Brevet FR2927360A1 — publié le 20090814

PROCEDE ET DISPOSITIF DE TRAITEMENT DE GAZ D'ECHAPPEMENT [0001] La présente invention concerne un procédé et un dispositif de traitement de gaz d'échappement. [0002] La combustion de combustible fossile comme le pétrole ou le charbon dans un système de combustion peut entraîner la production en quantité non négligeable de polluants qui peuvent être libérés dans l'atmosphère et dégrader l'environnement. C'est notamment le cas lors de la combustion du carburant par les moteurs montés dans les véhicules automobiles. [0003] Ainsi, afin de répondre aux normes actuelles d'anti-pollution et de réduire la pollution de l'atmosphère occasionnée par les gaz d'échappement, le circuit de ces gaz dans les véhicules est équipé d'un pot catalytique. Un pot catalytique transforme les espèces chimiques nocives émises lors de la combustion du carburant en substances non polluantes grâce à un procédé de catalyse en postcombustion. [0004] Mais, il est connu par exemple du document FR-A-2 878 899 qu'il existe une température d'amorçage pour la réaction de catalyse dans le pot catalytique. Cette température d'amorçage est voisine de 350°C pour un moteur à essence et de 150°C pour un moteur Diesel. Dans un fonctionnement optimal du pot catalytique, la température du pot catalytique est donc au moins supérieure à la température d'amorçage du pot catalytique. La température du pot catalytique est notamment insuffisante lors du démarrage du véhicule. [0006] Plusieurs solutions existent pour remédier à ce problème. Les documents US-A-5 529 759, FR-A-2 847 618 et FR-A-2 878 899 décrivent ainsi différentes solutions pour chauffer électriquement le catalyseur. [0006] Mais, l'organe de chauffage utilisé est alimenté par une batterie ou par l'alternateur du véhicule ce qui consomme de l'énergie. De plus, dans certains cas, la batterie peut être surdimensionnée afin d'alimenter l'organe de chauffage ce qui peut poser des problèmes de masse. [0007] Il existe donc un besoin pour chauffer de manière économique en énergie un pot catalytique de véhicule. [0008] Ce problème est résolu selon l'invention par un procédé de traitement de gaz d'échappement de véhicule comprenant une étape de chauffage d'un pot catalytique par 5 utilisation de l'énergie obtenue lors de la décélération du véhicule. [0009] Avantageusement, le procédé peut également comporter les variantes suivantes : • Le pot catalytique est partiellement chauffé, la partie chauffée correspondant de préférence à une partie amont du pot catalytique dans le sens d'écoulement des gaz d'échappement. 10 • L'énergie obtenue lors de la décélération du véhicule est convertie en énergie électrique de chauffage du pot catalytique. • L'énergie de décélération du véhicule est convertie en énergie électrique par une machine électrique dont les moyens de pilotage comprennent des moyens pour autoriser et définir un mode de fonctionnement de freinage récupératif de la machine électrique. 15 • Ce problème est résolu selon l'invention par un procédé de traitement de gaz d'échappement de véhicule comprenant une étape de chauffage d'un pot catalytique par utilisation de l'énergie obtenue lors de la décélération du véhicule. [0010] L'invention a également pour objet un dispositf de traitement de gaz 20 d'échappement, comprenant un pot catalytique de traitement des gaz d'échappement et un organe de chauffage du pot catalytique par utilisation de l'énergie de la décélération du véhicule. [0011 ] Avantageusement, ce dispositif peut comporter les variantes suivantes : • L'organe de chauffage est une machine électrique dont les moyens de pilotage 25 comprennent des moyens pour autoriser et définir un mode de fonctionnement de freinage récupératif de la machine électrique. • Le pot catalytique (16) est métallique. • Le pot catalytique (16) comprend un catalyseur (26), de préférence un catalyseur à trois voies. 30 • Le pot catalytique (16) comprend en outre un précatalyseur (24). 