Brevet FR3047521A1 — publié le 20170811

- 1 - PROCEDE DE CONTROLE D'UN DISPOSITIF DE MOTORISATION ET DISPOSITIF DE MOTORISATION ASSOCIE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION L'invention concerne un procédé de contrôle d'un dispositif de motorisation, plus particulièrement d'un dispositif comprenant un moteur à combustion interne fonctionnant en mélange pauvre et un catalyseur de réduction sélective des oxydes d'azote (catalyseur SCR) monté à l'échappement dudit moteur. Elle concerne également un dispositif de motorisation pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. Elle vise à optimiser conjointement la consommation de carburant et de réducteurs utilisés par le catalyseur SCR. ETAT DE LA TECHNIQUE De nombreux moteurs modernes à combustion interne, en particulier les moteurs diesel des véhicules automobiles, sont équipés à l'échappement d'un catalyseur de réduction sélective des oxydes d'azote, dit aussi catalyseur SCR (de l'acronyme en langue anglaise : Selective Catalytic Reduction). Un catalyseur SCR permet de diminuer les rejets dans l'atmosphère des émissions d'oxydes d'azote provenant des gaz de combustion d'un moteur, et de respecter les normes légales qui limitent les émissions à l'échappement d'espèces polluantes par les véhicules automobiles. Par exemple, la norme européenne dite « euro6b » limite les émissions d'oxydes d'azote des véhicules équipés d'un moteur diesel à 80 milligrammes par kilomètre parcouru, sur le cycle dit « NEDC ». De manière connue, un tel catalyseur SCR permet de réduire en molécules inoffensives pour l'environnement les molécules polluantes d'oxydes d'azote (NOx) émises dans les gaz de combustion du moteur, sous l'action de réducteurs injectés de manière continue à l'entrée du catalyseur SCR dans des quantités adaptées aux quantités de polluants à traiter. Ces réducteurs sont généralement issus d'une solution d'urée aqueuse connue sous la dénomination commerciale Adblue®. L'urée est stockée dans un réservoir dédié du véhicule, et son remplissage est de la responsabilité du conducteur. Généralement, ce remplissage est effectué lors d'une opération de maintenance programmée du véhicule, avec une fréquence prédéterminée, exprimée par exemple en nombre de kilomètres parcourus par le 3047521 - 2 - véhicule. Dans le cas où le réservoir d'urée est vide, il se peut que le moteur soit impossible à démarrer si les émissions d'oxydes d'azote du véhicule ne sont pas conformes à la législation, et le véhicule se retrouve immobilisé. On connaît plusieurs procédés de contrôle d'un moteur de véhicule automobile, 5 qui visent à compenser l'augmentation des émissions d'oxydes d'azote du véhicule qui est due à un manque d'urée. Par exemple, la publication US5651247 divulgue un procédé dans lequel, quand le réservoir d'urée est vide, on retarde l'injection de carburant dans les cylindres du moteur de façon à diminuer les émissions d'oxydes d'azote dans les gaz de combustion du moteur (c'est-à-dire : en amont du catalyseur 10 SCR). Il est précisé que cette diminution des oxydes d'azote se fait au détriment de la consommation de carburant du véhicule. Toutefois un tel procédé ne vise qu'à compenser une pénurie totale d'urée, et, comme le catalyseur SCR ne fonctionne pas du tout, il met en oeuvre des mesures palliatives qui sont extrêmement coûteuses en carburant pour compenser la perte 15 totale d'efficacité du catalyseur. Il existe un besoin d'anticiper une future pénurie d'urée, en optimisant la consommation de cette urée, tout en optimisant conjointement la consommation de carburant du véhicule. La maîtrise de la consommation du carburant du véhicule est d'autant plus importante sur les nombreux véhicules munis d'un mode économique dit 20 mode « ECO », que le conducteur peut sélectionner, par exemple en appuyant sur un bouton situé dans l'habitacle du véhicule, de manière à diminuer la consommation de carburant du moteur par rapport à la consommation du mode normal, une telle diminution étant notamment obtenue par la limitation des performances du véhicule. 