Brevet FR3106854A1 — publié le 20210806

L’invention propose un système de contrôle thermique (2) d’un moteur diesel (1) comprenant : - une chambre de combustion (10), - un circuit d’admission d’air (11) en amont de la chambre de combustion, - un circuit d’échappement (12) en aval de la chambre de combustion, le circuit d’échappement comprenant un filtre à particules (120), le système de contrôle thermique comprenant un élément de conversion thermoélectrique (21), et un contrôleur (22) adapté pour commander une alimentation électrique dudit élément de conversion thermoélectrique, caractérisé en ce que l’élément de conversion thermoélectrique (21) est agencé pour réaliser, lorsqu’il est alimenté électriquement, un transfert de chaleur depuis le circuit d’admission d’air (11) vers le circuit d’échappement (12), en amont du filtre à particules (120). Figure 1 Système de contrôle thermique de moteur diesel La présente demande concerne un système de contrôle thermique d’un moteur diesel, et un moteur équipé d’un tel système. Un moteur diesel comprend classiquement une chambre de combustion, un circuit d’échappement de gaz en sortie de la chambre de combustion, le circuit d’échappement comprenant un filtre à particules dont le rôle est de retenir certaines particules fines contenues dans les gaz d’échappement. Un moteur diesel comprend également un turbocompresseur, qui comprime l’air admis dans la chambre de combustion pour augmenter la puissance du moteur et/ou réduire sa consommation, et qui détend les gaz d’échappement avant leur entrée dans le filtre à particules. L’utilisation d’un turbocompresseur implique une augmentation de la température de l’air admis dans la chambre de combustion, qui est susceptible de dégrader la qualité de la combustion. Par conséquent il est nécessaire de refroidir l’air comprimé en sortie du compresseur, et pour cela les moteurs diesel comprennent souvent un échangeur, également appelé intercooler interposé entre la sortie du compresseur et la chambre de combustion. D’autre part, le filtre à particules doit régulièrement être régénéré pour être débarrassé des particules piégées, et pour cela des injections de carburant post combustion sont faites pour réchauffer les gaz d’échappement en amont du filtre à particules, afin d’atteindre une température à laquelle les particules piégées dans le filtre peuvent être brûlées et le filtre nettoyé. L’utilisation de carburant supplémentaire pour régénérer le filtre à particules entraine un accroissement de la consommation de carburant et de la pollution générée par le moteur qui ne sont pas acceptables. Il existe donc un besoin pour un système de contrôle thermique d’un moteur diesel plus économe en carburant et moins polluant. On connaît des systèmes de contrôle thermique de moteurs à combustion interne utilisant des éléments de conversion thermoélectrique. En particulier, on connaît du document EP1522685 un système de contrôle thermique comprenant un élément à effet Peltier qui est utilisé pour prélever de la chaleur des gaz d’échappement et la convertir en énergie électrique. Ce document ne fournit donc pas de solution à la problématique exposée ci-avant. L’invention vient améliorer la situation, en proposant un système de contrôle thermique pour moteur Diesel permettant de réchauffer les gaz d’échappement pour la régénération du filtre à particules tout en supprimant les injections de carburant post-combustion. A cet égard, l’invention a pour objet un système de contrôle thermique d’un moteur diesel comprenant : - une chambre de combustion, - un circuit d’admission d’air en amont de la chambre de combustion, - un circuit d’échappement en aval de la chambre de combustion, le circuit d’échappement comprenant un filtre à particules, le système de contrôle thermique comprenant un élément de conversion thermoélectrique, et un contrôleur adapté pour commander une alimentation électrique dudit élément de conversion thermoélectrique, caractérisé en ce que l’élément de conversion thermoélectrique est agencé pour réaliser, lorsqu’il est alimenté électriquement, un transfert de chaleur depuis le circuit d’admission d’air vers le circuit d’échappement, en amont du filtre à particules. Avantageusement, l’élément de conversion thermoélectrique est un élément à effet Peltier. Dans un mode de réalisation, le contrôleur est adapté pour commander l’alimentation électrique dudit élément de conversion thermoélectrique pour régénérer le filtre à particules. Dans un mode de réalisation, le moteur diesel comprend en outre un turbocompresseur comprenant un compresseur