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WO2013190365A2 - Procede de controle et de reduction des emissions polluantes de vehicules - Google Patents

Procede de controle et de reduction des emissions polluantes de vehicules Download PDF

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WO2013190365A2
WO2013190365A2 PCT/IB2013/001291 IB2013001291W WO2013190365A2 WO 2013190365 A2 WO2013190365 A2 WO 2013190365A2 IB 2013001291 W IB2013001291 W IB 2013001291W WO 2013190365 A2 WO2013190365 A2 WO 2013190365A2
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vehicle
gases
emissions
gas
data
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PCT/IB2013/001291
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WO2013190365A3 (fr
Inventor
Agnès LEGRAND
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Air B.E.
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Publication date
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Publication of WO2013190365A2 publication Critical patent/WO2013190365A2/fr
Publication of WO2013190365A3 publication Critical patent/WO2013190365A3/fr

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    • G01M15/04—Testing internal-combustion engines
    • G01M15/10—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame
    • G01M15/102—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame by monitoring exhaust gases

Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling, monitoring and reducing polluting emissions of vehicles.
  • Patent application FR 2 919 671 proposes a method for diagnosing a diesel engine for determining whether this engine or at least one member associated with it is affected by one or more malfunctions. negatively affecting the degree of pollution of the exhaust gases produced by this engine.
  • the method comprises the steps of analyzing the rate of carbon dioxide (CO2) or the evolution of this rate in these exhaust gases, alone or in combination with the rate or evolution of the rate of another gas, according to a predetermined state of the engine and to characterize, from said analysis, the possible malfunction (s) affecting the diesel engine and / or the organ (s) associated with it.
  • this method does not make it possible to obtain pollutant emission values.
  • it does not make it possible to determine corrective actions in a broader manner according to various types of pollution caused by the vehicle diagnosed.
  • WO2010 / 028082 discloses a method and apparatus for determining the reduction of actual pollution resulting from the operation of an electric vehicle in place of an internal combustion equivalent.
  • An onboard data logger uses data from an energy counting device.
  • the accumulated data is stored in a secure memory and is periodically transmitted to a remote data center using a secure connection.
  • the remote processing center the accumulated data is evaluated and converted into a uniform representation pollution reduction.
  • the proposed solution only concerns electric vehicles, and does not allow, for example, to determine the data in relation to a fleet of vehicles with a combustion engine. To overcome these disadvantages, the invention provides different technical means.
  • a first object of the invention is to provide a method for determining the exact amounts of pollutants emitted by the vehicles. Another object of the invention to provide a method for determining corrective actions to be provided to a vehicle (or a fleet of vehicles) based on the results of pollutant measurements.
  • the invention provides a method for controlling and reducing vehicle emissions comprising the steps of:
  • the atmospheric footprint comprises emission data in relative value (% or ppmv) measured on at least the following gases: CO, CO2, NO, NO2, NOx (calculated), HC and NH3.
  • Particulate emissions (PM10, PM2.5) can be estimated using an opacimeter or other suitable method.
  • the distribution by gas is established on a multi-axis polygon-shaped graph (preferably a pentagon) whose number of axes corresponds to the number of gases. This distribution forms an identifiable profile or shape or footprint comparable to reference profiles or shapes or footprints.
  • the pentagon indicates the following gases, angularly distributed around the polygon in the following order, in the clockwise direction: CO2 + O2, CO2, CO, HC, NOx.
  • the method further comprises a step of measuring the flow of the vehicle exhaust gas (by direct or indirect measurement).
  • the method further comprises the steps of:
  • the particles can be obtained by direct measurement (eg SMPS or impactor) or by extrapolation from a standard measurement opacity. It is a question of defining the relations making it possible to pass relative concentrations (ppmv or%) to the real concentrations (g / km or g / min). According to another advantageous example of embodiment, the transition to the real concentrations is determined using the following relations:
  • the concentration of pollutant X is the ratio of m x to V E. So we have :
  • Equation 1 can be applied for CO2
  • the method further comprises a step of performing a new exhaust gas control measurement after the corrective action has been performed on the vehicle.
  • This approach measures or quantifies the progress of corrective action on the vehicle.
  • the three footprints (before / after and reference values) are represented in relative values and in real values in the form of radar graphs to visualize the gains.
  • the flow measurement comprises the steps of:
  • thermocouple e.g. a K thermocouple
  • a pressure sensor for example a Pitot tube or a piezoelectric sensor, measure the average pressure of the exhaust gases
  • the method further comprises a step consisting in:
  • a comparison is made to the specific data of the new vehicle (g / km) and the difference is determined.
  • the method further comprises a step consisting in:
  • FIG. 1 shows the key steps of the method for controlling and reducing the polluting emissions of vehicles according to the invention, in a single-vehicle version
  • FIG. 2 shows the key steps of the process for controlling and reducing vehicle emissions for a set of vehicles
  • FIG. 3 illustrates an example of a footprint for a vehicle subject to control and a possible corrective action
  • FIGS. 4 to 7 illustrate examples of gas distributions or cavities for different cases of engine operation. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  • Figure 1 shows the key steps of the process for controlling and reducing the polluting emissions of vehicles according to the invention, in single-vehicle version.
  • an overall measurement of the exhaust gas is performed using a probe adapted to the vehicle under test. This probe makes it possible to identify (step 20) the gases present in the ejected gases.
  • a determination of the distribution of gases for the vehicle is made in relative values.
  • Step 40 provides a comparison of the resulting distribution resulting from the measurements to a standard distribution corresponding to the vehicle tested.
  • an identification is made of the differences between the actual measured distribution and the standard distribution. This identification then makes it possible to proceed, in step 60, to an identification of a corrective action to be performed on the vehicle.
  • Figure 2 shows the key steps of the process for controlling and reducing the polluting emissions of vehicles according to the invention for a set of vehicles.
  • step 110 measurements are made on a set of vehicles. These measurements then make it possible to determine, in step 120, the average deviations for all the vehicles in the set.
  • step 130 an identical corrective action for the set of vehicles is identified.
  • step 140 it is intended to correct the vehicles of the assembly using the corrective action identified.
  • step 150 provides for performing measurements after correction, to possibly determine, at step 160, the overall emission reduction for at least one of the gases.
