Brevet FR3085717A1 — publié le 20200313

ENSEMBLE MOTEUR A DISPOSITIF DE CHAUFFAGE ELECTRIQUE DES GAZ La présente invention se rapporte au domaine des moteurs à combustion interne et de leur dépollution. L'invention concerne plus particulièrement un moteur à combustion interne comprenant un dispositif de chauffage électrique des gaz. Les catalyseurs forment la base des systèmes de dépollution des gaz d'échappement des véhicules, aussi bien pour ceux équipés d'une motorisation à essence que pour ceux équipés d'une motorisation de type Diesel. Pour les motorisations à essence, le système de dépollution des gaz d'échappement comporte typiquement au moins un catalyseur d'oxydation à trois-voies dit « TWC » (de « Three Way Catalyst » en anglais) suivi d'un filtre à particules essence dit « GPF » de (« Gasoline Particulate Filter » en anglais). Pour les motorisations Diesel, le système de dépollution des gaz d'échappement comporte typiquement un catalyseur d'oxydation Diesel dit « DOC » (de c, Diesel Oxydation Catalyst » en anglais) qui est suivi d'un catalyseur de réduction sélective dit « SCR » (de « Selective Catalytic Reduction » en anglais) et d'un filtre à particules dit « FAP » ou « DPF » (de « Diesel Particulate Enter » en anglais). Les catalyseurs requièrent une température élevée pour pouvoir fonctionner efficacement. La montée en température générée par les gaz d'échappement chauds ou par un équipement extérieur tel qu'un dispositif de chauffage électrique est plus ou moins rapide selon le substrat du catalyseur et ou la puissance du dispositif de chauffage électrique. A l'exemple du document US7792627, les catalyseurs chauffés électriquement dit « EHC » (de « Electrically Heated Catalyst » en anglais), peuvent augmenter la température à l'échappement mais ils sont encombrants, leur imprégnation est compliquée et peut présenter des problèmes de durabilité. De plus, ils sont gourmands en énergie, cette énergie étant fournie par le moteur via la consommation de carburant. Par conséquent, le problème à la base de l'invention est de proposer une architecture plus simple permettant d'augmenter la température à l'échappement 2 Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l'invention un ensemble moteur comprenant un moteur à combustion interne relié à une ligne d'admission d'air au moyen d'un répartiteur d'admission et à une ligne d'échappement des gaz brûlés au moyen d'un collecteur d'échappement, ligne d'échappement comprenant un organe de dépollution des 5 gaz d'échappement qui sortent du collecteur. Cet ensemble moteur comprend de plus un dispositif de chauffage électrique des gaz disposé dans la ligne d'admission d'air immédiatement en amont du répartiteur et/ou dans la ligne d'échappement immédiatement en aval du collecteur et en amont de l'organe de dépollution. 10 L'effet technique est d'obtenir un agencement plus compact de chauffage des gaz. Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaisons : 15 Selon une réalisation, le dispositif de chauffage électrique des gaz disposé dans la ligne d'admission d'air consiste en une résistance électrique. Selon une réalisation, afin d'améliorer les échanges thermiques, le dispositif de chauffage électrique des gaz disposé dans la ligne d'admission d'air occupe le diamètre du passage 20 d'air d'admission. Selon une réalisation, l'ensemble moteur comprend de plus une turbine de turbocompresseur disposée entre le collecteur et l'organe de dépollution, et le dispositif de chauffage électrique des gaz disposé dans ligne d'échappement est disposé en amont 25 de la turbine et consiste en une résistance électrique. Cela permet d'avoir un agencement compact. Selon une autre réalisation, l'ensemble moteur comprend de plus une turbine de turbocompresseur disposée entre le collecteur et l'organe de dépollution, et le dispositif 30 de chauffage électrique des gaz disposé dans la ligne d'échappement est disposé en aval de la turbine et consiste en une résistance électrique. Selon une réalisation, le dispositif de chauffage électrique des gaz disposé dans la ligne d'échappement d'air occupe le diamètre du passage de gaz d'échappement. 35 Selon une réalisation, l'ensemble moteur de plus une turbine de turbocompresseur disposée entre le collecteur et l'organe de dépollution, et le dispositif de chauffage 3 électrique des gaz disposé dans ligne d'échappement est disposé en aval de la turbine et comprend une résistance électrique associée à un catalyseur. Selon une réalisation, le catalyseur est du même type que l'organe de dépollution. 