adapté pour compresser l’air en amont de la chambre de combustion, et une turbine adaptée pour détendre les gaz d’échappement en sortie de la chambre de combustion, et l’élément de conversion thermoélectrique est agencé pour réaliser, lorsqu’il est alimenté électriquement, un transfert de chaleur entre un conduit de sortie du compresseur et un conduit d’entrée de la turbine. Dans un mode de réalisation, le moteur diesel comprend en outre un échangeur adapté pour refroidir l’air comprimé en sortie du compresseur, et le système de contrôle thermique comprend en outre un organe de dérivation adapté pour sélectivement dévier une partie du flux d’air comprimé en sortie du compresseur vers l’élément de conversion thermoélectrique, et le contrôleur est adapté pour simultanément commander l’alimentation électrique de l’élément de conversion thermoélectrique et commander l’organe de dérivation pour dévier ladite partie du flux d’air. L’invention a également pour objet un moteur diesel comprenant : - une chambre de combustion, - un circuit d’admission d’air, et - un circuit d’échappement comprenant un filtre à particules, caractérisé en ce qu’il comprend en outre un système de contrôle thermique selon la description qui précède. L’invention a également pour objet un procédé de contrôle thermique d’un tel moteur diesel, le procédé étant mis en œuvre par le contrôleur du système de contrôle thermique, et comprenant l’alimentation électrique de l’élément de conversion thermoélectrique pour réaliser un transfert de chaleur depuis le circuit d’admission d’air vers le circuit d’échappement en amont du filtre à particules, afin de refroidir l’air du circuit d’admission d’air et de réchauffer les gaz d’échappement circulant dans le conduit d’échappement. Dans un mode de réalisation du procédé de contrôle thermique, l’alimentation électrique de l’élément de conversion thermoélectrique est mise en œuvre suite à la détection, par le contrôleur, d’un état du filtre à particules nécessitant une régénération dudit filtre. Le système de contrôle thermique selon l’invention permet de réchauffer les gaz d’échappement pour la régénération du filtre à particules, par transfert de chaleur à partir de l’air circulant dans le circuit d’admission de la chambre de combustion. Ceci permet de supprimer les injections de carburant post-combustion. De plus, le transfert de chaleur opéré par le système de contrôle thermique selon l’invention permet simultanément de diminuer la température de l’air comprimé en sortie du compresseur pendant les phases de régénération du filtre à particules, ce qui améliore la qualité de la combustion. D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels : représente schématiquement un moteur comprenant un système de contrôle thermique selon un mode de réalisation de l’invention. représente schématiquement les étapes d’un procédé de contrôle thermique selon un mode de réalisation de l’invention. Il est maintenant fait référence à la figure 1, qui représente schématiquement un moteur diesel 1, comprenant une chambre de combustion 10 de carburant, un circuit d’admission d’air 11 reliant une prise d’air à l’extérieur du véhicule à la chambre de combustion, et un circuit d’échappement 12 des gaz générés par la combustion du carburant dans la chambre. Le circuit d’échappement 12 comprend un filtre à particules 120, qui est adapté pour piéger des particules contenues dans les gaz de combustion. Optionnellement, le moteur peut comprendre un circuit de recirculation des gaz de combustion (non représenté). Le moteur 1 peut également comprendre un turbocompresseur 13, comprenant un compresseur 130 et une turbine 131, le compresseur 130 étant adapté pour comprimer l’air circulant dans le circuit d’admission d’air, en amont de la chambre de combustion, afin de limiter la consommation de carburant du moteur, et la turbine 131 étant adaptée pour détendre les gaz de combustion en amont du filtre à particules 120. Dans ce cas, le circuit d’admission d’air 11 comprend avantageusement un échangeur ou intercooler 14 interposé entre la sortie du compresseur 130 et la chambre de combustion 10, l’échangeur étant adapté pour refroidir l’air comprimé par le compresseur avant son entrée dans la chambre de combustion, pour améliorer la qualité de la combustion du carburant. Le véhicule dans lequel est monté le moteur diesel 1 comprend également une source d’énergie électrique, typiquement une batterie 2. De plus, le moteur 1 comprend un système de contrôle thermique 20, comprenant un élément 21 de conversion thermoélectrique, l’élément 