Brevet FR2924169A1 — publié le 20090529

Dispositif et procédé de dépollution et de chauffage pour véhicule automobile L'invention concerne un système de chauffage d'habitacle de véhicule automobile et/ou de composantes de la motorisation comme l'huile du moteur ou de la boîte de vitesse, combiné avec une motorisation équipée de solutions de diminution des émissions de Nox à l'échappement, par EGR (Exhaust Gas Recirculation) basse pression et éventuellement haute pression. L'invention concerne aussi un procédé de régulation du chauffage de l'habitacle d'un véhicule automobile. Il existe dans l'art antérieur des solutions pour lutter contre la pollution provoquée par les gaz d'échappement des véhicules automobiles. Le document EP1672208 propose notamment une telle solution, qui comprend un moteur alimenté en air par un turbocompresseur. Pour diminuer l'émission en Nox des gaz d'échappement sortant sur l'échappement du véhicule, une solution connue sous sa dénomination anglo-saxonne d'EGR (Exhaust Gas Recirculation) basse pression, consiste en une recirculation d'une partie des gaz d'échappement récupérés vers la sortie du véhicule en aval de la turbine du turbocompresseur, après leur passage par différents dispositifs de traitements comme un catalyseur, un catalyseur d'oxydation et/ou un filtre à particules, pour leur réadmission à l'entrée du compresseur. Une ou plusieurs vannes sont disposées dans le circuit afin de régler la quantité de gaz basse pression à recirculer. Les nouvelles motorisations ont atteint un niveau de rendement tel que le transfert de chaleur depuis les chambres de combustion et depuis les zones de frottement des éléments mécaniques entre eux vers le liquide de refroidissement est devenu très faible. Cette perte de dissipation de chaleur et donc de puissance thermique empêche d'obtenir un confort thermique dans l'habitacle dans un délai raisonnable, particulièrement dans les conditions de température extérieure basse (environ 30 minutes après le démarrage du moteur en ambiance très froide par exemple -18°C). Elle entraîne de plus une surconsommation du véhicule dans la phase de démarrage et de montée en température du moteur. La demande de brevet FR 2 854 103 présente une solution de système de chauffage d'habitacle d'automobile comprenant un circuit de liquide de refroidissement moteur, présentant un aérotherme et un échangeur gaz d'échappement-liquide de refroidissement, positionné en sortie de la ligne d'échappement. Une vanne permet de définir selon les besoins la quantité de gaz d'échappement utile au niveau de l'échangeur gaz d'échappement-liquide, le reste des gaz étant orienté vers un by-pass. Grâce à un tel système, une partie de la chaleur des gaz d'échappement sert à réchauffer le liquide de refroidissement dont la chaleur est ensuite exploitée pour le chauffage de l'habitacle via l'aérotherme. Cette solution améliore la montée en température de l'habitacle lors de la phase de démarrage. Toutefois, elle présente l'inconvénient de ne pas intégrer un dispositif de circulation des gaz d'échappement. De plus, les échanges de chaleur ne peuvent pas être régulés de manière à ce que le moteur soit performant quelque soit sa phase de fonctionnement. Le but de l'invention est de fournir un système de chauffage de l'habitacle d'un véhicule et/ou de composantes de la motorisation, pour un véhicule équipé d'un dispositif anti-pollution EGR basse pression, obviant aux inconvénients cités précédemment. Dans ce but, l'invention propose un système de montée en température d'un moteur et du chauffage d'un habitacle d'un véhicule automobile comprenant un moteur suralimenté, une ligne d'échappement des gaz d'échappement et un conduit de recirculation possible des gaz d'échappement basse pression en entrée du compresseur de la ligne d'admission d'air vers le moteur, et un échangeur de chaleur sur la voie de recirculation, le système comprenant aussi un conduit by-pass reliant un second piquage en amont du premier piquage du circuit de recirculation dans la ligne d'échappement au conduit de recirculation en aval de l'échangeur de chaleur, ainsi qu'un dispositif de vannage permettant de faire circuler ou non les gaz d'échappement vers l'entrée du compresseur en passant soit par l'échangeur soit par le conduit by-pass et/ou de faire circuler les gaz d'échappement vers la sortie de la ligne d'échappement en passant par le conduit by-pass et l'échangeur. Selon d'autres caractéristiques de l'invention le système de montée en température peut comprendre une première vanne trois voies au niveau du second piquage et une seconde vanne trois voies au niveau du retour du conduit de recirculation sur le conduit d'arrivée d'air en amont du compresseur. La première vanne peut piloter le passage ou non des gaz d'échappement basse pression vers le conduit by-pass, et la seconde vanne peut piloter ou non la remontée des