25 RESUME DE L'INVENTION L'invention propose de remédier aux défauts des procédés de contrôle connus. Elle propose pour cela un procédé de contrôle d'un dispositif de motorisation de véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne et un catalyseur 30 de réduction sélective des oxydes d'azote monté dans le circuit d'échappement du moteur et apte à décomposer les oxydes d'azote des gaz de combustion du moteur par réaction avec de l'urée, ledit procédé comprenant : - Une étape au cours de laquelle un calculateur du moteur détermine un volume d'urée dans un réservoir d'urée du véhicule ; et, 35 - Une étape de réglage du dispositif de motorisation en fonction dudit volume d'urée. 3047521 - 3 - Le procédé est caractérisé en ce qu'il comprend en outre : - Une étape au cours de laquelle le calculateur enregistre le mode de fonctionnement du moteur sélectionné par le conducteur du véhicule, ledit mode pouvant être un mode normal ou un mode économique du moteur dans 5 lequel la consommation en carburant du moteur est inférieure à celle du mode normal ; - Une étape de comparaison du volume d'urée dans le réservoir avec un volume seuil minimum non nul ; - Une étape de comparaison du mode de fonctionnement du moteur sélectionné 10 par le conducteur avec le mode normal ; et, - Une étape de réglage du dispositif de motorisation dans un mode de réglage en fonction du résultat de comparaison du résultat de la comparaison du volume d'urée avec le volume seuil minimum et du résultat de la comparaison du mode de fonctionnement du moteur avec le mode normal. 15 BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés 20 sur lesquels : la figure 1 représente un exemple de dispositif de motorisation apte à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; la figure 2 est un logigramme des étapes d'un mode de réalisation du procédé de contrôle du dispositif de motorisation conforme à 25 l'invention ; et, la figure 3 est un tableau récapitulatif des caractéristiques des trois modes de réglage du dispositif de motorisation conformément au mode de réalisation de la figure 2. 30 DESCRIPTION DETAILLEE DES FIGURES Sur la figure 1, on a représenté un dispositif de motorisation apte à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Il comprend un moteur 1 à combustion interne, par exemple un moteur diesel de véhicule automobile, qui se présente ici sous la 35 forme d'un moteur à quatre cylindres en ligne suralimenté. Le moteur 1 est alimenté 3047521 - 4 - en air par un circuit d'admission d'air 2, et en carburant, par exemple du gazole, par une pluralité d'injecteurs 3 montés sur une rampe commune 4 d'alimentation en carburant. Le circuit d'admission d'air 2 comporte d'amont en aval, c'est-à-dire dans le 5 sens de circulation de l'air, une conduite d'admission d'air 5, un compresseur 6 d'un turbocompresseur 7 du moteur 1, une conduite de liaison compresseur - collecteur d'admission 8 et un collecteur d'admission 9. Bien entendu, le circuit d'admission 2 peut comporter d'autres composants non représentés ici, par exemple un filtre à air, un refroidisseur d'air suralimenté, une vanne de réglage du débit admis dans le 10 collecteur d'admission 9, un débitmètre, etc. Le moteur 1 est aussi équipé d'un circuit d'échappement 10 des gaz d'échappement, comprenant d'amont en aval, c'est-à-dire dans le sens de circulation des gaz, un collecteur d'échappement 11, une turbine 12 du turbocompresseur 7, un pot catalytique 13 comportant par exemple un catalyseur d'oxydation 13 et/ou un filtre 15 à particules 13, une conduite de liaison 14 pot catalytique - catalyseur SCR, un catalyseur de réduction sélective des oxydes d'azote 15, dit aussi catalyseur SCR 15, et une conduite d'échappement 16. La flèche représentée sur la turbine 12 signale qu'il s'agit d'une turbine dont les ailettes sont inclinables. En d'autres termes le turbocompresseur 7 se présente ici 20 sous la forme d'un turbocompresseur 7 à géométrie variable. Bien entendu, dans une variante non représentée, le turbocompresseur 7 peut être un turbocompresseur à géométrie fixe. Le circuit d'échappement 10 comprend par ailleurs ici deux circuits de recirculation partielle des gaz d'échappement à l'admission : un premier circuit de 25 recirculation partielle des gaz d'échappement à haute pression 17, dit aussi circuit EGR HP 