Brevet FR2878899A1 — publié le 20060609

Procédé de réduction des émissions polluantes émises par un moteur thermique et dispositif de mise! en oeuvre. L'invention concerne un procédé de réduction des émissions chimiques polluantes émises par un moteur à combustion interne, lors de son démarrage et de sa montée en température. Elle concerne également un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé. Pour répondre aux normes actuelles d'anti-pollution et donc réduire la pollution de l'atmosphère occasionnée par les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne montés notamment dans les véhicules automobiles, le circuit de ces gaz d'échappement est équipé d'un pot catalytique. La fonction de ce dernier est de transformer les espèces chimiques émises lors de la combustion du carburant, et qui sont nocives, en substances non polluantes grâce à un procédé de catalyse en postcombustion. Ainsi, un tel pot catalytique, en particulier du type trifonctionnel, assure une triple fonction d'oxydation des hydrocarbures imbrûlés (HC), d'oxydation du monoxyde de carbone (CO) en dioxyde de carbone (CO2), et de réduction des oxydes d'azote (Nox) en azote gazeux (Na). Lors des démarrages du moteur thermique à froid, la montée en température du catalyseur est assez lente, ce qui entraîne un traitement tardif des polluants. En effet, environ 75 % des émissions polluantes ont lieu alors que le catalyseur n'est pas encore amorcé, sa température d'amorçage étant voisine de 350 C pour un moteur à essence et de 150 C pour un moteur Diesel. Cela ne permet pas de suivre les normes d'anti- pollution exigées dans un contexte de développement durable. Une solution pour réduire ces émissions nocives consiste à faire chauffer le catalyseur pendant les phases de fonctionnement à froid. Un exemple de réalisation est décrit dans la demande de brevet japonais déposée au nom de TOYOTA MOTOR CORP. et publiée sous le No. JP 09-158715. Cette demande concerne un système électrique de préchauffage, implanté dans la ligne d'échappement notamment au niveau de catalyseurs montés en série. Le système de commande comprend des interrupteurs pour permettre une réduction du chauffage des catalyseurs en fonction des points de fonctionnement du moteur thermique. Cette invention ne décrit pas de stratégie pour un fonctionnement sur cycle. Le but de l'invention est de pallier cet inconvénient d'émissions polluantes trop importantes au démarrage et lors de la montée en température du moteur thermique, en procédant au préchauffage du catalyseur, avant même le démarrage du moteur, et par une action volontaire du conducteur. Pour cela, un premier objet de l'invention est un procédé de réduction des émissions polluantes émises par un moteur à combustion interne dans un véhicule automobile, dont le circuit des gaz d'échappement est équipé d'un pot catalytique, caractérisé en ce qu'il consiste, par action volontaire du conducteur avant le démarrage dudit moteur, à préchauffer le catalyseur comprenant un monolithe métallique, par un système de chauffage électrique, relié directement au monolithe, commandé à partir du déclenchement par le conducteur et alimenté par la batterie électrique du véhicule. Un second objet de l'invention est un dispositif de mise en oeuvre dudit procédé, caractérisé en ce qu'il comprend: un catalyseur dont le monolithe est en matériau métallique à conductivité thermique élevée; un système de préchauffage directement relié au monolithe du catalyseur, alimenté par la batterie électrique du véhicule; une interface émettant des informations de déclenchement du préchauffage du catalyseur, par action volontaire du conducteur; un dispositif de contrôle, alimenté par la batterie et recevant des 25 informations de déclenchement du préchauffage, pour piloter le système de préchauffage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description de deux exemples de réalisation, illustrée par les figures suivantes qui 30 sont: - la figure 1: les courbes de variations temporelles du taux de conversion des émissions polluantes d'un moteur thermique; la figure 2: un schéma d'un système de préchauffage du catalyseur selon l'invention, pour véhicule conventionnel à moteur thermique; - la figure 3: un schéma d'un système de préchauffage du catalyseur selon l'invention, pour véhicule hybride. Dans un catalyseur actuel, le monolithe à travers lequel circulent les gaz d'échappement est en cordiérite, qui est un matériau céramique - du silicate d'aluminium, de magnésium et de fer - dont la