Brevet FR3101376A1 — publié le 20210402

Il est divulgué un procédé de chauffage d’un catalyseur chauffé électriquement (102) d’un véhicule automobile. En utilisant un compresseur électrique (206) qui équipe le véhicule automobile, le procédé génère un flux de gaz à travers le moteur à combustion interne (104) ou une voie de recirculation des gaz d’échappement (202) pour atteindre les moyens de chauffage (102a) du catalyseur chauffé électriquement et chauffer ensuite la zone (102b) du catalyseur dans laquelle de produisent les réactions chimiques de dépollution des gaz d’échappement. Figure 2 PROCÉDÉ DE CHAUFFAGE D’UN CATALYSEUR CHAUFFÉ ÉLECTRIQUEMENT DE VÉHICULE AUTOMOBILE La présente invention se rapporte de manière générale aux systèmes de traitement des gaz d’échappement de véhicules automobiles équipés d’un moteur à combustion interne. Elle concerne plus particulièrement un procédé de chauffage d’un catalyseur chauffé électriquement d’un tel véhicule automobile. L'invention trouve des applications, en particulier, dans les véhicules automobiles équipés d’un compresseur électrique à commande électronique situé en amont de l’admission du moteur à combustion interne. Dans les véhicules automobiles équipés d’un moteur à combustion interne, le traitement des gaz d’échappement est un enjeu très important. En effet, l’objet de ce traitement est de réduire l’émission de divers polluants qui découle du fonctionnement normal du moteur. Or, l’émission de polluants par les véhicules automobiles est actuellement une préoccupation majeure. Par voie de conséquence, la dépollution des gaz d’échappement est aujourd’hui encadrée par des normes strictes qui imposent aux constructeurs automobiles de respecter certains critères d’efficacité spécifiques pour les systèmes de traitement des gaz d’échappement. Typiquement, dans un véhicule automobile à combustion interne, le traitement des gaz d’échappement est réalisé par un catalyseur (ou pot catalytique) dont le rôle est de transformer les constituants les plus toxiques des gaz d’échappement en éléments moins toxiques. Un catalyseur opère pour cela une ou plusieurs réactions chimiques à l’origine de cette transformation. Par exemple, les oxydes d’azote sont transformés en diazote et dioxyde de carbone par une réaction de réduction, tandis que les monoxydes de carbone et les hydrocarbures imbrûlés sont transformés en eau et en dioxyde de carbone par des réactions d’oxydation. L’efficacité de la transformation des gaz d’échappement réalisée par un catalyseur dépend de la température au sein dudit catalyseur. Dit autrement, les réactions chimiques qui se produisent au sein du catalyseur entraînent une dépollution qui est plus ou moins efficace en fonction de la température dans le catalyseur. En particulier, la performance d’un catalyseur (i.e. le taux de transformation des gaz d’échappement) peut atteindre quasiment 100 % lorsque la température dans le catalyseur dépasse une valeur seuil, classiquement dénommée Tlightoff. Cela étant, et pour pouvoir répondre aux normes et assurer une dépollution des gaz d’échappement suffisamment efficace en toutes circonstances, il devient utile, voire indispensable dans certains cas, d’intégrer au véhicule des moyens de chauffage du catalyseur. Ces moyens visent à permettre d’atteindre rapidement la température Tlightoff quelle que soit la température initiale du catalyseur lorsque le moteur est démarré après un arrêt prolongé du véhicule, et/ou quelle que soit la fréquence à laquelle le catalyseur est sollicité en cas de démarrages et d’arrêts répétés du moteur à combustion interne en des temps rapprochés, par exemple dans le cadre de la mise en œuvre de la fonction « Start & Stop ». Il existe à l’heure actuelle plusieurs approches destinées à permettre un chauffage rapide d’un catalyseur d’un véhicule automobile équipé d’un moteur à combustion interne. Certaines de ces approches, s’appuient sur une modification volontaire du fonctionnement du moteur, pendant une durée déterminée suivant le démarrage du moteur suivant un arrêt prolongé du véhicule. Plus précisément, en modifiant la commande du moteur il est possible de générer temporairement une plus grande quantité de gaz d’échappement qui contribue elle-même au réchauffement plus rapide du catalyseur. En outre, un préchauffage du catalyseur peut