Brevet FR3073897A1 — publié le 20190524

PROCÉDÉ DE RÉDUCTION DES ÉMISSIONS D'OXYDES D'AZOTE D'UN MOTEUR THERMIQUE [0001] La présente invention porte sur un procédé de réduction des émissions d'oxydes d'azote d'un moteur thermique de véhicule automobile. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, dans le domaine des véhicules automobiles à conduite au moins en partie autonome ayant un moteur de type diesel. [0002] Les gaz d'échappement des moteurs diesels contiennent des éléments polluants, dont il est préférable de limiter les rejets dans l'atmosphère. Ces polluants sont principalement des hydrocarbures imbrûlés (HC), des oxydes d'azote NOx (monoxyde d'azote NO et dioxyde d'azote NO2), des oxydes de carbone (dont le monoxyde de carbone CO), des oxydes de soufres (S02), et des particules. Ces éléments chimiques, notamment les oxydes d'azote, peuvent être néfastes pour l'environnement et pour la santé, et doivent être traités avant leur rejet dans l'atmosphère. [0003] A cette fin, divers dispositifs de dépollution sont implantés sur la ligne d'échappement, afin de traiter les gaz d'échappement et ainsi réduire les émissions polluantes du véhicule utilisant, en totalité ou en partie, le gasoil comme carburant. Ces dispositifs de dépollution, disposés le long de la ligne d'échappement, comprennent typiquement un catalyseur d'oxydation, dénommé Catox ou DOC (acronyme pour "Diesel Oxydation Catalyst" en anglais), configuré pour oxyder certains constituants des gaz d'échappement. En outre, un dispositif de réduction catalytique sélective SCR (acronyme pour "Selective Catalytic Reduction" en anglais), permet de réduire la quantité des oxydes d'azote. Un filtre à particules est également utilisé pour piéger des particules contenues dans les gaz d'échappement, notamment sous forme de suies. [0004] Plus le couple moteur demandé est élevé, plus la quantité d'air et de carburant injectée dans les cylindres du moteur est importante, ce qui induit une augmentation des émissions de polluants et notamment des oxydes d'azote. La quantité d'oxydes d'azote en sortie du véhicule est égale à la quantité d'oxydes d'azote en sortie du moteur moins la quantité d'oxydes d'azote traitée par le système de dépollution. La quantité d'oxydes d'azote traitée par le système de dépollution dépend de plusieurs facteurs, tels que la température du système, la quantité d'agent réducteur disponible, etc... Dans certaines conditions de 2 vie, le système n'est donc pas capable de traiter tous les oxydes d'azote émis par le moteur thermique. [0005] Afin de limiter la quantité d'oxydes d'azote émis par le véhicule, il est nécessaire de limiter le couple maximum réalisable par le moteur. Toutefois, cela n'est pas possible 5 dans le cas d'une conduite gérée par un humain compte tenu des contraintes de sûreté de fonctionnement qui imposent une certaine disponibilité de couple. L'invention tire profit de la conduite au moins en partie autonome du véhicule automobile pour réduire les émissions d'oxydes d'azote par un pilotage automatique adapté du moteur thermique. [0006] Plus précisément, l'invention a pour objet un procédé de réduction des émissions 10 des oxydes d'azote dans un véhicule automobile à conduite au moins en partie autonome comportant un moteur thermique et un système de dépollution associé pour traiter notamment des oxydes d'azote contenu dans les gaz d'échappement, caractérisé en ce que ledit procédé comporte: - une étape de détermination d'une quantité d'oxydes d'azote maximale pouvant être traitée 15 par le système de dépollution, et - une étape d'adaptation du couple maximum réalisable par le moteur thermique en fonction de la quantité d'oxydes d'azote maximale pouvant être traitée par le système de dépollution de manière à réduire une quantité d'oxydes d'azote rejetée dans l'atmosphère. [0007] L'invention permet ainsi, en adaptant le couple maximum réalisable par le moteur 20 thermique, de réduire voire annuler la quantité de particules polluantes rejetées dans l'atmosphère. L'invention présente également un caractère économique, dans la mesure où elle nécessite pour sa mise en oeuvre uniquement une adaptation des instructions de commande des calculateurs du véhicule automobile. [0008] Selon une mise en oeuvre, l'étape d'adaptation du couple maximum réalisable par 25 le moteur thermique est mise en oeuvre suite à une détection d'une situation de vie sans besoin de couple important. [0009] Selon une mise en oeuvre, la situation de vie sans besoin de couple important correspond à une situation de vie dans laquelle aucun danger imminent pouvant justifier un besoin de couple maximal n'est détecté et/ou une situation de vie dans laquelle le véhicule 30 doit réduire à zéro les émissions d'oxydes d'azote, notamment lors de la détection d'une arrivée en agglomération ou lors d'une détection d'une zone d'air prioritaire. 