conductibilité thermique est faible, de l'ordre de 2,5 W/m/K, et qui monte en température sous l'effet même de ces gaz émis par le moteur lors de sa phase de démarrage. Le taux de conversion cc des émissions de polluants est nul pendant les cent premières secondes suivant le démarrage du moteur thermique, pour atteindre 70 % vers les deux cents premières secondes quand les gaz d'échappement circulant dans le monolithe le réchauffent. Le but de l'invention est donc de déclencher l'amorçage du catalyseur, avant que le moteur ne démarre. Pour cela, l'invention consiste à préchauffer le catalyseur, avec un système électrique, ce qui implique un monolithe jouant le rôle d'une résistance électrique qui s'échauffe sous l'effet d'un courant électrique qui la parcourt. Ce monolithe est par conséquent réalisé dans un matériau dont la conductibilité thermique est élevée. En particulier, il peut être réalisé dans un alliage de fer/chrome/aluminium, dont la conductibilité thermique est égale à 72 W/m/K. Dans ce cas, le taux de conversion cm des émissions de substances polluantes est égal à 70 % dès la première seconde du préchauffage du catalyseur, pour croître ensuite rapidement vers 100 %, comme le montre la figure 1, qui représente les courbes de variations temporelles du taux de conversion c des émissions polluantes d'un moteur thermique. Un tel monolithe métallique est donc préchauffé électriquement par un système alimenté par la batterie du véhicule, qu'elle soit de 12 ou de 42 volts pour un véhicule conventionnel ou de 250 volts pour un véhicule hybride, fonctionnant alternativement avec un moteur thermique et un moteur électrique. Ce système électrique de chauffage est relié aux deux extrémités du monolithe métallique du catalyseur, dans lequel il fait circuler un courant destiné à faire croître très rapidement la température du monolithe métallique. Le préchauffage est déclenché par une action volontaire du conducteur, avant le démarrage du moteur thermique, par l'intermédiaire d'une interface située soit dans le véhicule, tel qu'un bouton sur la planche de bord par exemple, soit sur un système d'anticipation de l'ouverture du véhicule, tel qu'une clef magnétique ou une carte mains libres. Cette interface envoie une information de déclenchement du préchauffage du catalyseur à un dispositif de contrôle, alimenté également par la batterie du véhicule, qui va piloter en courant le système de chauffage afin d'obtenir l'énergie nécessaire, dans un temps imparti, pour que le catalyseur soit à la température nécessaire à son fonctionnement optimal afin de convertir les émissions polluantes du moteur. Le procédé de réduction des émissions polluantes selon l'invention n'est mis en oeuvre que par une action volontaire du conducteur, qui décide lui-même de déclencher le préchauffage du catalyseur avant de démarrer le moteur de son véhicule. En effet, il ne faudrait pas que ce déclenchement soit automatique à partir du système d'anticipation de l'ouverture des portes, car le conducteur ou tout passager détenant ce système peut vouloir ouvrir le véhicule sans le mettre en route, auquel cas le préchauffage du catalyseur est inutile. Selon une variante du procédé, le déclenchement volontaire du préchauffage peut être intégré dans un dispositif de commande de pré- conditionnement automatique du véhicule, déclenché par la clef ou à distance, destiné à déverrouiller l'antivol, régler la position des sièges ou la température de l'habitacle par exemple. La figure 2 est un schéma du dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, équipant un véhicule conventionnel 1, dont la source de tension continue est une batterie 2 de 12 ou 42 volts par exemple. Ce véhicule comporte un moteur 3 à combustion interne et un circuit 4 des gaz d'échappement doté d'un catalyseur 5. Selon l'invention, le monolithe 50 métallique de ce catalyseur est relié directement à un système 6 de préchauffage, qui est alimenté par la batterie 2 et piloté par un dispositif 7 de contrôle, lui-même relié à la batterie du véhicule. Ce dispositif 7 de contrôle reçoit des informations à distance d'une interface 8, placé sur un système 9 d'anticipation de l'ouverture du véhicule ou des informations filaires d'une interface 10 placée dans le véhicule sur la planche de bord par exemple. La batterie 2 du véhicule est suffisamment dimensionnée pour assurer la fonction de préchauffage du catalyseur, ainsi que les autres prestations électriques liées au véhicule. La figure 3 est un schéma d'un dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, dans le cas d'un véhicule 11 hybride, comprenant un moteur thermique 12 et un moteur électrique 13 liés à la boîte de vitesse 14. Le moteur thermique est relié à un circuit 15 des gaz d'échappement, doté d'un catalyseur 16, dont le monolithe 17 est métallique. La source de tension continue d'un tel véhicule hybride est constituée d'une ou plusieurs batteries 18 de 250 volts environ, qui alimente en particulier le moteur électrique 13. Selon l'invention, le monolithe du catalyseur est relié à un système 19 de préchauffage, alimenté par la batterie 18 et piloté par un dispositif de contrôle 20, lui-même relié à la batterie. Selon une première variante, une interface 21, telle un bouton, placée dans le véhicule au niveau de la planche de bord par exemple, envoie des informations de commande au système de préchauffage. Selon une autre variante, une interface 22 est placée sur un système 23 d'anticipation du déverrouillage du véhicule, tel une clef ou une carte mains libres, et envoie à distance des informations de déclenchement du préchauffage sous l'action volontaire du conducteur. La batterie d'un véhicule hybride est largement dimensionnée pour assurer cette prestation de préchauffage du catalyseur, nécessitant environ une puissance de 300 à 400 W sur dix secondes. Ainsi, l'invention qui se rapporte à l'amorçage d'un catalyseur spécifique, avec un monolithe métallique, déclenché volontairement par le conducteur, avant la mise en route du moteur thermique de son véhicule, permet de préchauffer le catalyseur pour réduire sensiblement les émissions de matières polluantes, lors du démarrage et de la montée en température du moteur. Ainsi dès cette phase de démarrage, les gaz d'échappement sont convertis, avec un très bon taux, par le catalyseur. REVENDICATIONS 1. Procédé de réduction des émissions polluantes émises par un moteur à combustion interne pour véhicule automobile, dont le circuit des gaz d'échappement est équipé d'un pot catalytique, caractérisé en ce qu'il consiste, par action volontaire du conducteur avant le démarrage dudit moteur, à préchauffer le catalyseur (5; 16) comprenant un monolithe métallique par un système de chauffage électrique (6; 19) relié directement au monolithe, commandé à partir du déclenchement par le conducteur et alimenté par la batterie électrique (2; 18) du véhicule. 2. Procédé de réduction des émissions selon la revendication 1, caractérisé en ce que le déclenchement volontaire du préchauffage du catalyseur (5; 16) par le conducteur est provoqué par l'intermédiaire d'une interface (8; 22) placée sur un système d'anticipation de l'ouverture du véhicule, telle qu'un bouton sur une clef magnétique ou sur une carte mains libres. 3. Procédé de réduction des émissions selon la revendication 1, caractérisé en ce que le déclenchement volontaire du préchauffage du catalyseur (5; 16) par le conducteur est provoqué par l'intermédiaire d'une interface (10; 21) placée dans le véhicule, telle qu'un bouton placé sur la planche de bord. 4. Procédé de réduction des émissions selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'information de déclenchement du préchauffage du catalyseur (5; 16) est envoyée, par l'interface, à un dispositif de contrôle (7; 20), alimenté par la batterie (2; 18) du véhicule, qui va piloter en courant le système de chauffage (6; 19) du catalyseur, qui est relié directement au monolithe. 5. Dispositif de mise en oeuvre dlu procédé de réduction des émissions polluantes émises par un moteur à combustion interne selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend: un catalyseur (5; 16) dont le monolithe (50; 17) est en matériau métallique à conductivité thermique élevée; - un système de préchauffage (6; 19) directement relié au monolithe du catalyseur, alimenté par la batterie électrique du véhicule; une interface (10; 21) émettant des informations de déclenchement du préchauffage du catalyseur, par action volontaire du conducteur; un dispositif de contrôle (7; 20), alimenté par la batterie et recevant des informations de déclenchement du préchauffage, pour piloter le système de préchauffage (6; 19). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que, dans le cas d'un véhicule conventionnel équipé d'un moteur thermique (3), la batterie (2) du véhicule est du type 12 ou 42 volts. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que, dans le cas d'un véhicule hybride équipé d'un moteur thermique et d'un moteur électrique, la batterie (18) du véhicule est du type 250 volts.