  • the measurements can be made from existing diagnostic apparatus (for example: "Easydiag” developed by SPHERETECH).
  • This device provides a diagnosis of the state of the vehicle, including the proportion of NOx, CO, CO2, HC and O2 contained in the vehicle exhaust. These proportions are expressed in% for CO, CO2 and O2 and in ppm for NOx and HC.
  • the measurements are made through a sampling rod which is introduced into the exhaust pipe.
  • the results are then sent directly to a computer that records the information in real time.
  • Each measure follows a specific protocol, lasting a few minutes. This protocol has been established in order to apply to the analyzed vehicles all the engine speeds to which they can be subjected during their use, for example:
  • Each analysis is recorded automatically in a given format file, for example .xml. These files include all the technical characteristics of the vehicle analyzed as well as possibly the identified defects and the proportions of the gases at time t.
  • a protocol for determining the emission values of the gases for each of these regimes is established. For example :
  • the analysis is based on the use of different cells:
  • NH3 cells are also advantageously used. Such cells use amperometric (miniature) sensors that are composed of three electrodes:
  • the gas to be analyzed diffuses through a permeable membrane. Depending on its nature, it is either oxidized at the anode or reduced to the cathode, generating an electrical signal between the two electrodes. This signal is proportional to the concentration of the gas.
  • the data are recorded in a given format (.xml for example) via a computer and stored in a database.
  • the footprint is established for different representative engine speeds, different modes of use of a vehicle.
  • the gas distribution, or "atmospheric footprint” is represented by a radar graph. This radar graphic is built by numbers dimensioned as the ratio of a measurement to an initial state or reference value.
  • the atmospheric footprint is obtained by calculating the gas and phase average of the values recorded by the device over a given time interval, during which time the engine and thus the proportion of gases should be stabilized.
  • the reference values are the average values of the "flawless” vehicles, but distinguishing the "Euro” standards. Depending on the desired representation, the reference values can be:
  • Reference fingerprints are composed of the aforementioned gases; the value of each gas must correspond to what must be observed under good conditions of admission, combustion and exhaust. They can be in g / min, in% / ppmv or g / km.
  • Each type of footprint of a rolling vehicle is specific to a large line of anomaly: intake anomaly, combustion anomaly, exhaust anomaly and antipollution treatment anomaly.
  • the identification of anomalies allows the speaker to guide his diagnosis to clarify, to intervene on the vehicle appropriately, to repair malfunctions and reduce pollutant emissions.
  • the first is to represent the difference between the values measured on the vehicle before maintenance and the reference values. This value allows the owner to become aware of the state of his vehicle compared to a vehicle that operates "normally".
  • the formula used is the following:
  • Ratio (%) - (reference value - value before) / reference value x 100
  • the second calculation consists of representing the difference between the values measured on the vehicle after corrective actions and the reference values. Similarly, this calculation has been done to show the owner where his vehicle is in relation to a normal vehicle. Knowing that it is obviously difficult to bring a vehicle to a "normal” operation because of the complexity and all the external parameters involved in the wear of a vehicle. Nevertheless, this difference makes it possible to prove to the owner that the maintenance of his vehicle brings him closer to a "normal” operation.
  • a graphical representation of "radar" type is therefore provided, so as to represent the emission state of the vehicle as a whole: it is the atmospheric footprint of the vehicle.
  • each vehicle has an atmospheric footprint for the idle speed and the 3200tr / min regime and a record of the stopped phase.
  • FIG. 3 shows an advantageous representation of the characteristics of the vehicle analyzed, the calculated deviations (in%) as well as the radar representation of the atmospheric footprint of the vehicle (adimenal values).
  • a solution to this obstacle consists in making pressure, temperature and flow measurements simultaneously with the measures mentioned previously.
  • V depends on P and T.
  • the concentration in grams can therefore be determined as a function of the temperature and the pressure of the measured gases. These measurements will determine the molar volume under pressure and exhaust temperature conditions.
  • the measurement of the flow allows to deduce the amount of pollutant in g / minute.
  • a solid deformation sensor is used in case of need for an indication or a direct recording of the differential pressure and where a filling fluid will be harmful for the process. Under the action of pressure, a solid deforms and the amplitude of the deformation is sensed.
  • piezoelectric pressure gauges which have the advantage to be of small size, to have a fast response time at an acceptable cost.
  • the senor provides an analog output that should be connected to a computer. b) Temperature measurement
  • thermocouple The measurement of temperature by a thermocouple is the most conventional. It is a measure that is easy to implement and cheap. c) Flow measurement by dynamic pressure measurement
  • the pitot tube appears as the easiest technique to implement.
  • the use of a PITOT tube involves measuring the pressure at different locations inside the exhaust.
  • One of the tubes measures the stop pressure (or dynamic pressure) at a point in the flow.
  • the second tube measures only the static pressure, usually on the pipe wall.
  • the differential pressure measured on either side of the PITOT tube is transmitted to a sensor making it possible to transform the electrical signal into an exploitable analogue signal. We can then record, visualize in real time, and exploit all the measurements from the installation and thus make a complete, exhaustive and transparent diagnosis to the technician and the consumer.
  • Figure 8 shows a variant of a reference footprint in which the shaded area represents an example of a preferred range in which the values are considered acceptable. Beyond this zone, the corresponding values are considered ineligible.
  • the method is completed by the following steps: To evaluate the necessity for a vehicle to be controlled or not (for example: gas diagnosis), on the basis of several criteria, the evolution of the curve representative of the variation of the consumption (L / 100km) of the vehicle studied according to time and a consumption ratio corresponding to the ratio between the consumption in L / 100km of the vehicle studied compared to the consumption in theoretical L / 100km of the same new vehicle or a C02 ratio corresponding to the ratio of emissions in g / km of CO2 of the vehicle studied and the emissions in g / km of theoretical CO2 of the same new vehicle.
  • the acquisition of the data can be performed via a file exchange interface and recording / storage of data in a server / database.
  • the data may be derived from, for example, tracking of fuel supplier maps or other means of monitoring.

