Brevet FR2959275A1 — publié le 20111028

LIGNE D'ECHAPPEMENT, VEHICULE EQUIPE DE CETTE LIGNE D'ECHAPPEMENT, ET PROCEDE DE COMMANDE DE CETTE LIGNE D'ECHAPPEMENT [0001 L'invention concerne une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne et un véhicule équipé de cette ligne d'échappement. L'invention concerne également un procédé de commande de cette ligne d'échappement. [0002] Des lignes d'échappement connues de l'inventeur comporte : • un filtre à particules, apte à filtrer des particules de diamètre supérieur ou égal à 23 nm, • une canalisation d'amené des gaz d'échappement vers le filtre à particules, cette canalisation étant dépourvue de filtre à particules, et • une nappe thermiquement isolante recouvrant la périphérie extérieure de la canalisation. [0003] Dans le domaine de l'automobile, il est courant de disposer un filtre à particules éloigné du moteur afin de réduire le volume occupé sous le capot par l'ensemble du moteur et de sa tubulure. Cela facilite l'installation du filtre à particules sur le véhicule. Par exemple, le filtre à particules est disposé sous le plancher. Une telle disposition implique la mise en place d'une canalisation d'amené de longueur importante reliant l'orifice de sortie des gaz d'échappement du moteur au filtre à particules. Par conséquent, en parcourant la canalisation d'amené, les gaz se refroidissent d'autant plus que la canalisation est longue et que la température extérieure du véhicule est basse. La nappe thermiquement isolante placée autour de la canalisation d'amené permet, le plus souvent, de maintenir la température des gaz d'échappement à l'intérieur de la canalisation d'amené dans des « conditions normales de température ». [0004] Par « conditions normales de température » on désigne une température des gaz d'échappement à l'intérieur de la canalisation d'amené supérieure ou égale à une température T. Typiquement, la température T est égale à 10°C. De telles « conditions normales de température » permettent une régénération du filtre à particules sans surconsommation d'énergie. La régénération du filtre à particules consiste à élever la température à l'intérieur du filtre pour éliminer les particules de suies bloquées à l'intérieur du filtre. [0005i Lorsque la température extérieure du véhicule est trop basse, la nappe thermiquement isolante n'est plus suffisante pour maintenir la température des gaz d'échappement à l'intérieur de la canalisation d'amené dans des « conditions normales de température ». L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. [0006] L'invention a donc pour objet une ligne d'échappement comportant au moins un élément de chauffage interposé entre la nappe et la périphérie extérieure de la canalisation d'amené. [0007] Les éléments de chauffages entre la nappe thermiquement isolante et la périphérie extérieure de la canalisation d'amené permettent de maintenir la température de la canalisation d'amené à une température supérieure ou égale à 10°C. [0008] Les modes de réalisation de cette ligne d'échappement peuvent comporter les caractéristiques suivantes : • l'élément de chauffage est enroulé autour de la canalisation d'amené, • la ligne d'échappement comporte : - une sonde de température apte à mesurer la température à l'extérieur de la ligne d'échappement, et - une unité de contrôle apte à piloter l'élément de chauffage à partir de la mesure de la sonde de température, • la conductivité thermique de la nappe thermiquement isolante est inférieure ou égale à 1 W.m-'.K-1. [0009] Les modes de réalisations de cette ligne d'échappement présentent en outre les avantages suivants : • enrouler l'élément de chauffage autour de la canalisation d'amené permet de chauffer les gaz d'échappement à l'intérieur de cette canalisation de manière homogène, • la sonde de température et l'unité de contrôle permettent d'activer l'élément de chauffage que lorsque cela devient nécessaire pour rester dans les conditions normales de température, et • avoir une conductivité thermique de la nappe isolante inférieure ou égale à 1 W m-'.K-1 permet de limiter la perte de chaleur des gaz d'échappement à travers les parois de la canalisation d'amené. [0010] L'invention concerne également un véhicule équipé de cette ligne d'échappement. [0011] Les modes de réalisation de ce véhicule peuvent comporter : • une sonde de vitesse apte à mesurer la vitesse de déplacement du véhicule, et • une unité de contrôle apte à piloter l'élément de chauffage à partir de la mesure de la sonde de