Brevet FR2880655A1 — publié le 20060714

L'invention concerne un procédé et un système utilisés pour compenser une perte de puissance d'un moteur. En particulier, l'invention concerne un procédé de compensation d'une perte de puissance d'un moteur due à l'utilisation d'un catalyseur dans une ligne d'échappement d'un véhicule dans le but de respecter des normes de pollution. L'utilisation d'un tel catalyseur dans une ligne d'échappement est bien connue. Le catalyseur permet en effet de réaliser en partie une transformation io de composés polluants tels des hydrocarbures ou du monoxyde de carbone, en composés non nocifs et ainsi de réduire leur émission dans l'air. Afin de respecter des normes de pollution futures de plus en plus sévères, de nouveaux systèmes antipollution ont été proposés. Une première solution consiste à déplacer le catalyseur vers l'amont dans la ligne d'échappement. Cette solution repose sur le constat suivant. Sur un cycle d'homologation d'une norme envisagée, une émission de composés polluants a lieu (essentiellement du monoxyde de carbone CO et 20 des hydrocarbures HC). Afin de transformer ces composés polluants en composés non nocifs, il conviendrait d'augmenter temporairement la température dans le catalyseur. Malheureusement, une telle augmentation de température est 25 difficilement réalisable, car le catalyseur possède intrinsèquement un temps de montée en température limité. Par conséquent, le catalyseur ne pourra amorcer la transformation requise qu'au bout d'un temps non négligeable (ce temps est autrement appelé temps d'amorçage) si bien qu'il subsistera au final une quantité 30 inacceptable de composés polluants dans les gaz d'échappement. Afin de pallier à cet inconvénient et notamment diminuer le temps d'amorçage du catalyseur, on fait généralement en sorte que la température moyenne dans le catalyseur soit plus élevée. Dans ce but, ladite première solution propose de déplacer le catalyseur vers l'amont dans la ligne d'échappement de sorte que par de plus faibles déperditions thermiques, les gaz présents possèdent effectivement une température plus élevée. Comme le catalyseur se trouve généralement en aval d'un turbocompresseur, cette solution consiste en particulier à déplacer ce io catalyseur de cet endroit vers la sortie de la turbine du turbocompresseur. Par ailleurs, dans le but d'abaisser encore le temps d'amorçage ou tout du moins de conserver ce temps d'amorçage lors de la transformation des composés polluants dans des conditions de température de gaz d'échappement faibles, on peut envisager de placer le catalyseur encore is plus en amont dans la ligne d'échappement. Une solution connue consiste notamment à installer le catalyseur en amont de la turbine elle même de sorte à bénéficier de la température toujours plus élevée des gaz qui s'y trouvent. On notera à cet égard, qu'une telle solution permet avantageusement 20 de supprimer le catalyseur installé en sortie du turbocompresseur ou, le cas échéant, de diminuer son volume. Toutefois, bien qu'améliorant les performances contre les problèmes de pollution, une telle solution présente des inconvénients, notamment en termes d'agrément et de performance moteur. En effet, le catalyseur ainsi installé nécessite pour son bon fonctionnement un prélèvement d'énergie sous forme de température dans la ligne d'échappement. Or, une telle énergie contribue à une bonne mise en rotation de la turbine et par là même à une bonne réalisation de la puissance par le 30 moteur. Par conséquent, un tel prélèvement s'avère préjudiciable en particulier lors de phases transitoires car il engendre à ces instants précis une perte de puissance moteur. A titre d'exemple non limitatif, l'utilisation d'une telle solution conduit à augmenter de 3 à 5 secondes le temps nécessaire pour accomplir une accélération entre 80 et 120 km/h en cinquième vitesse, ce qui n'est acceptable. Un but de l'invention est donc de proposer un système et un procédé qui permettent notamment de pallier à cette perte en puissance. io A cet effet, l'invention propose un procédé de commande d'un bloc moteur comprenant un catalyseur arrangé en amont d'une turbine d'un turbocompresseur, le catalyseur mettant en oeuvre une combustion de composés polluants d'un gaz d'échappement, caractérisé en ce qu'il comporte une étape où l'on régule transitoirement une température du gaz d'échappement avant qu'il n'entre dans la turbine de sorte à compenser une perte de puissance transitoire provenant de l'arrangement du catalyseur en amont de la turbine. Des aspects préférés, mais non limitatifs sont les suivants: - on met en oeuvre la régulation transitoire de la température dans le 20 catalyseur; - on régule la température en injectant transitoirement des composés polluants supplémentaires dans le gaz d'échappement non encore brûlé par le catalyseur; - l'injection des composés a lieu en amont du catalyseur; le bloc moteur comprend en outre un