17 (de l'acronyme en langue anglaise pour : Exhaust Gas Recycling) prend naissance en un point du circuit d'échappement 10 situé entre le collecteur d'échappement 11 et la turbine 12. Son autre extrémité débouche dans la conduite de liaison compresseur - collecteur d'admission 8. Il est équipé d'une vanne de 30 recirculation partielle des gaz d'échappement à haute pression 18, dite aussi vanne EGR HP 18, dont le réglage permet d'ajuster la proportion de gaz recyclés à l'admission. Un second circuit de recirculation des gaz d'échappement des gaz d'échappement à basse pression 19, dit aussi circuit EGR BP 19, prend naissance en 35 aval du pot catalytique 13, en un point du circuit d'échappement situé sur la conduite 3047521 - 5 - de liaison 14 pot catalytique - catalyseur SCR. Son autre extrémité débouche dans la conduite d'admission d'air 5, en amont du compresseur 6. Il est équipé d'une vanne de recirculation partielle des gaz d'échappement à basse pression 20, dite aussi vanne EGR BP 20, dont le réglage permet d'ajuster la proportion de gaz recyclés. 5 D'autres variantes de réalisation du dispositif de motorisation sont possibles sans nuire à la généralité de l'invention. Par exemple, le circuit d'échappement peut ne comporter qu'un seul des deux circuits EGR 17,19. On peut aussi prévoir d'autres modes de réglage de la proportion de gaz recyclés. Par exemple, la proportion de gaz d'échappement recyclés à basse pression peut être ajustée en réglant une vanne 10 d'étranglement de la conduite d'échappement 16, etc. Le catalyseur SCR est alimenté en agents réducteurs, provenant d'une solution d'urée aqueuse (Adblue®) à partir d'un réservoir 21. La solution est pompée par une pompe 22 et introduite en amont du catalyseur SCR 15 en un point de la conduite de liaison 14 pot catalytique - catalyseur SCR grâce à un dispositif d'introduction 23, par 15 exemple un mixeur 23 ou un injecteur d'urée 23. Le dispositif de motorisation comprend des moyens de détermination de la quantité de réducteurs (Adblue®) V',, disponible dans le réservoir 21, par exemple une jauge de niveau (non représentée) montée dans le réservoir. Il comprend également des moyens de comparaison de ladite quantité avec un volume seuil 20 minimum V, non-nul (c'est-à-dire : strictement positif, correspondant à un réservoir 21 qui n'est pas encore vide). En aval du catalyseur SCR 15 (dans le sens de circulation des gaz d'échappement), un capteur d'oxydes d'azote 24, dit capteur d'oxydes d'azote aval 24, permet de mesurer la concentration en oxydes d'azote sortant [NOx]out du catalyseur 25 SCR 15 après traitement et rejetés dans l'atmosphère extérieure. Ce capteur 24 est monté par exemple sur la conduite d'échappement 16. Un tel capteur permet notamment de signaler un dépassement des émissions légales d'oxydes d'azote par le véhicule en provoquant l'allumage d'un voyant au tableau de bord du véhicule. Le dispositif de motorisation comprend aussi des moyens de contrôle (non 30 représentés), par exemple un calculateur électronique, apte à régler les paramètres de fonctionnement du dispositif de motorisation, notamment du moteur 1 et du catalyseur SCR, en fonction d'une consigne de couple correspondant à un enfoncement de la pédale d'accélérateur par le conducteur du véhicule et à un régime donné. De manière connue en soi, le calculateur règle l'admission d'air et les quantités de gaz 35 d'échappement à haute pression et/ou à haute pression recyclés à l'admission, 3047521 - 6 - l'injection de carburant dans le moteur, et le débit de la solution aqueuse de réducteurs injecté dans le catalyseur SCR 15. En outre, le calculateur est apte à régler lesdits paramètres en fonction de la sélection par le conducteur d'un mode de fonctionnement normal du moteur ou d'un 5 mode de fonctionnement économique du moteur, dit « mode ECO », généralement par l'enfoncement d'un bouton de sélection situé dans l'habitacle du véhicule. Le mode ECO correspond à une moindre consommation en carburant du moteur par rapport au mode normal, généralement au détriment des performances qui sont bridées. Dans une variante de l'invention, le calculateur peut comprendre des moyens 10 d'estimation de l'autonomie en urée du véhicule (exprimée en kilomètres) en fonction de l'historique de consommation d'urée, et des moyens de comparaison de ladite autonomie avec le kilométrage restant à parcourir avant la prochaine opération de maintenance programmée du véhicule, au cours de laquelle le réservoir d'urée sera amené à être rempli. 