gaz d'échappement en amont du compresseur. L'échangeur de chaleur peut être un échangeur gaz d'échappement û fluide qui permet de chauffer le liquide de refroidissement et le système peut comprendre un aérotherme apte à chauffer l'air entrant dans l'habitacle du véhicule automobile et / ou un échangeur liquide û huile pour chauffer l'huile du moteur et/ou de la boîte de vitesse. L'invention propose aussi un procédé de régulation de la température du moteur et/ou de l'habitacle d'un véhicule automobile qui comprend une étape initiale de montée en température dans laquelle la température d'eau en sortie du moteur est relativement basse et la température de l'habitacle n'a pas encore atteint la température recherchée, dans laquelle une première vanne dirige les gaz d'échappement basse pression vers un échangeur de chaleur pour chauffer l'habitacle en récupérant de la chaleur provenant des gaz d'échappement basse pression et dans laquelle une deuxième vanne oriente l'échappement des gaz en sortie de l'échangeur de chaleur vers la sortie de la ligne d'échappement, le passage des gaz dans l'échangeur s'effectuant dans un premier sens . Le procédé de régulation de la température du moteur et/ou de l'habitacle d'un véhicule automobile peut comprendre une étape de recirculation des gaz d'échappement dans laquelle une première vanne et une seconde vanne dirigent les gaz d'échappement basse pression en amont du compresseur en passant par un échangeur de chaleur dans un second sens pour chauffer l'habitacle en récupérant de la chaleur provenant des gaz d'échappement basse pression. Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'un mode de réalisation particulier fait à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : La figure 1 représente le concept de l'invention selon un premier mode de fonctionnement ; La figure 2 représente un second mode de fonctionnement de l'invention ; La figure 3 représente un troisième mode de réalisation de l'invention. Dans toute la description, les termes amont et aval utilisés sont définis par le sens de circulations des gaz d'amont en aval. En référence aux figures, un moteur à combustion interne 1 est alimenté en air provenant d'une entrée comprenant un filtre à air 2. Le moteur est suralimenté à l'aide d'un compresseur 3 situé entre l'entrée d'air et un collecteur d'admission d'air 5 du moteur 1. Un premier échangeur de chaleur 4 placé en amont du collecteur d'admission, permet de réguler la température d'air entrant dans les chambre de combustion du moteur 1. Les gaz de combustion dit aussi gaz d'échappement sont collectés en sortie du moteur 1 par un collecteur d'échappement 6 puis détendus par la turbine 7 du turbocompresseur. Des dispositifs de traitement des gaz d'échappement sont placés en aval de la turbine 7 afin de dépolluer ces gaz. Ces dispositifs de traitement peuvent être un catalyseur 8 ou un filtre à particules 9 par exemple. Pour diminuer l'émission en Nox des gaz d'échappement sortant du moteur 1, un conduit de retour 10 d'une partie des gaz d'échappement fait recirculer en amont du compresseur 3, les gaz d'échappement provenant d'un premier piquage 11 en aval de la turbine 7. Ce principe de recirculation est aussi appelé EGR basse pression (la dénomination EGR vient de l'anglo-saxon Exhaust Gas Recirculation). Selon l'invention, un second échangeur de chaleur 12 est positionné sur la voie de recirculation 10 des gaz d'échappement du système EGR basse pression, en aval du filtre à particules 9. Ce second échangeur de chaleur 12 se trouve donc positionné en parallèle avec les différents dispositifs de post-traitements comme le catalyseur 8 et le filtre à particules 9 de la ligne d'échappement. Le second échangeur de chaleur 12 a pour fonction de refroidir les gaz de recirculation et de réchauffer le fluide du circuit de refroidissement 13 du véhicule (non représenté). Le circuit de refroidissement 13 permet de faire circuler le fluide de refroidissement notamment par le moteur 1, le second échangeur 12 et l'aérotherme permettant le chauffage de l'habitacle. Dans cette invention le second échangeur 12 est préférentiellement placé dans le circuit de refroidissement en aval du moteur 1 et en amont de l'aérotherme. Le circuit de refroidissement peut aussi être connecté à un échangeur de chaleur avec l'huile du moteur ou de la boîte de vitesse pour favoriser la montée en température de l'huile et diminuer la consommation du moteur lors du démarrage à froid. Le circuit de recirculation comporte aussi un conduit de by-pass 14 du second échangeur de chaleur 12. Ce conduit de by-pass 14 est relié à la ligne d'échappement par un second piquage 15 sur la ligne d'échappement situé en amont du premier piquage 11 et en aval du filtre à particule 9. Le conduit de by-pass 14 débouche sur le conduit de recirculation 10 en aval de l'échangeur 12. Enfin le circuit de recirculation