vitesse. [0012] Ces modes de réalisation du véhicule présentent l'avantage suivant : • la sonde de vitesse et l'unité de contrôle permettent d'activer l'élément de chauffage que lorsque cela devient nécessaire pour rester dans les conditions normales de température. [0013] Enfin, l'invention a également pour objet un procédé de commande de cette ligne d'échappement comportant: • la mesure d'une température à l'extérieur de la ligne d'échappement, et • le pilotage de l'élément de chauffage à partir de cette mesure. [0014] Les modes de réalisation de ce procédé peuvent comporter la caractéristique suivante : • le procédé comprend: - la mesure de la vitesse du véhicule, et - le pilotage de l'élément de chauffage à partir de cette mesure. [0015] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels : • la figure 1 est une illustration schématique d'un véhicule équipé d'une ligne d'échappement, et • la figure 2 est un organigramme d'un procédé de commande de la ligne d'échappement de la figure 1. [0016] Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l'homme du métier ne sont pas décrites en détail. [0017] La figure 1 représente un véhicule 2 tel qu'un véhicule automobile. Par exemple, le véhicule 2 est une voiture. Ce véhicule 2 est équipé d'un moteur 4 à combustion interne propre à entraîner en rotation des roues motrices 6. Lors de son fonctionnement, le moteur 4 rejette des gaz d'échappement qui avant d'être expulsés à l'extérieur du véhicule 2 sont filtrés par une ligne d'échappement 8 propre à traiter les gaz d'échappement. [0018] Le véhicule 2 comporte aussi un turbocompresseur 10 comprenant un étage de compression apte à aspirer et à comprimer l'air ambiant, et l'envoyer dans des cylindres 12 du moteur 4. L'étage de compression permet d'optimiser la quantité air/carburant contenue dans ces cylindres 12 du moteur 4. Ainsi, le turbocompresseur 10 permet d'améliorer la puissance du moteur 4. Le turbocompresseur 10 comprend également une turbine à l'intérieur de la ligne 8 qui détend les gaz d'échappement rejeté par le moteur 4. [0019] La ligne 8 comprend une tubulure 14 recevant des gaz d'échappement par un orifice 15 du collecteur d'échappement du moteur 4. Par exemple, la tubulure 14 est un tube cylindrique de section circulaire. Ici, la tubulure 14 est en acier. [0020] La ligne 8 comporte un pré-catalyseur 16 apte à réaliser une première conversion des éléments polluants en éléments non polluants. Des éléments polluants sont par exemple le monoxyde de carbone, les hydrocarbures imbrûlés ou les oxydes d'azote. Des éléments non polluants sont par exemple le dioxyde de carbone, l'eau ou l'azote. Le pré-catalyseur 16 est par exemple un catalyseur trois voies. Il est disposé à l'intérieur de la tubulure 14 en aval du turbocompresseur 10. Dans cette description, l'aval et l'amont sont définis par rapport au sens de circulation des gaz d'échappement dans la tubulure 14. Le sens de circulation des gaz d'échappement dans la tubulure 14 est représenté par une flèche en gras sur la figure 1. [0021] La ligne 8 comprend une canalisation d'amené 20 des gaz d'échappement. La canalisation 20 assure la conduite des gaz d'échappement du pré-catalyseur 16 à un catalyseur 22. La canalisation 20 ne comportant pas de filtre à particules. Par exemple, la canalisation 20 est un segment vide de la tubulure 14 formant un conduit creux. Pour relier le pré-catalyseur 16 au catalyseur 22, la canalisation 20 peut faire plusieurs dizaines de centimètres de long. [0022] Le catalyseur 22 effectue une seconde conversion d'éléments polluants en éléments non polluants. Les éléments polluants convertis peuvent être différents des éléments polluants convertis par le pré-catalyseur 16 ou identiques. De même, les éléments non polluants produits en aval du catalyseur 22 peuvent être différents des éléments non polluant produits par le pré-catalyseur 16 ou identiques. Le catalyseur 22 est disposé à l'intérieur de la tubulure 14. Par exemple, la catalyseur 22 est un catalyseur trois voies. [0023] Ici, la partie de la tubulure 14 logeant le catalyseur 22 est disposé sous le plancher du véhicule 2. [0024] La ligne 8 comprend aussi un filtre 24 à particules à l'intérieur de la tubulure 14. Ce filtre 24 est disposé en aval du catalyseur 22. Le filtre 24 est apte à filtrer des particules de diamètre supérieur ou égal, par exemple, à 23nm. De préférence, le filtre 24 filtre les particules de suie contenues dans les gaz d'échappement. Il peut également réaliser la conversion des