15 En fonctionnement normal, c'est-à-dire quand le niveau d'urée dans le réservoir est suffisant et que le conducteur n'actionne pas le mode « ECO », le réglage du dispositif de motorisation est un mode de réglage nominal. Par exemple, la concentration d'oxydes d'azote émis dans les gaz d'échappement, qui correspond à la concentration d'oxydes d'azote entrant [NOx]in dans le catalyseur SCR, et par suite au 20 débit d'urée adéquat pour réduire ces oxydes d'azote, peut être réglée en ajustant la proportion de gaz d'échappement à haute pression et/ou à basse pression recyclés à l'admission, et/ou en choisissant un phasage particulier de l'injection de carburant dans les cylindres du moteur. De manière connue en soi, une augmentation de la proportion de gaz recyclés 25 favorise une diminution de la concentration en oxydes d'azote, mais cette diminution est obtenue notamment au prix d'une augmentation de la consommation de carburant. Dans le réglage nominal du dispositif de motorisation, le réglage de la concentration d'oxydes d'azote [NOx]in est donc réglée à une valeur de concentration nominale [NOx]inNom qui est le résultat d'un compromis avec notamment la consommation de 30 carburant. Il en est de même pour le phasage de l'injection de carburant dans les cylindres du moteur. On comprend néanmoins qu'un réglage diminuant encore plus la concentration d'oxydes d'azote [NOx]in , et permettant donc de diminuer les quantités d'urée 35 correspondantes à injecter dans le catalyseur SCR pour réduire ces oxydes d'azote, 3047521 - 7 - est possible en modifiant le compromis. Pour cela, on peut augmenter la proportion de gaz recyclés et/ou retarder le phasage des injections. Pour ce faire, le dispositif de motorisation comprend des moyens de basculement de son réglage, depuis son réglage nominal vers un tel réglage apte à 5 diminuer la concentration en oxydes d'azote. Inversement, un réglage diminuant la consommation de carburant, au prix d'une augmentation de la concentration d'oxydes d'azote [NOx]in et de la consommation d'urée est aussi possible à partir du réglage nominal, par exemple en diminuant la proportion de gaz recyclés et/ou en avançant le phasage des injections. 10 Pour ce faire, le dispositif de motorisation comprend des moyens de basculement de son réglage, depuis son réglage nominal vers un tel réglage. La figure 2 est un logigramme des étapes du procédé de contrôle du dispositif de motorisation selon un mode de réalisation de l'invention. Le procédé débute par une étape 100 dans laquelle le calculateur du moteur 15 détermine la valeur du volume d'urée Vurée dans le réservoir 21 et enregistre le mode de fonctionnement du moteur sélectionné par le conducteur du véhicule : mode normal ou mode ECO. Le procédé se poursuit par une première étape de test 200 dans laquelle le calculateur compare le volume d'urée avec un volume seuil minimum Vs , non nul, par 20 exemple égal au quart de la capacité du réservoir 21. Si ledit volume est supérieur audit seuil seuil, le procédé oriente vers une deuxième étape de test 300 dans laquelle le calculateur identifie si le mode de fonctionnement du moteur sélectionné par le conducteur est le mode normal. Dans le cas contraire, le procédé oriente vers une troisième étape de test 400 dans laquelle le 25 calculateur identifie également si le mode de fonctionnement du moteur sélectionné par le conducteur est le mode normal. A l'issue de la deuxième étape de test 300, si le mode sélectionné est le mode normal, le procédé oriente vers une étape 500 de réglage du dispositif de motorisation dans un premier mode de réglage, dans lequel les injections d'urée dans le catalyseur 30 SCR sont diminuées par rapport au réglage nominal, ceci étant rendu possible, comme décrit plus haut, par un réglage du moteur dans lequel les émissions d'oxydes d'azote sont diminuées, au détriment de la consommation de carburant. Dans le cas contraire, c'est-à-dire si le conducteur a sélectionné le mode ECO, le procédé oriente vers une étape 600 de réglage du dispositif de motorisation dans un deuxième mode 35 de réglage, qui est le mode de réglage nominal. 