5 L'invention concerne aussi un véhicule comprenant un ensemble moteur selon l'une quelconque des variantes précédemment décrites. D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après 10 d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux figures dans lesquelles : - La figure 1 est une représentation schématique d'un premier mode de réalisation de l'invention. 15 - La figure 2 est une représentation schématique d'un deuxième mode de réalisation de l'invention. - La figure 3 est une représentation schématique d'un troisième mode de réalisation de l'invention. 20 La figure 1 présente un ensemble moteur 1 comprenant un moteur thermique 2. Le moteur thermique peut être un moteur à allumage par compression avec au moins un cylindre 2a, par exemple ici quatre cylindres, pour la combustion. Un tel ensemble moteur peut équiper un véhicule, par exemple un véhicule automobile pour permettre un 25 déplacement de celui-ci. Le moteur thermique 2 est relié à une ligne 3 d'admission d'air destinée à diriger vers le moteur 1 thermique l'air nécessaire à son fonctionnement au moyen d'un répartiteur d'admission 3a d'air vers les cylindres. 30 Le moteur thermique 2 est également relié à une ligne 4 d'échappement des gaz brûlés au moyen d'un collecteur 4a de gaz d'échappement. Un turbocompresseur peut équiper ce moteur thermique 2. Ce turbocompresseur 35 comprend une partie compresseur (non représentée) et une partie turbine 5, cette partie turbine 5 étant reliée à la partie compresseur par un arbre de rotation commun (non représenté). 4 La ligne 4 d'échappement comprend encore, disposé immédiatement en aval de la turbine 5 du turbocompresseur, un organe 6 de dépollution des gaz d'échappement. L'amont et l'aval sont ici définis relativement au sens d'écoulement des gaz d'échappement dans la 5 ligne 4 d'échappement. Ce premier organe 6 de dépollution peut être un catalyseur d'oxydation ou encore un piège à oxyde d'azote, encore désigné LNT (pour « Lean NOx trap » en terminologie anglaise). L'organe 6 de dépollution est ici désigné premier en ce qu'il est le premier organe à recevoir les gaz d'échappement provenant du collecteur d'échappement 4a s'il est prévu d'autre organes de dépollution. 10 L'ensemble moteur peut encore comprendre une ligne 8 de recirculation des d'échappement. Dans ce premier mode de réalisation présenté en figure 1, l'ensemble 1 moteur comprend 15 un dispositif 7 de chauffage électrique de l'air d'admission disposé dans la ligne 3 d'admission. Ce dispositif 7 de chauffage électrique est placé dans la ligne 3 d'admission au plus près du collecteur d'admission 3a, de préférence immédiatement en amont du répartiteur 3a, l'amont et l'aval étant définis relativement au sens d'écoulement de l'air d'admission. Ce dispositif 7 de chauffage électrique est un simple système de chauffage 20 électrique en ce qu'il n'a pas la fonction de catalyse, autrement dit il consiste en une résistance électrique. Ce dispositif 7 de chauffage électrique peut se présenter sous la forme d'une grille. Afin de mieux chauffer l'air d'admission, le dispositif 7 de chauffage électrique occupe le diamètre du passage d'air d'admission du conduit d'admission qui le contient. 25 Le piquage de la ligne 8 de recirculation des gaz d'échappement dans la ligne 3 d'admission peut être disposé en amont ou en aval du dispositif 7 de chauffage électrique. Le dispositif 7 de chauffage électrique a pour objectif d'augmenter la température qui 30 entre dans la chambre de combustion pour améliorer in fine la thermique à l'échappement. Une augmentation de 10°C de la température de l'air à l'admission permet d'augmenter de 10°C la température des gaz d'échappement. La figure 2 présente un second mode de réalisation de l'ensemble moteur 1. Dans ce 35 second mode de réalisation, la ligne 3 d'admission ne comprend pas de dispositif de chauffage électrique. Dans ce second mode de réalisation, le dispositif de chauffage électrique 7' est disposé dans la ligne 4 d'échappement, entre la turbine 5 du 5 turbocompresseur et le premier organe 6 de dépollution à traiter les gaz en provenance de du collecteur 4b d'échappement. Dans ce second mode de réalisation, le dispositif de chauffage électrique 7' peut consister 5 comme pour le premier mode de réalisation en une résistance électrique. Le dispositif de chauffage électrique 7' peut également comprendre une résistance électrique associé à un catalyseur, ce catalyseur étant du même type que l'organe 6 de dépollution. Afin de mieux chauffer les gaz d'échappement, le dispositif 7' de chauffage électrique 10 occupe le diamètre du passage des gaz d'échappement du conduit d'échappement qui le contient ou s'il est associé à un catalyseur, au diamètre de ce catalyseur. La figure 3 présente un troisième mode de réalisation de l'ensemble moteur 1. Ce troisième mode de réalisation combine les premiers et second modes de réalisation. 