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Abstract

Procédé de contrôle de comparaison et de réduction des émissions polluantes d'un véhicule automobile comportant les étapes consistant à : • à l'aide d'une sonde d'analyse des gaz d'échappement, détecter les émissions d'un véhicule lors d'un test du moteur dans des conditions données de fonctionnement; • établir une empreinte effective correspondant au véhicule sur lequel les émissions sont mesurées; • comparer l'empreinte effective obtenue à une empreinte type correspondant au véhicule sur lequel les émissions sont mesurées; • sur la base d'écarts mesurés entre les deux empreintes, déterminer une action correctrice à effectuer sur le véhicule afin de réduire les émissions polluantes de ce dernier.

Description

PROCEDE DE CONTROLE ET DE REDUCTION DES EMISSIONS
POLLUANTES DE VEHICULES
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [0001]La présente invention concerne un procédé de contrôle, de suivi et de réduction des émissions polluantes de véhicules.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE [0002] La demande de brevet FR 2 919 671 propose un procédé de diagnostic d'un moteur diesel destiné à déterminer si ce moteur ou au moins un organe associé à celui-ci est affecté d'un ou plusieurs dysfonctionnements influant négativement sur le degré de pollution des gaz d'échappement produits par ce moteur. Le procédé comprend les étapes consistant à analyser le taux de dioxyde de carbone (C02) ou l'évolution de ce taux dans ces gaz d'échappement, seul ou en association avec le taux ou l'évolution du taux d'un autre gaz, en fonction d'un état prédéterminé du moteur et à caractériser, à partir de ladite analyse, le ou les dysfonctionnements éventuels affectant le moteur diesel et/ou le ou les organes associés à celui-ci. Ce procédé ne permet toutefois pas d'obtenir de valeurs d'émissions de polluants. Il ne permet par ailleurs pas de déterminer des actions correctrices de façon élargie en fonction de divers types de pollutions causées par le véhicule diagnostiqué.
[0003] Le document WO2010/028082 décrit un procédé et un appareil pour la détermination de la réduction de la pollution réelle résultant de l'exploitation d'un véhicule électrique en place d'un équivalent à combustion interne. Un enregistreur de données de bord utilise des données d'un dispositif de comptage de l'énergie. Les données accumulées sont stockées dans une mémoire sécurisée et sont périodiquement transmises à un centre de traitement de données distant au moyen d'une connexion sécurisée. Au centre de traitement à distance, les données accumulées sont évaluées et converties en une représentation uniforme de réduction de la pollution. La solution proposée ne concerne que les véhicules électriques, et ne permet pas, par exemple, de déterminer les données en relation avec une flotte de véhicules à moteur thermique. [0004] Pour pallier ces différents inconvénients, l'invention prévoit différents moyens techniques.
EXPOSE DE L'INVENTION
[0005] Tout d'abord, un premier objet de l'invention consiste à prévoir un procédé permettant de déterminer les quantités exactes de polluants émis par les véhicules. [0006] Un autre objet de l'invention consiste à prévoir un procédé permettant de déterminer des actions correctrices à apporter à un véhicule (ou à une flotte de véhicules) en fonction des résultats de mesures de polluants.
[0007] Pour ce faire, l'invention prévoit un procédé de contrôle et de réduction des émissions polluantes de véhicules comportant les étapes consistant à :
• à l'aide d'une sonde d'analyse des gaz d'échappement d'un véhicule, détecter les gaz émis par le véhicule lors d'un test du moteur dans des conditions données de fonctionnement ;
• déterminer la répartition effective des gaz émis (empreinte effective) par le véhicule sur lequel les mesures sont effectuées ;
• comparer la répartition effective obtenue à une répartition type correspondant au véhicule sur lequel les gaz sont mesurés ;
• sur la base d'écarts mesurés entre les deux répartitions, déterminer une action correctrice (parmi des cas types pré-établis) à effectuer sur le véhicule afin de réduire les émissions polluantes de ce dernier, c'est-à-dire en diminuant l'écart par rapport à la répartition type ou de référence.
[0008] Selon un mode de réalisation avantageux, l'empreinte atmosphérique comporte des données d'émission en valeur relatives (% ou ppmv) mesurées sur au moins les gaz suivants : CO, C02, NO, NO2, NOx (calculé), HC et NH3. Les émissions de particules (PM10, PM2,5) peuvent être estimées à l'aide d'un opacimètre ou tout autre procédé adapté. [0009]Selon un mode de réalisation avantageux, la répartition par gaz est établie sur un graphe multi-axes en forme de polygone (de préférence un pentagone) dont le nombre d'axes correspond au nombre de gaz. Cette répartition, forme un profil ou forme ou empreinte identifiable et comparable à des profils ou formes ou empreintes de référence.
[0010] Selon encore un mode de réalisation avantageux, le pentagone indique les gaz suivants, répartis angulairement autour du polygone dans l'ordre suivant, selon le sens horaire : CO2 + O2, CO2, CO, HC, NOx. [0011]Selon un autre mode de réalisation avantageux, le procédé comporte par ailleurs une étape consistant à mesurer le débit des gaz d'échappement du véhicule (par mesure directe ou indirecte).
[0012]Selon un autre mode de réalisation avantageux, le procédé comporte par ailleurs les étapes consistant à:
• déterminer, à partir des données relatives de chaque gaz et des données de débit de l'ensemble des gaz émis, le débit pour chacun des gaz;
• déterminer, pour une période de référence, la masse correspondante de gaz émise par le véhicule pour au moins un gaz et de préférence les gaz ou polluants suivants O2, CO, CO2, NO, NO2, NOx (calculé), HC, NH3 et les particules (PM10, PM2,5).
[0013] La prise en compte des particules peut être obtenue par mesure directe (ex : SMPS ou impacteur) ou par extrapolation à partir d'une mesure type opacimétrie. [0014] Il s'agit de définir les relations permettant de passer des concentrations relatives (ppmv ou %) aux concentrations réelles (g/km ou g/min). Selon un autre exemple avantageux de réalisation, le passage aux concentrations réelles est déterminé à l'aide des relations suivantes :
[0015] Données de base :
- TCO2 (g/km) : Taux d'émission du CO2 en grammes par kilomètre
- rCO2 (ppmv) : Rapport de mélange volumique du CO2 dans l'air d'échappement
- rX (ppmv) : Rapport de mélange volumique du polluant X (NOx, HC, ...) dans l'air d'échappement
[0016] On veut trouver : TX (g/km) Taux d'émission du polluant X (NOx, HC, ...) par kilomètre. On a :
Figure imgf000006_0001
- Cx : concentration du polluant X dans l'air d'échappement en
masse contenue dans 1 m3 de gaz d'échappement.
