thanks to the hydrogen-sensitive RCS catalyst mounted in a position close to the outlet of the combustion chamber. Indeed, this type of RCS catalyst is particularly suitable for temperatures between 80 and 150 °C.

Lorsque les conditions de fonctionnement du moteur thermique évoluent vers des niveaux de températures plus élevés, le catalyseur RCS sensible à hydrogène va devenir progressivement moins efficace, au contraire du catalyseur RCS sensible à l’ammoniac qui va devenir de plus en plus efficace. Cette architecture de ligne d’échappement présente donc un intérêt évident, en permettant de viser une dépollution des NOx sur une plage de température échappement plus large par rapport à l’utilisation d’une seule formulation de catalyseur RCS.When the operating conditions of the thermal engine evolve towards higher temperature levels, the hydrogen-sensitive RCS catalyst will gradually become less efficient, unlike the ammonia-sensitive RCS catalyst which will become increasingly efficient. This exhaust line architecture therefore presents an obvious interest, by making it possible to target NOx depollution over a wider exhaust temperature range compared to the use of a single RCS catalyst formulation.

Alternativement, le catalyseur RCS utilisant l’ammoniac en tant qu’agent réducteur peut être monté en amont du catalyseur RCS utilisant l’hydrogène en tant qu’agent réducteur. Cette architecture est particulièrement avantageuse pour traiter les oxydes d’azote lorsque la température des gaz d’échappement est élevée, typiquement au-dessus de 150 °C. Le catalyseur RCS utilisant l’hydrogène comme agent réducteur étant plus adapté aux faibles températures d’échappement, celui-ci est positionné en position éloignée de la chambre de combustion, en aval du catalyseur RCS utilisant l’ammoniac comme agent réducteur. Ainsi, les pertes thermiques subies par le catalyseur RCS utilisant l’ammoniac comme agent réducteur et par la ligne d’échappement intermédiaire entre les deux catalyseurs RCS conduisent à une température des gaz d’échappement amoindrie en entrée du catalyseur RCS sensible à l’hydrogène, dont le niveau va dépendre de l’intensité de ces pertes thermiques. Par exemple, une position très éloignée du catalyseur RCS sensible à l’hydrogène par rapport au catalyseur RCS sensible à l’ammoniac va entraîner des pertes thermiques importantes, et donc réduire la température des gaz d’échappement au niveau du catalyseur RCS sensible à l’hydrogène.Alternatively, the SCR catalyst using ammonia as a reducing agent can be mounted upstream of the SCR catalyst using hydrogen as a reducing agent. This architecture is particularly advantageous for treating nitrogen oxides when the exhaust gas temperature is high, typically above 150 °C. Since the SCR catalyst using hydrogen as a reducing agent is more suitable for low exhaust temperatures, it is positioned away from the combustion chamber, downstream of the SCR catalyst using ammonia as a reducing agent. Thus, the heat losses incurred by the SCR catalyst using ammonia as a reducing agent and by the intermediate exhaust line between the two SCR catalysts lead to a reduced exhaust gas temperature at the inlet of the hydrogen-sensitive SCR catalyst, the level of which will depend on the intensity of these heat losses. For example, a very distant position of the hydrogen-sensitive RCS catalyst from the ammonia-sensitive RCS catalyst will result in significant heat losses, and therefore reduce the exhaust gas temperature at the hydrogen-sensitive RCS catalyst.

