Brevet FR3095010A1 — publié le 20201016

Description Titre de l'invention : PROCEDE DE LIMITATION DU REFROIDISSEMENT D'UN CATALYSEUR DE MOTEUR THERMIQUE [0001] La présente invention porte sur un procédé de limitation du refroidissement d'un ca- talyseur de moteur thermique. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, avec les moteurs thermiques à essence de véhicules automobiles. [0002] Les émissions polluantes des moteurs thermiques équipant les véhicules automobiles sont réglementées par des normes. Les polluants réglementés sont, selon la technologie de moteur thermique considérée, le monoxyde dc carbone (CO), les hydrocarbures imbrûlés (1-1C), les oxydes d'azote (N0x), et les particules qui sont formées lors de la combustion du carburant dans la chambre de combustion puis émises à l'échappement. [0003] Il est connu d'employer un certain nombre de moyens de dépollution dans la ligne d'échappement des moteurs thermiques pour limiter les émissions dc ces polluants. Ainsi, il est possible d'utiliser un catalyseur réalisé à base d'un matériau aux propriétés de stockage réversibles d'oxygène en fonction dc la richesse des gaz d'échappement. Le catalyseur contribue à assurer l'oxydation du monoxyde de carbone (CO) et des hydrocarbures imbrûlés (14C) et la réduction des oxydes d'azote (N0x). Le catalyseur chauffé par les gaz d'échappement s'amorce et devient fonctionnel à partir d'une certaine température comprise entre 300 et 400 degrés Celsius suivant le type dc catalyseur. [0004] Lors de certaines phases de roulage, comme par exemple une descente de col, le véhicule automobile peut fonctionner sur de longues périodes dc décélération ou de frein moteur. Au cours de cette phase de fonctionnement, la température des gaz d'échappement est alors beaucoup plus froide, dc l'ordre d'une centaine de degrés, et peut désamorcer le catalyseur en le traversant. En conséquence, il sera nécessaire de relancer une stratégie de chauffe du catalyseur qui engendre une augmentation de la consommation en carburant et des émissions dc dioxyde de carbone. De nombreuses surémissions de polluants sont émises avant que le catalyseur retrouve sa température d'amorçage lui permettant d'être efficace. [0005] Par ailleurs, afin de réduire les rejets de polluants pénétrant dans la ligne d'échappement, il est connu d'utiliser un système dit EGR (acronyme pour "Exhaust Gas Recirculation" en anglais) permettant de faire re-circuler une partie des gaz d'échappement vers la conduite d'admission du moteur thermique. [0006] L'invention tire profit de la présence d'un tel système EGR pour limiter le refroi- dissement du catalyseur lors de phases de roulage pendant lesquelles l'injection de 2 carburant dans les cylindres est coupée de sorte que l'air frais est susceptible de traverser le catalyseur. [0007] Plus précisément, l'invention a pour objet un procédé de limitation d'un refroi- dissement d'un catalyseur relié à une ligne d'échappement d'un moteur thermique, ledit moteur thermique comportant en outre un système de recirculation des gaz d'échappement, ledit procédé comportant: - une étape de détection d'un arrêt d'injection de carburant dans des cylindres du moteur thermique pendant une durée supérieure à une durée seuil, et - une étape de pilotage d'une vanne du système de recirculation de façon à faire recirculer les gaz d'échappement issus d'un collecteur d'échappement vers un collecteur d'admission du moteur thermique pour empêcher lesdits gaz d'échappement de traverser le catalyseur. [0008] On observe ainsi que, dans l'invention, le système de recirculation n'est pas utilisé de façon classique pour diminuer les émissions de polluants mais pour éviter le refroidissement du catalyseur lorsque des gaz d'échappement frais traversent le moteur thermique. L'invention permet d'éviter que les gaz frais générés lors des longues périodes de décélérations refroidissent le catalyseur. On fait ainsi l'économie du lancement d'une stratégie de chauffe du catalyseur lorsque cc dernier s'est désamorcé, ce qui évite une surconsommation de carburant et une surémission dc particules polluantes. [0009] Selon une mise en oeuvre, ledit procédé comporte une étape de fermeture d'un doseur d'air, de sorte que les gaz d'échappement circulent en boucle fermée. [0010] Selon une mise en oeuvre, la boucle fermée est constituée par le collecteur d'échappement, une conduite de redirection des gaz d'échappement, le collecteur d'admission, et les cylindres du moteur thermique. [0011] Selon un mode de réalisation, une mise en oeuvre du procédé est inhibée dès qu'une nouvelle injection de carburant dans les cylindres du moteur thermique est détectée. [0012] Selon une mise en oeuvre, la durée seuil est comprise entre 3 secondes et 10 secondes. [0013] Selon une mise en oeuvre, le