- Vikm : Volume de gaz d'échappement émis sur 1 km en m3.
[0017] Calcul de CX On a par définition :
γ
rx (ppmv) = 106 - (2)
* E
Avec :
- VX : volume du polluant X en m3
- VE : Volume d'échappement en m3
La loi des gaz parfaits (qui doit rester une bonne approximation pour les gaz d'échappement) nous donne :
PVx = nxRT = ^RT (3)
Avec :
- P : pression des gaz d'échappement en Pa - T : température des gaz d'échappement en °K
- nx : nombre de mole de polluant X
- mx : masse de polluant X en g.
- Mx : masse molaire du polluant X en g/mole
- R : constante des gaz parfaits
On a donc
mx RT
Vx =
Mx P En réalisant la substitution dans (2), on obtient : rx (ppmv) = 106 ^-——
x VE M x P
Or par définition, la concentration du polluant X c'est le rapport de mx sur VE. On a donc :
1 RT
rx (ppmv) = l06 Cx
Mx P
Donc
Figure imgf000007_0001
A ce niveau de la relation, avec Cx, la concentration du polluant X dans l'air d'échappement en g/m3 (masse contenue dans 1 m3 de gaz d'échappement), il est donc possible d'en déduire la quantité de polluant en g/min, via la mesure du débit (en L/min).
Afin d'aboutir à des g/ km, il reste à déterminer le volume Vikm-
[0018]Calcul de V1 km :
L'équation 1 peut être appliquée pour le CO2
Figure imgf000007_0002
Donc : C02
c (5)
C02
Par ailleurs on peut aussi appliquer l'équation (4) pour le CO2, donc
M
r C02-"-1 COI
(6)
10" RT
Donc (en substituant 6 dans 5
Figure imgf000008_0001
[0019] Expression
Finalement en substituant 4 et 7 dans 1 , on obtient : r Mv P 106T, COI
106 RT rC02^C02
Figure imgf000008_0002
- rx : Rapport de mélange volumique du polluant X (NOx, HC, ...) dans l'air d'échappement en ppmv.
- rco2 : Rapport de mélange volumique du CO2 dans l'air d'échappement en ppmv.
- Μχ : masse molaire du polluant X en g/mole
- MCo2 : masse molaire du CO2 en g/mole
- Co2 : Taux d'émission du CO2 en grammes par kilomètre
- Tx : Taux d'émission du polluant X en grammes par kilomètre
[0020] Le passage des valeurs relatives à des valeurs réelles nécessite donc la mesure en temps réel de la température TCO2, la pression et le débit, ainsi que la mesure du taux d'émissions réel en CO2, dans les mêmes conditions de mesures des polluants à l'échappement par tout procédé adapté. [0021]Selon un autre mode de réalisation avantageux, le procédé comporte par ailleurs une étape consistant à effectuer une nouvelle mesure de contrôle des gaz d'échappement après que l'action correctrice ait été effectuée sur le véhicule. Cette approche permet de mesurer ou quantifier le progrès lié à l'action correctrice effectuée sur le véhicule. Par exemple, on représente les trois empreintes (avant/après et valeurs de références) en valeurs relatives et en valeurs réelles sous forme de graphiques radar pour visualiser les gains.
[0022]Selon encore un mode de réalisation avantageux, la mesure de débit comporte les étapes consistant à :
• à l'aide d'une sonde de température (par exemple un thermocouple K), mesurer la température moyenne des gaz d'échappement;
• à l'aide d'un capteur de pression (par exemple un tube Pitot ou un capteur piezo-électrique), mesurer la pression moyenne des gaz d'échappement;
· déterminer le débit de gaz correspondant.
[0023] Selon un autre mode de réalisation avantageux, le procédé comporte par ailleurs une étape consistant à :
• effectuer une mise en commun des données AVANT et APRES l'action correctrice (théorique ou réalisée) pour un ensemble de véhicule pour lesquels les mesures d'analyse des gaz sont effectuées;
• effectuer une comparaison entre les émissions globales APRES correction et les émissions globales potentiellement émises si les actions correctrices n'avaient pas été effectuées.
[0024] De préférence, on effectue une comparaison aux données spécifiques du véhicule neuf (g/km) et on détermine l'écart. On peut aussi consolider l'exploitation des données réelles issues des mesures par le développement d'algorithmes adaptés.
[0025]A l'aide de logiciels adaptés, on effectue avantageusement une consolidation de l'exploitation des données réelles issues des mesures d'une part avec consolidation des informations par exemple à l'échelle d'une flotte et d'autre part avec une consolidation à très grande échelle. La complexité des bases de données de très grand volume (cf. Big Data) suppose la mise en œuvre de moyens informatiques disposants d'importantes capacités de processeur et de mémorisation des données.
[0026]Selon un autre mode de réalisation avantageux, le procédé comporte par ailleurs une étape consistant à :
• comparer les données globales d'émission pour l'ensemble de véhicules à des données de référence globale;
• sur la base d'écarts mesurés entre les données de référence globale et les données réelles compilées, déterminer une action correctrice globale à effectuer sur au moins une portion des véhicules afin de réduire les émissions polluantes à un niveau global.
DESCRIPTION DES FIGURES
[0027]Tous les détails de réalisation sont donnés dans la description qui suit, complétée par les figures 1 à 7, présentées uniquement à des fins d'exemples non limitatifs, et dans lesquelles :
- la figure 1 présente les étapes clés du procédé de contrôle et de réduction des émissions polluantes de véhicules selon l'invention, en version mono-véhicule ;
- la figure 2 montre les étapes clés du procédé de contrôle et de réduction des émissions polluantes de véhicules pour un ensemble de véhicules ;
- la figure 3 illustre un exemple d'empreinte pour un véhicule soumis à un contrôle et une éventuelle action correctrice ;
- les figures 4 à 7 illustrent des exemples de répartitions des gaz ou empreintes pour différents cas de fonctionnement moteur. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
[0028] La figure 1 présente les étapes clés du procédé de contrôle et de réduction des émissions polluantes de véhicules selon l'invention, en version mono-véhicule. A l'étape 10, une mesure globale des gaz d'échappement est effectuée à l'aide d'une sonde adaptée au véhicule testé. Cette sonde permet d'effectuer une identification (étape 20) des gaz présents dans les gaz éjectés. A l'étape 30, une détermination de la répartition des gaz pour le véhicule est effectuée en valeurs relatives. L'étape 40 prévoit une comparaison de la répartition obtenue résultant des mesures à une répartition type correspondant au véhicule testé. On procède, à l'étape 50, à une identification des écarts entre la répartition réelle mesurée et la répartition type. Cette identification permet ensuite de procéder, à l'étape 60 à une identification d'une action correctrice à effectuer sur le véhicule.