éléments polluants résiduels. Par « éléments polluants résiduels » on désigne les éléments polluants n'ayant pas été convertis par le catalyseur 22 en élément non polluants. Par exemple, le filtre 24 est un filtre à particules catalysé. [0025] La ligne 8 comprend également une nappe 26 thermiquement isolante apte à limiter la dissipation de chaleur des gaz d'échappement au travers des parois de la tubulure 14. Par exemple, la conductivité thermique de la nappe 26 est inférieure à 10 W.m-'.K-1, et de préférence, inférieure à 5, 1 ou 0,1 W.m-'.K-1. La nappe 26 est disposée sur la périphérie extérieure de la tubulure 14 et s'étend, au moins, sur la majorité de la longueur de la canalisation 20. Ici, la nappe 26 recouvre la périphérie extérieure de la tubulure 14 au niveau de la canalisation 20, du catalyseur 22 et du filtre à particules 24. De préférence, la nappe 26 recouvre uniformément la totalité de la périphérie extérieure de la tubulure 14. [0026] La ligne 8 comporte également au moins un élément de chauffage 30. L'élément de chauffage 30 est disposé entre la nappe 26 et la paroi extérieure de la tubulure 14 au moins sur la majorité de la longueur de la canalisation 20. Ici, l'élément de chauffage s'étend de la sortie du pré-catalyseur 16 jusqu'à la sortie du filtre à particules 24. [0027] Par exemple, l'élément de chauffage 30 est un fil résistif enroulé autour de la tubulure 14. De préférence, le nombre de spires décrit par l'enroulement du fil résistif autour de la canalisation 20 est supérieur à 5, 10 ou 20. De manière également préférée, les spires du fil résistif sont disposées à des intervalles équidistants sur la périphérie extérieure de la tubulure 14. Ici, l'élément de chauffage 30 est une résistance électrique. [0028] L'élément de chauffage 30 est commandé par l'intermédiaire d'une tension V1. Par exemple, la quantité de chaleur délivrée par l'élément de chauffage 30 est proportionnelle à la tension V1. La tension V1 est appliquée entre des bornes 34 et 36 raccordant les extrémités de la résistance chauffante à une source de tension. [0029] Pour commander l'élément de chauffage, la ligne 8 comporte par exemple: • une sonde 42 de température, une sonde 44 de vitesse, et • une unité 46 de commande de l'élément de chauffage 30. [0030] La sonde 42 mesure la température à l'extérieur de la ligne d'échappement 8. [0031] La sonde 44 mesure la vitesse de déplacement du véhicule 2. Par exemple, les sondes 42 et 44 sont connectées à un bus CAN (« Control Area Network ») du véhicule 2. Ici, les sondes sont aptes à transmettre leur mesure sur le bus CAN. [0032] Les sondes 42 et 44 sont connectées à l'unité de commande 46. A cet effet, deux conducteurs électriques, respectivement, 48 et 50, connectent les sondes 42 et 44 à l'unité 46. L'unité 46 pilote l'élément de chauffage 30 à partir des mesures des sondes 42 et 44. Par exemple l'unité 46 applique une tension V1 entre les bornes 34 et 36 de la résistance électrique. Ici, l'unité 46 détermine l'amplitude de la tension V1 à partir d'une cartographie associant aux mesures réalisées par les sondes 42 et 44 une valeur de la l'amplitude de la tension V1. Par exemple, cette cartographie est déterminée expérimentalement. [0033] Ici, l'unité 46 est réalisée à partir d'un microcontrôleur. De préférence, l'unité 46 possède un module CAN. Le transfert des mesures des sondes 42 et 44 et/ou le pilotage en tension de l'élément de chauffage 30 est donc réalisé par l'intermédiaire d'un bus CAN. [0034] Le fonctionnement de la ligne 8 va maintenant être décrit en regard du procédé de la figure 2. [0035] Lors d'une étape 50, la cartographie associant aux mesures réalisées par les sondes 42 et 44 une valeur de l'amplitude de la tension V1 est construite. Par exemple, la cartographie est construite à l'aide d'un banc de mesure. Le banc de mesure comporte un véhicule conforme au véhicule 2 de la figure 1. Le banc de mesure comporte un élément apte à fournir un courant d'air fonction de la vitesse de déplacement du véhicule 2. Ce courant d'air refroidit la tubulure 14. Par exemple, cet élément est un ventilateur. Ici, on simule une plage de vitesse du véhicule 2 s'étendant entre 0 km/h et 200 km/h. [0036] Le banc de mesure est également apte à simuler une température extérieure du véhicule. A cet effet, le véhicule est par exemple placé dans un environnement de type chambre froide. Ici, la plage de température s'étend entre -50°C et 50°C. [0037] Le banc de mesure comporte également une sonde de température