3 [0010] Selon une mise en oeuvre, ledit procédé comporte une étape d'information d'un calculateur de contrôle du moteur thermique d'un passage prioritaire dans un mode de fonctionnement à limitation de couple. [0011] Selon une mise en oeuvre, l'étape d'adaptation du couple maximum réalisable par 5 le moteur thermique est effectuée par adaptation de réglages du moteur thermique, notamment en réduisant une quantité de carburant et/ou une quantité d'air injectée dans des cylindres du moteur thermique. [0012] Selon une mise en oeuvre, ledit procédé comporte une étape d'information d'un couple réalisé par le moteur thermique pouvant être égal ou inférieur à 10 un couple de consigne. [0013] Selon une mise en oeuvre, le couple maximum réalisable par le moteur thermique correspond à une quantité d'oxydes d'azote maximum pouvant être traitée par le système de dépollution. [0014] L'invention a également pour objet un calculateur comportant une mémoire 15 stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé de réduction des oxydes d'azote dans un véhicule automobile tel que précédemment défini. [0015] L'invention concerne en outre un véhicule automobile comportant un calculateur tel que précédemment défini. [0016] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen 20 des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. [0017] La figure 1 est une représentation schématique d'une ligne d'échappement munie d'un système de dépollution équipant un véhicule automobile mettant en oeuvre le procédé de réduction des oxydes d'azote selon la présente invention; 25 [0018] La figure 2 est une représentation schématique du contrôle véhicule et du contrôle moteur mettant en oeuvre le procédé de réduction des émissions d'oxydes d'azote selon la présente invention; [0019] La figure 3 est une représentation graphique de l'évolution des émissions d'oxydes d'azote en fonction du niveau de couple moteur. 4 [0020] Sur la figure 1 est représenté un moteur thermique 1 de véhicule automobile en tout ou partie autonome, de sorte que le véhicule, plus précisément son calculateur de contrôle, est apte à demander au moteur thermique de fournir du couple afin de faire avancer le véhicule à une vitesse désirée sans intervention du conducteur. 5 [0021] Ce moteur 1 est associé à une ligne d'échappement 2 consistant en une tubulure placée en sortie du moteur thermique 1 du véhicule qui permet d'évacuer les gaz d'échappement issus de la combustion interne du moteur 1. La ligne d'échappement 2 débute à la sortie des chambres de combustion du moteur 1 par un collecteur d'échappement. Ce collecteur d'échappement permet de collecter les gaz d'échappement 10 éjectés des chambres de combustion du moteur 1 pour les réunir dans un conduit débouchant dans l'atmosphère. [0022] Le long de la ligne d'échappement 2, les gaz subissent plusieurs traitements de dépollution effectués par un système de dépollution 3, afin qu'en soient au moins partiellement extraits certains éléments nocifs pour l'environnement. A cette fin, le système 15 de dépollution 3 comporte un catalyseur d'oxydation 4 Diesel (ou "DOC" pour "Diesel Oxidation Catalyst") permettant l'oxydation du monoxyde d'azote (NO) en dioxyde d'azote (NO2), du monoxyde de carbone (CO) en dioxyde de carbone (CO2), et des hydrocarbures (HC) en dioxyde de carbone (CO2) et en eau. [0023] Un système de réduction catalytique sélective (ou système "SCR" pour "Selective 20 Catalytic Reduction" en anglais) est adapté à injecter un agent réducteur dans la ligne d'échappement 2 afin de transformer les oxydes d'azote (NOx) rejetés par le moteur 1 en azote et en eau. A cet effet, un injecteur 6 d'agent réducteur est associé à une boîte de mélange 7 visant à homogénéiser le mélange entre les gaz d'échappement et l'agent réducteur avant de pénétrer dans un catalyseur 5 du système SCR. L'agent réducteur prend 25 avantageusement la forme d'urée qui se décompose en ammoniac et en dioxyde de carbone sous l'effet de la chaleur. [0024] Un filtre à particules 8 à base d'une matrice céramique poreuse permet de piéger des particules solides ou liquides constituées essentiellement de suies à base de carbone, et/ou de gouttelettes d'huile. 