[0029] La figure 2 montre les étapes clés du procédé de contrôle et de réduction des émissions polluantes de véhicules selon l'invention pour un ensemble de véhicules. A l'étape 110, des mesures sont réalisées sur un ensemble de véhicules. Ces mesures permettent ensuite de déterminer, à l'étape 120, les écarts moyens pour tous les véhicules de l'ensemble. A l'étape 130, une action correctrice identique pour l'ensemble de véhicules est identifiée. Les étapes suivantes, 140 à 160 sont optionnelles. On y prévoit, à l'étape 140 de corriger les véhicules de l'ensemble à l'aide de l'action correctrice identifiée. Afin de vérifier ou valider l'efficacité des correctifs effectués, l'étape 150 prévoit d'effectuer des mesures après correction, pour éventuellement déterminer, à l'étape 160 la réduction globale d'émission pour au moins un des gaz.
[0030] Les mesures peuvent être réalisées à partir d'appareil de diagnostic existants (à titre d'exemple : « Easydiag » développé par la société SPHERETECH). Cet appareil fournit un diagnostic de l'état du véhicule, et notamment la proportion de NOx, CO, C02, HC et 02 contenues dans le gaz d'échappement des véhicules. Ces proportions sont exprimées en % pour le CO, C02 et 02 et en ppm pour les NOx et HC. [0031]Les mesures sont réalisées grâce à une canne de prélèvement qui est introduite dans le pot d'échappement. Les résultats sont ensuite envoyés directement vers un ordinateur qui enregistre les informations en temps réel. [0032]Chaque mesure suit un protocole bien précis, d'une durée de quelques minutes. Ce protocole a été établi afin d'appliquer aux véhicules analysés tous les régimes moteurs auxquels ils peuvent être soumis lors de leur utilisation, par exemple :
- Ralenti
- Moteur coupé
- Démarrage
- 1200 tr/min
- 3200 tr/min
- montée pleine charge
- pleine charge
- retour au ralenti
- coupure moteur
[0033] Pour des véhicules sans défaut, on connaît la proportion optimale de chacun des gaz mesurés à ces différents régimes. Ces proportions sont les valeurs que devrait afficher le véhicule s'il ne présentait aucun dysfonctionnement. C'est ce que l'on a appelé « valeurs de référence ». Par comparaison avec les valeurs mesurées, on peut identifier les parties du moteur sur lesquels il faut réaliser un entretien ou une action correctrice.
[0034]Chaque analyse est enregistrée de façon automatique dans un fichier de format donné, par exemple .xml. Ces fichiers comprennent toutes les caractéristiques techniques du véhicule analysé ainsi qu'éventuellement les défauts identifiés et les proportions des gaz à l'instant t.
[0035]Afin de synthétiser au mieux les résultats, et éviter d'avoir à gérer un trop grand nombre de données, 3 régimes moteurs ont été choisis parmi les 9 cités précédemment. Ces 3 régimes ont été sélectionnés pour leur représentativité des émissions.
[0036] Ces 3 régimes sont - Ralenti : représentatif d'une circulation en zone urbaine
- 3200 tr /min : représentatif d'une circulation sur autoroute
- moteur arrêté : représentatif des émissions engendrées lors de l'arrêt du véhicule.
[0037] D'autres régimes peuvent bien entendu être choisis.
[0038] Un protocole de détermination des valeurs d'émissions des gaz pour chacun de ces régimes est établi. Par exemple :
Phase 1 (pendant la phase ralenti-1200tr/min) avec CO2 > 1.8% = début de la phase ralenti - instant T1
Acquérir la valeur moyenne de CO2 pendant la période T1 +5s / T1 +25s
Acquérir la valeur moyenne de CO2+O2 pendant la période T1+5s /T1+25s Acquérir la valeur moyenne de CO pendant la période T1 +5s / T1 +25s
Acquérir la valeur moyenne de HC pendant la période T1 +5s / T1 +25s
Acquérir la valeur moyenne de NOx pendant la période T1 +5s / T1+25s
Phase 2 - CO2 varie de 0.2% (en + ou -) en 1 seconde = début de la phase 3200 tr -instant T2
Acquérir la valeur moyenne de CO2 pendant la période T2+5s / T2+25s
Acquérir la valeur moyenne de CO2+O2 pendant la période T2+5s /T2+25s Acquérir la valeur moyenne de CO pendant la période T2+5s / T2+25s
Acquérir la valeur moyenne de HC pendant la période T2+5s / T2+25s
Acquérir la valeur max de HC pendant la période T2+5s / T2+55s
Acquérir la valeur moyenne de NOx pendant la période T2+5s / T2+25s
Phase 3- Moteur arrêté
Acquérir la valeur de O2 à l'instant T3 + 80s
Acquérir la valeur de CO2 à l'instant T3 + 80s [0039] L'objectif étant de mesurer l'impact d'une action correctrice sur les émissions d'un véhicule, des mesures avant et après cette action sont effectuées sur les véhicules. Les résultats des mesures sont ensuite, triés, traités, analysés, puis exploités.
[0040] De manière avantageuse, l'analyse repose sur l'usage de différentes cellules :
Cellule électrochimique CO-H2 - 0 à 8000 ppm
Cellule électrochimique 02 - 0 à 21 %
Cellule électrochimique NO - 0 à 5000 ppm
Cellule électrochimique NO2 - 0 à 1000 ppm
Cellule électrochimique SO2 - 0 à 5000 ppm
Cellule semi-conductrice CH4 - 0 à 10 000 ppm
Opacimètre (m-1).