Selon une option de réalisation, la ligne d’échappement peut comprendre d’autres dispositifs de post-traitement, tel qu’un filtre à particules. Ainsi, les émissions de polluants de l’installation de moteur à combustion interne à hydrogène sont réduites. Un tel filtre à particules prend généralement la forme d’un filtre à parois poreuses en charge de filtrer en continu les particules, y compris les plus fines, typiquement inférieures à 50 nm. Ce filtre à particules peut être positionné soit en amont du catalyseur RCS sensible à l’hydrogène, soit en aval de celui-ci, voire être intégré à celui-ci afin de réaliser de façon simultanée la filtration des particules et la réaction de réduction des NOx. On parle alors de filtre RCS, ou FRCS.According to one embodiment option, the exhaust line may include other post-treatment devices, such as a particulate filter. Thus, the pollutant emissions from the hydrogen internal combustion engine installation are reduced. Such a particulate filter generally takes the form of a filter with porous walls responsible for continuously filtering particles, including the finest, typically less than 50 nm. This particulate filter may be positioned either upstream of the hydrogen-sensitive RCS catalyst, or downstream thereof, or even be integrated into it in order to simultaneously filter the particles and the NOx reduction reaction. This is then referred to as an RCS filter, or FRCS.

L’installation de moteur à combustion interne à hydrogène selon l’invention est particulièrement adaptée à une application embarquée, par exemple au sein d’un véhicule : poids lourd, navire, engin de chantier, aéroglisseur, etc.The hydrogen internal combustion engine installation according to the invention is particularly suitable for an on-board application, for example within a vehicle: heavy goods vehicle, ship, construction equipment, hovercraft, etc.

En outre, l’invention concerne un procédé de commande d’une installation de moteur à combustion interne à hydrogène. Le procédé de commande est adapté à une installation de moteur à combustion interne à hydrogène selon l’une quelconque des variantes ou des combinaisons de variantes décrites précédemment. Pour ce procédé, on met en œuvre les étapes suivantes :Furthermore, the invention relates to a method for controlling a hydrogen internal combustion engine system. The control method is suitable for a hydrogen internal combustion engine system according to any of the variants or combinations of variants described above. For this method, the following steps are implemented:

  1. On capte de l’hydrogène dans le carter du moteur à combustion interne, au moyen de la ligne de captage de l’hydrogène ; etHydrogen is captured from the crankcase of the internal combustion engine, using the hydrogen capture line; and
  2. On injecte au moins une partie de l’hydrogène capté dans la ligne d’échappement pour traiter les NOx en association avec le moyen de catalyse à réduction sélective sensible à l’hydrogène.At least part of the captured hydrogen is injected into the exhaust line to treat the NOx in association with the hydrogen-sensitive selective reduction catalysis means.

Le procédé de commande peut comprendre en outre, au moins une des étapes suivantes (notamment en fonction de la variante de réalisation de l’installation de moteur à combustion interne) :The control method may further comprise at least one of the following steps (in particular depending on the embodiment variant of the internal combustion engine installation):

  • On sépare l’huile et l’hydrogène du fluide capté dans la ligne de captage, de manière à injecter seulement du gaz dans la ligne d’échappement.The oil and hydrogen are separated from the fluid captured in the capture line, so that only gas is injected into the exhaust line.
  • On injecte au moins une partie de l’hydrogène capté dans la ligne d’admission, pour le recyclage d’une partie de l’hydrogène capté,At least part of the captured hydrogen is injected into the intake line, for the recycling of part of the captured hydrogen,
  • On mesure ou on estime la concentration d’hydrogène dans le carter, pour adapter la commande à la concentration d’hydrogène dans le carter,The hydrogen concentration in the crankcase is measured or estimated, in order to adapt the control to the hydrogen concentration in the crankcase,
  • On mesure ou on estime la quantité de NOx dans la ligne d’échappement, pour adapter la commande à la quantité de NOx dans la ligne d’échappement, cette mesure ou estimation peut être réalisée en plusieurs points de la ligne d’échappement, de préférence en amont ou en aval de chaque moyen de catalyse à réduction sélective de NOx,The quantity of NOx in the exhaust line is measured or estimated, in order to adapt the control to the quantity of NOx in the exhaust line, this measurement or estimation can be carried out at several points in the exhaust line, preferably upstream or downstream of each means of selective NOx reduction catalysis,
  • On mesure ou on estime la température des gaz d’échappement, pour adapter la commande à la quantité de NOx dans la ligne d’échappement,The temperature of the exhaust gases is measured or estimated, in order to adapt the control to the quantity of NOx in the exhaust line,
  • On contrôle la quantité d’hydrogène injecté dans la ligne d’échappement, le cas échéant en fonction de la concentration d’hydrogène dans le carter estimée ou mesurée et/ou de la quantité de NOx dans la ligne d’échappement estimée ou mesurée, pour un fonctionnement efficace du catalyseur RCS,The amount of hydrogen injected into the exhaust line is controlled, where appropriate based on the estimated or measured hydrogen concentration in the crankcase and/or the estimated or measured amount of NOx in the exhaust line, for efficient operation of the RCS catalyst,
  • On traite les NOx dans la ligne d’échappement avec un moyen de catalyse à réduction sélective sensible à l’ammoniac, et on injecte de l’ammoniac dans la ligne d’échappement, pour une réduction importante des NOx sur une grande plage de températures,NOx is treated in the exhaust line with a selective reduction catalysis medium sensitive to ammonia, and ammonia is injected into the exhaust line, for a significant reduction of NOx over a wide temperature range,
  • On injecte en outre de l’hydrogène dans la ligne d’échappement, pour assurer une quantité suffisante d’hydrogène pour la catalyse RCS.Hydrogen is also injected into the exhaust line to ensure a sufficient quantity of hydrogen for the RCS catalysis.

