Brevet FR3108041A1 — publié le 20210917

Système de dépollution d’air ambiant de véhicule automobile équipé d’un moteur thermique (10) et d’une ligne d’échappement comprenant des dispositifs de dépollution des gaz émis par ce moteur (8, 18), ce système comportant un conduit comprenant une entrée de prélèvement d’air ambiant, un pulseur de circulation de cet air ambiant (32), et au moins un des dispositifs de dépollution des gaz (8, 18) faisant partie de la ligne d’échappement du moteur thermique (10). Figure 2 SYSTEME DE DEPOLLUTION D’AIR AMBIANT UTILISANT DES DISPOSITIFS DE DEPOLLUTION DES GAZ D’ECHAPPEMENT La présente invention concerne un système de dépollution d’air ambiant de véhicule automobile à moteur thermique, ainsi qu’un véhicule automobile équipé d’un tel système de dépollution et un procédé de fonctionnement de ce système. Les moteurs thermiques des véhicules automobiles émettent des gaz polluants qui sont traités dans la ligne d’échappement par des systèmes de dépollution, pouvant comporter pour les moteurs essence et Diesel des pots catalytiques, des dispositifs d’adsorption et de traitement de certains composants et des filtres à particules. Toutefois certains gaz polluants restent émis dans l’atmosphère, comme les oxydes d’azote NOx, des composés organiques volatils COV, du monoxyde de carbone CO, du dioxyde de soufre SO2 ou des particules fines. Le problème se pose particulièrement en milieu urbain où la densité des véhicules peut être importante avec des démarrages fréquents et des roulages utilisant des faibles puissances qui ne favorisent pas la montée en température des catalyseurs nécessaire pour leur fonctionnement, et où la circulation de l’air ambiant par le vent peut être réduite par les immeubles bordant les rues en favorisant une concentration de ces polluants. En plus du trafic routier des gaz polluants sont liés à d’autres sources comme le résidentiel, utilisant par exemple le chauffage au bois ou des solvants, l’industrie généralement présente dans les centres urbains, ou encore une pollution importée d’autres régions, ou d’autres pays appelée pollution transfrontière. Un type de système de dépollution de l’air ambiant connu, présenté notamment par le document EP-A1-707989, comporte des panneaux solaires fixés sur le véhicule, qui sur un véhicule à l’arrêt alimentent en électricité un pulseur d’air aspirant l’air ambiant pour le rejeter au travers de filtres actifs réduisant l’ozone en oxygène, et au travers de différents autres procédés de nettoyage de l’air. Ce système peut utiliser en particulier le pulseur d’air servant à la ventilation de l’habitacle du véhicule. Ce système de dépollution utilisant des filtres de l’habitacle, nécessite un entretien de ces filtres qui entraîne des coûts. Un autre type de système de dépollution de l’air ambiant connu, présenté notamment par le document EP-A1-1082990, comporte sur l’échangeur thermique disposé sur la face avant du véhicule pour le refroidissement du moteur thermique, équipé d’un ventilateur de circulation de l’air ambiant, un système d’adsorption de polluants passant au travers de cet échangeur en activant le ventilateur pendant l’arrêt du véhicule. Un dispositif de traitement des polluants accumulés est ensuite activé grâce aux calories dégagées par l’échangeur thermique pendant le fonctionnement du moteur thermique lors d’un roulage suivant. Toutefois ces systèmes de dépollution nécessitent des équipements additionnels spécifiques pour réaliser l’adsorption et la désorption puis le traitement des éléments polluants, qui présentent un volume et une masse pénalisant la conception et le fonctionnement du véhicule, et ajoutent des coûts particuliers. La présente invention a notamment pour but d’éviter ces problèmes de l’art antérieur. Elle propose à cet effet un système de dépollution d’air ambiant de véhicule automobile équipé d’un moteur thermique et d’une ligne d’échappement comprenant des dispositifs de dépollution des gaz émis par ce moteur, ce système étant remarquable en ce qu’il comporte un conduit comprenant une entrée de prélèvement d’air ambiant, un pulseur de circulation de cet air ambiant, et au moins un des dispositifs de dépollution des gaz faisant partie de la ligne d’échappement du moteur thermique. Un avantage de ce