[0041] Des cellules NH3 sont aussi avantageusement utilisées. Des telles cellules utilisent des capteurs (miniatures) ampérométriques qui sont composé de trois électrodes :
- anode : électrode de travail ;
- cathode : électrode de comptage (en contact avec un électrolyte) ;
- électrode de référence.
Le gaz à analyser diffuse à travers une membrane perméable. Suivant sa nature, il est soit oxydé à l'anode, soit réduit à la cathode, générant un signal électrique entre les deux électrodes. Ce signal est proportionnel à la concentration du gaz.
[0042] Les données sont enregistrées dans un format donné (.xml par exemple) via un ordinateur et conservées dans une base de données.
[0043] L'empreinte est établie pour différents régimes moteurs représentatifs, de différents modes d'utilisation d'un véhicule. Dans les exemples illustrés, la répartition des gaz, ou « empreinte atmosphérique » est représentée par un graphique radar. Ce graphique radar est construit par des nombres adimensionnés calculés par le rapport entre une mesure et un état initial ou valeur de référence. L'empreinte atmosphérique est obtenue en calculant la moyenne par gaz et par phase des valeurs relevées par l'appareil sur un intervalle de temps donné, intervalle dans lequel, le moteur et donc la proportion des gaz devraient être stabilisés.
[0044] Il existe plusieurs empreintes de référence et plusieurs empreintes type. Les valeurs de référence sont les valeurs moyennes des véhicules « sans défaut », mais en distinguant les normes « Euro ». En fonction de la représentation souhaitée, les valeurs de référence peuvent être :
■ Les valeurs moyennes des véhicules « sans défaut » avec distinction des normes « Euro », pour montrer l'état du véhicule étudié par rapport à un véhicule de même norme en fonctionnement « normal »
■ Les valeurs à l'homologation des véhicules neuf, pour montrer l'état du véhicule étudié par rapport à son état neuf,
■ Les valeurs moyennes obtenues pour le véhicule étudié avant action, pour montrer l'état du véhicule étudié après actions,
■ Le rapport entre les valeurs moyennes des véhicules « sans défaut » en phase ralenti et en phase accélérée,
■ Les valeurs moyennes du véhicule étudié en phase accéléré.
[0045] Les empreintes de référence sont composées des gaz précédemment cités ; la valeur de chaque gaz doit valeur correspondre à ce qui doit être observé dans de bonnes conditions d'admission, de combustion et d'échappement. Elles peuvent être en g/mn, en %/ppmv ou g/km.
[0046]Chaque empreinte type d'un véhicule roulant est spécifique à une grande ligne d'anomalie : Anomalie d'admission, anomalie de combustion, anomalie d'échappement et anomalie de traitement antipollution. [0047] L'identification des anomalies permet à l'intervenant d'orienter son diagnostic afin de le préciser, d'intervenir sur le véhicule de façon adaptée, de réparer les dysfonctionnements et de réduire les émissions polluantes. Mise en œuvre analytique
[0048]Afin d'illustrer simplement cet impact, on calcule l'abattement pour chacun des gaz :
Formule utilisée pour le calcul :
Abattement (%) = -(valeur avant - valeur après) / valeur avant x 100
Le signe « - » ou « + » de l'abattement indique alors la tendance. [0049] Deux autres calculs sont réalisés :
[0050] Le premier permet de représenter l'écart entre les valeurs mesurées sur le véhicule avant entretien et les valeurs de références. Cette valeur permet au propriétaire de prendre conscience de l'état de son véhicule par rapport à un véhicule qui fonctionne « normalement ». La formule utilisée est la suivante :
Rapport (%) = - (valeur référence - valeur avant) / valeur référence x 100
[0051] Le deuxième calcul consiste à représenter l'écart entre les valeurs mesurées sur le véhicule après actions correctives et les valeurs de références. De même ce calcul a été réalisé afin de montrer au propriétaire où se situe son véhicule par rapport à un véhicule normal. Sachant qu'il est bien évidemment difficile de ramener un véhicule à un fonctionnement « normal » du fait de la complexité et de tous les paramètres extérieurs entrant en jeu dans l'usure d'un véhicule. Néanmoins, cet écart permet de prouver au propriétaire que l'entretien de son véhicule le rapproche d'un fonctionnement « normal ».
[0052] Le calcul est le suivant Rapport (%) = - (valeur référence - valeur après) / valeur référence x 100
[0053] Il est bien souvent plus aisé de comprendre des résultats sous un format graphique que sous un format de tableau de valeur. Une représentation graphique de type « radar » est donc prévue, de façon à représenter l'état d'émission du véhicule dans sa globalité : c'est l'empreinte atmosphérique du véhicule.
[0054]Ainsi chaque véhicule détient une empreinte atmosphérique pour le régime ralenti et le régime 3200tr/minet un enregistrement de la phase arrêtée.
[0055] Les ordres de grandeurs des valeurs des polluants étant très différents, il n'est pas possible de les placer tels quels sur une seule et même échelle. On rapporte chacune des valeurs aux valeurs de références associées (calcul du rapport entre valeur de référence et valeur mesurée).
[0056]Calculs réalisés pour chaque gaz :
Valeur de référence pour radar = 1
Valeur avant entretien pour radar = valeur avant / valeur référence
Valeur après entretien pour radar = valeur après / valeur référence
[0057]La figure 3 indique un mode de représentation avantageux des caractéristiques du véhicule analysé, les écarts calculés (en %) ainsi que la représentation radar de l'empreinte atmosphérique du véhicule (valeurs adimentionnelles).
Transformation des données mesurées
[0058] L'une des principales difficultés dans cette approche est de représenter de manière fiable et intelligible les émissions des polluants atmosphériques. En effet, dans le domaine de la qualité de l'air, les émissions sont généralement communiquées en masse. Prenons l'exemple des constructeurs automobiles qui communiquent au grand public les émissions de leurs véhicules neufs en g/km ou encore les inventaires d'émissions nationaux publiés par le CITEPA (Centre Interprofessionnel Technique d'Etudes de la Pollution Atmosphérique) sont exprimés en masse (tonnes/an). [0059] De plus, l'état des lieux d'un parc de véhicules passe par la prise en compte de l'évolution des émissions des polluants en fonction du vieillissement des véhicules. Les résultats que nous obtenons ne permettent pas aujourd'hui de visualiser cette dimension du problème, puisqu'ils ne peuvent être comparés à aucunes données existantes.