Par exemple, le procédé de commande peut mettre en œuvre les étapes suivantes :For example, the control method may implement the following steps:

  • Si la quantité d’hydrogène contenue dans les gaz de carter est supérieure à la quantité requise pour réaliser la réaction de réduction des NOx, alors on recycle la partie excédentaire correspondante des gaz de carter à l’admission du moteur thermique, afin que l’hydrogène contenu dans ceux-ci soit brûlé dans la chambre de combustion, et produise du travail, etIf the amount of hydrogen contained in the crankcase gases is greater than the amount required to carry out the NOx reduction reaction, then the corresponding excess portion of the crankcase gases is recycled to the intake of the heat engine, so that the hydrogen contained in them is burned in the combustion chamber, and produces work, and
  • A contrario, si la quantité d’hydrogène contenue dans les gaz de carter est inférieure à la quantité requise pour réaliser la réaction de réduction des NOx, on injecte éventuellement un apport complémentaire d’hydrogène de façon additionnelle dans la ligne d’échappement, en amont du catalyseur RCS, par exemple en utilisant un injecteur.Conversely, if the quantity of hydrogen contained in the crankcase gases is less than the quantity required to carry out the NOx reduction reaction, an additional supply of hydrogen may be injected additionally into the exhaust line, upstream of the RCS catalyst, for example using an injector.

De plus, pour le mode de réalisation pour lequel l’installation comporte un catalyseur RCS sensible à l’hydrogène et un catalyseur RCS sensible à l’ammoniac, le procédé peut comporter les étapes suivantes :Furthermore, for the embodiment for which the installation comprises a hydrogen-sensitive RCS catalyst and an ammonia-sensitive RCS catalyst, the method may comprise the following steps:

  • Pour une température des gaz d’échappement inférieur à 150 °C, on traite les NOx de la ligne d’échappement au moyen du catalyseur RCS sensible à l’hydrogène,For exhaust gas temperatures below 150°C, NOx from the exhaust line is treated using the hydrogen-sensitive RCS catalyst,
  • Pour une température des gaz d’échappement supérieur à 150°C, on traite les NOx de la ligne d’échappement au moyen du catalyseur RCS sensible à l’ammoniac.For exhaust gas temperatures above 150°C, NOx in the exhaust line is treated using the ammonia-sensitive RCS catalyst.