système est qu’en utilisant les dispositifs de traitement des éléments polluants existants dans la ligne d’échappement, et en activant un flux d’air ambiant grâce au pulseur de circulation d’air, on peut à l’arrêt du véhicule traiter certains éléments polluants contenus dans cet air ambiant, notamment réaliser des traitements catalytiques et filtrer des particules, sans ajouter ce type d’équipements dans le véhicule qui présente un volume et une masse supplémentaire, ainsi que généralement un coût élevé. De plus lors d’un fonctionnement suivant du moteur thermique, les calories dégagées par ce moteur permettent de régénérer les dispositifs nécessitant ce traitement à haute température. Le système de dépollution d’air ambiant selon l’invention peut comporter de plus une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, les dispositifs de dépollution du conduit comportent successivement un dispositif de dépollution catalytique et un filtre à particules. Selon un mode de réalisation, le conduit traverse le moteur thermique. Selon un autre mode de réalisation, le pulseur de circulation est relié à la ligne d’échappement en contournant le moteur thermique. Dans ce cas, le pulseur de circulation peut être relié à la ligne d’échappement en amont de tous les dispositifs de dépollution de cette ligne d’échappement. Avantageusement, le système de dépollution comporte un dispositif de dépollution catalytique comprenant des matériaux adsorbants qui agissent à une température inférieure à 100°C. Avantageusement, le système de dépollution comporte en amont des dispositifs de dépollution de la ligne d’échappement, des matériaux adsorbants sensibles à la température, permettant à une température inférieure à 100°C de capter certains polluants gazeux extérieurs. Dans ce cas les matériaux adsorbants peuvent comporter un ou plusieurs des éléments suivants associés, des charbons actifs, des zéolithes, des structures organométalliques MOF ou des nitrates de baryum. L’invention a aussi pour objet un véhicule automobile équipé d’un moteur thermique et d’une ligne d’échappement, remarquable en ce qu’il comporte un système de dépollution comprenant l’une quelconque des caractéristiques précédentes, passant par des dispositifs de dépollution de cette ligne d’échappement. L’invention a de plus pour objet un procédé d’utilisation d’un véhicule automobile comprenant la caractéristique précédente, remarquable en ce qu’après une période de fonctionnement du système de dépollution pour traiter l’air ambiant, il purge un dispositif de dépollution catalytique de la ligne d’échappement lors du premier roulage suivant grâce aux calories générées par le moteur thermique. L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d’exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels: est un graphique présentant dans une rue comportant un niveau de pollution élevé, en fonction du pourcentage de véhicules activant un système de dépollution de l’air ambiant, le temps mis pour atteindre un seuil normalisé acceptable de concentration de ces polluants; est un schéma d’un véhicule équipé d’un premier système de dépollution de l'air ambiant selon l’invention ; est un schéma de ce premier système de dépollution suivant une variante comprenant un matériau adsorbant complémentaire ; est un schéma d’un véhicule équipé d’un deuxième système de dépollution selon l’invention ; et est un schéma de ce deuxième système de dépollution suivant une variante comprenant un matériau adsorbant complémentaire. La figure 1 présente un exemple de mesure des polluants contenus dans l’air ambiant pris dans une rue d’une grande ville, avec les hypothèses suivantes. L’air ambiant comporte une concentration de particules inférieures à 2,5µm, qui est de 193µg/m3. Le volume de la rue, encadrée par des immeubles, présente une largeur de 13m, une hauteur de 2m qui est celle occupée par les personnes, et une présence de 400 véhicules par kilomètre de longueur. De plus ces immeubles forment une protection contre le vent laissant l’air ambiant stagner, ce qui donne des conditions propices à l’accumulation de pollution. Chaque véhicule comporte un système de dépollution d’air ambiant, pouvant épurer un volume de 400m³ par heure en consommant une puissance électrique théorique pour la circulation