15 Ainsi, la ligne 3 d'admission comprend le dispositif de chauffage électrique 7 du premier mode de réalisation et la ligne 4 d'échappement comprend le dispositif de chauffage électrique 7' du second mode de réalisation. Cette variante permet d'augmenter davantage la température des gaz à l'échappement et de répartir l'implantation des dispositifs de chauffage électrique. 20 Selon un autre mode de réalisation, non représenté, le dispositif de chauffage électrique 7' disposé dans la ligne 4 d'échappement peut être disposé non plus entre la turbine et l'organe de dépollution mais entre le collecteur 4a d'échappement et la turbine 5. Dans ce mode de réalisation le dispositif de chauffage électrique 7' consiste en une résistance 25 électrique. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrit. En variante, l'invention peut être prévue pour un moteur à combustion interne à allumage commandé. 30 Cette invention permet d'augmenter la température à l'échappement, donc de permettre une mise en fonctionnement plus rapide et une performance accrue du ou des catalyseurs implantés dans la ligne d'échappement, et donc de contribuer à diminuer les émissions de polluants tel que les oxydes d'azote. REVENDICATIONS1. Ensemble (1) moteur comprenant un moteur (2) à combustion interne relié à une ligne (3) d'admission d'air au moyen d'un répartiteur (3a) d'admission et à une ligne (4) d'échappement des gaz brûlés au moyen d'un collecteur (4a) d'échappement, ligne (4) d'échappement comprenant un organe (6) de dépollution des gaz d'échappement qui sortent du collecteur (4a), caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif (7, 7') de chauffage électrique des gaz disposé dans la ligne (3) d'admission d'air immédiatement en amont du répartiteur (3a) et/ou dans la ligne (4) d'échappement immédiatement en aval du collecteur (4a) et en amont de l'organe (6) de dépollution. 2. Ensemble (1) moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif (7) de chauffage électrique des gaz disposé dans la ligne (3) d'admission d'air consiste en une résistance électrique. 3. Ensemble (1) moteur selon la revendication 2, en ce que le dispositif (7) de chauffage électrique des gaz disposé dans la ligne (3) d'admission d'air occupe le diamètre du passage d'air d'admission. 4. Ensemble (1) moteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une turbine (5) de turbocompresseur disposée entre le collecteur (4a) et l'organe (6) de dépollution, et en ce que le dispositif (7') de chauffage électrique des gaz disposé dans ligne (4) d'échappement est disposé en amont de la turbine (5) et consiste en une résistance électrique. 5. Ensemble (1) moteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une turbine (5) de turbocompresseur disposée entre le collecteur (4a) et l'organe (6) de dépollution, et en ce que le dispositif (7') de chauffage électrique des gaz disposé dans la ligne (4) d'échappement est disposé en aval de la turbine (5) et consiste en une résistance électrique. 6. Ensemble (1) moteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif (7') de chauffage électrique des gaz disposé dans la ligne (4) d'échappement d'air occupe le diamètre du passage de gaz d'échappement. 7 7. Ensemble (1) moteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une turbine (5) de turbocompresseur disposée entre le collecteur (4a) et l'organe (6) de dépollution, et en ce que le dispositif (7') de chauffage électrique des gaz disposé dans ligne (4) d'échappement est disposé en aval de la turbine (5) et 5 comprend une résistance électrique associée à un catalyseur. 8. Ensemble (1) moteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le catalyseur est du même type que l'organe (6) de dépollution. 9. Véhicule caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble (1) moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10