être réalisé en démarrant le moteur pendant quelques secondes avant qu’un couple moteur ne soit effectivement rendu disponible pour autoriser la mise en mouvement du véhicule et l’émission de gaz d’échappement qui en résulte. Toutefois ce type de modifications du fonctionnement du moteur une implique une dégradation des performances en termes de consommation de carburant durant la phase de fonctionnement correspondante, et entraîne elle-même une émission supplémentaire de plus de gaz polluants. Une autre approche connue consiste à intégrer au catalyseur un système de chauffage électrique. On parle alors de catalyseur chauffé électriquement ou eHC (de l’anglais « electrically Heated Catalyst »). Typiquement les moyens de chauffage d’un tel eHC consistent en une résistance chauffante placée dans le catalyseur à proximité immédiate de la zone dans laquelle se produisent les réactions chimiques de dépollution des gaz d’échappement. En particulier, cette résistance chauffante peut avoir la forme d’une grille à travers laquelle circule les gaz d’échappement qui se réchauffent au contact de la grille avant d’entraîner le réchauffement du reste du catalyseur. Cette résistance réchauffe également directement la première brique catalytique par un phénomène de conduction au travers des pins support qui relient ces deux pièces. Cette résistance chauffante peut alors être mise sous tension électrique avant le début du traitement des gaz d’échappement ou pendant le traitement de gaz d’échappement afin de chauffer le catalyseur et permettre d’atteindre plus rapidement la température à laquelle celui-ci est le plus performant. Toutefois, une limite à cette approche subsiste dans le sens où, dans un tel dispositif, le chauffage effectif de la zone où se produisent les réactions chimiques est réalisé par un transfert calorique depuis un gaz chaud qui circule depuis son point de contact avec la résistance chauffante jusqu’à la zone en question. Autrement dit, dès que le gaz ne circule pas à l’intérieur du catalyseur, du fait de l’absence d’un entraînement particulier, le chauffage ne se fait que par l’intermédiaire de la conduction thermique via ledit gaz qui est alors statique. Or, ce mécanisme peut être très lent. Le bénéfice de l’utilisation d’un catalyseur chauffé électriquement est alors relativement faible du fait d’une efficacité limitée des moyens de chauffage. En d’autres termes, malgré l’utilisation de moyens de chauffage au sein du catalyseur, la durée nécessaire pour atteindre la température Tlightoff, en particulier lorsque les conditions initiales sont froides, peut demeurer relativement longue. En outre, les normes de dépollution (et en particulier les normes européennes) qui encadrent le fonctionnement de ce type de dispositif évoluent régulièrement vers des contraintes plus strictes. C’est le cas de la norme européenne EU7, laquelle sera probablement implémentée en Europe à partir de 2025, qui impose qu’un catalyseur soit actif encore plus tôt après la mise en fonctionnement du moteur à combustion interne, et qu’il reste globalement opérationnel lors de trajets où le moteur du véhicule présente beaucoup de phases d’arrêt, pendant lesquelles la capacité d’un catalyseur à chauffer est réduite du fait de l’arrêt du moteur et/ou pendant lesquelles le catalyseur peut même refroidir. En effet, dans les véhicules automobiles modernes, et en particulier dans les véhicules automobiles hybrides, certains systèmes visent à permettre de réaliser des économies de carburant en entrainant notamment des phases d’arrêt du moteur à combustion interne plus fréquentes. Typiquement, dans les véhicules équipés d’une fonction « start & stop » précitée, les phases de conduites en ville comportent beaucoup d’arrêts et de redémarrages du moteur à combustion interne du véhicule. En outre, les véhicules hybrides comprennent une machine électrique qui assiste ou remplace temporairement le moteur à combustion interne pour générer du couple moteur de traction du véhicule dans de telles phase de conduite. Le moteur à combustion interne peut alors être moins sollicité voire être mis temporairement à l’arrêt. De ce fait, la source de chaleur nécessaire au chauffage du catalyseur diminue en intensité, voire disparaît. Il s’ensuit que le catalyseur, chauffe moins, ou ne chauffe pas, voire