Brevet FR3107929A1 — publié le 20210910

Un dispositif de dépollution (DD) équipe une ligne d’échappement (LE) d’un moteur thermique (MT) à carburant d’un véhicule (V), et comprend un catalyseur (CT) traitant des résidus produits par le moteur thermique (MT) et comprenant au moins un trou (TR) dans lequel est logé au moins partiellement un tube (TC) conducteur thermiquement et logeant une résistance de chauffage (RC) chauffant par conduction le catalyseur (CT) lorsqu’elle est alimentée en courant électrique. Fig. 1 DISPOSITIF DE DÉPOLLUTION À CATALYSEUR LOGEANT PARTIELLEMENT UNE RÉSISTANCE DE CHAUFFAGE PROTÉGÉE, POUR UNE LIGNE D’ÉCHAPPEMENT D’UN VÉHICULE Domaine technique de l’invention L’invention concerne les dispositifs de dépollution qui sont chargés de dépolluer les résidus d’échappement qui circulent dans les lignes d’échappement connectées aux moteurs thermiques à carburant de véhicules. Etat de la technique Certaines lignes d’échappement de véhicules à moteur thermique à carburant, éventuellement de type automobile, comprennent un dispositif de dépollution comportant un catalyseur chargé de traiter des résidus (potentiellement polluants) produits par le moteur thermique associé. A titre d’exemple, ce catalyseur peut être de type trois-voies et dans ce cas il est chargé de traiter des oxydes d’azote (ou NOx) qui sont produits par le moteur thermique. Comme le sait l’homme de l’art, ce catalyseur n’est pas efficace tant qu’il n’a pas été réchauffé à une certaine température (par exemple entre environ 700°C et 800°C, mais cela dépend de son type). La durée nécessaire à ce réchauffement dépend principalement de la durée nécessaire à la montée en température du moteur thermique, car ce sont les résidus d’échappement produits par ce dernier qui vont progressivement réchauffer le catalyseur en le traversant. Par conséquent, les véhicules précités émettent notablement plus de polluants pendant la durée de réchauffement de leur catalyseur. Afin de réduire la durée de réchauffement du catalyseur, il a été proposé, notamment dans le document brevet EP-B1 0557309, d’installer un moyen de chauffage électrique au voisinage immédiat d’une partie externe de ce catalyseur. Cette solution s’avère relativement peu efficace du fait qu’elle ne permet pas de réchauffer de façon uniforme le catalyseur en raison de l’exposition très partielle de ce dernier à l’énergie thermique. En outre, le moyen de chauffage électrique est exposé aux résidus d’échappement (et notamment aux suies) et donc s’encrasse progressivement, ce qui réduit progressivement son efficacité. L’invention a donc notamment pour but d’améliorer la situation. Présentation de l’invention Elle propose notamment à cet effet un dispositif de dépollution, d’une part, destiné à équiper une ligne d’échappement d’un moteur thermique à carburant d’un véhicule, et, d’autre part, comprenant un catalyseur destiné à équiper cette ligne d’échappement afin de traiter des résidus produits par le moteur thermique. Ce dispositif de dépollution se caractérise par le fait que son catalyseur comprend au moins un trou dans lequel est logé au moins partiellement un tube conducteur thermiquement et logeant une résistance de chauffage chauffant par conduction le catalyseur lorsqu’elle est alimentée en courant électrique. Grâce à cette intégration de chaque résistance de chauffage directement dans la masse active (ou de traitement) du catalyseur tout en étant isolée des résidus d’échappement à traiter, on obtient un chauffage in situ par conduction qui assure une bonne uniformité thermique tout en évitant l’encrassement. Le dispositif de dépollution selon l’invention peut comporter d’autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment: - son catalyseur peut comprendre au moins deux trous logeant chacun au moins partiellement un tube conducteur thermiquement et logeant une résistance de chauffage; - chaque trou peut être non traversant; - chaque tube peut comprendre une partie située à l’extérieur du catalyseur et destinée à traverser un trou dédié correspondant et défini dans une paroi de la ligne d’échappement; - son catalyseur peut comprendre un bloc de céramique dans lequel est défini chaque trou; - son catalyseur peut être de type trois-voies; - il peut aussi comprendre, en aval du catalyseur, un filtre à particules filtrant par stockage interne des particules de suie produites par le moteur thermique. L’invention propose également une ligne d’échappement, destinée à équiper un véhicule à moteur thermique à carburant, et comprenant au moins un dispositif de dépollution du type de celui présenté ci-avant. Par exemple, cette ligne d’échappement peut aussi comprendre, en aval du catalyseur, un filtre à particules filtrant par stockage interne des particules de suie produites par le moteur thermique. L’invention propose également un véhicule, éventuellement de type automobile, et comprenant un moteur thermique à carburant et au moins une ligne d’échappement du type de celle présentée ci-avant. Brève description des figures D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée ci-après, et du dessin annexé, sur