La illustre, schématiquement et de manière non limitative, une installation de moteur à combustion interne à hydrogène selon un premier mode de réalisation de l’invention. L’installation de moteur à combustion interne à hydrogène 1 comprend un moteur à combustion interne 2 avec un carter 20. Le moteur à combustion interne 2 est alimenté en air par une ligne d’admission 3. Les gaz d’échappement du moteur à combustion interne 2 sont évacués par la ligne d’échappement 4. Le moteur à combustion interne à hydrogène 1 comprend une alimentation en hydrogène depuis un réservoir (non représenté). Cette alimentation en hydrogène peut être directe dans la chambre de combustion ou dans la ligne d’admission 3. De plus, l’installation de moteur à combustion interne 1 comprend une ligne de captage d’hydrogène 5. La ligne de captage d’hydrogène 5 capte l’hydrogène présent dans le carter 20. La ligne de captage 5 comprend un système de déshuilage 6. En sortie du système de déshuilage 6, l’hydrogène est distribué soit dans la ligne d’échappement 4 soit dans la ligne d’admission 3, respectivement au moyen de vannes 7 et 8. Les vannes 7 et 8 sont pilotées en simultané et en opposition (cette commande simultanée est représentée par la ligne discontinue qui relie les deux vannes). La ligne d’échappement 4 comprend un moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’hydrogène 10. La ligne de captage 5 injecte l’hydrogène dans la ligne d’échappement 4 en un point de jonction 9 en amont du moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’hydrogène 10. En outre, la ligne d’échappement 4 comprend en outre un injecteur 11 d’hydrogène. L’injection 11 d’hydrogène peut être reliée au réservoir d’hydrogène permettant l’alimentation en hydrogène du moteur à combustion interne. L’installation de moteur à combustion interne à hydrogène 1 comprend en outre plusieurs capteurs : un capteur à hydrogène 12 placé sur le carter 20, et deux sondes à NOx agencées sur la ligne d’échappement 4. Une première sonde à NOx 13 est prévue en amont du moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’hydrogène 10 afin de déterminer la quantité de NOx à traiter, et une deuxième sonde à NOx 14 est prévue en aval du moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’hydrogène 10 pour déterminer l’efficacité de conversion des NOx dans le catalyseur RCS.There illustrates, schematically and in a non-limiting manner, a hydrogen internal combustion engine installation according to a first embodiment of the invention. The hydrogen internal combustion engine installation 1 comprises an internal combustion engine 2 with a casing 20. The internal combustion engine 2 is supplied with air by an intake line 3. The exhaust gases of the internal combustion engine 2 are discharged by the exhaust line 4. The hydrogen internal combustion engine 1 comprises a hydrogen supply from a tank (not shown). This hydrogen supply can be direct into the combustion chamber or into the intake line 3. In addition, the internal combustion engine installation 1 comprises a hydrogen capture line 5. The hydrogen capture line 5 captures the hydrogen present in the crankcase 20. The capture line 5 comprises a de-oiling system 6. At the outlet of the de-oiling system 6, the hydrogen is distributed either into the exhaust line 4 or into the intake line 3, respectively by means of valves 7 and 8. The valves 7 and 8 are controlled simultaneously and in opposition (this simultaneous control is represented by the broken line which connects the two valves). The exhaust line 4 comprises a hydrogen-sensitive selective NOx reduction catalysis means 10. The capture line 5 injects hydrogen into the exhaust line 4 at a junction point 9 upstream of the hydrogen-sensitive selective NOx reduction catalysis means 10. In addition, the exhaust line 4 further comprises a hydrogen injector 11. The hydrogen injection 11 can be connected to the hydrogen tank allowing the internal combustion engine to be supplied with hydrogen. The hydrogen internal combustion engine installation 1 further comprises several sensors: a hydrogen sensor 12 placed on the crankcase 20, and two NOx probes arranged on the exhaust line 4. A first NOx probe 13 is provided upstream of the hydrogen-sensitive selective NOx reduction catalysis means 10 in order to determine the quantity of NOx to be treated, and a second NOx probe 14 is provided downstream of the hydrogen-sensitive selective NOx reduction catalysis means 10 in order to determine the NOx conversion efficiency in the SCR catalyst.

