Brevet FR3101112A1 — publié le 20210326

La présente invention a pour objet un procédé de gestion thermique d’un dispositif de dépollution (23) d’une ligne d’échappement (21) d’un moteur thermique (10), la ligne d’échappement (21) comportant un premier conduit d’échappement (22) des gaz débouchant en entrée du dispositif de dépollution (23), lequel procédé comporte les étapes d’estimation d’un état de fonctionnement du moteur à partir de paramètres moteur représentatif d’une coupure d’injection de carburant à moteur tournant, par exemple en situation de lever de pied et, en cas de détection d’une coupure d’injection de carburant à moteur tournant, l’ouverture d’une vanne papillon d’admission (12) du moteur, et l’ouverture d’un clapet d’échappement (26) régulant le passage d’air entre le collecteur d’échappement (13) et un deuxième conduit d’échappement (25) débouchant à l’air extérieur de manière à évacuer l’air frais vers l’extérieur et détourner ledit air frais de la ligne d’échappement (21). Figure pour l’abrégé : figure 1 Procédé de gestion thermique d’un dispositif de dépollution d’une ligne d’échappement Le domaine de l’invention concerne un procédé de gestion d’un dispositif de dépollution d’une ligne d’échappement de moteur thermique. Du fait des exigences accrues des normes de dépollution, le contrôle des organes formant la ligne d’échappement est devenu une composante essentielle des stratégies de commande des groupes motopropulseurs de véhicule automobile. Parmi ces organes, les catalyseurs constituent la base des fonctions dépolluantes. Ces catalyseurs nécessitent de fonctionner dans une plage de température spécifique pour être efficaces. Typiquement, la montée en température est contrôlée par un équipement de chauffage électrique ou par la température des gaz de combustion s’échappant du moteur. On connait le document US2019/0063352A1 décrivant un système et procédé de gestion thermique d’un catalyseur à trois voies où la ligne d’échappement est munie d’un catalyseur à chauffage électrique en amont du catalyseur trois voies permettant un pré-conditionnement thermique du catalyseur trois voies avant le démarrage du moteur. A cet effet, le système prévoit un conduit d’injection d’air frais directement à l’entrée de la ligne d’échappement. Le conduit additionnel comporte une pompe et un clapet pilotant l’entrée d’air frais en pré-conditionnement thermique. Les groupes motopropulseurs récents, éventuellement ceux hybrides, sont configurés pour déclencher la coupure d’injection de carburant du moteur thermique en régime tournant dès qu’une opportunité se présente, par exemple en phase de lever de pied, dans un objectif de réduction de la consommation en carburant. Pour limiter les pertes par pompage lors de phases de lever de pied, il est connu d’ouvrir le papillon d’admission de manière à laisser écouler un flux d’air frais entre la ligne d’admission et la ligne d’échappement. Cette stratégie augmente le potentiel de récupération d’énergie électrique. Cependant, cette stratégie a pour effet de refroidir les éléments de dépollution et de dégrader sensiblement les performances de traitement des polluants. D’ailleurs, à ce jour les applications de motorisation essence présentent des pertes par pompage élevées parce que le papillon à l’admission moteur doit se fermer lors des levers de pieds. On rappelle que le travail de pompage de l’air est fonction de la différence de pression entre l’admission et l’échappement. La diminution de cette différence en pilotant un écoulement de flux d’air en admission permet de réduire la consommation de carburant. Un objectif de l’invention est de palier les problèmes précités et vise à empêcher un désamorçage en température d’un ou des éléments de dépollution de la ligne d’échappement lors de phase de lever de pied. Un autre objectif est d’augmenter les capacités de récupération d’énergie du véhicule et réduire la consommation de carburant en réduisant les pertes par pompage. Plus précisément, l’invention concerne un procédé de gestion thermique d’un dispositif de dépollution d’une ligne d’échappement d’un moteur thermique, la ligne d’échappement