21 étant du type à effet Peltier, c’est-à-dire qu’il est apte à générer un transfert de chaleur en présence d’un courant électrique. Le système de contrôle thermique 21 comprend également un contrôleur 22 qui est adapté pour commander l’alimentation électrique de l’élément de conversion thermoélectrique. L’alimentation électrique est avantageusement réalisée par la batterie, et le contrôleur 22 est adapté pour sélectivement activer ou arrêter l’alimentation électrique de l’élément 21 de conversion thermoélectrique par la batterie. Le contrôleur 22 peut être un processeur, microprocesseur, microcontrôleur, FPGA, ou tout autre composant électronique adapté au contrôle de l’élément 21. Le contrôleur 22 peut également être un module logiciel mis en œuvre par un calculateur du véhicule. Par exemple, le contrôleur 22 peut être un module logiciel mis en œuvre par le calculateur moteur qui contrôle notamment les fonctions d’injection et d’allumage du carburant dans la chambre de combustion. De plus, l’élément 21 de conversion thermoélectrique est adapté pour, quand il est alimenté électriquement, générer un transfert de chaleur depuis le circuit d’admission d’air 11 vers le circuit d’échappement 12 des gaz de combustion, en amont du filtre à particules, de manière à prélever de la chaleur du circuit d’admission d’air 11, pour en réduire la température, et à transférer cette chaleur au circuit d’échappement 12, pour en augmenter la température. A cet égard, l’élément 21 de conversion thermoélectrique est avantageusement agencé pour réaliser un transfert de chaleur depuis un conduit 110 de sortie du compresseur et un conduit 120 d’entrée de la turbine. Avantageusement, le contrôleur 22 est configuré pour n’activer l’alimentation électrique de l’élément 21 de conversion thermoélectrique que pour réaliser une régénération du filtre à particules. A cet égard, le contrôleur est avantageusement adapté pour recevoir de la part d’un ou plusieurs capteurs (non représentés) des mesures d’une ou plusieurs grandeurs physiques relatives au fonctionnement du filtre à particules et du moteur, et pour déterminer, par le traitement de ces mesures, un état du filtre à particules nécessitant sa régénération. Des méthodes de détermination d’un état du filtre à particules nécessitant sa régénération sont connues de l’Homme de l’Art. A titre d’exemple non limitatif, les capteurs fournissant des mesures au contrôleur peuvent comprendre des capteurs de pression dans le circuit d’échappement 12 en amont et en aval du filtre à particules, des capteurs de température des gaz de combustion en amont et/ou aval du filtre à particules, des capteurs de débit en amont et/ou en aval du filtre à particules etc. Dans ce cas, quand le contrôleur 22 détecte que le filtre à particules doit être régénéré, il commande la batterie pour alimenter électriquement l’élément de conversion thermoélectrique, afin de réchauffer les gaz de combustion et permettre ainsi la régénération du filtre à particules. Puisque le fonctionnement de l’élément de conversion thermoélectrique 21 est de ce fait intermittent, il est préférable de conserver au moteur 1 un échangeur pour pouvoir refroidir l’air comprimé par le compresseur pendant les moments où l’élément 21 de conversion thermoélectrique n’est pas alimenté. Dans un mode de réalisation, le conduit 110 de sortie du compresseur comprend une première branche 111 alimentant l’échangeur 14, et une deuxième branche 112 agencée pour établir un contact thermique entre l’air circulant dans ladite branche et l’élément de conversion thermoélectrique 21, et le système de contrôle thermique 20 comprend également un organe de dérivation 23, par exemple une vanne ou un clapet mobile, commandé par le contrôleur 22 pour adopter une position comprise entre deux positions extrêmes comprenant une première position extrême dans laquelle la totalité du flux d’air comprimé est envoyé vers l’échangeur, et une deuxième position extrême dans laquelle la totalité du flux d’air comprimé est déviée vers l’élément de conversion thermoélectrique 21. De préférence, la première position extrême est une position par défaut de l’organe de dérivation, de sorte que quand l’élément de conversion thermoélectrique 21 n’est pas alimenté, le refroidissement de l’air comprimé soit assuré par l’échangeur 14. Ainsi, le contrôleur 22 est avantageusement configuré pour commander simultanément l’alimentation électrique de l’élément 21 par la batterie, et pour contrôler l’organe de dérivation pour dévier au moins une partie du flux vers l’élément 21 quand celui-ci est