[0060] Les principales difficultés résident dans la métrologie
- Dans le secteur automobile, au contrôle technique notamment et pour le diagnostic des moteurs ESSENCE, on réalise une mesure relative (en %) des gaz de combustion (CO/C02/HC/02). Les rapports entre ces émissions caractérisent le défaut éventuel du véhicule. A noter que les véhicules DIESEL (les plus émetteurs des polluants mis en cause par les autorités européennes) ne sont pas soumis à ces mesures.
- Dans le secteur de la qualité de l'air, pour les mesures des émissions dans l'air, on réalise une mesure en valeur réelle (par un banc d'essais type IFSTTAR, en g/km). Les moyens de mesure sont plus lourds à mettre en œuvre qu'en centre de contrôle technique.
[0061]Chaque méthode apporte des informations importantes mais il n'y a pas de méthode qui réponde aux deux problématiques simultanément.
[0062] Une solution à cet obstacle consiste à réaliser des mesures de Pression, température et débit simultanément aux mesures évoquées préalablement.
[0063] En effet, un enchaînement d'équations reliant le rapport de mélange (ppmv), la pression, la température et le débit, permet de passer des % ou ppmv à une valeur massique. Cet enchaînement d'équation est présenté ci-dessous.
Equivalence des unités entre mg/m3 et ppmv Cpolluant(mg/Nm ) = CPolluam banc d,essais(ppmv) x—
Avec
- Cpoiiuant (mg/Nm3) la concentration mesurée, brute, du gaz polluant en mg/Nm3.
- Cmes_banc d essais (ppmv) la concentration mesurée, brute, du gaz polluant en ppmv (partie par million volumique), mesure banc d'essais
- M la masse molaire du gaz polluant en g.mol-1. Dans notre cas :
M = 28 g.mol-1 pour le CO,
M = 44 g.mol-1 pour le C02,
M = 46 g.mol-1 pour le N02,
M = 30 g.mol-1 pour le NO,
M = 12 g.mol-1 pour les HC
- V le volume molaire dans les conditions normales (22.4 l.mol-1 pour les gaz parfaits).
[0064] Le problème subsiste car nous ne sommes pas dans des conditions normalisées donc V dépend de P et de T. En effet, dans le cas de l'eco-entretien, les gaz étudiés sont issus de l'échappement des véhicules à des conditions de pression et de température différentes de P0 = 1 ,013.105 Pa et T0 = 273K.
[0065] Pour obtenir V, considérons que les gaz du pot d'échappement se comportent comme des gaz parfaits, nous pouvons alors appliquer la loi des gaz parfaits :
PV = nRT Avec :
P la pression en pascal (Pa) V le volume en mètre cube (m3)
T la température en Kelvin (K)
n la quantité de matière en mole (mol)
R la constant des gaz parfaits (R = 8.32 SI)
[0066] Nous ne sommes pas dans les conditions normales de température et de pression, mais connaissant la valeur du volume molaire V0 dans les conditions normales, il est possible de déterminer la valeur du volume molaire dans d'autres conditions de pression P et de température T. Le produit n.R (n=1 mol) étant une constante, il suffit d'écrire :
P x V, m Pn * V, Pft x Vn x T
ce qui donne : V. =
T T, P x T0
Avec :
V0 = 22,4.10-3 m3.mol-1.
T0 = 273°K
P0 = 1 ,013.105 Pa
[0067] La concentration en grammes peut donc être déterminée en fonction de la température et de la pression des gaz mesurés. Ces mesures détermineront le volume molaire dans les conditions de pression et température à l'échappement.
L'équation devient :
M x T x P
Cpoiiuant(mg Nm3) = C^^ ^gCppmv) x 0
* η 0 X ~ * n0 X 1 Exemple :
Calculs réalisés pour le NO avec :
Une valeur lue de 212ppmv
Une T° de 200°C (ou 473°K) et une T0 de 273°K une PO de 1 ,013 hPa
Un volume molaire de 22,4.10-3 m3.mol-1
M x T x P 30 x 273 x P
Cpolluant(mg/Nm3) = Cpolluant_easydlag(ppmv) x = 212 x 1 >013 χ 473 χ 22>4 Si P1 = 0,980 hPa, alors C(NO) = 158g/l
Si P2 = 1 ,100 hPa alors C(NO) = 178g/l
[0068] La mesure du débit (en l/minute) permet de déduire la quantité de polluant en g/minute.
[0069] Il s'agit donc, malgré un contexte physique difficile (particules et colmatages des capteurs) de mesurer la pression, la T° et le débit en complément des mesures chimiques réalisées. Méthodologies pour obtenir les mesures complémentaires
[0070] Comme nous l'avons expliqué au paragraphe précédent, il faut mesurer la pression et la température. En général pour ces mesures, plusieurs méthodes sont possibles. Elles sont récapitulées et discutées ci-après.
[0071] La mesure du débit aura lieu dans le pot d'échappement et les mesures de pression et de volume auront lieu au plus près de la mesure de concentration. Les capteurs de pression et de volume doivent donc répondre à des conditions d'encombrement correspondant au besoin. a) Mesure de la pression :
[0072] On utilise un capteur à déformation de solide en cas de besoin d'une indication ou d'un enregistrement direct de la pression différentielle et là où un fluide de remplissage sera nocif pour le procédé. Sous l'action de la pression, un solide se déforme et l'amplitude de la déformation est captée. On trouve notamment des manomètres à effet piézo-électrique qui présentent l'avantage d'être de faible encombrement, d'avoir un temps de réponse rapide à un coût acceptable.