refroidit. Additionnellement, certains systèmes implémentent une fonction dite de « sailing » dans laquelle le véhicule automobile fonctionne en roue libre lors de courtes plages temporelles pour économiser du carburant. Là encore, le moteur à combustion interne est temporairement mis à l’arrêt et l’effet des moyens de chauffage d’un catalyseur chauffé électriquement est alors globalement réduit. Par ailleurs, certains véhicules automobiles récents peuvent être équipés d’un compresseur électrique à commande électronique, aussi appelé compresseur électronique par raccourci, ou encore « e-compresseur ». Dans un tel compresseur, une machine électrique entraîne le compresseur du e-compresseur dont le rôle est d’aspirer et de comprimer un gaz. En particulier, le e-compresseur est situé en amont de l’admission du moteur à combustion interne et il est utilisé pour injecter plus d’air à l’admission du moteur (par exemple, dans le cas d’un moteur à allumage commandé ou moteur à essence). Cette dernière technique, connue sous l’acronyme EGR (de l’anglais « Exhaust Gaz Recirculation ») est couramment utilisée pour permettre une réutilisation des gaz d’échappement imparfaitement brûlés, entraînant un gain en énergie et une réduction de l’émission de gaz polluants. Il apparaîtra à l’homme du métier que, dans tous les cas, la finalité première de l’utilisation d’un tel e-compresseur est l’augmentation du couple moteur produit par le moteur à combustion interne à partir d’une quantité de carburant donnée. La réduction de l’émission de gaz polluants n’est qu’un effet secondaire, résultant mécaniquement d’une optimisation de l’utilisation du pouvoir énergétique du carburant. L'invention vise à atténuer les inconvénients de l’art antérieur précités relativement au chauffage du catalyseur d’un système de traitement des gaz d’échappement d’un véhicule automobile, en proposant un procédé permettant de faire circuler du gaz dans un catalyseur chauffé électriquement lorsque le moteur à combustion interne est à l’arrêt. En particulier, la mise en œuvre du procédé s’appuie sur un e-compresseur qui généralement équipe déjà le véhicule automobile, dans le but de générer un flux de gaz qui circule à travers un ou plusieurs cylindres du moteur à combustion interne ou à travers une voie de recirculation des gaz d’échappement. L’idée à la base de l’invention est de faire circuler un flux de gaz caloriporteur, de manière que ce flux traverse les moyens de chauffage du catalyseur chauffé électriquement afin d’être chauffé par eux, et qu’il atteigne ensuite la zone du catalyseur dans laquelle de produisent les réactions chimiques de dépollution des gaz d’échappement afin de chauffer cette zone. Dite autrement, le flux de gaz sous pression assure une fonction de fluide caloporteur, en transportant des calories depuis les moyens de chauffage du catalyseur jusqu’à la zone qui est le seuil des réactions chimiques de dépollution et qui doit être à température suffisante pour faire cela dans de bonnes conditions opérationnelles. A cet effet, un premier aspect de l’invention propose un procédé de chauffage d’un catalyseur chauffé électriquement pour véhicule automobile, ledit véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne avec au moins une conduite d’admission et au moins une conduite d’échappement des gaz à brûler et des gaz brûlés dans le moteur, respectivement, et comprenant en outre un compresseur de gaz à commande électrique adapté pour compresser les gaz à brûler ou les gaz brûlés, ledit catalyseur comprenant des moyens électriques de chauffage adaptés pour chauffer, à l’aide de gaz d’échappement provenant de la conduite d’échappement, une zone de dépollution du catalyseur qui est adaptée pour être le seuil de réactions chimiques de dépollution desdits gaz d’échappement, le procédé comprenant les étapes suivantes, exécutées par un calculateur de gestion du moteur à combustion interne du véhicule automobile en réponse à une commande d’arrêt du moteur à combustion interne ou en anticipation d’un démarrage et/ou à la détection d’un débit de gaz dans le catalyseur inférieur à un seuil de débit déterminé dans une phase d’arrêt du moteur à combustion interne ; a) comparaison de la température dans la zone de dépollution avec un seuil de température déterminée ; et, en cas de température inférieure audit