comportant un premier conduit d’échappement des gaz débouchant en entrée du dispositif de dépollution. Selon l’invention, le procédé comporte les étapes suivantes : l’estimation d’un état de fonctionnement du moteur à partir de paramètres moteur représentatif d’une coupure d’injection de carburant à moteur tournant, par exemple en situation de lever de pied, en cas de détection d’une coupure d’injection de carburant à moteur tournant : l’ouverture d’une vanne papillon d’admission du moteur, l’ouverture d’un clapet d’échappement régulant le passage d’air entre le collecteur d’échappement et un deuxième conduit d’échappement débouchant à l’air extérieur de manière à évacuer l’air frais vers l’extérieur et détourner ledit air frais de la ligne d’échappement. Selon une variante, le procédé comporte en outre une étape d’extraction forcée de l’air frais à travers le deuxième conduit depuis le collecteur d’échappement vers l’air extérieur. Selon une variante, le procédé comporte en outre les étapes successives suivantes : la mise à l’arrêt du moteur thermique à régime nul, en cas de détection d’une demande de démarrage du moteur, le pompage d’air frais préalablement au démarrage à travers le deuxième conduit de sorte à commander l’injection d’air frais directement dans le premier conduit vers l’organe de dépollution, le chauffage de l’air durant une durée prédéterminée, le démarrage du moteur thermique, l’arrêt dudit pompage. L’invention prévoit également un système de gestion thermique d’un dispositif de dépollution d’une ligne d’échappement d’un moteur thermique comportant un collecteur d’échappement, un premier conduit d’échappement reliant le collecteur d’échappement et l’entrée du dispositif de dépollution, un deuxième conduit d’échappement reliant le collecteur d’échappement et un passage ouvert à l’air extérieur et un moyen d’estimation d’un état de fonctionnement du moteur à partir de paramètres moteur représentatif d’une coupure d’injection de carburant à moteur tournant. Selon l’invention, le procédé comporte en outre un clapet d’échappement entre le collecteur d’échappement et le deuxième conduit dépendant dudit état de fonctionnement, et des moyens de régulation du débit d’air frais configurés pour, en cas de détection d’une coupure d’injection de carburant à moteur tournant, ouvrir une vanne papillon d’admission d’air au moteur et ouvrir le clapet d’échappement de manière à évacuer l’air frais circulant à travers le moteur vers l’air extérieur et détourner ledit air frais du premier conduit d’échappement. Selon une variante du système, le clapet d’échappement est monostable, la position stable étant la fermeture du deuxième conduit. Selon une variante du système, il comporte en outre une pompe logée dans le deuxième conduit agencée pour au moins aspirer l’air frais sortant du collecteur d’échappement. Selon une variante, la pompe est réversible. L’invention prévoit également un véhicule automobile comportant groupe motopropulseur comprenant un moteur thermique, une ligne d’échappement équipé d’un dispositif de dépollution et un système de gestion thermique dudit dispositif de dépollution selon l’une quelconque des modes de réalisation précédents. Selon l’invention, le véhicule comporte une unité de commande dudit groupe motopropulseur configurée pour mettre en œuvre le procédé de gestion thermique selon l’un quelconque des modes de réalisation précédents. L’invention permet de diminuer les émissions de gaz polluant par une gestion thermique améliorée des organes de dépollution et une meilleure gestion énergétique du groupe motopropulseur en réduisant notamment les pertes par pompage. D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels : représente plus précisément le moteur thermique, la ligne d’admission, la ligne d’évacuation d’air en phase de lever de pied conformément à l’invention et la ligne d’échappement des gaz de combustion. représente un organigramme illustrant un premier algorithme du procédé de gestion thermique selon l’invention. En figure 1, on a représenté le moteur thermique 10 d’un groupe motopropulseur de véhicule automobile conformément à l’invention