Brevet FR2986263A1 — publié le 20130802

PROCEDE DE MISE EN OEUVRE D'UN DISPOSITIF DE CHAUFFAGE D'AU MOINS UNE SONDE EQUIPANT UNE LIGNE D'ECHAPPEMENT D'UN VEHICULE AUTOMOBILE. L'invention relève du domaine des procédés de mise en oeuvre d'un dispositif de chauffage d'au moins une sonde équipant une ligne d'échappement d'un véhicule automobile. Elle a pour objet un tel procédé ainsi qu'un dispositif de chauffage pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. Le document US 2008/0209886 (ZILLMER and all) décrit un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile qui est muni d'une ligne d'échappement destinée à véhiculer des gaz d'échappement produits par le moteur à combustion interne. La ligne d'échappement comprend un dispositif de dépollution pour purifier les gaz d'échappement préalablement à un rejet de ces derniers vers un environnement extérieur. Une sonde, telle qu'une sonde Lambda, est disposée à l'intérieur de la ligne d'échappement en étant interposée entre le moteur à combustion interne et le dispositif de dépollution. La sonde est prévue pour mesurer une teneur en oxygène à l'intérieur de la ligne d'échappement, et en conséquence pour déterminer un ratio air/carburant d'un mélange d'air et de carburant fourni au moteur à combustion interne. La sonde est équipée de moyens de chauffage pour améliorer ses performances et un temps de réponse. Un problème général posé dans le domaine réside en un risque de détérioration de la sonde, au cas où une gouttelette d'eau vienne au contact de la sonde chauffée, ce qui est susceptible d'engendrer un choc thermique néfaste pour la sonde. Il est connu de procéder pendant un premier laps de temps à un chauffage lent de la sonde Lambda, notamment jusqu'à un instant où il est estimé que les gaz d'échappement ont atteint une température supérieure à celle du point de rosée. Ces dispositions visent à ce qu'une eau résiduelle contenue à l'intérieur de la ligne d'échappement soit vaporisée pour éviter un dépôt d'eau liquide sur la sonde. Une telle approche présente l'inconvénient d'être lente, et consécutivement éventuellement polluante, au moins pendant un premier laps de temps. Un but de la présente invention est de proposer un procédé de mise en oeuvre d'un dispositif de chauffage d'au moins une sonde équipant une ligne d'échappement d'un véhicule automobile, un tel procédé évitant toute détérioration de la sonde, tout en étant rapide et fiable. Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif de chauffage pour la mise en oeuvre d'un tel procédé, un tel dispositif de chauffage étant simple et efficace. Un procédé de la présente invention est un procédé de mise en oeuvre de moyens de chauffage équipant au moins une sonde disposée à l'intérieur d'une ligne d'échappement dont est pourvu un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. Selon la présente invention, le procédé comprend une étape de préchauffage comportant successivement : une première étape de préchauffage spécifique pour amener le plus rapidement possible la sonde à une température maximale admissible sous le point de rosée, et une deuxième étape de préchauffage spécifique pour maintenir la sonde à une telle température maximale jusqu'à ce que le passage du point de rosée soit effectué. Le procédé comprend avantageusement une étape de chauffage intense, qui est consécutive à la deuxième étape de préchauffage spécifique, et au cours de laquelle une chauffe maximale de la sonde est réalisée. Le procédé comprend avantageusement une étape de chauffage modulé, qui est consécutive à l'étape de chauffage intense, et au cours de laquelle une chauffe modulée de la sonde est réalisée. Le procédé comprend une étape de chauffage réduit, qui est consécutive à l'étape de chauffage modulé, et au cours de laquelle une chauffe modulée de la sonde est constante. Un dispositif de chauffage de la présente invention est un dispositif de chauffage pour la mise en oeuvre d'un tel procédé qui est principalement reconnaissable en ce que le dispositif comprend des moyens de chauffage équipant la sonde qui est disposée