comporte une première et une seconde vannes à trois voies respectivement 16 et 17. La première vanne 16 est située au niveau du second piquage 15 permettant de faire circuler les gaz d'échappement sortant du filtre à particule 9 soit vers la sortie de la ligne d'échappement, soit dans le by-pass 14 du circuit de recirculation 10. La seconde vanne 17 est située au niveau de retour du circuit de recirculation des gaz 10 vers le circuit d'admission d'air en amont du compresseur 3. Cette seconde vanne 17 permet de bloquer ou non le retour des gaz EGR à l'admission. Ces deux vannes 16 et 17 permettent ainsi de réguler la quantité de gaz à recirculer avec passage ou non dans le second échangeur 12. Ce système de vannage n'est pas limitatif pour l'invention et tout autre système de vannage peut être utilisé de manière à réguler la recirculation des gaz d'échappement. Le fonctionnement du système selon l'invention va maintenant être détaillé. Dans une phase de montée en température représentée à la figure 2, au démarrage du moteur dans des conditions de basse température, la température d'eau en sortie du moteur n'a pas encore atteint une température seuil, de 60 degrés Celsius par exemple, la température de l'habitacle n'a pas encore atteint une température recherchée, de 21 degrés Celsius par exemple : la seconde vanne 17 interdit la recirculation des gaz d'échappement et la première vanne 16 ferme la circulation des gaz vers l'extérieur et la force vers le second échangeur 12 par le conduit de by-pass 14. Cette solution permet d'atteindre les avantages suivants dans cette phase de montée en température : -les gaz chauds d'échappement vont permettre de chauffer le liquide de refroidissement et/ou l'huile moteur et/ou de la boîte de vitesse par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur 12, afin respectivement d'accélérer le chauffage de l'habitacle et/ou de réduire la consommation du moteur ; -le système EGR de réduction des polluants en sortie d'échappement, en cas de températures extérieures basses, pour lesquelles son utilisation n'est pas toujours requise car elle entraîne une production élevée de particules s'accumulant dans le filtre à particules, est coupé. Dans un tel cas, la chaleur des gaz chauds d'échappement peut quand même être récupérée sans que le système EGR ne soit mis en oeuvre, en orientant les gaz directement vers la sortie après leur passage dans l'échangeur de chaleur 12. Dans une phase de fonctionnement dans laquelle le moteur est chaud représentée à la figure 1, le système EGR va pouvoir fonctionner de manière habituelle, la seconde vanne 17 autorisant les gaz recirculant vers le moteur par le système EGR basse pression alors que la première vanne 16 bloque le conduit by-pass 14, forçant ainsi la totalité des gaz recirculés à passer par le second échangeur 12. Dans une phase intermédiaire de fonctionnement représentée à la figure 3, alors que la température d'eau du moteur n'a pas encore atteint une valeur nominale, la première et la seconde vanne 16 et 17 permettent, à partir du conduit by-pass 14, une recirculation d'une partie des gaz d'échappement basse pression vers l'admission pour le besoin du moteur conformément au fonctionnement normal du système EGR et une autre partie vers l'échappement en passant par le second l'échangeur de chaleur 12 qui bénéficie toutefois d'échanges thermiques optimisés pour une montée en température accélérée du liquide de refroidissement. Pour cela, la seconde vanne 17 est ouverte de manière à autoriser le gaz recirculé à l'admission et la première vanne 16 force les gaz sortants du filtre à particules 9 à passer par le conduit de by-pass 14. Dans un dernier cas non représenté, la recirculation des EGR basse pression peut être désactivée la première vanne 16 forçant les gaz d'échappement vers la sortie de la ligne en fermant le by-pass 14 et la seconde vanne 17 fermant le retour EGR. La solution décrite précédemment est adaptée à un moteur thermique à allumage commandé ou allumage par compression, permettant de faire circuler des gaz d'échappement depuis l'aval du filtre à particules ou d'un catalyseur trois voies ou d'oxydation vers l'entrée d'un turbocompresseur pour les moteurs suralimentés, ou à l'admission du moteur pour les moteurs atmosphériques. Elle est adaptée aux moteurs comportant l'échappement en face avant ou arrière, ou disposé en transversal aussi. Finalement, la solution atteint bien les objets recherchés, et présente, outre les avantages déjà mentionnés, les avantages supplémentaires suivants : -elle fonctionne en exploitant des composants existants d'un système EGR, sans nécessiter de profonde modification de ce dernier, ni dans sa structure ni dans son fonctionnement, grâce à un ajout en parallèle de quelques composants complémentaires. - elle fonctionne de manière optimisée au niveau des échanges thermiques sans modification du