comportant une ligne d’admission 11 en air frais alimentant le collecteur d’admission dont le débit en air est régulé par un organe papillon d’admission 12. De façon connue en soi, l’air frais traverse un filtre à air non représenté sur la figure 1 avant d’être amené au collecteur d’admission du moteur 10. Le moteur 10 comporte un collecteur d’échappement 13 des gaz d’échappement débouchant au moins vers la ligne d’échappement 21 laquelle comporte un premier conduit d’échappement des gaz de combustion 22 en sortie du collecteur d’échappement, puis, en aval du conduit 22, un organe de dépollution 23 pouvant être muni d’un ou plusieurs dispositifs de dépollution ici au représentés à titre d’exemple non limitatif au nombre de trois. Dans cet exemple, l’organe de dépollution 23 comporte dans le sens de circulation des gaz d’échappement un catalyseur 231 apte à être chauffé thermiquement par des moyens électriques, puis un catalyseur trois voies 232, puis un filtre à particule 233, puis un conduit d’échappement 24 des gaz traités vers l’air extérieur. Les termes amont et aval seront définis dans la description en prenant comme référence le sens de circulation des gaz d’échappement ou de l’air sortant du collecteur d’échappement vers l’air extérieur au moteur. L’objectif principal de l’invention est d’éviter d’une part le désamorçage thermique de chaque ou partie des organes de dépollution 231, 232, 233 lors de phases de lever de pied et d’autre part la réduction des pertes par pompage du moteur 10. On rappelle que durant une phase de lever de pied, l’arbre d’entrainement du moteur thermique est en régime tournant, entrainé par les roues du véhicule, et piloté en coupure d’injection de carburant. Dans cette configuration de la chaine cinématique du groupe motopropulseur, le moteur est relié mécaniquement et en état de transmission avec les roues, l’embrayage est fermé et la boite de vitesses présente un rapport engagé. Cette configuration de la chaine cinématique est détectable par l’unité de commande du groupe motopropulseur à partir notamment de paramètres de fonctionnement du moteur (coupure d’injection carburant, régime moteur), la position pédale d’accélérateur et de l’ensemble des organes du groupe motopropulseur, ou bien encore à partir de l’état d’un paramètre spécifiquement dédié à la détection d’une coupure d’injection de carburant. Le paramètre d'état de la coupure d'injection est une variable à deux états qui est enregistrée en mémoire de l’unité de commande du moteur thermique, par exemple une variable de type booléenne, dont la valeur est déterminée selon que l'injection de carburant est coupée (VRAI) ou non (FAUX). Plus précisément, pour éviter le désamorçage thermique de l’organe de dépollution, le groupe motopropulseur comporte un deuxième conduit d’échappement 25 prévu pour évacuer de l’air frais sortant du collecteur d’échappement 13 et pour détourner cet air frais du conduit 22 lors de phase de lever de pied. L’entrée du conduit d’échappement 25 est reliée en aval du collecteur d’échappement 13 et en amont du conduit 22. De plus, un moyen de régulation 26 du débit d’air traversant le conduit 25, par exemple un clapet monostable, est positionné en entrée du conduit 25. Ce conduit 25 débouche sur son autre extrémité à l’air extérieur. Le conduit 25 est dimensionné pour la circulation d’air frais uniquement, et exclut la circulation de gaz d’échappement. Il est donc exclu que le deuxième conduit 25 puisse être un conduit de recirculation des gaz vers l’admission du moteur, tel un conduit EGR (« Exhaust Gas Recirculation ») ou à travers un circuit muni d’un turbocompresseur. Le clapet 26 est donc de préférence un clapet monostable où la position stable, en absence de commande électrique, est la position fermée. Une situation d’émission de gaz d’échappement à l’air libre sans passage par la ligne d’échappement 21 est donc ainsi exclue. Le clapet 26 est piloté par une commande qui est fonction d’un état de fonctionnement du moteur, à partir de paramètres moteur, représentatif d’une coupure d’injection de carburant à moteur tournant, notamment en situation de lever de pied. La commande