à l'intérieur de la ligne d'échappement dont est pourvu le moteur à combustion interne du véhicule automobile. Une ligne d'échappement de la présente invention est une ligne d'échappement équipée d'un tel dispositif est principalement reconnaissable en ce que la ligne d'échappement loge une pluralité de sondes dont une première sonde disposée en amont d'un dispositif de dépollution et une deuxième sonde disposée en aval du dispositif de dépollution selon un sens d'écoulement de gaz d'échappement à l'intérieur de la ligne d'échappement. Un véhicule automobile de la présente invention est équipé d'une telle ligne d'échappement. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va être faite d'exemples de réalisation, en relation avec les figures des planches annexées, dans lesquelles : La figure 1 est une vue schématique d'une ligne d'échappement de la présente invention qui est pourvue d'au moins une sonde équipée d'un dispositif de chauffage qui équipe au moins une sonde logée à l'intérieur de la ligne d'échappement. Les figures 2 et 3 sont des illustrations schématiques d'un procédé de mise en oeuvre du dispositif de chauffage représenté sur la figure précédente. Sur la figure 1, un véhicule automobile est équipé d'un moteur à combustion interne 1 pour permettre son déplacement. Le moteur à combustion interne 1 est équipé d'une ligne d'alimentation 2 pour pourvoir ce dernier en un flux d'air 3. Le moteur à combustion interne 1 est également équipé d'au moins un injecteur 4 qui alimente en un carburant 5 le moteur à combustion interne 1. Le carburant 5 et le flux d'air 3 participent à une réaction de combustion à l'intérieur du moteur à combustion interne 1. Une telle réaction de combustion produit des gaz d'échappement 6 qui sont évacués hors du moteur à combustion interne 1 par l'intermédiaire d'une ligne d'échappement 8 équipant le moteur à combustion interne 1. Schématiquement, le moteur à combustion interne 1 est pourvu d'au moins un orifice d'admission 9 qui est en relation avec la ligne d'alimentation 2 et d'au moins un orifice d'évacuation 10 qui est en relation avec la ligne d'échappement 8. La ligne d'échappement 8 est destinée à évacuer les gaz d'échappement 6 vers un environnement extérieur 11 au véhicule automobile. La ligne d'échappement 8 est pourvue d'au moins un catalyseur 12 qui est destiné à traiter les gaz d'échappement 6 de manière à ce que ces derniers contiennent une proportion la plus faible possible de composés polluants, du type hydrocarbures imbrûlés, oxydes d'azote ou analogue. De manière courante, la ligne d'échappement 8 est équipée d'une pluralité de catalyseurs 12 qui forment conjointement un dispositif de dépollution 13 des gaz d'échappement 6. Accessoirement, la ligne d'échappement 8 est pourvue d'un filtre à particules 14 qui est par exemple disposé en un débouché 15 de la ligne d'échappement 8 vers l'environnement extérieur 11. Accessoirement encore, la ligne d'échappement 8 est équipée d'une turbine 16 d'un turbocompresseur 17. Ces dispositions sont telles que, selon un sens d'écoulement 18 des gaz d'échappement 6 à l'intérieur de la ligne d'échappement 8, la ligne d'échappement 8 comprend successivement depuis l'orifice d'évacuation 10 jusqu'au débouché 15 : la turbine 16, le dispositif de dépollution 13 et le filtre à particules 14. Les performances du moteur à combustion interne 1, et en conséquence une composition des gaz d'échappement 6, dépendent d'une manière générale d'un ratio R de quantité d'air Qa sur une quantité de carburant Qc à l'intérieur de la ligne d'alimentation 2 et/ou de la ligne d'échappement 8. Plus particulièrement, les performances du moteur à combustion interne 1 dépendent d'un premier ratio R1 d'une première quantité d'air Qa1 sur une première quantité de carburant Qc1 qui est mesuré en amont du dispositif de dépollution 13 selon ledit sens d'écoulement 18, et plus précisément entre la turbine 16 et le dispositif de dépollution 13. Un tel premier ratio R1 est mesuré par l'intermédiaire d'une première sonde S1, telle qu'une sonde Lambda à oxygène ou