lequel: illustre schématiquement et fonctionnellement, dans une vue en coupe longitudinale, une partie d’un véhicule automobile comprenant une ligne d’échappement comportant un exemple de réalisation d’un dispositif de dépollution selon l’invention. Description détaillée de l’invention L’invention a notamment pour but de proposer un dispositif de dépollution DD destiné à équiper une ligne d’échappement LE connectée à une sortie S de résidus d’échappement d’un moteur thermique MT à carburant d’un véhicule V. Dans ce qui suit, on considère, à titre d’exemple non limitatif, que le véhicule V est de type automobile. Il s’agit par exemple d’une voiture, comme illustré sur la figure 1. Mais l’invention n’est pas limitée à ce type de véhicule. Elle concerne en effet tout type de véhicule comprenant un groupe motopropulseur (ou GMP) comportant au moins un moteur thermique consommant un carburant (comme par exemple de l’essence ou du gazole). Par conséquent, elle concerne les véhicules terrestres (véhicules utilitaires, camping-cars, minibus, cars, camions, motocyclettes, engins de voirie, engins de chantier, engins agricoles, engins de loisir (motoneige, kart), engins à chenille(s), et trains), les bateaux et les aéronefs). On a schématiquement et fonctionnellement représenté sur la figure 1 une partie d’un exemple de véhicule V (ici automobile) comprenant un GMP et une ligne d’échappement LE comportant un exemple de réalisation d’un dispositif de dépollution DD selon l’invention. Dans ce qui suit, on considère, à titre d’exemple non limitatif, que le GMP ne comprend qu’un moteur thermique MT consommant un carburant (par exemple de l’essence). Mais comme indiqué ci-avant, le GMP pourrait être hybride et donc pourrait aussi comporter au moins une machine motrice non thermique. Le fonctionnement du moteur thermique MT est supervisé par un calculateur CA. Par ailleurs, ce moteur thermique MT produit des résidus d’échappement qu’il délivre sur une sortie S, à laquelle est connectée une ligne d’échappement LE chargée d’évacuer ces résidus d’échappement en vue de leur traitement par au moins un dispositif de dépollution DD. Comme illustré sur la figure 1, un dispositif de dépollution DD, selon l’invention, comprend au moins un catalyseur CT destiné à équiper la ligne d’échappement LE afin de traiter des résidus (d’échappement) produits par le moteur thermique MT. Ce catalyseur CT comprend au moins un trou TR dans lequel est logé au moins partiellement un tube TC conducteur thermiquement et logeant une résistance de chauffage RC chauffant par conduction le catalyseur CT lorsqu’elle est alimentée en courant électrique. Ainsi, la résistance de chauffage RC est directement intégrée dans la masse active (ou de traitement) du catalyseur CT tout en étant isolée des résidus d’échappement à traiter, ce qui permet non seulement de réaliser un chauffage in situ par conduction qui assure une bonne uniformité thermique, mais aussi d’éviter qu’elle ne s’encrasse. Par exemple, chaque résistance de chauffage RC peut fournir une puissance comprise entre 3 kW et 5 kW. L’alimentation en courant électrique de chaque résistance de chauffage RC peut, par exemple, être contrôlée par le calculateur CA qui contrôle le fonctionnement du moteur thermique MT. Mais elle pourrait aussi être contrôlée par un calculateur dédié. Par exemple, dès que l’on décide de faire fonctionner le moteur thermique MT ou de déverrouiller des ouvrants du véhicule V pour la première fois après une non utilisation d’une durée relativement importante (par exemple plus de quinze minutes), on déclenche l’alimentation en courant électrique de chaque résistance de chauffage RC. Cette alimentation peut, par exemple, se faire par un réseau d’alimentation électrique du véhicule V auquel est connectée chaque résistance de chauffage RC via des fils électriques. Mais elle pourrait aussi se faire au moyen d’une batterie (ou pile) dédiée (éventuellement rechargeable) faisant partie du dispositif de dépollution DD. On notera, bien que cela n’apparaisse pas sur la figure 1, que le catalyseur CT peut comprendre au moins deux trous TR logeant chacun au moins partiellement un tube TC conducteur thermiquement et logeant une résistance de chauffage RC. Plus le nombre de résistances de chauffage RC est élevé, plus le réchauffement du catalyseur CT sera rapide et plus l’uniformité de température dans le catalyseur CT sera obtenue rapidement. Par exemple, le catalyseur CT pourrait être réchauffé par deux ou trois résistances de chauffage RC, voire plus encore. On notera également que chaque résistance de chauffage RC peut, par exemple, être de type CTP (« Coefficient de Température Positif »). On notera également, comme illustré non limitativement sur la figure 1, que chaque trou TR peut être non traversant (c’est-à-dire ne traversant pas de part en part la partie active (ou de traitement) du catalyseur CT. Cela peut notamment permettre de moins fragiliser le catalyseur CT. On notera également, comme illustré non limitativement sur la figure 1, que chaque tube TC peut comprendre une partie (externe) qui est située à l’extérieur