Brevet FR3020831A1 — publié le 20151113

VEHICULE AUTOMOBILE A FONCTION DE DEPOLLUTION A BASSES TEMPERATURES [0001] L'invention concerne les dispositifs de dépollution des moteurs à combustion de véhicules automobiles, notamment de véhicules diesel et notamment lorsque la ligne d'échappement comporte un module de réduction sélective d'oxyde d'azote et un module d'absorption d'oxyde d'azote par fonctionnement pauvre. [0002] On connait les dispositifs de réduction catalytique sélective ou SCR pour « Selective Catalyst Reduction » selon la terminologie anglophone. On connait également les dispositifs d'absorption d'oxyde d'azote par fonctionnement pauvre ou LNT pour » Lean NOx Trap » selon la terminologie anglophone, littéralement piège pauvre à NOx. [0003] Les moteurs diesel équipés d'un dispositif de réduction catalytique sélective présentent l'avantage d'une économie de carburant du fait d'un fonctionnement en conditions pauvres lequel fonctionnement permet une consommation de carburant optimisée. [0004] Cependant les liquides réducteurs d'oxyde d'azote présentent l'inconvénient de geler lors de fortes baisses de températures. Ainsi, l'urée aqueuse, notamment commercialisée sous la marque déposée Adblue, présente l'inconvénient de passer en phase solide à -11 °C. Pour cette raison, il a été proposé d'équiper le système de réduction catalytique sélective d'un réchauffeur électrique. Cependant un tel réchauffeur constitue un surcoût important dans le prix de revient du véhicule. [0005] Le but de l'invention est de proposer un véhicule automobile qui ait un fonctionnement suffisamment efficace pour atteindre un niveau de consommation particulièrement faible, une action dépolluante satisfaisante, et qui présente ces avantages également à très basses températures et sans surcoût important. [0006] Ce but est atteint selon l'invention grâce à un véhicule automobile comprenant une ligne d'échappement incluant un module de réduction catalytique sélective d'oxyde d'azote et un module d'absorption d'oxyde d'azote par fonctionnement pauvre en mode passif, le module de réduction catalytique sélective comprenant un agent réducteur d'oxyde d'azote sous forme liquide, le véhicule comprenant un module de pilotage apte à placer sélectivement le module de réduction catalytique sélective et/ou le module d'absorption en mode actif, caractérisé en ce que le module de pilotage est configuré pour surveiller une température indicative d'une température de l'agent réducteur d'oxyde d'azote, pour comparer cette température surveillée à une température seuil, pour commuter le module d'absorption d'oxyde d'azote en mode actif lorsque cette température surveillée passe en dessous de cette température seuil et pour commuter le module de réduction catalytique sélective en mode passif lorsque cette température surveillée passe en dessous de cette température seuil. [0007] Avantageusement, la température seuil est une température de passage en état solide de l'agent réducteur d'oxyde d'azote. [0008] Avantageusement, la température surveillée est la température ambiante. [0009] Avantageusement, le véhicule comporte une ligne d'échappement et la température surveillée est une température dans la ligne d'échappement. [0010] Avantageusement, le véhicule comporte un réservoir d'agent réducteur d'oxyde d'azote (8) et la température surveillée est une température dans le réservoir d'agent réducteur d'oxyde d'azote. [0011] Avantageusement, la température seuil est sensiblement égale à -11°C. [0012] Avantageusement, le véhicule comporte une ligne d'échappement, le module de réduction catalytique sélective et le module d'absorption d'oxyde d'azote étant constitués par un même organe monté de manière unitaire sur la ligne d'échappement. [0013] Avantageusement, le module de pilotage est configuré pour placer le module d'absorption d'oxyde d'azote en mode actif en commandant un fonctionnement du moteur en mode riche. [0014] Avantageusement, le véhicule constitue un véhicule hybride à entrainement diesel et électrique. [0015] Avantageusement, l'agent réducteur d'oxyde d'azote est de l'urée aqueuse. [0016] D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en