seuil de température, b) positionnement du moteur à combustion interne dans une position adaptée pour permettre la circulation de gaz à travers ledit moteur à combustion interne, depuis la conduite d’admission vers la conduite d’échappement ; et, c) activation pendant une durée déterminée, d’une part, du compresseur de manière à générer un flux de gaz à travers le catalyseur et, d’autre part, des moyens de chauffage du catalyseur. Des modes de mise en œuvre pris isolément ou en combinaison, prévoient en outre que : - le véhicule automobile comprenant en outre une voie de recirculation des gaz d’échappement qui connecte la conduite d’échappement à la conduite d’admission via une vanne adaptée pour ouvrir ou fermer ladite voie de recirculation, l’étape b) peut être remplacée par et/ou combinée avec l’ouverture de ladite vanne afin de permettre la circulation de gaz depuis la conduite d’admission vers la conduite d’échappement ; - le véhicule automobile comprenant en outre un turbocompresseur ayant une soupape de dérivation, situé entre le moteur à combustion interne et le catalyseur chauffé électriquement, le procédé peut en outre comprendre, préalablement à l’exécution de l’étape d), l’ouverture de ladite soupape de dérivation ; - la première valeur seuil déterminée peut être égale à la température Tlightoff pour laquelle l’efficacité de transformation des gaz d’échappement par le catalyseur chauffé électriquement est maximale, selon les spécifications opérationnelles du catalyseur ; - le positionnement du moteur à combustion interne dans une position adaptée pour permettre la circulation de gaz à travers ledit moteur à combustion interne peut être obtenu en commandant l’arrêt du moteur dans une position angulaire du vilebrequin déterminée et/ou en commandant la distribution variable des soupapes d’admission et d’échappement d’au moins un cylindre du moteur à combustion interne de manière qu’au moins une soupape d’admission et au moins une soupape d’échappement du cylindre soient ouvertes simultanément ; - les moyens de chauffage du catalyseur chauffé électriquement peuvent comprendre une résistance chauffante ayant la forme d’une grille adaptée pour permettre la circulation d’un gaz à travers les mailles de ladite grille ; - lors de l’étape e), la durée déterminée de l’activation du compresseur électrique et des moyens de chauffage peut être adaptée pour permettre la régulation de la température dans la zone de dépollution entre des valeurs limites déterminées pendant ladite durée déterminée ; et/ou, - le procédé peut comprendre en outre la comparaison d’un niveau de charge d’une batterie du véhicule automobile alimentant électriquement le compresseur, avec un seuil de charge déterminée, et l’étape b) et l’étape c) peuvent n’être réalisées que si le niveau de charge de la batterie est supérieur audit seuil de charge déterminé. Dans un deuxième aspect, l’invention a également pour objet un calculateur de gestion de moteur comprenant des moyens adaptés pour mettre en œuvre les étapes du procédé selon le premier aspect ci-dessus. Dans un troisième aspect, l’invention a également pour objet un produit programme d'ordinateur chargeable directement dans une mémoire interne d'un ordinateur numérique, comprenant des portions de code de logiciel pour la mise en œuvre de toutes les étapes du procédé selon le premier aspect ci-dessus lorsque le programme d’ordinateur est exécuté par l’ordinateur. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : est une description schématique d’un véhicule automobile dans lequel le procédé selon l’invention peut être mis en œuvre ; est une description schématique de la chaîne d’équipement du véhicule automobile dans laquelle le procédé selon l’invention peut être mis en œuvre ; et, est un diagramme d’étapes d’un mode de mise en œuvre du procédé selon l’invention. Procédé de chauffage d’un catalyseur chauffé électriquement (102) pour véhicule automobile (101), ledit véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne (104) avec au moins une conduite d’admission et au moins une conduite d’échappement des gaz à brûler et des gaz brûlés dans le moteur, respectivement, et comprenant en outre un compresseur de gaz à commande électrique (105) adapté pour compresser les gaz, ledit catalyseur comprenant des moyens électriques de chauffage (102a) adaptés pour chauffer, à l’aide de gaz d’échappement provenant de la conduite d’échappement, une zone de dépollution (102b) du catalyseur qui est adaptée pour être le seuil de réactions chimiques de dépollution desdits gaz d’échappement, le procédé comprenant les étapes suivantes, exécutées par un calculateur (103) de gestion du moteur à combustion interne du véhicule automobile en réponse à une commande d’arrêt du moteur à combustion interne et/ou à la détection (301) d’un débit de gaz dans le catalyseur inférieur à un seuil de débit déterminé dans une phase d’arrêt du moteur à combustion interne ; a) comparaison (302) de la température dans la zone de dépollution avec un seuil de température déterminée ; et, en cas de température inférieure audit seuil de température, b) positionnement (304) du moteur à combustion interne dans une position adaptée pour permettre la circulation de gaz à travers ledit moteur à combustion interne, depuis la conduite d’admission vers la conduite d’échappement ; et, c) activation (305) pendant une durée déterminée, d’une part, du compresseur de manière à générer un flux de gaz à travers le catalyseur et, d’autre part, des moyens de chauffage du catalyseur. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, le véhicule automobile comprenant en outre une voie de recirculation des gaz d’échappement (202) qui connecte la conduite d’échappement à la conduite d’admission via une vanne (207) adaptée pour ouvrir ou fermer ladite voie de recirculation, l’étape b) est remplacée par et/ou combinée avec l’ouverture de ladite vanne afin de permettre la circulation de gaz depuis la conduite d’admission vers la conduite d’échappement. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel le véhicule automobile comprenant en outre un turbocompresseur ayant une soupape de dérivation, situé entre le moteur à combustion interne et le catalyseur chauffé électriquement, le procédé comprend en outre, préalablement à l’exécution de l’étape b), l’ouverture de ladite soupape de dérivation. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la première valeur seuil déterminée est égale à la température T lightoff pour laquelle l’efficacité de transformation des gaz d’échappement par le catalyseur chauffé électriquement est maximale, selon les spécifications opérationnelles du catalyseur. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le positionnement du moteur à combustion interne dans une position adaptée pour permettre la circulation de gaz à travers ledit moteur à combustion interne est obtenu en commandant l’arrêt du moteur avec une position angulaire du vilebrequin déterminée et/ou en commandant la distribution variable des soupapes d’admission et d’échappement d’au moins un cylindre du moteur à combustion interne de manière qu’au moins une soupape d’admission et au moins une soupape d’échappement du cylindre soient ouvertes simultanément. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les moyens de chauffage du catalyseur chauffé électriquement comprennent une résistance chauffante ayant la forme d’une grille adaptée pour permettre la circulation d’un gaz à travers les mailles de ladite grille. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel, lors de l’étape e), la durée déterminée de l’activation du compresseur électronique et des moyens de chauffage est adaptée pour permettre la régulation de la température dans la zone de dépollution entre des valeurs limites déterminées pendant ladite durée déterminée. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant en outre la comparaison (303) d’un niveau de charge d’une batterie du véhicule automobile alimentant électriquement le compresseur, avec un seuil de charge déterminée, et dans lequel l’étape b) et l’étape c) ne sont réalisées que si le niveau de charge de la batterie est supérieur audit seuil de charge déterminé. Calculateur de gestion de moteur comprenant des moyens adaptés pour mettre en œuvre toutes les étapes du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8. Produit programme d'ordinateur chargeable directement dans une mémoire interne d'un ordinateur numérique, comprenant des portions de code de logiciel pour la mise en œuvre de toutes les étapes du procédé selon l’une quelconques des revendications 1 à 7 lorsque ledit programme est exécuté par l’ordinateur.