du clapet, par exemple commande électrique, est pilotée par l’unité de commande du moteur thermique. Le conduit 25 est, dans une première variante, équipé uniquement du clapet 26. Du fait de l’absence d’obstacles dans le conduit 25, au contraire de la ligne d’échappement 21, l’air s’échappera naturellement par le conduit 25. Dans une deuxième variante, il est prévu que le conduit d’échappement 25 comporte une pompe 27 d’extraction de l’air en sortie du collecteur d’échappement 13. La pompe assure une extraction forcée évitant tout passage d’air frais sortant du collecteur vers la ligne d’échappement 21 lorsque le papillon d’admission 12 et clapet 26 sont ouverts à un même instant. Dans une troisième variante, le conduit d’échappement 25 comporte un filtre à air 28 sur son extrémité où se trouve l’ouverture d’échappement débouchant à l’air extérieur. Le filtre à air est prévu pour filtrer tout résidu susceptible d’être évacué de la ligne d’admission 11, de l’intérieur du carter du moteur 10, du collecteur d’échappement 13 et enfin du conduit 25. Dans une quatrième variante, la pompe 27 est une pompe réversible apte à aspirer de l’air frais depuis l’air extérieur pour l’injecter directement vers la ligne d’échappement 21 sans passage à travers le moteur thermique 10. Le filtre à air 28 est alors présent pour éviter l’introduction de résidus ou particules extérieures à l’intérieur de la ligne d’échappement 21. En résumé, la pompe est apte à extraire l’air sortant du collecteur d’échappement 13 pour opérer un premier mode de gestion thermique activé en phase de lever de pied, et optionnellement à introduire de l’air frais directement dans la ligne d’échappement 21 via le conduit 25. Cet air est ensuite chauffé par le catalyseur 231 pour opérer un deuxième mode de gestion thermique activé en phase de démarrage du moteur pour préconditionner thermiquement le catalyseur trois voies 232. Finalement, l’unité de commande du moteur, le clapet 26, et éventuellement la pompe 27 constituent des moyens de régulation du débit d’air dans le conduit 25 pilotés en fonction du paramètre d’état représentatif d’une coupure d’injection de carburant à moteur tournant. On décrit maintenant en figure 2, le procédé de gestion thermique d’un organe de dépollution de la ligne d’échappement en phase de lever de pied mis en œuvre par l’unité de commande du moteur thermique. L’unité de commande est munie d’un calculateur à circuits intégrés et de mémoires électroniques, le calculateur et les mémoires étant configurés pour exécuter le procédé de gestion thermique. Mais cela n’est pas obligatoire. En effet, le calculateur pourrait être externe à l’unité de commande, tout en étant couplé à cette dernière. Dans ce dernier cas, il peut être lui-même agencé sous la forme d’un calculateur dédié comprenant un éventuel programme dédié, par exemple. Par conséquent, l’unité de commande, selon l’invention, peut être réalisé sous la forme de modules logiciels (ou informatiques (ou encore « software »)), ou bien de circuits électroniques (ou « hardware »), ou encore d’une combinaison de circuits électroniques et de modules logiciels. A une première étape 30 du procédé, on prend l’hypothèse que le moteur thermique est tournant en injection de carburant durant laquelle le cycle de combustion conventionnel est opéré. Les gaz d’échappement circulent depuis le collecteur d’échappement vers la ligne d’échappement. Le clapet 26 régulant le passage d’air vers le conduit d’échappement 25, en référence à la figure 1, est fermé. S’il s’agit d’un clapet monostable, aucune commande électrique n’est émise vers le clapet 26. Les organes de dépollution fonctionnent dans la plage de température optimale. A chaque instant, le procédé comporte à une étape 31 l’estimation d’un état de fonctionnement du moteur, à partir de paramètres moteur, représentatif d’une coupure d’injection de carburant à moteur tournant, par exemple en situation de lever de pied. L’un de ces paramètres moteur est par exemple le paramètre d’état de coupure d’injection de carburant. En cas de détection d’une coupure d’injection de carburant à moteur tournant, indiquée par l’état