moteur thermique est un moteur à essence. [0014] Selon un mode de réalisation, ledit procédé est mis en oeuvre lors d'une phase de roulage d'un véhicule automobile. [0015] L'invention a également pour objet un calculateur comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé tel que précédemment défini. [0016] L'invention concerne en outre un véhicule automobile comportant un calculateur tel que précédemment défini. [0017] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen 3 des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. [0018] [fig.1] La figure 1 est une représentation schématique d'une architecture de moteur thermique avec laquelle est mis en oeuvre le procédé selon l'invention; [0019] [fig.2] La figure 2 est un diagramme des différentes étapes du procédé selon l'invention de limitation de refroidissement du catalyseur. [0020] La figure 1 représente un moteur thermique 10 de véhicule automobile muni d'injecteurs 11 pour injecter du carburant dans des cylindres 12 du moteur 10. Le moteur thermique 10 pourra être de type essence. [0021] La ligne d'admission 13 du moteur 10 reliée au collecteur d'admission 14 comporte un filtre à air 15, un débitmètre 16, ainsi qu'un doseur d'air 17, dit boîtier papillon, permettant de doser une quantité d'air pénétrant à l'intérieur des cylindres 12 afin d'obtenir un mélange combustible air-carburant. [0022] En outre, le moteur 10 est suralimenté par un turbocompresseur 19 comprenant un compresseur 20 et une turbine 21. Le compresseur 20 permet de comprimer l'air d'admission de manière à optimiser le remplissage des cylindres 12. A cet effet, le compresseur 20 est disposé sur la ligne d'admission 13 en amont du collecteur d'admission 14. L'écoulement des gaz d'échappement entraîne en rotation la turbine 21, laquelle entraîne alors en rotation le compresseur 20 par l'intermédiaire d'un arbre d'accouplement 22. Une vanne de commande 24 située en amont de la turbine 21 permet de gérer la quantité de gaz d'échappement circulant à travers la turbine 21 et la quantité de gaz passant par une conduite de décharge 25 court-circuitant la turbine 21. [0023] De manière à maintenir la densité de Pair acquise en sortie du compresseur 20, on utilise un échangeur de chaleur 27 dit RAS (pour "Refroidisseur d'Air de Suralimentation") apte à refroidir l'air circulant dans la ligne d'admission 13. L'échangeur 27 est monté en aval du compresseur 20 et en amont du doseur d'air 17. En variante, le moteur thermique 10 est dépourvu de système de suralimentation, le procédé selon l'invention pouvant également être mis en oeuvre avec un moteur atmosphérique. [0024] Par ailleurs, un système de recirculation 30 des gaz d'échappement ((lit "EGR" pour "Exhaust Gaz Recirculation" en anglais) comporte une conduite de redirection 31 des gaz d'échappement apte à rediriger une partie des gaz d'échappement issus du collecteur d'échappement 32 vers le collecteur d'admission 14 du moteur 10. Si besoin, un échangeur thermique (non représenté) pourra être disposé sur la conduite de redirection 31 afin de refroidir les gaz avant leur entrée dans le collecteur d'admission. [0025] Ainsi, une partie des gaz d'échappement du moteur 10 est rejetée vers l'extérieur du véhicule automobile via une ligne d'échappement 33 reliée au collecteur d'échappement 32 et une autre partie des gaz est recyclée vers le collecteur d'admission 14. La quantité de gaz d'échappement devant être remise en circulation est contrôlée par une vanne 34, dite vanne EGR. [0026] Un catalyseur 35 est connecté sur la ligne d'échappement 33. Le catalyseur 35 est réalisé à base d'un matériau aux propriétés de stockage réversibles d'oxygène en fonction de la richesse des gaz d'échappement. Le catalyseur 35 présente une capacité de stockage en oxygène, dite "OSC" pour "Oxygcn Storage Capacity" en anglais. Il permet de stocker l'oxygène lorsque le moteur 10 fonctionne en régime pauvre (rapport air/carburant supérieur à 1) pour le restituer en régime riche (rapport air/carburant inférieur ou égal à 1). Le catalyseur 35 contribue à assurer l'oxydation du monoxyde de carbone (CO) et des hydrocarbures imbrûlés (HC) et la réduction des oxydes d'azote (N0x). La capacité de stockage en oxygène du catalyseur 35 est un indicateur de son vieillissement car plus le catalyseur 35 vieillit, moins il est capable de stocker de l'oxygène. [0027] Une sonde 36.1 et une sonde 36.2 sont disposées respectivement en amont et en aval du catalyseur 35. Ces sondes 36.1, 36.2 de type connu pourront prendre par exemple la forme de sondes de type linéaire ou stoechiométrique. [0028] Un calculateur moteur 37 pilote les différents organes du moteur thermique 10: in- jecteurs 11, doseur d'air 17, vanne du turbocompresseur 24, vanne EGR 34. Ce calculateur moteur 37 comporte une mémoire