moteur et on met en oeuvre la régulation de la température en mettant en oeuvre transitoirement au moins une post-injection rapprochée de carburant dans une chambre de combustion du moteur; - on régule la température du gaz d'échappement dans au moins un 30 catalyseur parmi ceux arrangés dans une ligne d'échappement du type 3Y ou 4 en 1 . A cet effet, on propose également un système de commande d'un bloc moteur comprenant un catalyseur arrangé en amont d'une turbine d'un turbocompresseur, le catalyseur mettant en oeuvre une combustion de composés polluants d'un gaz d'échappement, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens agencés pour réguler transitoirement la température du gaz d'échappement avant qu'il n'entre dans la turbine de sorte à compenser une perte de puissance transitoire provenant de l'arrangement du catalyseur en amont de la turbine. Des aspects préférés mais non limitatifs de ce système sont les io suivants: - les moyens agencés pour réguler la température du gaz sont des moyens d'injection de composés polluants qui injectent transitoirement des composés polluants supplémentaires dans le gaz d'échappement et qui sont arrangés en entrée du catalyseur; - le bloc moteur comprend en outre un moteur et les moyens agencés pour réguler la température du gaz sont des moyens qui mettent en oeuvre transitoirement une post-injection rapprochée dans une chambre de combustion du moteur; - le système comporte une ligne d'échappement du type 3Y ou 4 20 en 1 . - le système comporte au moins un catalyseur dans une jonction de la ligne d'échappement du type 3Y ou 4 en 1 , et en ce que les moyens pour réguler transitoirement la température du gaz d'échappement avant qu'il n'entre dans la turbine coopèrent avec le catalyseur ou l'un des catalyseurs au moins. Ainsi, l'invention propose avantageusement un procédé et un système qui respecte les normes futures de pollution tout en bénéficiant de performances moteur améliorées en terme de puissance. D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention seront 30 mieux compris à la lecture de la description suivante, faite conjointement aux figures annexées, sur lesquelles: - la figure 1 montre schématiquement un système selon l'invention, - la figure 2 illustre à titre indicatif et non limitatif un profil d'injection d'hydrocarbures dans un catalyseur en fonction du temps, un tel profil permettant de compenser une perte de puissance préjudiciable à un départ lancé 80-120 km/h en cinquième vitesse, - la figure 3 montre schématiquement, à titre d'exemple non limitatif, un système de l'invention intégré dans une ligne d'échappement du type 4 en 1 , - la figure 4 montre schématiquement, à titre d'exemple non limitatif, Io un système de l'invention pour une ligne d'échappement du type 3Y . En se référant à la figure 1, on a représenté un système auquel s'applique le procédé de l'invention. Un bloc moteur 100 comporte notamment un moteur 1 et une ligne d'échappement. Le moteur 1 comprend des chambres de combustion 2 et expulse des gaz d'échappement pollués 4 à travers un collecteur 3 puis une ligne d'échappement 5. La ligne d'échappement comprend un catalyseur 6 installé en amont d'une turbine 8 d'un turbocompresseur 7, lequel comporte en outre un 20 compresseur 9. Un tel bloc moteur 100, connu en soi, permet grâce au catalyseur et à son agencement dans le système de réduire fortement les émissions de composés polluants présents dans les gaz d'échappement, et d'émettre ainsi dans l'air des gaz d'échappement 11 qui respectent des normes futures de pollution, telles les normes EURO V et/ou ULEV (acronyme de Ultra Low Emission Vehicle , en langue anglo-saxonne). Toutefois, la demanderesse s'est rendue compte que, malgré ses avantages connus, l'installation du catalyseur 6 en amont de la turbine 8 provoquait une perte de puissance du véhicule et que cette perte de puissance pouvait être néfaste en terme d'agrément et de performance moteur lors de régimes transitoires. Plus précisément, elle a déterminé que cette perte de puissance provenait du fait que le catalyseur prélève une énergie, sous forme de température, utile à une bonne efficacité de la turbine. Afin de s'affranchir de cet inconvénient, l'invention propose dès lors de 5 compenser cette perte d'énergie quelles que soient les conditions de fonctionnement du moteur. Plus précisément, l'invention propose un procédé qui comporte une étape dans laquelle on régule la température des gaz d'échappement de sorte que durant une phase transitoire nécessitant un apport de puissance io lesdits gaz 11 pénètrent dans la turbine 8 avec une température égale à celle qui aurait dû exister si le catalyseur 6 n'était pas présent en amont de la turbine 8. En particulier, le catalyseur 6 prélevant une énergie sous forme de température, ladite étape du procédé consiste notamment à augmenter temporairement la température des gaz d'échappement 4 avant qu'ils n'entrent dans la turbine 