Brevet FR3085716A1 — publié le 20200313

Dispositif de dépollution des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile et procédé de commande d'un tel dispositif La présente invention se rapporte à un dispositif de dépollution des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile et un procédé de commande d'un tel dispositif. Un véhicule automobile à moteur thermique comprend un circuit d'échappement 1 des gaz produits lors de la combustion du carburant dans le moteur 3, aussi appelé ligne d'échappement. Cette ligne d'échappement 1, en référence à la figure 1, comprend des moyens de traitement aptes à dépolluer les gaz avant leur expulsion du véhicule automobile. En particulier, il est connu de traiter les gaz d'échappement dans un pot catalytique, déclenchant des réactions chimiques aptes à transformer les constituants les plus toxiques des gaz d'échappement (CO, NOx...) en des éléments moins toxiques (H20, CO2, Une telle ligne d'échappement comprend des capteurs de gaz 2, appelés de manière générique sonde gaz 2, ou sonde de gaz 2, par exemple une sonde à oxydes d'azote (NOx) associée à un piège à oxydes d'azote ou un catalyseur de réduction sélective des oxydes d'azote (généralement abrégé en SCR, de l'anglais Selective Catalytic Reduction) ou une sonde à oxygène, généralement appelé sonde Lambda. Pour assurer une détection correcte des gaz présents dans le circuit d'échappement, les sondes gaz 2 de la ligne d'échappement 1 doivent atteindre une température de fonctionnement élevée, sensiblement de 700°C pour une sonde NOx et entre 200 °C et 600°C pour une sonde Lambda. Or, un problème connu est que les sondes gaz, à leur température de fonctionnement, ne doivent entrer en contact avec aucune particule d'eau, au risque d'être endommagées. Pourtant, il est connu qu'en début de trajet, et plus particulièrement lors d'un démarrage à froid d'un moteur de véhicule automobile, une ligne d'échappement peut contenir une quantité importante d'eau condensée auquel s'ajoute la vapeur d'eau produite par le moteur 3. 2 La pratique habituelle est alors de définir, en référence à la figure 2, un temps de chauffe 20 du moteur 3 correspondant à l'atteinte d'une température de rosée, aussi dite point de rosée 22, de la ligne d'échappement (en anglais Dew Point). La température de rosée correspond à une température de gaz, 5 mesurée dans le circuit d'échappement, où l'eau présente dans les gaz ne peut plus se déposer sous forme liquide, et par conséquent ne peut plus former de goutte d'eau. Une fois cette température de rosée 22 atteinte, on procède alors à la chauffe des sondes gaz, pendant une durée 21 de montée en température, 10 appelée en anglais light off 21, sous l'effet d'un organe de chauffage, tel qu'une résistance chauffante. Autrement dit, on s'assure que le point de rosée soit atteint par les gaz d'échappement dans le circuit d'échappement, afin de permettre la montée en température des sondes gaz sans que de l'eau liquide transportée par les gaz 15 d'échappement ou présente dans le circuit à l'arrêt ne puisse venir à leur contact, ce qui est une cause de défaillance des sondes gaz. Ce n'est qu'après cette durée de light off 21 que les procédés de dépollution des gaz de la ligne d'échappement 1 peuvent être mis en oeuvre. Or, un problème de cette solution de l'art antérieur est qu'il existe un 20 retard important au début de la dépollution des gaz, car il est nécessaire d'attendre que les délais cumulés d'atteinte du point de rosée 20 et du light off 21 soient passés. On connaît notamment le document de brevet US6781098 qui décrit un procédé de chauffe de la ligne d'échappement distinguant le démarrage à froid 25 du moteur d'un redémarrage à chaud, pour lequel aucun temps de chauffe n'est nécessaire. Ainsi, lorsqu'un démarrage à chaud est détecté, la dépollution peut démarrer de manière rapide. Toutefois ce document ne permet pas de résoudre le problème d'un démarrage plus rapide de la dépollution après un démarrage du moteur à froid. 30 II existe donc le besoin d'une solution pour permettre un démarrage plus précoce de la dépollution des gaz d'échappement après le démarrage à froid du moteur du véhicule automobile. 