3 [0012] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple et en référence aux figures annexées qui montrent : • Figure 1, un exemple de dispositif de traitement de gaz d'échappement ; • Figure 2, un autre exemple de dispositif de traitement de gaz d'échappement. [0013] Il est proposé un procédé de traitement de gaz d'échappement de véhicule comprenant une étape de chauffage du pot catalytique du véhicule par utilisation de l'énergie obtenue lors de la décélération du véhicule. De cette manière, l'organe de chauffage n'est pas alimenté par la batterie ou l'alternateur du véhicule. Ainsi, la batterie ou l'alternateur n'ont pas besoin d'être surdimensionnés pour permettre le chauffage du pot catalytique. La masse du véhicule est de ce fait diminuée. [0014] Les figure 1 et 2 sont des exemples de dispositifs de traitement de gaz d'échappement. [0015] Un véhicule 10 comprend un moteur 12 à combustion interne. Le moteur 12 permet 15 de transformer l'énergie issue de la combustion d'un mélange de carburant et d'air en une énergie mécanique. [0016] Le véhicule 10 comprend en outre une ligne 14 d'échappement des gaz. La ligne 14 sert à traiter les polluants libérés par le moteur 12 afin d'éviter que ces polluants soient rejetés dans l'atmosphère. 20 [0017] La ligne 14 comprend un pot catalytique 16 ou convertisseur catalytique qui assure l'épuration des gaz d'échappement. Le pot catalytique 16 transforme les espèces polluantes en espèces inoffensives pour l'environnement grâce à un procédé de catalyse. Le pot catalytique a une température d'amorçage qui dépend notamment de la nature du moteur 12. Cette température d'amorçage est voisine de 350°C pour un moteur à essence et de 150°C 25 pour un moteur Diesel. [0018] Le véhicule 10 comprend en outre un organe 18 de chauffage. L'organe 18 permet d'assurer que la température du pot catalytique 16 soit supérieure à sa température d'amorçage. [0019] L'organe 18 est alimenté par utilisation de l'énergie obtenue lors de la décélération du véhicule. L'énergie de freinage peut être récupérée par conversion de l'énergie cinétique produite par la rotation des roues 22 du véhicule en énergie électrique. Cette conversion peut par exemple être réalisée par un moteur électrique utilisé comme générateur et entraîné par le véhicule. [0020] Puisque l'organe 18 est alimenté par utilisation de l'énergie obtenue lors de la décélération du véhicule, l'organe 18 n'est pas alimenté par d'autres alimentations que peuvent comprendre le véhicule 10. Une batterie ou un alternateur sont des exemples de telles alimentations qui ne sont plus dédiées à alimenter l'organe 18. Ainsi, les dimensions des alimentations du véhicule sont diminuées. De ce fait, le poids des alimentations est moindre ce qui diminue en conséquence la masse totale du véhicule. [0021] De plus, le pot catalytique 16 peut être chauffé partiellement afin de réduire le besoin en énergie. En particulier, la partie chauffée du pot catalytique 16 peut être une partie en amont dans le sens d'écoulement des gaz dans la ligne 14. L'amorçage du pot catalytique 16 à froid a en effet lieu en amont. Par exemple, seul le premier tiers du pot catalytique 16 dans le sens de la ligne 14 parcourue du moteur 12 vers l'extérieur peut être chauffé puisque c'est dans le premier tiers qu'a lieu l'amorçage du pot catalytique 16 à froid. [0022] Par ailleurs, le pot catalytique 16 peut être partiellement ou totalement métallique. Le pot catalytique 16 est alors chauffé par application d'un courant électrique sur cette partie métallique. Le courant électrique est obtenu par conversion de l'énergie de décélération du véhicule 10 en énergie électrique, en utilisant par exemple un alternateur, en notant que selon l'invention, l'énergie électrique est directement utilisée, le besoin étant présent au moment de la décélération, donc au moment même où cette énergie est exploitée pour le filtre, et donc sans conséquence pour le réseau. Avantageusement, cet alternateur peut être celui associé à un véhicule équipé d'une fonction de type stop-and-start associée avec une fonction dite de freinage récupératif pour la récupération d'énergie en cas de décélération, comme connu par exemple du brevet FR2902705, c'est-à-dire par une machine électrique tournante qui peut être couplée mécaniquement au moteur thermique du véhicule pour générer du courant ou entrainer ce moteur notamment lors du démarrage (alterno- démarreur), équipée de moyens de commande pour le pilotage de modes de fonctionnement, lesdits moyens de pilotage comprenant des moyens de supervision qui déterminent une situation du véhicule et qui comprennent des moyens pour autoriser et définir un mode de fonctionnement de freinage récupératif de la machine électrique. [0023] Dans l'exemple de la figure 1, le pot catalytique 16 comprend un seul catalyseur 26. [0024] Dans la figure 2, le pot catalytique 16 comprend, outre le catalyseur 26, un 5 précatalyseur 24. Le catalyseur 26 est situé en aval du précatalyseur 24 sur la ligne 14. Le catalyseur 26 est donc dans une position plus éloignée du moteur 12 que le précatalyseur 24. [0025] Dans cet exemple, l'organe 18 peut chauffer