de l’air de 250W. L’axe horizontal présente le pourcentage R de véhicules présents dans la rue actionnant leur système de dépollution. L’axe vertical de gauche présente le temps en heure t(h) mis pour atteindre un seuil qui est la recommandation de l’organisation mondiale de la santé OMS, soit 25µg/m3, présenté par la courbe 2. On constate que si 25% des véhicules sont utilisés, il faut 1h30 pour passer en dessous du seuil de recommandation OMS. Si 50% des véhicules sont utilisés il faut environ 40mn pour passer en dessous de ce seuil de recommandation OMS. Ces valeurs indiquent qu’avec un pourcentage raisonnable de véhicules équipés d’un système de dépollution de l’air ambiant, à partir de conditions fortement dégradées on peut rapidement épurer cet air. Une deuxième courbe 6 présente la consommation totale d’énergie électrique par les véhicules activant le système de dépollution, exprimée en kWh sur l’axe vertical de droite. La deuxième courbe 6 forme une droite horizontale représentant une énergie totale consommée de 57kWh, un nombre de véhicules actifs plus grands étant compensé par un temps d’activation plus court, avec une filtration d’un volume d’air ambiant équivalent ce qui ne change pas cette consommation. En particulier dans le cas de véhicules hybrides comportant une batterie rechargeable sur un réseau de distribution d’électricité, ces véhicules peuvent avantageusement être utilisés pour la dépollution de l’air ambiant pendant leur branchement sur ce réseau en consommant une énergie électrique qui ne limite pas leur autonomie en mode électrique lors d’un roulage suivant, ou en l’absence de branchement si le niveau de charge de la batterie est suffisant. La figure 2 présente un véhicule automobile comportant un moteur thermique 10 disposé entre les roues avant 12, équipé vers l’avant d’un volet commandé d’admission d’air 34 alimentant des tubulures d’admission d’air frais 14, et vers l’arrière d’un collecteur de gaz d’échappement 16 conduisant les gaz de combustion au travers successivement d’un dispositif de dépollution catalytique 8, puis d’un filtre à particules 18. Les gaz dépollués sont relâchés par un tuyau de sortie 36 vers la canule d’échappement du véhicule. Dans le cas d’un moteur à essence on utilise généralement un catalyseur dit «trois voies», traitant les oxydes d’azote, le monoxyde de carbone et les hydrocarbures imbrûlés. Dans le cas d’un moteur Diesel, on peut trouver un premier catalyseur dit «d’oxydation» oxydant le monoxyde de carbone et les hydrocarbures imbrûlés, un deuxième catalyseur traitant les oxydes d’azote par une réduction catalytique sélective utilisant de l’urée, un filtre à particule, et un troisième catalyseur traitant les excès d’ammoniac formés par cette urée. Le filtre à particules 18 disposé en aval du dispositif de dépollution catalytique 8, capte les particules fines de suie restantes par adsorption, avec un système de régénération qui les brûle ensuite à haute température pour les éliminer. Un canister 26 de traitement de composés hydrocarbures volatiles COV, comporte un premier conduit 24 le reliant à la partie supérieure d’un réservoir 20 disposé entre les roues arrière du véhicule 22, pour recevoir les vapeurs d’hydrocarbures dégagées par ce réservoir, en particulier lors des températures élevées. Les vapeurs d’essence sont adsorbées dans des éléments utilisés seuls ou en association, comme des charbons actifs, d’autres matériaux microporeux plus adsorbant comme des zéolithes, ou des structures organométalliques appelées «MOF» pour «Metal Organic Framework» en langue anglaise. Le canister 26 comporte une ouverture vers l’air ambiant extérieur 28, et un deuxième conduit équipé d’une électrovanne de purge 30, qui est relié aux tubulures d’admission du moteur thermique 14. Après un certain niveau de chargement du canister 26 en hydrocarbures, détecté par le calculateur du moteur thermique 10 lors d’une procédure particulière de détection, l’électrovanne de purge 30 est ouverte, et le matériau adsorbant est chauffé ce qui lui permet de désorber les hydrocarbures captés. On a alors une aspiration par le moteur thermique 10 au travers de l’électrovanne de purge 30, qui prélève les hydrocarbures vaporisés dans le canister 26, à partir d’une entrée d’air extérieur