fonctionnement du système anti-pollution qui peut continuer son fonctionnement optimisé en parallèle ; - elle permet de refroidir les gaz d'échappement destinés à une recirculation et un retour vers le moteur selon le système EGR basse pression, pour protéger le compresseur 3 et améliorer le rendement de celui-ci. Avantageusement, ce dispositif comprend un capteur de température du liquide de refroidissement en sortie du moteur et un capteur de température d'air de l'habitacle, pour permettre une automatisation de la régulation de la température de l'habitacle. D'autre part, la chaleur récupérée par le liquide de refroidissement par l'intermédiaire du second échangeur 12 peut aussi avantageusement être exploitée dans un échangeur eau û huile pour augmenter la montée en température de l'huile de la boîte de vitesse, mécanique ou automatique, et / ou de l'huile du moteur thermique. Cette solution peut ainsi présenter l'avantage de diminuer les frottements grâce à une amélioration de la montée en température de l'huile, et par conséquent de diminuer la consommation en phase de montée en température. Enfin ce circuit permet aux gaz EGR basse pression de pouvoir circuler dans un premier sens (figure 1) du second échangeur 12 ou dans un second sens (figure 2 ou 3). Cette double circulation permet de décrasser plus facilement le second échangeur 12 des impuretés des gaz recirculés bloqués dans cet échangeur. REVENDICATIONS 1. Système de montée en température d'un moteur et du chauffage d'un habitacle d'un véhicule automobile comprenant un moteur (1) suralimenté, une ligne d'échappement des gaz d'échappement et un conduit de recirculation (10) possible des gaz d'échappement basse pression en entrée du compresseur (3) de la ligne d'admission d'air vers le moteur, et un échangeur de chaleur (12) sur la voie de recirculation (10), caractérisé en ce que le système comprend un conduit by-pass (14) reliant un second piquage (15) en amont du premier piquage (11) du circuit de recirculation dans la ligne d'échappement au conduit de recirculation (10) en aval de l'échangeur de chaleur (12) et en ce que le système comprend un dispositif de vannage (16, 17) permettant de faire circuler ou non les gaz d'échappement vers l'entrée du compresseur en passant soit par l'échangeur (12) soit par le conduit by- pass (14) et/ou de faire circuler les gaz d'échappement vers la sortie de la ligne d'échappement en passant par le conduit by-pass (14) et l'échangeur (12). 2. Système de montée en température selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une première vanne trois voies (16) au niveau du second piquage (15) et une seconde vanne trois voies (17) au niveau du retour du conduit de recirculation (10) sur le conduit d'arrivée d'air en amont du compresseur (3). 3. Système de montée en température selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première vanne (16) pilote le passage ou non des gaz d'échappement basse pression vers le conduit by-pass (14), et la seconde vanne (17) pilote ou non la remontée des gaz d'échappement en amont du compresseur (3).30 4. Système de montée en température selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (12) est un échangeur gaz d'échappement ù fluide qui permet de chauffer le liquide de refroidissement et en ce que le système comprend un aérotherme apte à chauffer l'air entrant dans l'habitacle du véhicule automobile et / ou un échangeur liquide ù huile pour chauffer l'huile du moteur et/ou de la boîte de vitesse. 5. Procédé de régulation de la température du moteur et/ou de l'habitacle d'un véhicule automobile comportant un système de montée en température selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend une étape initiale de montée en température dans laquelle la température d'eau en sortie du moteur est relativement basse et la température de l'habitacle n'a pas encore atteint la température recherchée, dans laquelle une première vanne (16) dirige les gaz d'échappement basse pression vers un échangeur de chaleur (12) pour chauffer l'habitacle en récupérant de la chaleur provenant des gaz d'échappement basse pression et dans laquelle une deuxième vanne (17) oriente l'échappement des gaz en sortie de l'échangeur de chaleur (12) vers la sortie de la ligne d'échappement, le passage des gaz dans l'échangeur (12) s'effectuant dans un premier sens. 6. Procédé de régulation de la température du moteur et/ou de l'habitacle d'un véhicule automobile comportant un système de montée en température selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de recirculation des gaz d'échappement dans laquelle une première vanne (16) et une seconde vanne (17) dirigent les gaz d'échappement basse pression en amont du compresseur (3) en passant par un échangeur de chaleur (12) dans un second sens pour chauffer l'habitacle en récupérant de la chaleur provenant des gaz d'échappement basse pression.