VRAI du paramètre de coupure d’injection par exemple, le procédé pilote une étape d’ouverture 32 de la vanne papillon d’admission du moteur de sorte à permettre l’écoulement d’un flux d’air à travers le moteur généré par l’aspiration naturelle du moteur. Le moteur est entrainé par les roues éventuellement. De cette manière, en phase de lever de pied le flux d’air réduit les pertes par pompage et indirectement la consommation de carburant du fait des capacités augmentées de récupération d’énergie électrique via un alternateur ou machine électrique apte à être entrainée par l’arbre moteur du moteur thermique (par exemple machine électrique de traction). En parallèle, pour éviter un désamorçage des organes de dépollution de la ligne d’échappement, le procédé comporte une étape d’ouverture 33 du clapet 26 de manière à évacuer l’air frais vers l’extérieur et détourner ledit air frais de la ligne d’échappement 21. Une commande électrique d’ouverture émise par l’unité de commande du moteur actionne l’ouverture du clapet. La circulation d’air est donc la suivante : de l’air frais entre par l’admission du moteur, transite par le collecteur d’admission, puis à travers le moteur par aspiration naturelle généré par les pistons puis en sortie du collecteur d’échappement, cet air frais circule via le conduit d’échappement 25 jusqu’à l’air extérieur. De préférence, pour augmenter le débit de la circulation d’air frais à travers le conduit 25, le procédé comporte une étape de pilotage d’extraction forcée 34 de l’air frais vers l’extérieur. La pompe 28 est commandée à une valeur de régime tournant prédéterminé. De plus, l’extraction d’air assure également une réduction supplémentaire des pertes par pompage provoquée par le flux d’écoulement de l’air à extraction forcée. Le procédé comporte une étape d’estimation 35 à chaque instant de l’état du fonctionnement du moteur représentatif d’une coupure d’injection de carburant à moteur tournant. En cas de détection d’une demande d’injection, synonyme d’une fin de la lever de pied, le procédé comporte une étape d’arrêt 36 de l’extraction forcée, puis une étape de fermeture 37 du clapet 26. Le procédé retourne ensuite à l’étape 30 en prenant l’hypothèse que le moteur thermique fonctionne à nouveau en cycle de combustion. Au contraire, tant que la coupure d’injection est commandée, la vanne papillon du moteur est ouverte, le clapet d’accès au conduit d’échappement 25 est ouvert et optionnellement la pompe 27 est à régime tournant. Il est prévu une autre variante du procédé de gestion thermique permettant la mise en œuvre d’un mode de pré-conditionnement thermique des organes de dépollution de la ligne d’échappement avant un démarrage moteur. Ce mode de pré-conditionnement thermique prévoit d’inverser le flux d’air dans le conduit 25 par rapport au premier mode de gestion thermique. Plus précisément, selon ce deuxième mode, le moteur est commandé à l’arrêt à régime nul, par exemple une situation d’arrêt et extinction du moteur, soit en roulage dans le cas d’une architecture de groupe motopropulseur hybride, soit à l’arrêt complet du véhicule. On prend l’hypothèse que les organes de dépollution ne se trouvent plus en état d’action optimale. Puis, en cas de détection d’une demande de démarrage du moteur, (toujours en roulage ou à l’arrêt), le procédé comporte le pompage d’air frais préalablement au démarrage à travers le conduit 25 préalablement par le passage du filtre à air, et l’ouverture du clapet régulant le débit d’air à travers le conduit 25, en référence à la figure 1, de sorte à commander l’injection d’air frais directement dans le premier conduit 22 vers l’organe de dépollution 23. Le procédé comporte une étape de chauffage de l’air durant une durée prédéterminée, dix secondes par exemple. L’air est chauffé par le catalyseur électrique 231. Puis une fois que l’écoulement de la durée prédéterminée est détecté, le démarrage du moteur thermique est commandé. Le clapet 26 est fermé lors de la procédure de démarrage pour éviter l’échappement de gaz de combustion vers le conduit 25. Le procédé pilote également l’arrêt dudit pompage. Le chauffage est maintenu