venant de l’ouverture 28 afin de balayer ce canister avec de l’air frais. Les hydrocarbures vaporisés s’ajoutent alors à ceux injectés normalement pour réaliser la combustion dans le moteur thermique 10. Le système de dépollution selon l’invention forme un conduit comportant à l’avant du véhicule un pulseur d’entrée d’air ambiant 32 équipé d’un moteur électrique prélevant l’air ambiant extérieur, puis le volet commandé d’admission d’air 34 qui débouche dans les tubulures d’admission 14 puis dans le moteur thermique 10. On a ensuite après la récupération par le collecteur d’échappement 16, le dispositif de dépollution catalytique 8 puis le filtre à particules 18. Le conduit du système de dépollution peut déboucher sur l’admission 14 du moteur thermique 10, en amont de ses chambres de combustion présentant leurs soupapes d’admission et d’échappement ouvertes en même temps dans une position de croisement des soupapes, ou par une vanne de recyclage des gaz d’échappement «EGR», pour «Exhaust Gaz Recirculation» en langue anglaise, disposée en parallèle de ce moteur. Le véhicule étant arrêté, pour démarrer le procédé de dépollution de l’air ambiant, il peut utiliser des capteurs embarqués de mesure du niveau de certains polluants, ou utiliser des informations échangées entre véhicules ou venant d’un réseau extérieur, pour décider d’activer le pulseur d’entrée 32 suivant un débit d’air variable, et d’ouvrir le volet commandé d’admission 34 suivant un réglage adapté. On force un débit d’air ambiant prélevé à l’extérieur qui va traverser successivement le dispositif de dépollution catalytique 8 puis le filtre à particules 18. On réalise de cette manière sans dispositif de dépollution supplémentaire, en utilisant ceux obligatoirement prévus pour le moteur thermique 10, un traitement de certains polluants de l’air ambiant qui sont dégagés par la combustion des véhicules circulant dans la rue, ou par d’autres sources. Afin de réaliser une dépollution d’air ambiant avec le véhicule stationné présentant son moteur thermique 10 à l’arrêt, qui ne délivre pas de gaz de combustion pour réchauffer les systèmes disposés en aval, avantageusement le dispositif de dépollution catalytique 8 comporte des matériaux adsorbants qui agissent à faible température, notamment inférieures à 100°C, et de préférence inférieure à 50°C, pour consommer une faible puissance électrique nécessaire pour les chauffer. Pour cela on peut utiliser en particulier des zéolithes du type ferriérites à petits pores comprenant du palladium pour le stockage des oxydes d’azote NOx, ou des zéolithes à pores plus larges pour le stockage des composés organiques volatils COV. La régénération du dispositif de dépollution catalytique 8 nécessitant une température élevée du matériau adsorbant, se fait de préférence au début d’un roulage suivant du véhicule qui délivre une énergie thermique élevée dégagée dans les gaz de combustion du moteur thermique 10 pour le chauffer suffisamment. De cette manière on ne consomme pas d’énergie particulière pour effectuer cette purge. La filtration des particules de l’air ambiant se fait normalement et à froid par le filtre à particules 18 disposé en aval du dispositif de dépollution catalytique 8. La figure 3 présente un système de dépollution comportant en complément du système présenté figure 2, entre le pulseur d’entrée 32 et le volet commandé d’admission d’air 34, un dispositif complémentaire amont traversé par le flux d’air, comprenant des matériaux adsorbants 40 sensibles à la température, permettant à froid ou à très basse température de capter certains polluants gazeux extérieurs comme les oxydes d’azote NOx, le dioxyde de soufre SO2 ou les composés organiques volatils COV. En particulier on peut utiliser un matériau adsorbant seul ou en association, comportant des charbons actifs, des zéolithes, des structures organométalliques MOF ou des nitrates de baryum, capables d’adsorber efficacement à froid ce type de polluant extérieur. La désorption des polluants captés est réalisée avantageusement de manière séquentielle lors d’un roulage suivant après une montée en température suffisante du dispositif de dépollution catalytique 8, en utilisant le moteur thermique 10 pour chauffer le dispositif complémentaire amont 40 sans consommer d’énergie