La illustre, schématiquement et de manière non limitative, une installation de moteur à combustion interne à hydrogène selon un deuxième mode de réalisation de l’invention. Les éléments identiques au premier mode de réalisation de la ne sont pas décrits une nouvelle fois. Par rapport au premier mode de réalisation de la , la ligne d’échappement 4 comprend en coutre un organe déprimogène 15 agencé au point de jonction 9 entre la ligne de captage 5 et la ligne d’échappement 4.There illustrates, schematically and in a non-limiting manner, a hydrogen internal combustion engine installation according to a second embodiment of the invention. The elements identical to the first embodiment of the are not described again. Compared to the first embodiment of the , the exhaust line 4 further comprises a pressure reducing member 15 arranged at the junction point 9 between the collection line 5 and the exhaust line 4.

La illustre, schématiquement et de manière non limitative, une installation de moteur à combustion interne à hydrogène selon un troisième mode de réalisation de l’invention. Les éléments identiques au deuxième mode de réalisation de la ne sont pas décrits une nouvelle fois. Par rapport au deuxième mode de réalisation de la , la ligne de captage 5 comprend en outre une pompe à gaz 16 en aval du système de déshuilage 6 et en amont des vannes 7 et 8.There illustrates, schematically and in a non-limiting manner, a hydrogen internal combustion engine installation according to a third embodiment of the invention. The elements identical to the second embodiment of the are not described again. Compared to the second embodiment of the , the collection line 5 further comprises a gas pump 16 downstream of the de-oiling system 6 and upstream of the valves 7 and 8.

La illustre, schématiquement et de manière non limitative, une installation de moteur à combustion interne à hydrogène selon un quatrième mode de réalisation de l’invention. Les éléments identiques au troisième mode de réalisation de la ne sont pas décrits une nouvelle fois. Par rapport au troisième mode de réalisation de la , la ligne d’échappement 4 comprend en outre un moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’ammoniac 17 en aval du moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’hydrogène 10. Pour ce moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’ammoniac 17, la ligne d’échappement 4 comprend un injecteur d’ammoniac 19 en amont du moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’ammoniac 17. En outre, la ligne d’échappement comprend une troisième sonde à NOx 18 en aval du moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’ammoniac 17 destinée à calculer l’efficacité de conversion des NOx en aval des deux catalyseurs.There illustrates, schematically and in a non-limiting manner, a hydrogen internal combustion engine installation according to a fourth embodiment of the invention. The elements identical to the third embodiment of the are not described again. Compared to the third embodiment of the , the exhaust line 4 further comprises ammonia-sensitive selective NOx reduction catalysis means 17 downstream of the hydrogen-sensitive selective NOx reduction catalysis means 10. For this ammonia-sensitive selective NOx reduction catalysis means 17, the exhaust line 4 comprises an ammonia injector 19 upstream of the ammonia-sensitive selective NOx reduction catalysis means 17. In addition, the exhaust line comprises a third NOx probe 18 downstream of the ammonia-sensitive selective NOx reduction catalysis means 17 intended to calculate the NOx conversion efficiency downstream of the two catalysts.

La illustre, schématiquement et de manière non limitative, une installation de moteur à combustion interne à hydrogène selon un cinquième mode de réalisation de l’invention. Les éléments identiques au troisième mode de réalisation de la ne sont pas décrits une nouvelle fois. Par rapport au troisième mode de réalisation de la , la ligne d’échappement 4 comprend en outre un moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’ammoniac 17 en amont du moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’hydrogène 10, et même en amont du point de connexion 9 entre la ligne de captage 5 et la ligne d’échappement 4. Pour ce moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’ammoniac 17, la ligne d’échappement 4 comprend un injecteur d’ammoniac 19 en amont du moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’ammoniac 17. En outre, la ligne d’échappement comprend une troisième sonde à NOx 18 en aval du moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’ammoniac 17 destinée à déterminer l’efficacité de conversion des NOx en aval des deux catalyseurs.There illustrates, schematically and in a non-limiting manner, a hydrogen internal combustion engine installation according to a fifth embodiment of the invention. The elements identical to the third embodiment of the are not described again. Compared to the third embodiment of the , the exhaust line 4 further comprises ammonia-sensitive selective NOx reduction catalysis means 17 upstream of the hydrogen-sensitive selective NOx reduction catalysis means 10, and even upstream of the connection point 9 between the capture line 5 and the exhaust line 4. For this ammonia-sensitive selective NOx reduction catalysis means 17, the exhaust line 4 comprises an ammonia injector 19 upstream of the ammonia-sensitive selective NOx reduction catalysis means 17. Furthermore, the exhaust line comprises a third NOx probe 18 downstream of the ammonia-sensitive selective NOx reduction catalysis means 17 intended to determine the NOx conversion efficiency downstream of the two catalysts.