3 A cet effet on propose un dispositif de dépollution des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, ledit dispositif comprenant un circuit d'échappement des gaz issus de la combustion dudit moteur à combustion, comportant un conduit principal 5 d'échappement s'étendant entre une entrée des gaz et une sortie des gaz, le dispositif comprenant au moins une sonde de gaz polluants installée dans ledit conduit principal d'échappement des gaz. Le circuit d'échappement comprend en outre un conduit de dérivation entre un point de dérivation amont du circuit d'échappement, en amont de ladite 10 sonde de gaz, et un point de dérivation aval du circuit d'échappement, en aval de ladite sonde de gaz ; ledit circuit d'échappement comprenant au voisinage du point de dérivation amont un ensemble de clapets adapté pour, dans une première position, autoriser le passage des gaz dans le conduit principal et interdire le 15 passage des gaz dans le conduit de dérivation et, dans une deuxième position, interdire le passage des gaz dans le conduit principal et autoriser le passage des gaz dans le conduit de dérivation. Ainsi, le dispositif permet d'isoler la sonde des gaz d'échappement et de monter en température, en parallèle de l'atteinte du point de rosée des gaz 20 d'échappement. Ainsi, on peut réduire le retard au démarrage de la dépollution des gaz d'échappement en évitant de devoir attendre les temps cumulés d'atteinte du point de rosée et de chauffe de la sonde gaz. Avantageusement et de manière non limitative, l'ensemble de clapets comprend un premier clapet installé dans le conduit principal, en aval dudit 25 point de dérivation amont et en amont de la sonde de gaz, et un deuxième clapet dans le conduit de dérivation. Ainsi on peut contrôler de manière relativement simple dans quel conduit les gaz d'échappement sont orientés. Avantageusement et de manière non limitative, le conduit de dérivation s'étend au voisinage du conduit principal de sorte que dans la deuxième 30 position de l'ensemble de clapets, les gaz passant dans le conduit de dérivation produisent un échauffement du conduit de dérivation apte à chauffer le conduit principal au voisinage de la sonde de gaz par conduction thermique. Ainsi on 4 peut accélérer la montée en température du conduit principal, en particulier à proximité de la sonde gaz. L'invention concerne aussi un procédé de commande d'un dispositif de dépollution tel que décrit précédemment, comprenant de manière répétitive : 5 une étape d'acquisition de la température des gaz au voisinage de l'entrée des gaz ; une étape d'acquisition de la température de la sonde de gaz ; et en ce qu'il comprend : une étape de montée en température de la sonde de gaz ; et 10 une étape de commande dudit ensemble de clapets de sorte que : o lorsque la température des gaz est supérieure à une température de rosée l'ensemble de clapets est positionné dans sa première position, autorisant le passage des gaz dans le conduit principal et interdisant le passage des gaz dans le conduit de dérivation ; et 15 o lorsque la température des gaz est inférieure à la température de rosée l'ensemble de clapets est positionné dans une deuxième position interdisant le passage des gaz dans le conduit principal et autorisant le passage des gaz dans le conduit de dérivation. Ainsi, on peut commander de manière relativement simple et rapide le 20 dispositif selon l'invention. L'invention concerne aussi un organe de commande d'un dispositif de dépollution tel que décrit précédemment, adapté pour mettre en oeuvre le procédé de commande décrit précédemment. L'invention concerne aussi un ensemble moteur comprenant un moteur 25 thermique à combustion interne, un dispositif de dépollution tel que décrit précédemment et un organe de commande décrit précédemment. L'invention concerne aussi un véhicule automobile comprenant un ensemble moteur décrit précédemment. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture 30 de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : 5 - la figure 1 est une vue schématique d'un circuit d'échappement de l'art antérieur ; - la figure 2 est un graphique représentant la durée d'attente avant le début de la dépollution des gaz selon l'art antérieur ; - la figure 3 est une vue d'un dispositif de dépollution selon un mode de réalisation ; et - la figure 4 est un graphique représentant la durée d'attente avant le début de la dépollution des gaz selon le mode de réalisation de la figure 3 ; En référence à la figure 3, un véhicule automobile, non représenté, 10 comprend un moteur thermique à combustion interne 3, et un dispositif de dépollution des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. Le dispositif de dépollution comprend un circuit d'échappement des gaz 10 issus de la combustion du carburant dans le moteur à combustion interne 3. 15 Le circuit d'échappement 10 comprend un conduit principal d'échappement 31 s'étendant entre une entrée des gaz 30, par lequel entrent les gaz issus de la combustion du carburant dans le moteur 3, et une sortie des gaz 32, par exemple une ouverture de mise à l'air des gaz. Le dispositif de dépollution comprend au moins une sonde de gaz 20 polluants 2 installée dans le conduit principal d'échappement 31 des gaz, que l'on appellera plus simplement par la suite sonde gaz ou sonde de gaz. Cette sonde gaz, dans ce mode de réalisation une sonde à oxydes d'azote, aussi appelée sonde NOx, ou capteur NOx. Une sonde NOx fonctionne à une température de sensiblement 700°C, de 25 sorte qu'il est nécessaire de la porter à une telle température pour que ses mesures soient fiables. Toutefois, l'invention n'est pas limitée à ce type de sonde, une alternative de réalisation de l'invention peut comprendre une sonde à oxygène, aussi appelée sonde Lambda, qui présente une plage de température de 30 fonctionnement comprise entre 200°C et 600°C. Aussi les plages de températures pourront être adaptées en fonction du type de sonde gaz employée. 6 Afin de permettre une montée en température de la sonde gaz sans que la sonde ne risque d'être au contact d'eau pouvant l'endommager, par exemple d'eau transportée par les gaz parcourant le conduit principale 31, le circuit d'échappement comprend un conduit de dérivation 33. 5 Le conduit de dérivation 33 est installé entre un point de dérivation amont 34 du circuit d'échappement, en amont de la sonde gaz 2, et un point de dérivation aval 35 du circuit d'échappement, en aval de la sonde gaz 2. On entend dans la présente invention par le terme « amont », la position dans le circuit d'échappement orientée en direction de l'entrée de gaz 30, alors 10 que le terme « aval » désigne la position orientée en direction de la sortie de gaz 32. Dans ce mode de réalisation, le conduit de dérivation ne constitue une dérivation du circuit d'échappement que pour la sonde gaz autour de laquelle il est installé. Aussi, on vise par ce mode de réalisation à isoler seulement la 15 sonde gaz lors de la montée en température des gaz et de la sonde. Toutefois les point de dérivation amont 34 et avant 35 pourront être positionnés par l'homme du métier, selon les besoins d'isolation d'autres composants du circuit d'échappement. Afin de contrôler la circulation des gaz dans le circuit d'échappement 10, 20 on installe au voisinage du point de dérivation amont 34, deux clapets 36, 37 : un premier clapet 36 dans le conduit principal 31, au voisinage du point de dérivation amont 34, mais en aval de ce point de dérivation 34, et un deuxième clapet 37 dans le conduit de dérivation 33, au voisinage du point de dérivation amont 34, mais en aval de ce point de dérivation 34. 25 Selon une alternative de réalisation, le deuxième clapet 37 peut être positionné en n'importe que point du conduit de dérivation 33. De même, le premier clapet 36 peut être positionné en n'importe quel point du conduit principal 31 entre le point de dérivation amont 34 et la sonde gaz 2. 30 Les deux clapets 36, 37 sont commandés de sorte que lorsqu'un premier clapet est en position ouverte, l'autre est en position fermée. 