analogue, qui est interposée sur la ligne d'échappement 8 entre la turbine 16 et le dispositif de dépollution 13. Plus particulièrement encore, les performances du moteur à combustion interne 1 dépendent d'un deuxième ratio R2 d'une deuxième quantité d'air Qa2 sur une deuxième quantité de carburant Qc2, qui est mesuré en aval du dispositif de dépollution 13 selon ledit sens d'écoulement 18, plus précisément entre le dispositif de dépollution 13 et le filtre à particules 14 ou le débouché 15. Un tel deuxième ratio R2 est mesuré par l'intermédiaire d'une deuxième sonde S2, telle qu'une sonde Lambda à oxygène ou analogue, qui est interposée sur la ligne d'échappement 8 entre le dispositif de dépollution 13 et le filtre à particules 14 ou le débouché 15. La première sonde S1 et la deuxième sonde S2 transmettent les informations relatives au premier ratio R1 et au deuxième ratio R2 à un régulateur de richesse 19 par l'intermédiaire respectivement de premiers moyens d'acquisition Acq1 et de deuxièmes moyens d'acquisition Acq2. Le régulateur de richesse 19 prend également en compte une consigne 20 relative au mélange carburant/air, une telle consigne étant par exemple fournie par une unité électronique de contrôle du véhicule automobile. Le régulateur de richesse 19 est à même d'agir sur l'injecteur 4 pour augmenter à l'intérieur du moteur à combustion interne 1 un troisième ratio R3 d'une quantité d'air admise Qa3 sur une quantité injectée de carburant Qc3 à l'intérieur du moteur à combustion interne 1. La première sonde S1 et la deuxième sonde S2 sont équipées respectivement de premiers moyens de chauffage Ch1 et de deuxièmes moyens de chauffage Ch2, pour fournir une information la plus fiable possible relative, respectivement, du premier ratio R1 et du deuxième ratio R2. De plus, un temps de réponse respectif de la première sonde S1 et de la deuxième sonde S2 est d'autant plus court que ces dernières sont chaudes. Il en résulte que des stratégies de chauffage des sondes S1, S2 sont mises en oeuvre pour garantir une disponibilité optimisée des sondes Si, S2 et un résultat rapide et fiable. Sur la figure 2, est représenté schématiquement un procédé de mise en oeuvre de la présente invention, un tel procédé étant un procédé de mise en oeuvre des premiers moyens de chauffage Chi et des deuxièmes moyens de chauffage Ch2. Un tel procédé peut-être distinct de l'une à l'autre des sondes S1, S2 dans la limite des caractéristiques dudit procédé qui est exposé ci-après. Plus particulièrement, est représentée sur la figure 2, une puissance de chauffe RCO délivrée par les moyens de chauffage Chi , Ch2 aux sondes S1, S2. Le procédé est détaillé ici pour deux sondes mais peut être mise en oeuvre sur plus de deux sondes. Un tel procédé comprend avantageusement une pluralité d'étape successives dont : - une étape de démarrage A du moteur à combustion interne 1, - une étape de préchauffage C comprenant avantageusement et successivement : o une première étape de préchauffage spécifique Cl des sondes S1, S2 avant dépassement du point de rosée, o une deuxième étape de préchauffage spécifique C2 des sondes S1, S2 après dépassement du point de rosée, - une étape de chauffage intense D, - une étape de chauffe modulée E, - une étape de chauffage réduit F. 30 L'étape de démarrage A est bornée par un temps de départ TO qui correspond à un temps de réveil du moteur à combustion interne 1 commandé à distance et un premier temps T1 qui correspond à une fin de démarrage du moteur à combustion interne 1. Au cours de l'étape de démarrage A, la puissance de chauffe RCO est nulle. La première étape de préchauffage spécifique Cl est bornée par le premier temps T1 et un deuxième temps T2 qui correspond à l'atteinte de la température de sonde maximale admissible sous le point de rosée. Au cours de la première étape de préchauffage spécifique C1, la puissance de chauffe RCO est croissante fortement, de telle sorte que les sondes S1, S2 sont rapidement portées à une température maximale et admissible lorsque le point de rosée n'a pas encore été dépassée à l'intérieur de la ligne d'échappement 8. La deuxième étape de préchauffage spécifique C2 est bornée par le deuxième temps T2 et un troisième tempsT3 qui correspond au passage du point de rosée. 