référence aux figures annexées sur lesquelles : - la figure 1 représente une ligne d'échappement selon un mode de réalisation de l'invention. - la figure 2 est un diagramme illustratif d'une stratégie de commande de la ligne d'échappement selon un mode de réalisation de l'invention. [0017] Sur la figure 1, on a représenté une ligne d'échappement s'étendant depuis un bloc moteur référencé 1. La ligne d'échappement comporte successivement un piège à NOx par fonctionnement pauvre 2, un catalyseur de réduction catalytique sélective ou SCR 3, et un filtre à particules 4 de type à suies ou « Soot » selon la terminologie anglophone, avec ou sans revêtement de type SCR. La ligne d'échappement comporte également un injecteur d'agent réducteur 5 incluant une sonde de température, un détecteur d'oxydes d'azote 6 disposé entre le catalyseur de réduction catalytique sélective 3 et le filtre à particules 4, et un autre détecteur d'oxydes d'azote 7 disposé entre le bloc moteur 1 et le piège à oxydes d'azote 2. Un réservoir d'urée 8 approvisionne le dispositif d'injection d'urée 5. La ligne d'échappement est pilotée par un calculateur embarqué représenté sous la référence 9. Un détecteur d'oxyde d'azote 10 est également disposé en sortie de la ligne d'échappement. [0018] En mode à piège à NOx 2 actif, le moteur fonctionne avec une consommation de carburant diesel accrue de l'ordre de 1 à 2 % par rapport au fonctionnement à réduction catalytique. [0019] Le module de pilotage 9 est configuré pour surveiller la température fournie par le détecteur 10 lequel fournit une température indicative d'une température dans le liquide réducteur d'oxyde d'azote, pour comparer cette température surveillée à une température seuil ici égale à -11°C, et placer le module d'abscrption d'oxyde d'azote 2 en mode actif lorsque cette température surveillée passe en dessous de cette température seuil de - 11 °C. Les températures surveillées peuvent être prdevées en un ou plusieurs points dans la ligne d'échappement. [0020] Le module d'absorption 2 absorbe les oxydes d'azote aux basses températures. De manière préférentielle, le module 2 comporte des sites de stockage d'oxydes d'azote à basse température qui sont prévus pour libérer les oxydes d'azote à partir de 200°C, de telle sorte que les oxydes d'azote ainsi libérés soient traités par le NH3 pré-stocké dans le module SCR 3, et de sorte que le module SCR 3 traite ces oxydes d'azote qu'il soit actif ou pas. L'activation du mode LNT, ou passage en mode LNT actif, peut être défini par la présence de phases riches en carburant, avec une valeur du paramètre lambda inférieure à 1. En mode LNT actif, les oxydes d'azote piégés sont transformés in situ avec le HC du fait de la phase de fonctionnement moteur de type riche. Lorsque le mode LNT n'est pas activé, alors le module LNT se comporte comme un catalyseur de stockage d'oxydes d'azote passif. Le mode SCR actif est communément compris comme le fait d'injecter le réducteur d'oxyde d'azote dans le module SCR. [0021] Le module de pilotage 9 est configuré pour surveiller une température fournie par la sonde de température 10, laquelle température est indicative d'une température dans l'agent réducteur d'oxyde d'azote, comparer cette température surveillée à la température seuil de -11 °C, et placer le module de réduction câalytique sélective 3 en mode actif seulement lorsque cette température surveillée est supérieure à cette température seuil. [0022] Ainsi, lorsque le liquide réducteur d'oxydes d'azote se solidifie, le mode LNT actif est utilisé et garantit ainsi la fonction de dénitrification, permettant ainsi la suppression du système de chauffage et le gain de coût associé. Le présent dispositif est particulièrement avantageux en termes de coût car il ne nécessite pas de modification structurelle importante de la ligne d'échappement. [0023] La température surveillée peut être une température indicatrice de l'état de l'agent réducteur en un quelconque endroit du dispositif SCR. Ainsi on surveille plutôt la température dans le réservoir 8, la température dans les conduites d'agent réducteur, dans la pompe d'agent réducteur, ou encore dans l'injecteur d'agent réducteur 