7 Aussi, le circuit d'échappement comprend toujours parmi le conduit principal 31 et le conduit de dérivation 33, un conduit ouvert et un conduit fermé. Les deux clapets 36, 37 forment ainsi un ensemble de clapets 36, 37 5 présentant deux positions de fonctionnement distinctes : une première position, autorisant le passage des gaz dans le conduit principal 31 et interdisant le passage des gaz dans le conduit de dérivation 33, dans laquelle le premier clapet 36 est ouvert et le deuxième clapet 37 est fermé et, 10 une deuxième position, interdisant le passage des gaz dans le conduit principal 31 et autorisant le passage des gaz dans le conduit de dérivation 33, dans laquelle le premier clapet 36 est fermé et le deuxième clapet 37 est ouvert. Chaque clapet 36, 37 est imperméable aux fluides, gaz et liquides, de 15 sorte qu'il est apte à interdire le passage des gaz de combustion dans le conduit principale 31 ou dans le conduit de dérivation 33 selon sa position de fonctionnement. L'ensemble de clapets 36, 37 est commandé électriquement par un organe de commande, non représenté, tel qu'un calculateur embarqué. 20 Ainsi, le dispositif selon l'invention permet de contrôler si les gaz issus du moteur à combustion et entrant dans le circuit d'échappement par l'entrée des gaz 30 sont conduits dans le conduit principal, passant par conséquent au contact de la sonde gaz, ou s'ils sont déviés vers le conduit de dérivation, de sorte à ne pas entrer en contact avec la sonde gaz. 25 Le conduit de dérivation 33 est installé à proximité du conduit principal 31, par exemple au contact du conduit principal, de sorte que le passage des gaz dans le conduit de dérivation 33 puisse, par échange thermique, participer à la montée en température du conduit principal 31 et par conséquent de la sonde gaz 2 installée dans le conduit principal 31 30 L'organe de commande met en oeuvre un procédé de commande pour commander l'ensemble de clapets 36, 37. Ce procédé de commande met en oeuvre des étapes de mesures, réalisées de manière répétitives. 8 Tout d'abord le procédé met en oeuvre une étape d'acquisition de la température des gaz au voisinage de l'entrée des gaz 30. À cet effet le dispositif comprend un organe de mesure de la température au voisinage de l'entrée des gaz 30 dans le conduit principal 31. 5 Le procédé comprend aussi une étape d'acquisition de la température de la sonde de gaz. A cet effet le dispositif comprend aussi un organe de mesure de la température de la sonde gaz. Le procédé comprend ensuite une étape de détection du démarrage du moteur à combustion interne. 10 Lorsque le moteur est détecté comme étant démarré, le procédé met en oeuvre une étape de montée en température de la sonde de gaz. Cette montée en température est régulée en fonction des spécifications techniques de la sonde gaz employée, jusqu'à sa température de fonctionnement optimale. 15 Le procédé procède alors à une étape de commande du clapet dans lequel - Lorsque la température des gaz est supérieure à une température de rosée l'ensemble de clapets 36, 37 est positionné dans sa première position, autorisant le passage des gaz dans le conduit principal 31 et interdisant le passage des gaz dans le conduit de dérivation 33. 20 - Lorsque la température des gaz est inférieure à la température de rosée l'ensemble de clapets 36, 37 est positionné dans une deuxième position interdisant le passage des gaz dans le conduit principal 31 et autorisant le passage des gaz dans le conduit de dérivation 33. La température de rosée, aussi appelée point de rosée, est la température 25 la plus basse à laquelle les gaz peuvent être soumis sans qu'il ne se produise une formation d'eau liquide par saturation. Cette température de rosée est définie en fonction de la nature des gaz pénétrant dans le circuit d'échappement, et peut être modélisée notamment en fonctionnement du point de fonctionnement du moteur. 30 Aussi lorsque la température de rosée est atteinte, on est assuré qu'aucune goutte d'eau liquide ne peut venir se déposer sur la sonde gaz, ce qui est un risque d'endommagement de la sonde. 