supplémentaire. Les gaz polluants relâchés pendant cette désorption sont alors traités normalement comme ceux émis par le moteur thermique 10, par le dispositif de dépollution catalytique 8 et le filtre à particules 18 disposés en aval. La figure 4 présente en variante un système de dépollution comportant le pulseur d’entrée 32 prélevant l’air ambiant à l’avant du véhicule, qui renvoie directement cet air après le collecteur d’échappement 16, à l’entrée du dispositif de dépollution catalytique 8, sans passer par le volet d’admission d’air 34. De cette manière on évite une commande du volet d’admission d’air 34, et l’air prélevé à l’extérieur passe librement du pulseur 32 au dispositif de dépollution catalytique 8 puis au filtre à particules 18, sans être freiné par la traversée du moteur thermique 10 ce qui limite les pertes de charges. La figure 5 présente un système de dépollution comportant en complément du système présenté figure 4, entre le pulseur d’entrée 32 et le dispositif de dépollution catalytique 8, le dispositif complémentaire amont comprenant le matériau adsorbant 40 sensible à la température, qui est disposé avant une sonde à oxygène afin de permettre la régulation de la richesse du carburant venant des gaz désorbés de ce matériau pour s’assurer du bon contrôle de richesse dans la dépollution catalytique. On obtient aussi de la même manière peu de perte de charge entre le pulseur 32 et le dispositif de dépollution catalytique 8. Le système de dépollution selon l’invention peut être installé en complément d’autres systèmes de dépollution de l’air ambiant, notamment ceux présentés par les documents de l’art antérieur. Système de dépollution d’air ambiant de véhicule automobile équipé d’un moteur thermique (10) et d’une ligne d’échappement comprenant des dispositifs de dépollution des gaz émis par ce moteur (8, 18), caractérisé en ce qu’il comporte un conduit comprenant une entrée de prélèvement d’air ambiant, un pulseur de circulation de cet air ambiant (32), et au moins un des dispositifs de dépollution des gaz (8, 18) faisant partie de la ligne d’échappement du moteur thermique (10). Système de dépollution selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dispositifs de dépollution (8, 18) du conduit comportent successivement un dispositif de dépollution catalytique et un filtre à particules. Système de dépollution selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le conduit traverse le moteur thermique (10). Système de dépollution selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le pulseur de circulation (32) est relié à la ligne d’échappement en contournant le moteur thermique (10). Système de dépollution selon la revendication 4, caractérisé en ce que le pulseur de circulation (32) est relié à la ligne d’échappement en amont de tous les dispositifs de dépollution (8, 18) de cette ligne d’échappement. Système de dépollution selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif de dépollution catalytique (8) comprenant des matériaux adsorbants qui agissent à une température inférieure à 100°C. Système de dépollution selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte en amont des dispositifs de dépollution (8, 18) de la ligne d’échappement, des matériaux adsorbants (40) sensibles à la température, permettant à une température inférieure à 100°C de capter certains polluants gazeux extérieurs. Système de dépollution selon la revendication 7, caractérisé en ce que les matériaux adsorbants comportent un ou plusieurs des éléments suivants, des charbons actifs, des zéolithes, des structures organométalliques MOF ou des nitrates de baryum. Véhicule automobile équipé d’un moteur thermique (10) et d’une ligne d’échappement, caractérisé en ce qu’il comporte un système de dépollution selon l’une quelconque des revendications précédentes, passant par des dispositifs de dépollution (8, 18) de cette ligne d’échappement. Procédé d’utilisation d’un véhicule automobile selon la revendication 9, caractérisé en ce qu’après une période de fonctionnement du système de dépollution pour traiter l’air ambiant, il purge un dispositif de dépollution catalytique (8) de la ligne d’échappement lors du premier roulage suivant avec le moteur thermique (10) le chauffant suffisamment pour obtenir sa purge.