5. La sonde de température peut ainsi être positionnée dans le système SCR ou en dehors de celui-ci, par exemple dans la ligne d'échappement, sous le capot moteur, etc. La stratégie de commande est notamment applicable lorsqu'une partie seulement du liquide réducteur est gelée. Par exemple lorsque le contenu du réservoir, qui gèle moins vite que le liquide dans les conduites, la pompe ou l'injecteur, est encore liquide alors que le liquide dans l'un de ces organes commence à geler. [0024] Dès que la température surveillée passe en dessous du point de solidification de l'agent réducteur, le module de pilotage 9 commande le passage en mode LNT actif afin de maintenir un système deNOx actif. Lorsque l'agent réducteur d'oxyde d'azote repasse en phase liquide, alors le mode SCR est réactivé et le module LNT 2 repasse en mode passif. [0025] Sur la figure 2, on a représenté en abscisse le temps écoulé t, équivalent ici à la distance parcourue. Sous la référence 11, on a représenté une zone où la température surveillée est inférieure à -11°C. La zone où les températures sont supérieures à -11°C porte quant à elle la référence 12. Une ligne horizontale 13 représente le seuil de température égal à -11°C. [0026] La figure 2 illustre la présente stratégie de commutation entre le mode SCR actif et le mode LNT actif en tant que fonction de la température de l'agent réducteur et de l'état, liquide ou solide, dans lequel il se trouve. Un état solide, correspondant à la zone 11, signifie que le module SCR 3 ne peut plus assurer la fonction de dépollution et la commutation vers le mode LNT actif est mise en oeuvre en dessous de la ligne 13 de gel de l'agent réducteur liquide. Une fois que le liquide réducteur retourne dans son état liquide, c'est-à-dire au passage de la ligne 13 vers le haut de la figure, alors le mode LNT est désactivé et le mode SCR est activé. Comme expliqué ci-dessus, les activations et désactivations sont déterminées par exemple par la température du liquide ou encore par la température ambiante. Le présent exemple est donné pour un agent réducteur consistant en de l'urée à 33% aqueuse, par exemple de l'Adblue laquelle a une température de solidification à -11°C. La température de solidification peut bien entendu être différente selon l'agent réducteur utilisé. [0027] Dans le présent exemple de réalisation, le moteur est équipé d'une seule ligne d'échappement laquelle est munie de deux modules séparés 2 et 3 respectivement d'absorption pauvre d'oxyde d'azote et de réduction catalytique sélective. Ces modules peuvent être placés en amont ou en aval du filtre à particules 4. En variante, le module d'absorption et le module de réduction peuvent être constitués d'un même organe lequel est monté de manière unitaire sur la ligne d'échappement. [0028] Le filtre à particules 4 peut être imprégné de réducteur d'oxyde d'azotes, et être équipé ou pas d'un revêtement catalytique. De même, un additif de régénération de type à suies ou « Soot » selon la terminologie anglophone peut être utilisé. [0029] Le module placé le plus proche du bloc moteur 1, ici le module d'absorption 2, peut contenir des métaux précieux pour la fonction d'élimination des CO et HC et pour les fonctions de stockage des oxydes d'azote et de dénitrification. Les fonctions LNT ou PNA - Passive NOx Adsorber selon la terminologie anglophone ou Absorbeur NOx passif - et SCR peuvent avantageusement coexister dans le même revêtement catalytique car les formulations catalytiques deviennent actives seulement sous des conditions de fonctionnement moteur respectivement adéquates. De même un système de recirculation des gaz d'échappement ou EGR pour Exhaust Gaz Recirculation selon la terminologie anglophone peut être adopté, qu'il soit à haute pression ou à basse pression et qu'il consiste en une recirculation depuis un seul cylindre ou depuis plusieurs cylindres du moteur. [0030] Les métaux précieux peuvent également être utilisés pour accélérer la vitesse d'absorption et de désorption des oxydes d'azote. Les métaux précieux et leurs mélanges, tels que Au, Ag, Ir, Ru, Rh, Pt, Pd, servent également de sites de réduction des oxydes d'azote en présence des matériaux de