Les modes de réalisation des figures 3 à 5 sont illustrés avec l’organe déprimogène, et la pompe à gaz, toutefois, ces équipements sont facultatifs. De la même façon, les modes de réalisation des figures 1 à 5 sont illustrés avec les différents capteurs (capteur hydrogène et sondes à NOx). Toutefois, ces capteurs sont facultatifs et peuvent notamment être remplacés par des estimations de ces quantités.The embodiments of Figures 3 to 5 are illustrated with the depressurizing member, and the gas pump, however, these equipments are optional. Similarly, the embodiments of Figures 1 to 5 are illustrated with the different sensors (hydrogen sensor and NOx probes). However, these sensors are optional and can in particular be replaced by estimates of these quantities.

Comme il va de soi, l’invention ne se limite pas aux seules formes de réalisation décrites ci-dessus à titre d’exemple, elle embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation.It goes without saying that the invention is not limited to the embodiments described above as examples; on the contrary, it encompasses all variant embodiments.

Claims (11)

Installation de moteur à combustion interne utilisant partiellement ou totalement de l’hydrogène en tant que carburant, ladite installation comprenant une ligne d’échappement (4) avec un moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’hydrogène (10), et une ligne de captage de l’hydrogène (5) présent au sein d’un carter (20) dudit moteur à combustion interne avec un système de déshuilage (6), caractérisée en ce que ladite ligne de captage de l’hydrogène (5) est reliée à ladite ligne d’échappement (4) an amont dudit moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’hydrogène (10) pour injecter au moins une partie de l’hydrogène capté dans ladite ligne d’échappement (4).Internal combustion engine installation using partially or totally hydrogen as fuel, said installation comprising an exhaust line (4) with a hydrogen-sensitive selective NOx reduction catalysis means (10), and a hydrogen capture line (5) present within a casing (20) of said internal combustion engine with a de-oiling system (6), characterized in that said hydrogen capture line (5) is connected to said exhaust line (4) upstream of said hydrogen-sensitive selective NOx reduction catalysis means (10) to inject at least part of the captured hydrogen into said exhaust line (4). Installation de moteur à combustion interne à hydrogène selon la revendication 1, dans laquelle ladite ligne de captage de l’hydrogène (5) est reliée en outre à une ligne d’admission dudit moteur à combustion interne (3), et ladite ligne de captage de l’hydrogène (5) comprend au moins une vanne pilotée (7, 8) pour piloter un débit de l’hydrogène injecté dans ladite ligne d’échappement (4) et/ou un débit de l’hydrogène recyclé dans ladite ligne d’admission (3) dudit moteur à combustion interne.Hydrogen internal combustion engine installation according to claim 1, wherein said hydrogen capture line (5) is further connected to an intake line of said internal combustion engine (3), and said hydrogen capture line (5) comprises at least one piloted valve (7, 8) for controlling a flow rate of hydrogen injected into said exhaust line (4) and/or a flow rate of hydrogen recycled into said intake line (3) of said internal combustion engine. Installation de moteur à combustion interne à hydrogène selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ledit carter (20) dudit moteur à combustion interne (2) comprend au moins un capteur d’hydrogène (12).Hydrogen internal combustion engine installation according to one of the preceding claims, wherein said casing (20) of said internal combustion engine (2) comprises at least one hydrogen sensor (12). Installation de moteur à combustion interne à hydrogène selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ladite ligne d’échappement (4) comprend au moins une sonde à NOx (13, 14), de préférence une première sonde à NOx (13) en amont dudit moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’hydrogène (10) et une deuxième sonde à NOx (14) en aval dudit moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’hydrogène (10).Hydrogen internal combustion engine installation