stockant des instructions logicielle pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention de limitation du refroidissement du catalyseur 35. Cc procédé dont les étapes sont décrites en référence avec la figure 2 est mis en oeuvre lors de phase de roulage du véhicule automobile, notamment lors d'une phase de roulage en descente de col. [0029] Le calculateur 37 détecte, au cours d'une étape 101, un arrêt d'injection de carburant dans des cylindres 12 du moteur thermique 10 pendant une durée supérieure à une durée seuil. La durée seuil est par exemple comprise entre 3 secondes et 10 secondes. [0030] Le calculateur 37 pilote ensuite, au cours d'une étape 102, la vanne EGR 34 de façon à faire recirculer les gaz d'échappement issus du collecteur d'échappement 32 vers le collecteur d'admission 14 pour empêcher lesdits gaz d'échappement de traverser le catalyseur 35. [0031] Le calculateur 37 pilote également, dans une étape 103, une fermeture du doseur d'air 17 pour empêcher une arrivée d'air frais dans les cylindres 12 du moteur thermique 10. Les gaz d'échappement circulent alors en boucle fermée suivant les flèches Fi. La boucle fermée est constituée par le collecteur d'échappement 32, la conduite de redirection des gaz d'échappement vers le collecteur d'admission 14, le collecteur d'admission 14, et les cylindres 12 du moteur thermique 10. Les étapes 102 et 103 pourront être réalisées simultanément ou tout au moins très proches dans le temps l'une de l'autre. [0032] La mise en oeuvre du procédé est inhibée dès qu'une nouvelle injection de carburant dans les cylindres 12 du moteur thermique 10 est détectée. Ainsi, le système EGR 30 sera coupé, de sorte que les gaz d'échappement générés par une combustion de carburant et passant par le collecteur d'échappement 32 seront autorisés à traverser le catalyseur 35 avant d'être évacués vers l'extérieur. [0033] -11 sera possible de tenir compte d'autres paramètres pour déclencher la mise en oeuvre du procédé, comme par exemple la température du catalyseur 35. Dans ce cas, le procédé pourra être mis en oeuvre lorsque la température du catalyseur 35 mesurée ou estimée diminue et se rapproche de sa température d'amorçage comprise entre 300 et 400 degrés Celsius. Par exemple, le procédé pourra être déclenché lorsque la température du catalyseur 35 diminue jusqu'à une température égale à la température d'amorçage plus une dizaine de degrés. -11 est également possible de tenir compte de mesures issues de capteurs d'altitude mettant en évidence que le véhicule automobile se trouve dans une phase de descente de col. D'autres paramètres pourront également être pris en compte pour sécuriser l'activation et la désactivation du procédé selon l'invention. 6 REVENDICATIONS[Revendication 1] Procédé de limitation d'un refroidissement d'un catalyseur (35) relié à une ligne d'échappement (33) d'un moteur thermique (10), ledit moteur thermique (10) comportant en outre un système de recirculation (30) des gaz d'échappement, caractérisé en ce que ledit procédé comporte: - une étape de détection d'un arrêt d'injection de carburant dans des cylindres (12) du moteur thermique (10) pendant une durée supérieure à une durée seuil, et - une étape de pilotage d'une vanne (34) du système de recirculation (30) de façon à faire recirculer les gaz d'échappement issus d'un collecteur d'échappement (32) vers un collecteur d'admission (14) du moteur thermique (10) pour empêcher lesdits gaz d'échappement de traverser le catalyseur (35). [Revendication 2] Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de fermeture d'un doseur d'air (17), de sorte que les gaz d'échappement circulent en boucle fermée. [Revendication 3] Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la boucle fermée est constituée par le collecteur d'échappement (32), une conduite de redirection des gaz d'échappement, le collecteur d'admission (14), et les cylindres (12) du moteur thermique (10). [Revendication 4] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une mise en oeuvre du procédé est inhibée dès qu'une nouvelle injection de carburant dans les cylindres (12) du moteur thermique (10) est détectée. [Revendication 5] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la durée seuil est comprise entre 3 secondes et 10 secondes. [Revendication 6] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le moteur thermique (10) est un moteur à essence. [Revendication 7] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre lors d'une phase de roulage d'un véhicule automobile. [Revendication 8] Calculateur (37) comportant une mémoire stockant. des instructions lo- gicielles pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes. [Revendication 9] Véhicule automobile comportant un calculateur (37) tel que défini selon la revendication 8.