8. A cet effet, on pourra installer un capteur de température dans la ligne d'échappement en amont de la turbine de sorte à mesurer la température localement et compenser une éventuelle perte en régulant en conséquence la température des gaz d'échappement 4. On pourra en outre déterminer et réaliser ladite régulation en procédant à un calibrage initial en température lors de l'installation du catalyseur. Notamment, des tests de mesure de températures des gaz en entrée 25 de la turbine, avec et sans catalyseur, peuvent être mis en oeuvre dans des conditions de fonctionnement de moteur différentes. Les résultats, étant alors stockés en mémoire sous forme d'une cartographie, permettent ensuite de réguler précisément la température des gaz avant qu'ils n'entrent dans la turbine. On notera que les conditions de fonctionnement peuvent correspondre de façon non limitative à un niveau de régime moteur, une vitesse, une température extérieure, etc. Selon un mode de réalisation de l'invention, la régulation de la température en amont de la turbine est mise en oeuvre en injectant transitoirement une quantité déterminée de particules polluantes supplémentaires dans les gaz d'échappement 4 avant que ceux-ci n'entrent dans le catalyseur. En d'autres termes, on injecte des composés polluants en plus de io celles déjà présentes dans les gaz non encore brûlés 4. Une telle injection permet avantageusement que, par réalisation d'une combustion supplémentaire, le catalyseur apporte transitoirement aux gaz brûlés qui vont pénétrer dans la turbine 8 une énergie supplémentaire. Comme on l'aura compris cet apport d'énergie se fait sous forme de température, de sorte que les gaz brûlés 11 acquièrent un apport en température correspondant à la perte à compenser transitoirement. On notera par ailleurs que toutes les particules polluantes supplémentaires injectées sont brûlées dans le catalyseur 6, si bien que le système anti-pollution demeure toujours aussi efficace. A titre d'exemple non limitatif, l'injection des composés polluants supplémentaires pourra être mise en oeuvre au moyen d'un injecteur 10 installé au niveau d'une entrée du catalyseur (voir figure 1) . Toutefois, dans une variante de ce mode de réalisation on pourra injecter transitoirement les composés polluants supplémentaires 25 directement dans le catalyseur. En se référant maintenant à la figure 2, on montre à titre d'exemple non limitatif un graphique représentant une évolution, déterminée par le système de l'invention, de l'injection de composés polluants supplémentaires en fonction du temps lorsque le véhicule doit effectuer un départ lancé de 80 à 120 km/h en cinquième vitesse. On notera ici que le catalyseur utilisé dans cet exemple est d'une contenance de 0,2 I. En outre, les composés polluants considérés dans cet exemple concernent des particules d'hydrocarbures HC et de monoxyde de carbone 5 CO. La figure 2 montre notamment que le système de l'invention procède à une injection supplémentaire de ces particules toujours croissante entre le début du départ lancé et un temps t correspondant à un point A noté sur cette figure. io Durant cet intervalle de temps, le système fait en sorte de compenser la perte d'énergie, donc de puissance, qui est temporairement nécessaire à une bonne exécution du départ lancé malgré la présence du catalyseur en amont de la turbine. A partir du point A, le système continue d'injecter des particules is polluantes supplémentaires en entrée du catalyseur mais en moindre quantité. On peut voir d'ailleurs, qu'à l'instant t=4s environ le système de l'invention détermine qu'il n'est plus nécessaire de poursuivre une telle injection. En effet, à t-4s la quantité injectée est sensiblement nulle. Ceci correspond sensiblement à une fin de cette phase transitoire. Un tel système permet donc de réguler la température des gaz d'échappement en entrée de la turbine de sorte qu'elle soit égale à celle qui aurait existé si le catalyseur n'était pas installé en amont de la turbine et que toute la puissance nécessaire soit temporairement disponible. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, la régularisation de la température en amont de la turbine est mise en oeuvre en jouant temporairement sur une quantité de post-injection rapprochée de carburant dans les chambres de combustion 2 du moteur 1. On entend ici une post-injection rapprochée, une injection à un angle vilebrequin comprise entre 30 et 160 et de préférence vers 100 . Une post-injection rapprochée constitue également une manière d'augmenter avantageusement la température des gaz d'échappement 4. Ici, les gaz d'échappement pollués acquièrent temporairement un surplus de température dans le collecteur 3. Ces gaz transitent ensuite dans le catalyseur 6 et atteignent la turbine 8 à une température optimale. Ce mode de réalisation offre de nombreux avantages. En particulier, il est simple à mettre en oeuvre et qu'il n'engendre pas de coûts