le précatalyseur 24 et le catalyseur 26 pour assurer une bonne dépollution de la ligne 14. En particulier, afin de limiter la consommation d'énergie, seul le précatalyseur 24 peut être chauffé car c'est en amont dans le sens d'écoulement des gaz qu'a lieu l'amorçage du pot catalytique 16 à froid. [0026] Dans un exemple d'utilisation, le pot catalytique 16 peut comprendre un catalyseur à trois voies ou trifonctionnel. Un catalyseur à trois voies 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 (N2). Dans ce cas, la température du catalyseur à trois voies à atteindre par chauffage par l'organe 18 est d'environ 300°C. [0027] Dans un autre exemple d'utilisation, le moteur 12 est un moteur à combustion stratifiée (turbocompresseur par exemple). Il est intéressant d'utiliser un tel moteur 12 car la combustion stratifiée permet de réduire la consommation de carburant lorsque le moteur 12 fonctionne à bas régime et n'est pas à pleine charge. [0028] Cependant, la combustion stratifiée génère des températures de combustion élevées et des fortes présences d'oxygène qui favorisent la formation d'oxydes d'azote (NOx). De ce fait, dans cet exemple, le pot catalytique 16 comprend un piège à NOx utilisé comme précatalyseur 24. Le piège à NOx permet de traiter les NOx par des réactions chimiques de réduction. [0029] Les réactions chimiques de réduction des NOx dans le piège à NOx ne peuvent se faire qu'au-delà d'un certain seuil en température. Mais, lorsque la combustion stratifiée est 6 utilisée à son potentiel maximum en terme de réduction de consommation, les températures d'échappement des gaz sont trop faibles pour assurer un bon fonctionnement du piège à NOx. [0030] Actuellement, pour résoudre ce problème, le potentiel maximum de la combustion 5 stratifiée n'est pas exploité. La réduction de consommation de carburant n'est donc pas la plus grande possible. [0031 Au contraire, dans cet exemple d'utilisation, le piège à NOx est chauffé par l'organe 18. De ce fait, même si la température des gaz d'échappement est faible en sortie de la combustion, les gaz d'échappement peuvent être amenés à une température suffisamment 10 élevée pour garantir un bon traitement des NOx. La température à atteindre pour le piège à NOx par chauffage par l'organe 18 est d'environ 200°C. [0032] De cette manière, le potentiel maximum de la combustion stratifiée en terme de réduction de consommation peut être utilisé. La consommation de carburant est donc réduite. [0033] Le procédé et le dispositif de traitement de gaz d'échappement de l'invention 15 permettent donc de chauffer de manière économique en énergie un pot catalytique de véhicule. REVENDICATIONS 1. Un procédé de traitement de gaz d'échappement de véhicule comprenant une étape de chauffage d'un pot catalytique (16) par utilisation de l'énergie obtenue lors de la décélération du véhicule (10). 2. Le procédé selon la revendication 1, dans lequel le pot catalytique (16) est partiellement chauffé. 3. Le procédé selon la revendication 2, dans lequel la partie chauffée du pot catalytique (16) correspond à une partie amont du pot catalytique (16) dans le sens d'écoulement des gaz d'échappement. 4. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel l'énergie obtenue lors de la décélération du véhicule (10) est convertie en énergie électrique de chauffage du pot catalytique (16). 5. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel l'énergie de décélération du véhicule est convertie en énergie électrique par une machine électrique dont les moyens de pilotage comprennent des moyens pour autoriser et définir un mode de fonctionnement de freinage récupératif de la machine électrique. 6. Un dispositif de traitement de gaz d'échappement, comprenant un pot catalytique (16) de traitement des gaz d'échappement et un organe (18) de chauffage du pot catalytique (16) par utilisation de l'énergie de la décélération du véhicule. 7. Le dispositif selon la revendication 6, dans lequel l'organe (18) de chauffage est une machine électrique dont les moyens de pilotage comprennent des moyens pour autoriser et définir un mode de fonctionnement de freinage récupératif de la machine électrique. 8. Le dispositif selon l'une des revendications 6 ou 7, dans lequel le pot catalytique (16) est métallique. 9. Le dispositif selon l'une des revendications 6 à 8, dans lequel le pot catalytique (16) comprend un catalyseur (26), de préférence un catalyseur à trois voies. 10. Le dispositif selon l'une des revendications 6 à 9, dans lequel le pot catalytique (16) comprend en outre un précatalyseur (24).5