activé quelques secondes à la suite de la fin de la procédure de démarrage, instant d’atteinte du régime de ralenti. L’invention s’applique aux groupes motopropulseurs conventionnels à motorisation thermique uniquement (essence et diesel), ainsi qu’aux groupes motopropulseurs hybrides. Procédé de gestion thermique d’un dispositif de dépollution (23) d’une ligne d’échappement (21) d’un moteur thermique (10), la ligne d’échappement (21) comportant un premier conduit d’échappement (22) des gaz débouchant en entrée du dispositif de dépollution (23), caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes : l’estimation (31) d’un état de fonctionnement du moteur à partir de paramètres moteur représentatif d’une coupure d’injection de carburant à moteur tournant, par exemple en situation de lever de pied, en cas de détection d’une coupure d’injection de carburant à moteur tournant : l’ouverture (32) d’une vanne papillon d’admission (12) du moteur, l’ouverture (33) d’un clapet d’échappement (26) régulant le passage d’air entre le collecteur d’échappement (13) et un deuxième conduit d’échappement (25) débouchant à l’air extérieur de manière à évacuer l’air frais vers l’extérieur et détourner ledit air frais de la ligne d’échappement (21). Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comporte en outre une étape d’extraction forcée (34) de l’air frais à travers le deuxième conduit (25) depuis le collecteur d’échappement (13) vers l’air extérieur. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu’il comporte en outre les étapes successives suivantes : La mise à l’arrêt du moteur thermique (10) à régime nul, En cas de détection d’une demande de démarrage du moteur (10), le pompage d’air frais préalablement au démarrage à travers le deuxième conduit (25) de sorte à commander l’injection d’air frais directement dans le premier conduit (22) vers l’organe de dépollution (23), Le chauffage de l’air durant une durée prédéterminée, Le démarrage du moteur thermique (10), L’arrêt dudit pompage. Système de gestion thermique d’un dispositif de dépollution (23) d’une ligne d’échappement (21) d’un moteur thermique (10) comportant un collecteur d’échappement (13), un premier conduit d’échappement (22) reliant le collecteur d’échappement (13) et l’entrée du dispositif de dépollution (23), un deuxième conduit d’échappement (25) reliant le collecteur d’échappement (13) et un passage ouvert à l’air extérieur et un moyen d’estimation d’un état de fonctionnement du moteur à partir de paramètres moteur représentatif d’une coupure d’injection de carburant à moteur tournant, caractérisé en ce qu’il comporte en outre un clapet d’échappement (26) entre le collecteur d’échappement (13) et le deuxième conduit (25) dépendant dudit état de fonctionnement, et des moyens de régulation du débit d’air frais configurés pour, en cas de détection d’une coupure d’injection de carburant à moteur tournant, ouvrir une vanne papillon d’admission (12) d’air au moteur et ouvrir le clapet d’échappement (26) de manière à évacuer l’air frais circulant à travers le moteur vers l’air extérieur et détourner ledit air frais du premier conduit d’échappement (22). Système de gestion thermique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le clapet d’échappement (26) est monostable, la position stable étant la fermeture du deuxième conduit (25). Système de gestion thermique selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu’il comporte en outre une pompe (27) logée dans le deuxième conduit (25) agencée pour au moins aspirer l’air frais sortant du collecteur d’échappement (13). Système de gestion thermique selon la revendication 6, caractérisé en ce que la pompe (27) est réversible. Véhicule automobile comportant groupe motopropulseur comprenant un moteur thermique, une ligne d’échappement équipé d’un dispositif de dépollution et un système de gestion thermique dudit dispositif de dépollution selon l’une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu’il comporte une unité de commande dudit groupe motopropulseur configurée pour mettre en œuvre le procédé de gestion thermique selon l’une quelconque des revendications 1 à 3.