alimenté. En référence à la figure 2, on a représenté les principales étapes d’un procédé de contrôle thermique mis en œuvre par le contrôleur 22 du système 20 décrit ci-avant. Ce procédé de contrôle thermique comprend une première étape 100 de détermination d’un état du filtre à particules nécessitant sa régénération, à partir de mesures acquises par des capteurs. Le procédé comprend ensuite, lorsqu’un tel état est détecté, une étape 200 lors de laquelle le contrôleur 22 active l’alimentation électrique de l’élément 21 de conversion thermoélectrique par la batterie, afin d’engendrer un transfert de chaleur depuis le circuit d’admission d’air vers le circuit d’échappement des gaz de combustion. Avantageusement, dans le cas où le système de contrôle thermique comprend un organe de dérivation 23, le contrôleur commande lors de la même étape 200 l’organe de dérivation pour dévier au moins une partie du flux d’air comprimé vers le l’élément 21 de conversion thermoélectrique. Système de contrôle thermique (2) d’un moteur diesel (1) comprenant : - une chambre de combustion (10), - un circuit d’admission d’air (11) en amont de la chambre de combustion, - un circuit d’échappement (12) en aval de la chambre de combustion, le circuit d’échappement comprenant un filtre à particules (120), le système de contrôle thermique comprenant un élément de conversion thermoélectrique (21), et un contrôleur (22) adapté pour commander une alimentation électrique dudit élément de conversion thermoélectrique, caractérisé en ce que l’élément de conversion thermoélectrique (21) est agencé pour réaliser, lorsqu’il est alimenté électriquement, un transfert de chaleur depuis le circuit d’admission d’air (11) vers le circuit d’échappement (12), en amont du filtre à particules (120). Système de contrôle thermique (2) selon la revendication 1, dans lequel l’élément de conversion thermoélectrique (21) est un élément à effet Peltier. Système de contrôle thermique (2) selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel le contrôleur (22) est adapté pour commander l’alimentation électrique dudit élément de conversion thermoélectrique (21) pour régénérer le filtre à particules (120). Système de contrôle thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moteur diesel (1) comprend en outre un turbocompresseur (13) comprenant un compresseur (130) adapté pour compresser l’air en amont de la chambre de combustion (10), et une turbine (131) adaptée pour détendre les gaz d’échappement en sortie de la chambre de combustion (10), et l’élément de conversion thermoélectrique (21) est agencé pour réaliser, lorsqu’il est alimenté électriquement, un transfert de chaleur entre un conduit de sortie (110) du compresseur et un conduit d’entrée (120) de la turbine. Système de contrôle thermique (2) selon les revendications 3 et 4 en combinaison, dans lequel le moteur diesel (1) comprend en outre un échangeur (14) adapté pour refroidir l’air comprimé en sortie du compresseur (130), et le système de contrôle thermique (2) comprend en outre un organe de dérivation (23) adapté pour sélectivement dévier une partie du flux d’air comprimé en sortie du compresseur vers l’élément de conversion thermoélectrique (21), et le contrôleur (22) est adapté pour simultanément commander l’alimentation électrique de l’élément de conversion thermoélectrique et commander l’organe de dérivation pour dévier ladite partie du flux d’air. Moteur diesel (1) comprenant : - une chambre de combustion (10), - un circuit d’admission d’air (11), et - un circuit d’échappement (12) comprenant un filtre à particules (120), caractérisé en ce qu’il comprend en outre un système de contrôle thermique (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes. Procédé de contrôle thermique d’un moteur diesel (1) selon la revendication précédente, le procédé étant mis en œuvre par le contrôleur (22) du système de contrôle thermique (2), et comprenant l’alimentation électrique (200) de l’élément de conversion thermoélectrique pour réaliser un transfert de chaleur depuis le circuit d’admission d’air (11) vers le circuit d’échappement (12) en amont du filtre à particules (120), afin de refroidir l’air du circuit d’admission d’air et de réchauffer les gaz d’échappement circulant dans le conduit d’échappement. Procédé de contrôle thermique selon la revendication précédente, dans lequel l’alimentation électrique de l’élément de conversion thermoélectrique est mise en œuvre suite à la détection (100), par le contrôleur (22), d’un état du filtre à particules (120) nécessitant une régénération dudit filtre.