3047521 - 8 - A l'issue de la troisième étape de test 400, si le mode sélectionné est le mode normal, le procédé oriente vers l'étape 600 de réglage du dispositif de motorisation dans le deuxième mode de réglage du dispositif de motorisation. Dans le cas contraire, c'est-à-dire si le conducteur a sélectionné le mode ECO, le procédé oriente vers une 5 étape 700 de réglage du dispositif de motorisation dans un troisième mode de réglage, dans lequel les injections d'urée dans le catalyseur SCR sont augmentées par rapport au réglage nominal, ceci étant rendu possible, comme décrit plus haut, par un réglage du moteur dans lequel la consommation de carburant est diminuée au détriment des émissions d'oxydes d'azote. 10 En d'autres termes, le procédé selon l'invention prévoit un ensemble d'au moins trois modes de réglages du dispositif de motorisation qui présentent trois compromis distincts entre la consommation d'urée et la consommation de carburant distincts, et dont le choix de l'application dépend d'une part de la comparaison entre le volume d'urée V',, restant dans le réservoir avec le volume seuil minimal V, , et 15 d'autre part la sélection du mode de fonctionnement du moteur (normal ou ECO) par le conducteur. La figure 3 récapitule les caractéristiques relatives, en matière de consommation d'urée dans le catalyseur SCR et de consommation d'essence par le moteur, des trois différents modes de réglage prévus dans un mode de réalisation de 20 l'invention. La consommation d'urée dans le premier mode est inférieure à celle du deuxième mode (mode nominal) mais sa consommation de carburant est plus grande. Inversement la consommation d'urée dans le troisième mode de réglage est supérieure à celle du deuxième mode (mode nominal) mais sa consommation de carburant est plus faible. En d'autres termes, on a : dans le deuxième mode de 25 réglage une consommation d'urée moyenne et une consommation de carburant moyenne ; dans le premier mode, une consommation d'urée dite minimale et une consommation de carburant dite maximale ; et, dans le troisième mode, une consommation d'urée dite maximale et une consommation de carburant dite minimale. Bien entendu, l'homme de métier pourra prévoir des variantes de réalisation 30 sans sortir du cadre de l'invention. On pourra notamment prévoir de différencier le mode de réglage du dispositif de motorisation à appliquer lorsque, respectivement, le volume d'urée est inférieur au volume seuil minimum en présence du mode de fonctionnement ECO du moteur, ou que le volume d'urée est supérieur au volume seuil minimum en présence du mode de fonctionnement normal du moteur, en 35 prévoyant un quatrième mode de réglage du dispositif de motorisation applicable 3047521 - 9 - dans l'un ou l'autre cas en lieu et place du deuxième mode. Dans une variante non représentée également, on peut prévoir que le procédé comprenne après l'étape 200 une étape dans laquelle le calculateur détermine une valeur, exprimée en kilomètres, de l'autonomie du véhicule en urée en fonction de 5 l'historique de consommation d'urée, et compare cette autonomie avec un kilométrage restant à parcourir avant la prochaine opération de maintenance programmée du véhicule, au cours de laquelle le réservoir d'urée sera amené à être rempli. On peut alors prévoir que, si la valeur de l'autonomie en urée est inférieure au kilométrage avant maintenance, le procédé se poursuive à l'étape 300, mais que si la 10 valeur de l'autonomie en urée est au contraire supérieure au kilométrage avant maintenance, le procédé oriente vers l'étape 400 au lieu d'orienter vers l'étape 300. En d'autres termes, bien que le niveau d'urée soit bas, on considère comme certain le fait qu'il va être complété lors de la prochaine opération d'entretien du véhicule, et on règle le dispositif de motorisation comme si le volume d'urée était 15 supérieur au volume seuil minimum. REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle d'un