du catalyseur CT et destinée à traverser un trou dédié TD correspondant et défini dans une paroi de la ligne d’échappement LE. Cela permet avantageusement non seulement de faciliter le raccordement électrique de chaque résistance de chauffage RC lorsque l’alimentation électrique est fournie par un réseau d’alimentation électrique du véhicule V, mais aussi de faciliter le remplacement d’une résistance de chauffage RC défaillante puisque l’on n’a pas à démonter la partie de la ligne d’échappement LE comprenant le dispositif de dépollution DD ou bien ce dernier (DD). La traversée d’un trou dédié TD par le tube TC correspondant se fait de façon étanche. Par exemple, chaque tube TC peut être réalisé en acier ou en aluminium ou encore en cuivre. De préférence, la partie de chaque résistance de chauffage RC, qui est logée dans la partie externe du tube TC associé (et donc située en dehors de la masse active du catalyseur CT), ne participe pas au chauffage. Egalement par exemple, le catalyseur CT peut comprendre un bloc de céramique constituant sa masse active (ou de traitement) et dans lequel est défini chaque trou TR. Cette définition de trou(s) TR peut, par exemple, se faire par percement au moyen d’une mèche de perceuse ou bien par fraisage. On notera également que le catalyseur CT peut éventuellement être de type trois-voies. Mais cela n’est pas obligatoire. Il est rappelé qu’un catalyseur de type trois-voies est chargé de traiter des oxydes d’azote (ou NOx) qui sont produits par le moteur thermique MT et qu’il est dit « trois-voies » du fait que les éléments qu’il contient habituellement (et notamment des métaux précieux tels que le platine, le palladium ou le rhodium) provoquent trois réactions simultanées en présence d’oxydes d’azote, à savoir une réduction de ces oxydes d’azote en diazote et en dioxyde de carbone (2NO + 2CO → N2 + 2CO2), une oxydation du monoxyde de carbone en dioxyde de carbone (2CO + O2 → 2CO2), et une oxydation des hydrocarbures imbrulés (ou HC) en dioxyde de carbone et en eau (4CxHy + (4x+y)O2 → 4xCO2 + 2yH2O). On notera également, comme illustré non limitativement sur la figure 1, que le dispositif de dépollution DD peut comprendre, en aval du catalyseur CT, un filtre à particules FP agencé de manière à filtrer par stockage interne des particules de suie qui sont produites par le moteur thermique MT. En présence de cette dernière option, le catalyseur CT (avec chaque tube TC et chaque résistance de chauffage RC) et le filtre à particules FP peuvent éventuellement être logés dans un boîtier (ou réceptacle) qui est intercalé de façon étanche entre des parties amont et aval de la ligne d’échappement LE, de manière à faciliter leur remplacement en cas de besoin. Mais dans une variante de réalisation, le filtre à particules FP pourrait être un dispositif indépendant du dispositif de dépollution DD et placé en aval de ce dernier (DD). Dispositif de dépollution (DD) pour une ligne d’échappement (LE) d’un moteur thermique (MT) à carburant d’un véhicule (V), ledit dispositif (DD) comprenant un catalyseur (CT) destiné à équiper ladite ligne d’échappement (LE) afin de traiter des résidus produits par ledit moteur thermique (MT), caractérisé en ce que ledit catalyseur (CT) comprend au moins un trou (TR) dans lequel est logé au moins partiellement un tube (TC) conducteur thermiquement et logeant une résistance de chauffage (RC) chauffant par conduction ledit catalyseur (CT) lorsqu’elle est alimentée en courant électrique. Dispositif de dépollution selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit catalyseur (CT) comprend au moins deux trous (TR) logeant chacun au moins partiellement un tube (TC) conducteur thermiquement et logeant une résistance de chauffage (RC). Dispositif de dépollution selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque trou (TR) est non traversant. Dispositif de dépollution selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque tube (TC) comprend une partie située à l’extérieur dudit catalyseur (CT) et destinée à traverser un trou dédié (TD) correspondant et défini dans une paroi de ladite ligne d’échappement (LE). Dispositif de dépollution selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit catalyseur (CT) comprend un bloc de céramique dans lequel est défini chaque trou (TR). Dispositif de dépollution selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit catalyseur (CT) est de type trois-voies. Dispositif de dépollution selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’il comprend, en aval dudit catalyseur (CT), un filtre à particules (FP) filtrant par stockage interne des particules de suie produites par ledit moteur thermique (MT). Ligne d’échappement (LE) pour un véhicule (V) à moteur thermique (MT) à carburant, caractérisée en ce qu’elle comprend au moins un dispositif de dépollution (DD) selon l’une des revendications précédentes. Véhicule comprenant un moteur thermique (MT) à carburant, caractérisé en ce qu’il comprend au moins une ligne d’échappement (LE) selon la revendication 8. Véhicule selon la revendication 9, caractérisé en ce qu’il est de type automobile.