30 [0025] Le cas échéant, il est possible de mettre en oeuvre un catalyseur 9 de réduction (ou "ASC" pour "Ammonia Slip Catalyst" en anglais) pour supprimer l'ammoniac en excès dans les gaz d'échappement. 5 [0026] Un calculateur 10 assure notamment la commande du moteur thermique 1, ainsi qu'une gestion des différents éléments fonctionnels du système de dépollution 3. Le calculateur 10 de contrôle du moteur est apte à communiquer avec un calculateur de contrôle du véhicule 11. Ces calculateurs 10, 11 comportent une mémoire stockant des 5 instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé de réduction des oxydes d'azote selon la présente invention décrit ci-après en référence avec la figure 2. [0027] En prenant en compte les situations de vie sans besoin de couple moteur important, ainsi que les capacités de traitement des oxydes d'azote du système de dépollution 3 des gaz d'échappement du véhicule, ce procédé commande une réduction du couple moteur 10 afin d'émettre une quantité d'oxydes d'azote inférieure à un seuil donné. [0028] Plus précisément, le module 100 du contrôle véhicule 11 gère un état de priorité du couple. Dans le cas où le couple n'est soumis à aucune contrainte particulière, un mode de fonctionnement nominal 101 du moteur thermique est mis en oeuvre par le contrôle moteur 10. On applique alors des réglages nominaux 102 au moteur sans limitation de couple. Le 15 couple 103 fourni par le moteur correspond alors au couple de consigne C cons. [0029] Lorsque le contrôle véhicule 11 détecte une situation de vie sans besoin de couple important, il informe le contrôle moteur 10 que ce dernier doit passer en mode de limitation de couple pour réduire les émissions d'oxydes d'azote. 20 [0030] Ainsi, suite à une détection 104 d'une situation de vie dans laquelle le véhicule doit réduire à zéro les émissions d'oxydes d'azote (mode zéro émission), notamment lors de la détection d'une arrivée en agglomération ou lors d'une détection d'une zone d'air prioritaire, et/ou lorsqu'aucun danger imminent pouvant justifier un besoin de couple maximal n'est détecté (cf. bloc 105), le module de gestion de priorité des émissions 106 informe le contrôle 25 moteur 10 qu'il doit déclencher un mode de fonctionnement à limitation de couple 107. [0031] Le module 108 détermine alors une quantité d'oxydes d'azote maximale QNOx_max pouvant être traitée par le système de dépollution 3. Cette quantité d'oxydes d'azote maximale QNOx_max pouvant être traitée dépend de la température du système de 30 dépollution 3, notamment une température mesurée en amont et/ou en aval et/ou à l'intérieur du catalyseur SCR, d'une quantité d'agent réducteur injectable, et d'un dimensionnement global du système de dépollution 3. 6 [0032] Le module 109 calcule le couple maximum C max lim réalisable par le moteur thermique 1 en fonction de la quantité d'oxydes d'azote maximale QNOx_max pouvant être traitée par le système de dépollution 3 de manière à minimiser une quantité d'oxydes d'azote rejetée dans l'atmosphère. 5 [0033] La figure 3 montre l'évolution des émissions d'oxydes d'azote QNOx en sortie du moteur thermique 1 en fonction du couple moteur Cmth. Avantageusement, pour obtenir un mode à zéro émission, le couple maximum C max lim correspond à la quantité d'oxydes d'azote maximum QNOx_max pouvant être traitée par le système de dépollution 3. 10 [0034] Dans le cas où le couple maximal réalisable C max lim est supérieur au couple de consigne C cons, les réglages moteurs nominaux 102 sont appliqués. [0035] Dans le cas où le couple maximal réalisable C max lim est inférieur au couple de consigne C cons, le module 110 modifie les réglages du moteur thermique 1 permettant de réduire le couple moteur pour diminuer les émissions d'oxydes d'azote. La modification des 15 réglages consistent notamment à réduire une quantité de carburant et/ou une quantité d'air injectée dans les cylindres du moteur thermique 1. [0036] Le contrôle moteur 10 informe alors le contrôle véhicule 11 du couple réalisé par le moteur thermique 1 pouvant être égal ou inférieur au couple de consigne C_cons géré par le module 111. 