15 Au cours de la deuxième étape de préchauffage spécifique C2, la puissance de chauffe RCO est maintenue constante jusqu'au dépassement du point de rosée. L'étape de chauffage intense D est bornée par le troisième temps T3 et un quatrième temps T4 qui correspond à une fin du chauffage intense des sondes 20 51,52 par exemple due à une atteinte de la consigne de température ou à un arrêt du moteur à combustion 1, éventuellement en raison de la mise en oeuvre d'un dispositif d'arrêt-démarrage du moteur à combustion interne 1 connu sous le nom de dispositif « Stop and Start ». Au cours de l'étape de chauffage intense D, la puissance de chauffe RCO augmente fortement pour atteindre un pallier. 25 L'étape de chauffage modulé E est bornée par le quatrième temps T4 et un cinquième temps T5 qui correspond à un arrêt du moteur à combustion 1. Au cours de l'étape de chauffage modulé E, la puissance de chauffe RCO décroît. L'étape de chauffage modulé E consiste en une adaptation de la puissance de 30 chauffe RCO en fonction de la température des gaz d'échappement 6 et de leur débit pour maintenir les sondes S1, S2 à une température nominale de fonctionnement des sondes S1, S2. Au cinquième temps T5, les conditions de rosée sont de nouveau atteintes à l'intérieur de la ligne d'échappement 8, après un arrêt du moteur à combustion interne 1. L'étape de chauffage réduit F est bornée par le cinquième temps T5 et un sixième temps T6 qui correspond à une fin de phase de chauffage réduit F. Au cours de l'étape de chauffage réduit F, la puissance de chauffe RCO est constante, les conditions de rosée étant atteintes à l'intérieur de la ligne d'échappement 8. La puissance de chauffe RCO est maintenue pour que les sondes S1, S2 soient les plus chaudes possibles avant un redémarrage potentiel du moteur à combustion interne 1. La puissance de chauffe RCO est interrompue après un certain laps de temps pour limiter une consommation électrique. Il en résulte finalement que la présente invention propose une division d'une étape de préchauffage C des sondes Si, S2 en 2 phases distinctes, dont : la première étape de préchauffage spécifique Cl qui a pour but d'amener le plus rapidement possible les sondes S1, S2 à une température maximale admissible sous le point de rosée, la deuxième étape de préchauffage spécifique C2 qui a pour but de maintenir les sondes S1, S2 à une telle température jusqu'à ce que le passage du point de rosée soit effectué et que la chauffe maximale des sondes S1, S2 soit ensuite permise, au cours de l'étape de chauffage intense D. Autrement dit, ces dispositions sont telles que lors de la première étape de préchauffage spécifique Cl une chauffe plus importante des sondes S1, S2 est effectuée en comparaison d'une chauffe réalisée lors de la deuxième étape de préchauffage spécifique C2. Il en résulte que les sondes S1, S2 sont le plus rapidement possible amenées à une température maximale admise sous le point de rosée, de telle sorte qu'en cas de contact de la sonde S1, S2 avec une gouttelette, la sonde ne soit pas endommagée. Il en résulte avantageusement une exploitation la plus rapide possible d'un signal fourni par les sondes Si, S2. En effet, il est remarquable qu'au cours de la première étape de préchauffage spécifique C1, une puissance de chauffe RCO1 délivrée est supérieure à une puissance de chauffe RCO2 délivrée au cours de la deuxième étape de préchauffage spécifique C2. En se reportant également sur la figure 3, qui représente une évolution d'une température des sondes 51,52 en fonction du temps au cours de la mise en oeuvre d'un tel procédé de la présente invention, il est remarquable qu'une pente de chauffe P d'une stratégie de chauffe de la présente invention 22 est supérieure à une pente de chauffe P' d'une stratégie de chauffe de l'art antérieur 23, de manière à ce qu'une température de sonde maximale admissible sous le point de rosée PR