9 Aussi, par ce procédé de commande, en référence à la figure 4, on peut démarrer le chauffage de la sonde gaz 42, dès le démarrage du moteur du véhicule automobile, sans attendre que la température des gaz ait atteint le point de rosée 41, car les gaz dont dérivés dans le conduit de dérivation 33. 5 Aussi le temps de mise en fonctionnement de la sonde gaz, et par conséquent de la dépollution, correspond à la plus longue durée entre le temps d'atteinte du point de rosée 41 et la durée de montée en température 42 de la sonde gaz 2, alors que dans l'art antérieur, le temps de mise en fonctionnement correspondait à la somme de ces deux durées 20, 21. 10 Ainsi, on peut améliorer de manière relativement simple le fonctionnement d'une ligne d'échappement d'un véhicule automobile, REVENDICATIONS1. Dispositif de dépollution des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, ledit dispositif comprenant un circuit d'échappement des gaz issus de la combustion dudit moteur à combustion, comportant un conduit principal d'échappement (31) s'étendant entre une entrée des gaz (30) et une sortie des gaz (32), le dispositif comprenant au moins une sonde de gaz polluants (2) installée dans ledit conduit principal d'échappement (31) des gaz, caractérisé en ce que le circuit d'échappement comprend en outre un conduit de dérivation (33) entre un point de dérivation amont (34) du circuit d'échappement, en amont de ladite sonde de gaz (2), et un point de dérivation aval (35) du circuit d'échappement, en aval de ladite sonde de gaz (2) ; ledit circuit d'échappement comprenant au voisinage du point de dérivation amont (34) un ensemble de clapets (36, 37) adapté pour, dans une première position, autoriser le passage des gaz dans le conduit principal (31) et interdire le passage des gaz dans le conduit de dérivation (33) et, dans une deuxième position, interdire le passage des gaz dans le conduit principal (31) et autoriser le passage des gaz dans le conduit de dérivation (33). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble de clapets (36, 37) comprend un premier clapet (36) installé dans le conduit principal (31), en aval dudit point de dérivation amont (34) et en amont de la sonde de gaz (2), et un deuxième clapet (37) dans le conduit de dérivation (33). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le conduit de dérivation (33) s'étend au voisinage du conduit principal (31) de sorte que, dans la deuxième position de l'ensemble de clapets (36, 37), les gaz passant dans le conduit de dérivation (33) produisent un échauffement du conduit de dérivation (33) apte à chauffer le conduit principal (31) au voisinage de la sonde de gaz (2) par conduction thermique. 11 4. Procédé de commande d'un dispositif de dépollution selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend de manière répétitive - une étape d'acquisition de la température des gaz au voisinage de l'entrée 5 des gaz (30) ; - une étape d'acquisition de la température de la sonde de gaz (2) ; et en ce qu'il comprend : - une étape de montée en température de la sonde de gaz (2) ; et - une étape de commande dudit ensemble de clapets (36, 37) de sorte 10 que : o lorsque la température des gaz est supérieure à une température de rosée l'ensemble de clapets (36, 37) est positionné dans sa première position, autorisant le passage des gaz dans le conduit principal (31) et interdisant le passage des gaz dans le conduit de 15 dérivation (33) ; et o lorsque la température des gaz est inférieure à la température de rosée l'ensemble de clapets (36, 37) est positionné dans une deuxième position interdisant le passage des gaz dans le conduit principal (31) et autorisant le passage des gaz dans le conduit de 20 dérivation (33). 5. Organe de commande d'un dispositif de dépollution selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, adapté pour mettre en oeuvre le procédé de commande selon la revendication 4. 25 6. Ensemble moteur comprenant un moteur thermique à combustion interne, un dispositif de dépollution selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 et un organe de commande selon la revendication 5. 30 7.Véhicule automobile comprenant un ensemble moteur selon la revendication 6.