20 [0037] Suivant une mise en oeuvre particulière, il est possible de déterminer la quantité d'oxydes d'azote QNOx émis en sortie du moteur thermique 1 à l'aide d'une cartographie régime/couple indiquant la quantité d'oxydes d'azote émis en fonction du point de fonctionnement du moteur thermique. Cette quantité d'oxydes d'azote obtenue pourra être corrigée à l'aide de cartographies de correction tenant notamment compte des conditions 25 de fonctionnement du moteur thermique (température, etc...) pour estimer plus précisément la quantité d'oxydes d'azote en sortie du moteur thermique 1. [0038] Cette quantité d'oxydes d'azote QNOx en sortie du moteur thermique est comparée avec la quantité d'oxydes d'azote maximale QNOx_max pouvant être traitée par le système de dépollution 3. Dans le cas où cette quantité d'oxydes d'azote QNOx est inférieure à la 30 quantité d'oxydes d'azote maximale QNOx_max pouvant être traitée par le système de 7 dépollution 3, le couple maximal réalisable C max lim n'est pas modifié et le couple de consigne C_cons est appliqué aux roues. [0039] Dans le cas où cette quantité d'oxydes d'azote QNOx est supérieure à la quantité d'oxydes d'azote maximale QNOx_max pouvant être traitée par le système de dépollution 5 3, le couple maximal réalisable C max lim est réduit, de sorte le couple appliqué aux roues est inférieur au couple de consigne C cons. Le couple C max lim est réduit jusqu'à correspondre à la quantité d'oxydes d'azote QNOx_max REVENDICATIONS1. Procédé de réduction des émissions des oxydes d'azote dans un véhicule automobile à conduite au moins en partie autonome comportant un moteur thermique (1) et un système de dépollution (3) associé pour traiter notamment des oxydes d'azote contenu dans les gaz d'échappement, caractérisé en ce que ledit procédé comporte: - une étape (108) de détermination d'une quantité d'oxydes d'azote maximale (QN0x max) pouvant être traitée par le système de dépollution (3), et - une étape (109, 110) d'adaptation du couple maximum (C max lim) réalisable par le moteur thermique (1) en fonction de la quantité d'oxydes d'azote maximale pouvant être traitée par le système de dépollution (3) de manière à réduire une quantité d'oxydes d'azote rejetée dans l'atmosphère. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape d'adaptation du couple maximum (C max lim) réalisable par le moteur thermique (1) est mise en oeuvre suite à une détection (104, 105) d'une situation de vie sans besoin de couple important. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la situation de vie sans besoin de couple important correspond à une situation de vie (105) dans laquelle aucun danger imminent pouvant justifier un besoin de couple maximal n'est détecté et/ou une situation de vie (104) dans laquelle le véhicule doit réduire à zéro les émissions d'oxydes d'azote, notamment lors de la détection d'une arrivée en agglomération ou lors d'une détection d'une zone d'air prioritaire. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'information (106) d'un calculateur de contrôle du moteur thermique d'un passage prioritaire dans un mode de fonctionnement à limitation de couple (107). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'étape d'adaptation du couple maximum (C max lim) réalisable par le moteur thermique (1) est effectuée par adaptation de réglages du moteur thermique (1), notamment en réduisant une quantité de carburant et/ou une quantité d'air injectée dans des cylindres du moteur thermique (1). 9 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'information d'un couple réalisé par le moteur thermique (1) pouvant être égal ou inférieur à un couple de consigne (C cons). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le 5 couple maximum (C max lim) réalisable par le moteur thermique (1) correspond à une quantité d'oxydes d'azote maximum (QNOX max) pouvant être traitée par le système de dépollution (3). 8. Calculateur (10, 11) comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé de réduction des oxydes d'azote dans un véhicule 10 automobile tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes. 9. Véhicule automobile comportant un calculateur (10, 11) tel que défini selon la revendication 8.