de la présente invention soit plus rapidement atteint qu'une température de sonde maximale admissible sous le point de rosée PR' de l'art antérieur. Un gain principal de la présente invention est de permettre l'obtention plus rapide de la température de sonde maximale admissible sous le point de rosée PR. Cette température atteinte de sonde maximale admissible sous le point de rosée PR permet une exploitation, au moins partielle du signal de la sonde, durant l'étape de préchauffage C. Ces dispositions permettent de rendre exploitable le signal des sondes S1, S2 plus rapidement après un démarrage du moteur à combustion interne 1 et donc de permettre d'activer la régulation de richesse plus rapidement. Une entrée en régulation plus rapide permet de réduire la quantité de polluants émise par le véhicule automobile en assurant un meilleur suivi de richesse dans la phase de chauffe des sondes S1, S2. Cette phase est particulièrement critique pour les véhicules essence car une déviation de richesse a alors une incidence directe sur les polluants émis par le moteur à combustion interne 1. Un deuxième apport de la présente invention consiste en la réduction de la dispersion sur les émissions de polluants d'un véhicule automobile à l'autre. Une entrée en régulation de richesse plus rapide réduit l'impact de la dispersion système sur les émissions; ladite dispersion ayant un impact prépondérant lorsque le régulateur de combustion 19 ne fonctionne pas. Le nombre de sondes S1, S2 équipant la ligne d'échappement 8 est relativement indifférent pour la mise en oeuvre de la présente invention. Il en est de même en ce qui concerne un positionnement des sondes S1, S2 à l'intérieur de la ligne d'échappement. Il en résulte que la présente invention est applicable à des architectures diverses de ligne d'échappement, et par exemple distinctes de celle précédemment décrite, sans déroger aux règles de la présente invention.10 REVENDICATIONS1.- Procédé de mise en oeuvre de moyens de chauffage (Ch1,Ch2) équipant au moins une sonde (S1,S2) disposée à l'intérieur d'une ligne d'échappement (8) dont est pourvu un moteur à combustion interne (1) d'un véhicule automobile, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape de préchauffage (C) comportant successivement : - une première étape de préchauffage spécifique (C1) pour amener le plus rapidement possible la sonde (51, S2) à une température maximale (Tmax) admissible sous le point de rosée, et - une deuxième étape de préchauffage spécifique (C2) pour maintenir la sonde (51, S2) à une telle température maximale (Tmax) jusqu'à ce que le passage du point de rosée soit effectué. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape de chauffage intense (D), qui est consécutive à la deuxième étape de préchauffage spécifique (C2), et au cours de laquelle une chauffe maximale de la sonde (51, S2) est réalisée. 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape de chauffage modulé (E), qui est consécutive à l'étape de chauffage intense (D), et au cours de laquelle une chauffe modulée de la sonde (51, S2) est réalisée. 4.- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape de chauffage réduit (F), qui est consécutive à l'étape de chauffage modulé (E), et au cours de laquelle une chauffe modulée de la sonde (S1, S2) est constante. 5.- Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif comprend des moyens de chauffage (Ch1, Ch2) équipant la sonde (S1, S2) qui estdisposée à l'intérieur de la ligne d'échappement (8) dont est pourvu le moteur à combustion interne (1) du véhicule automobile. 6.- Ligne d'échappement (8) équipée d'un dispositif selon la revendication 5, caractérisée en ce que la ligne d'échappement loge une pluralité de sondes (S1, S2) dont une première sonde (S1) disposée en amont d'un dispositif de dépollution (13) et une deuxième sonde (S2) disposée en aval du dispositif de dépollution (13) selon un sens d'écoulement (18) de gaz d'échappement (6) à l'intérieur de la ligne d'échappement (8). 7.- Véhicule automobile équipé d'une ligne d'échappement (8) selon la revendication 6.