supplémentaires. io En revanche, un inconvénient connu d'une telle post-injection est qu'elle produit une certaine dilution de carburant dans l'huile du moteur 1, ce qui peut être préjudiciable à la longévité de ce dernier. On utilisera donc une telle post--injection de manière raisonnable de sorte à contourner ce problème. A cet égard, l'invention prévoit également dans un autre mode de réalisation encore de combiner les deux modes de réalisation décrits cidessus. Une telle combinaison présente justement l'avantage de s'affranchir de l'inconvénient lié à ladite dilution, en limitant dans une certaine mesure l'utilisation de post-injections rapprochées tout en conservant une puissance disponible satisfaisante grâce à un apport combiné d'énergie par injection de composés polluants. Bien entendu, l'homme du métier comprendra qu'il existe encore d'autres variantes possibles de l'invention. En particulier, dans le cas où le moteur 1 est relié à une ligne d'échappement 20 du type 4 en 1 , on pourra y implanter le catalyseur avec ledit moyen d'injection 10 après une jonction de conduits. A cet égard, la figure 3 montre quatre catalyseurs 12-15 installés dans quatre jonctions en sortie du collecteur 3. On notera que les quatre catalyseurs pourront posséder avantageusement un volume réduit. ia Par ailleurs, dans une ligne d'échappement (21) du type 3Y illustrée sur la figure 4, on pourra notamment installer des catalyseurs 16 et 17 aux deux premières jonctions 16' et 17' situé juste en amont d'une jonction finale 18. Une telle disposition permet avantageusement de mettre en oeuvre, en plus du procédé de l'invention, une un procédé de suralimentation impulsionnelle connue qui permet d'améliorer les performances du bloc moteur 100 en terme de couple. Il REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un bloc moteur (100) comprenant un catalyseur (6) arrangé en amont d'une turbine (8) d'un turbocompresseur (7), le catalyseur (6) mettant en oeuvre une combustion de composés polluants d'un gaz d'échappement (4), caractérisé en ce qu'il comporte une étape où l'on régule transitoirement une température du gaz d'échappement avant qu'il n'entre dans la turbine (8) de sorte à compenser une perte de io puissance transitoire provenant de l'arrangement du catalyseur (6) en amont de la turbine (8). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on met en oeuvre la régulation transitoire de la température dans le catalyseur (6). 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on régule la température en injectant transitoirement des composés polluants supplémentaires dans le gaz d'échappement (4) non encore brûlé par le catalyseur (6). 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'injection des composés a lieu en amont du catalyseur (6) ; 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bloc moteur (100) comprend en outre un moteur (1) et en ce que l'on met en oeuvre la régulation de la température en mettant en oeuvre transitoirement au moins une post-injection rapprochée de carburant dans une chambre de combustion (2) du moteur (1). 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on régule la température du gaz d'échappement (4) dans au moins un catalyseur (12-17) parmi ceux arrangés dans une ligne d'échappement du type 3Y ou 4 en 1 . 7. Système de commande d'un bloc moteur (100) comprenant un catalyseur (6) arrangé en amont d'une turbine (8) d'un turbocompresseur (7), le catalyseur (6) mettant en oeuvre une combustion de composés polluants d'un gaz d'échappement (4), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (10) agencés pour réguler transitoirement la température du gaz d'échappement avant qu'il n'entre dans la turbine (8) de sorte à compenser une perte de puissance transitoire provenant de l'arrangement du catalyseur (6) en amont de la turbine (8). 8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens agencés pour réguler la température du gaz sont des moyens (10) d'injection de composés polluants qui injectent transitoirement des composés polluants supplémentaires dans le gaz d'échappement (4) et qui sont arrangés en entrée du catalyseur (6). 9. Système selon l'une des revendications 7 à 8, caractérisé en ce que le bloc moteur (100) comprend en outre un moteur (1) et en ce que les moyens agencés pour réguler la température du gaz sont des moyens qui mettent en oeuvre transitoirement une post-injection rapprochée dans une chambre de combustion (2) du moteur (1). 10. Système selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte une ligne d'échappement du type 3Y (21) ou 4 en 30 1 . (20). 11. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un catalyseur dans une jonction de la ligne d'échappement du type 3Y (21) ou 4 en 1 (20), et en ce que les moyens pour réguler transitoirement la température du gaz d'échappement (4) avant qu'il n'entre dans la turbine (8) coopèrent avec le catalyseur ou l'un des catalyseurs au moins (12-17).