according to one of the preceding claims, wherein said exhaust line (4) comprises at least one NOx probe (13, 14), preferably a first NOx probe (13) upstream of said hydrogen-sensitive selective NOx reduction catalysis means (10) and a second NOx probe (14) downstream of said hydrogen-sensitive selective NOx reduction catalysis means (10). Installation de moteur à combustion interne à hydrogène selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ladite ligne d’échappement (4) comprend au moins un organe déprimogène (15), notamment une plaque à orifices, une plaque à diaphragmes, une tuyère ou un tube de Venturi.Hydrogen internal combustion engine installation according to one of the preceding claims, in which said exhaust line (4) comprises at least one depressurizing member (15), in particular an orifice plate, a diaphragm plate, a nozzle or a Venturi tube. Installation de moteur à combustion interne à hydrogène selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ladite ligne de captage de l’hydrogène (5) comprend au moins une pompe de gaz (16).Hydrogen internal combustion engine installation according to one of the preceding claims, in which said hydrogen capture line (5) comprises at least one gas pump (16). Installation de moteur à combustion interne à hydrogène selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ladite ligne d’échappement (4) comprend en outre au moins un injecteur d’hydrogène (11) en amont dudit moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’hydrogène (10).Hydrogen internal combustion engine installation according to one of the preceding claims, in which said exhaust line (4) further comprises at least one hydrogen injector (11) upstream of said hydrogen-sensitive selective NOx reduction catalysis means (10). Installation de moteur à combustion interne à hydrogène selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ladite ligne d’échappement (4) comprend au moins un moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’ammoniac (17).Hydrogen internal combustion engine installation according to one of the preceding claims, in which said exhaust line (4) comprises at least one ammonia-sensitive selective NOx reduction catalysis means (17). Installation de moteur à combustion interne à hydrogène selon la revendication 8, dans laquelle ledit moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’ammoniac (17) est agencé en aval dudit moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’hydrogène (10).A hydrogen internal combustion engine installation according to claim 8, wherein said ammonia-sensitive selective NOx reduction catalysis means (17) is arranged downstream of said hydrogen-sensitive selective NOx reduction catalysis means (10). Installation de moteur à combustion interne à hydrogène selon la revendication 8, dans laquelle ledit moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’ammoniac (17) est agencé en amont dudit moyen de catalyse à réduction sélective des NOx sensible à l’hydrogène (10).A hydrogen internal combustion engine installation according to claim 8, wherein said ammonia-sensitive selective NOx reduction catalysis means (17) is arranged upstream of said hydrogen-sensitive selective NOx reduction catalysis means (10). Procédé de commande d’une installation de moteur à combustion interne à hydrogène selon l’une des revendications précédentes, dans lequel on met en œuvre les étapes suivantes :
  1. On capte de l’hydrogène présent dans ledit carter (20) dudit moteur à combustion interne (2) ; et
  2. On injecte au moins une partie de l’hydrogène capté dans la ligne d’échappement (4) pour traiter les NOx en association avec ledit moyen de catalyse à réduction sélective de NOx sensible à l’hydrogène (10).
Method for controlling a hydrogen internal combustion engine installation according to one of the preceding claims, in which the following steps are implemented:
  1. Hydrogen present in said crankcase (20) of said internal combustion engine (2) is captured; and
  2. At least a portion of the captured hydrogen is injected into the exhaust line (4) to treat the NOx in association with said hydrogen-sensitive selective NOx reduction catalysis means (10).
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