[0073] En général, le capteur offre une sortie analogique qu'il conviendra de raccorder à un calculateur. b) Mesure de la température
[0074] La mesure de la température par un thermocouple est la plus classique. C'est une mesure qui est facile à mettre en œuvre et bon marché. c) Mesure du débit par mesure de pression dynamique
[0075] Pour mesurer le débit, le tube de Pitot apparaît comme la technique la plus facile à mettre en œuvre. L'utilisation d'un tube de PITOT consiste à mesurer la pression en des endroits différents à l'intérieur de l'échappement. L'un des tubes mesure la pression d'arrêt (ou pression dynamique) en un point de l'écoulement. Le second tube mesure uniquement la pression statique, généralement sur la paroi de la conduite. La pression différentielle mesurée de part et d'autre du tube de PITOT est transmise à un capteur permettant de transformer le signal électrique en un signal analogique exploitable. On peut ensuite enregistrer, visualiser en temps réel, et exploiter toutes les mesures provenant de l'installation et ainsi rendre un diagnostic complet, exhaustif et transparent au technicien et au consommateur.
[0076] Celui-ci offrant un signal électrique proportionnel au carré de la vitesse, le calculateur doit réaliser le calcul pour l'obtention d'un signal proportionnel au débit.
[0077] La figure 8 montre une variante d'une empreinte de référence dans laquelle la zone grisée représente un exemple d'une plage préférentielle dans laquelle les valeurs sont considérées comme acceptables. Au-delà de cette zone, les valeurs correspondantes sont considérées non admissibles.
[0078] Dans une autre variante, le procédé est complété par les étapes suivantes : Evaluer la nécessité pour un véhicule d'être contrôlé ou non (par exemple : diagnostic gaz), sur la base de plusieurs critères, l'évolution de la courbe représentative de la variation de la consommation (L/100km) du véhicule étudiée en fonction du temps et d'un ratio de consommation correspondant au rapport entre la consommation en L/100km du véhicule étudié par rapport à la consommation en L/100km théorique du même véhicule neuf ou d'un ratio C02 correspondant au rapport des émissions en g/km de CO2 du véhicule étudié et les émissions en g/km de CO2 théorique du même véhicule neuf.
Faire le suivi des consommations (quantité en L de carburant), des kilométrages dans le temps avant et après actions correctrices afin d'évaluer les gains réels en consommations de carburant, en dépenses carburant et en émissions de polluants apportés par ces actions correctrices.
L'acquisition des données peut être effectuée via une interface d'échange de fichier et enregistrement/stockage des données dans un serveur/une base de données. Les données peuvent être issues par exemple du suivi réalisé grâce aux cartes de fournisseurs de carburants ou tout autre moyen de suivi.
[0079] Les Figures et leurs descriptions faites ci-dessus illustrent l'invention plutôt qu'elles ne la limitent. En particulier, l'invention et ses différentes variantes viennent d'être décrites en relation avec un exemple particulier comportant une empreinte en forme de vue radar ou toile d'araignée.
[0080] Néanmoins, il est évident pour un homme du métier que l'invention peut être étendue à d'autres modes de réalisation dans lesquels en variantes, on prévoit un ou plusieurs autres types d'empreintes, et/ou mode de calculs pour l'obtention des empreintes.
[0081] Les signes de références dans les revendications n'ont aucun caractère limitatif. Les verbes "comprendre" et "comporter" n'excluent pas la présence d'autres éléments que ceux listés dans les revendications. Le mot "un" précédant un élément n'exclue pas la présence d'une pluralité de tels éléments.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de contrôle et de réduction des émissions polluantes de véhicules comportant les étapes consistant à :
• à l'aide d'une sonde d'analyse des gaz d'échappement d'un véhicule, détecter les gaz émis par le véhicule lors d'un test du moteur dans des conditions données de fonctionnement (10);
• déterminer la répartition effective des gaz émis par le véhicule sur lequel les mesures sont effectuées (30);
• comparer la répartition effective obtenue à une répartition type correspondant au véhicule sur lequel les gaz sont mesurés (40);
• sur la base d'écarts mesurés entre les deux répartitions (50), déterminer une action correctrice à effectuer sur le véhicule afin de réduire les émissions polluantes de ce dernier (60).
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel la répartition effective comporte des données d'émission en valeur relatives mesurées sur au moins les gaz suivants: CO, C02, NO, NO2, NOx (calculé), HC et NH3, et de préférence les particules telles que PM10 et/ou PM2,5.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la répartition par gaz est établie sur un graphe multi-axes en forme de polygone dont le nombre d'axes correspond au nombre de gaz.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel le graphe multi-axes est en forme de pentagone.
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le pentagone indique les gaz suivants, répartis angulairement autour du polygone dans l'ordre suivant, selon le sens horaire : CO2 + O2, CO2, CO, HC, NOx.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comportant par ailleurs une étape consistant à mesurer le débit des gaz d'échappement du véhicule.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comportant par ailleurs les étapes consistant à:
• déterminer, à partir des données relatives de chaque gaz et des données de débit de l'ensemble des gaz émis, le débit pour chacun des gaz;
• déterminer, pour une période de référence, la masse correspondante de gaz émise par le véhicule pour au moins un gaz et de préférence les gaz ou polluants suivants 02, CO, CO2, NO, NO2, NOx (calculé), HC, NH3 et les particules (PM10, PM2.5).
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comportant par ailleurs une étape consistant à effectuer une nouvelle mesure de contrôle des gaz d'échappement après que l'action correctrice ait été effectuée sur le véhicule.
9. Procédé selon l'une des revendications 6 à 8, dans lequel la mesure de débit comporte les étapes consistant à :
• à l'aide d'une sonde de température, mesurer la température moyenne des gaz d'échappement;
• à l'aide d'un capteur de pression, mesurer la pression moyenne des gaz d'échappement;
• déterminer le débit de gaz correspondant.
10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comportant par ailleurs les étapes consistant à:
• effectuer une mise en commun des données correspondant à un temps (T1 ) avant et à un temps (T2) après l'action correctrice pour un ensemble de véhicules pour lesquels les mesures d'analyse des gaz sont effectuées (110);
• effectuer une comparaison entre les émissions globales après correction et les émissions globales potentiellement émises si les actions correctrices n'avaient pas été effectuées.
11. Procédé selon la revendication 10, comportant par ailleurs les étapes consistant à:
• comparer les données globales d'émission pour l'ensemble de véhicules à des données de référence globale (120);
• sur la base d'écarts mesurés entre les données de référence globale et les données réelles compilées, déterminer une action correctrice globale à effectuer sur au moins une portion des véhicules afin de réduire les émissions polluantes à un niveau global (130).
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