apte à mesurer la température des gaz d'échappement à l'intérieur de la canalisation 20. Par exemple, la sonde est interposée entre la nappe 26 et la tubulure 14. [0038] Pour plusieurs couples température extérieure/vitesse, on relève une valeur de l'amplitude de la tension V1 minimale qui permet de maintenir la température des gaz d'échappement à l'intérieur dans les conditions normales de température. L'amplitude minimale relevée peut être nulle si les conditions de fonctionnement du véhicule 2 ne nécessitent pas de chauffer la canalisation 20. [0039] Lors d'une étape 52, la cartographie est mémorisée par l'unité de contrôle 46. [0040] Lors d'une étape 54, le véhicule 2 est mis en marche. Les sondes 42 et 46 réalisent leurs mesures et transmettent à intervalles réguliers ces mesures à l'unité 46. Par exemple, les sondes transmettent leurs mesures toute les 1 ms. [0041] Lors d'une étape 56, l'unité 46 délivre une tension V1 entre les bornes 34 et 36 de l'élément de chauffage 30 dont l'amplitude est déterminée à partir des mesures 15 des sondes 42 et 44 et de la cartographie. [0042] De nombreux autres modes de réalisation sont possibles. [0043] Par exemple, le turbocompresseur 10 et/ou le pré-catalyseur 16 et/ou le catalyseur 22 peuvent être omis. Le pré-catalyseur 16 et/ou le catalyseur 22 ne réalisent pas nécessairement une catalyse trois voies. Ils peuvent être un catalyseur 20 une ou deux voies ou réaliser un autre type de conversion d'élément polluant en élément non polluant. [0044] La transmission des mesures des sondes 42 et 44 à l'unité de contrôle 46 et/ou le pilotage de l'élément de chauffage 30 par l'unité de contrôle 46 ne sont pas nécessairement réalisé par l'intermédiaire d'un bus CAN. Tout autre type de 25 transmission peut être utilisé. [0045] L'élément de chauffage 30 n'est pas nécessairement une résistance électrique. D'autres sources de chauffage peuvent être utilisées. On peut, par exemple, utiliser l'eau du moteur pour réchauffer la tubulure 14. [0046] L'élément de chauffage 30 n'est pas nécessairement piloté par une tension V1 continue. Il peut être piloté par une tension V1 alternative ou modulée par des procédés comme le procédé PWM (« Pulse width modulation ») ou encore par une source de courant. [0047] Les « conditions normales de température » peuvent enfin être modifiées et déterminées par l'utilisateur. REVENDICATIONS1. Ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne comportant : • un filtre (24) à particules, apte à filtrer des particules de diamètre supérieur ou égal à 23 nm, ^ une canalisation (20) d'amené des gaz d'échappement vers le filtre à particules, cette canalisation étant dépourvue de filtre à particules, et • une nappe (26) thermiquement isolante recouvrant la périphérie extérieure de la canalisation, caractérisé en ce que la ligne d'échappement comporte au moins un élément 10 (30) de chauffage interposé entre la nappe (26) et la périphérie extérieure de la canalisation (20) d'amené. 2. Ligne d'échappement selon la revendication 1, dans laquelle l'élément (30) de chauffage est enroulé autour de la canalisation d'amené. 3. Ligne d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, 15 dans laquelle la ligne d'échappement comporte : • une sonde (42) de température apte à mesurer la température à l'extérieur de la ligne d'échappement, et • une unité (46) de contrôle apte à piloter l'élément de chauffage à partir de la mesure de la sonde de température. 20 4. Ligne d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la conductivité thermique de la nappe (26) thermiquement isolante est inférieure ou égale à 1 W.m-'.K-1. 5. Véhicule, caractérisé en ce qu'il est équipé d'une ligne (8) d'échappement conforme à l'une quelconque des revendications précédentes. 25 6. Véhicule selon la revendication 5, dans lequel le véhicule comporte :• une sonde (44) de vitesse apte à mesurer la vitesse de déplacement du véhicule, et • une unité (46) de contrôle apte à piloter l'élément de chauffage à partir de la mesure de la sonde de vitesse. 7. Procédé de commande d'une ligne d'échappement conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ce procédé comporte : • la mesure (54) d'une température à l'extérieur de la ligne d'échappement, et • le pilotage (56) de l'élément de chauffage à partir de cette mesure. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel le procédé comprend: la mesure (54) de la vitesse du véhicule, et • le pilotage (56) de l'élément de chauffage à partir de cette mesure.