dispositif de motorisation de véhicule automobile comprenant un moteur (1) à combustion interne et un catalyseur de réduction sélective (15) des oxydes d'azote monté dans le circuit d'échappement (10) du moteur et apte à décomposer les oxydes d'azote des gaz de combustion du moteur par réaction avec de l'urée, ledit procédé comprenant : - une étape (100) au cours de laquelle un calculateur du moteur détermine un volume d'urée (Vurée) dans un réservoir d'urée (21) du véhicule ; et, - une étape de réglage (500,600,700) du dispositif de motorisation en fonction dudit volume d'urée (Vurée) CARACTERISE EN CE QU' il comprend en outre : - une étape (100) au cours de laquelle le calculateur enregistre le mode de fonctionnement du moteur sélectionné par le conducteur du véhicule, ledit mode pouvant être un mode normal ou un mode économique (ECO) du moteur dans lequel la consommation de carburant du moteur est inférieure à celle du mode normal ; - une étape (200) de comparaison du volume d'urée (Vurée) dans le réservoir (21) avec un volume seuil minimum (Vs) non nul ; - une étape (300,400) de comparaison du mode de fonctionnement du moteur sélectionné par le conducteur avec le mode normal ; - une étape (500,600,700) de réglage du dispositif de motorisation dans un mode de réglage en fonction du résultat de la comparaison du volume d'urée (Vurée) avec le volume seuil minimum (Vs) et du résultat de la comparaison du mode de fonctionnement du moteur avec le mode normal. 2. Procédé de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois modes de réglage du dispositif de motorisation, la consommation d'urée et la consommation de carburant du premier mode étant respectivement inférieure et supérieures à celles du deuxième mode, et la consommation d'urée et de carburant du troisième mode étant respectivement supérieure et inférieure à celles du deuxième mode. 3. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, lorsqu'une valeur estimée de l'autonomie en urée du véhicule est supérieure à une valeur du kilométrage résiduel avant la prochaine étape de maintenance programmée 3047521 du véhicule au cours de laquelle il est prévu de remplir le réservoir d'urée : - le deuxième mode est appliqué lorsque le mode de fonctionnement du moteur sélectionné par le conducteur est le mode normal ; et, - le troisième mode appliqué lorsque le mode de fonctionnement du moteur 5 sélectionné par le conducteur est le mode économique. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier mode de réglage du dispositif de motorisation est obtenu à partir du deuxième mode en augmentant une proportion de gaz d'échappement recyclés à l'admission du moteur et/ou en retardant le phasage des injections de 10 carburant dans les cylindres du moteur. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le troisième mode de réglage du dispositif de motorisation est obtenu à partir du deuxième mode en diminuant une proportion de gaz d'échappement recyclés à l'admission du moteur et/ou en avançant le phasage des injections de 15 carburant dans les cylindres du moteur. 6. Dispositif de motorisation de véhicule automobile pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant un moteur (1) à combustion interne et un catalyseur de réduction sélective des oxydes d'azote (15) monté dans le circuit d'échappement (10) du moteur et 20 apte à décomposer les oxydes d'azote des gaz de combustion du moteur par réaction avec de l'urée, CARACTERISE EN CE QU'il comprend en outre : - des moyens de détermination d'un volume d'urée (Vurée) dans un réservoir (21) ; - des moyens d'enregistrement d'une sélection par un conducteur du 25 véhicule d'un mode de fonctionnement normal ou économique du moteur ; - des moyens de comparaison du volume d'urée (Vurée) avec un volume seuil minimum (Vs) non-nul ; - des moyens de comparaison du mode de fonctionnement du moteur sélectionné avec le mode normal ; et, 30 - des moyens de sélection d'un mode de réglage du dispositif de motorisation, parmi au moins trois modes de réglage distincts, en fonction de la comparaison dudit volume d'urée avec ledit volume seuil minimum et de la comparaison dudit mode de fonctionnement du moteur avec le mode normal. 35