réduction. Des zéolites peuvent être utilisées, non seulement comme matériau absorbeur d'oxydes d'azote, mais également comme pièges à HC. [0031] Les matériaux de mise en oeuvre du LNT actif peuvent être disposés sur un support ayant la forme d'un monolithe à flux en paroi classique ou sur un support ayant la forme d'une structure à circulation de gaz d'échappement la traversant de type filtre à particules. Tout type d'agent réducteur d'oxyde d'azote peut être utilisé. La formulation de réduction du module de réduction sélective 3 peut être supportée par un monolithe à flux en paroi classique ou par une structure à circulation de gaz d'échappement la traversant de type filtre à particules. Le réservoir 8 peut être réalisé en métal ou en matériau polymère. Il peut contenir un agent réducteur liquide, gazeux, ou par exemple un gaz à ammoniaque absorbé. Un agent réducteur quelconque peut ainsi être utilisé pour être introduit dans la ligne d'échappement. Des exemples typiques sont CO, HC, les alcools, glycols, glycerols, esters, acides, ammoniaques, ammonium, hydroxyde, urée, guanidine, sels de guanidium, etc. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse pour les véhicules hybrides à entraînement diesel et électrique. [0032] On comprend donc, dans l'ensemble de la présente demande, comme agent réducteur un agent directement réducteur (de l'ammoniac) ou un précurseur d'ammoniac ; comme de l'urée en phase liquide, qui est destinée à se transformer en agent réducteur du type ammoniac quand il est injecté dans la ligne d'échappement. REVENDICATIONS1. Véhicule automobile comprenant une ligne d'échappement incluant un module de réduction catalytique sélective d'oxyde d'azote (3) et un module d'absorption d'oxyde d'azote par fonctionnement pauvre en mode passif (2), le module de réduction catalytique sélective (3) comprenant un agent réducteur d'oxyde d'azote sous forme liquide, le véhicule comprenant un module de pilotage (9) apte à placer sélectivement le module de réduction catalytique sélective (3) et/ou le module d'absorption (2) en mode actif, caractérisé en ce que le module de pilotage (9) est configuré pour surveiller une température indicative d'une température de l'agent réducteur d'oxyde d'azote, pour comparer cette température surveillée à une température seuil, pour commuter le module d'absorption d'oxyde d'azote (2) en mode actif lorsque cette température surveillée passe en dessous de cette température seuil et pour commuter le module de réduction catalytique sélective (3) en mode passif lorsque cette température surveillée passe en dessous de cette température seuil. 2. Véhicule automobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température seuil est une température de passage en état solide de l'agent réducteur d'oxyde d'azote. 3. Véhicule automobile selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la température surveillée est la température ambiante. 4. Véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le véhicule comporte une ligne d'échappement et la température surveillée est une température dans la ligne d'échappement. 5. Véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le véhicule comporte un réservoir d'agent réducteur d'oxyde d'azote (8) et la température surveillée est une température dans le réservoir d'agent réducteur d'oxyde d'azote (8). 6. Véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température seuil est sensiblement égale à -11°C.35 7. Véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une ligne d'échappement, le module de réduction catalytique sélective (3) et le module d'absorption d'oxyde d'azote (2) étant constitués par un même organe monté de manière unitaire sur la ligne d'échappement. 8. Véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module de pilotage (9) est configuré pour placer le module d'absorption d'oxyde d'azote (2) en mode actif en commandant un fonctionnement du moteur en mode riche. 9. Véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il constitue un véhicule hybride à entraînement diesel et électrique. 10. Véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'agent réducteur d'oxyde d'azote est de l'urée aqueuse.