Brevet FR3124221A1 — publié le 20221223

L’invention concerne un moteur à combustion interne (1) comprenant : - une chambre de combustion, - une ligne d’admission (20) d’air frais, - une ligne d’échappement (80) de gaz brûlés qui comprend au moins un catalyseur (83), - un turbocompresseur (30) qui comporte une turbine (82) et un compresseur (22), - un circuit d’injection (60) de carburant qui comprend un réservoir de carburant (61), et - une ligne d’évacuation (50) de vapeurs de carburant, qui prend naissance dans le réservoir de carburant, qui débouche dans la ligne d’échappement en amont du catalyseur, et qui comprend un réservoir de stockage des vapeurs de carburant (51) et une vanne de régulation (52) du débit de vapeurs de carburant. Selon l’invention, la turbine est située en aval du catalyseur, et la ligne d’évacuation comporte une pompe (53) adaptée à faire circuler les vapeurs de carburant. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Moteur à combustion interne suralimenté et procédé de pilotage de ce moteur Domaine technique de l'invention La présente invention concerne de manière générale la réduction des émissions polluantes des moteurs à combustion interne. Elle concerne plus particulièrement un moteur à combustion interne comprenant : - une chambre de combustion, - une ligne d’admission d’air frais débouchant dans la chambre de combustion, - une ligne d’échappement de gaz brûlés hors de la chambre de combustion qui comprend au moins un catalyseur, - un turbocompresseur qui comporte une turbine située dans la ligne d’échappement et un compresseur qui est situé dans la ligne d’admission et qui est entraîné en rotation par la turbine, - un circuit d’injection de carburant dans la chambre de combustion, qui comprend un réservoir de carburant, et - une ligne d’évacuation de vapeurs de carburant, qui prend naissance dans le réservoir de carburant, qui débouche dans la ligne d’échappement en amont du catalyseur, et qui comprend un réservoir de stockage des vapeurs de carburant et une vanne de régulation du débit de vapeurs de carburant. Elle concerne également un procédé de pilotage d’un tel moteur à combustion interne. L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans les moteurs à allumage commandé (Essence). Elle concerne aussi un véhicule automobile équipé d’un tel moteur à combustion interne. Etat de la technique On recherche actuellement, dans un cadre législatif toujours plus contraignant et dans un souci de préservation de l'environnement, des solutions techniques permettant d'améliorer le fonctionnement des moteurs à combustion interne, notamment pour réduire le taux d'éléments polluants contenus dans les gaz brûlés rejetés par les moteurs dans l'atmosphère. Pour réduire ces émissions polluantes, un moteur à combustion interne comporte généralement, dans sa ligne d'échappement, un catalyseur au sein duquel des réactions chimiques se produisent afin de transformer des composés polluants en composés sans effet sur la santé. Le document FR2768184 propose un moteur à combustion interne comportant un tel catalyseur, un réservoir de carburant, un réservoir d’adsorption et de stockage des vapeurs de carburant (bien connu sous le terme anglo-saxon « canister ») et une ligne d’évacuation des vapeurs de carburant ainsi stockées. Cette ligne d’évacuation est prévue pour insuffler ces vapeurs dans la ligne d’admission ou dans la ligne d’échappement du moteur, en amont d’un catalyseur. Grâce à cette architecture, les vapeurs de carburant ne sont pas rejetées dans l’atmosphère sans avoir été brûlées au préalable dans le moteur ou dans le catalyseur. Un tel catalyseur fonctionne de manière optimale sur une plage de températures comprise entre 150 et 350 degrés Celsius. Il présente en revanche des performances fortement réduites à température ambiante, juste après le démarrage à froid du moteur. En conséquence, la majeure partie des polluants rejetés dans l'atmosphère est émise dans les minutes qui suivent la phase de démarrage à froid du moteur. Avec l’arrivée de nouvelles normes (notamment Euro7), il a été acté que cette situation ne devait perdurer. Une solution pour améliorer l'efficacité du catalyseur consisterait alors à le dimensionner en fonction de son rendement à basses températures, en augmentant sa taille. Néanmoins, étant donné le prix élevé des matériaux précieux utilisés pour fabriquer un tel catalyseur, il apparait difficile de limiter le phénomène de rejets polluants par ce biais. Une autre solution consiste à favoriser le réchauffement rapide du catalyseur juste après le démarrage du moteur, en y injectant de l’air frais et du carburant pour qu’une réaction très exothermique s’y produise. Pour cela, la richesse du mélange admis dans la chambre de combustion est réglée à une valeur supérieure à 1, afin que des hydrocarbures imbrûlés puissent parvenir dans le catalyseur. Cette solution, bien qu’efficace, s’avère néanmoins coûteuse à mettre en œuvre et dispendieuse en termes de consommation de carburant. Présentation de l'invention Afin de remédier aux inconvénients précités de l’état de la technique, la présente invention propose de placer le catalyseur au plus près de la chambre de combustion et d’utiliser les vapeurs de carburant qui ont été adsorbées par le canister en les insufflant dans le catalyseur pour réchauffer ce dernier. Plus particulièrement, on propose selon l’invention un moteur à combustion interne tel que défini dans l’introduction, dans lequel la turbine est située en aval du catalyseur, et dans lequel la ligne d’évacuation des vapeurs de carburant comporte une pompe adaptée à faire circuler dans cette ligne des vapeurs de carburant contenues dans le réservoir de stockage des vapeurs de carburant. L’invention propose ainsi tout d’abord de placer le catalyseur en amont de la turbine, au plus près du collecteur d’échappement. De ce fait, la vitesse de montée en température du catalyseur après le démarrage à froid du moteur est beaucoup plus rapide. En effet, le catalyseur peut être placé directement au contact du collecteur d’échappement, auprès duquel il se réchauffe. En outre, les gaz brûlés qui sortent de la chambre de combustion ne sont ainsi plus refroidis par la turbine avant d’entrer dans le catalyseur (la turbine présente en effet une inertie thermique et provoque des pertes de charge qui provoquent une baisse de la température des gaz brûlés). Cette solution présente un inconvénient majeur, qui est que le temps de réponse du turbocompresseur, notamment pendant les phases d’accélération, augmente significativement. Ce problème de temps de réponse provient de l’inertie thermique du catalyseur et des pertes de charge générées par ce catalyseur sur les gaz brûlés. En effet, les gaz brûlés qui sortent du catalyseur ont une énergie restreinte qui ne leur permet pas d’actionner la turbine aussi vite que souhaité. Alors, pour réduire ce temps de réponse, la présente invention propose de profiter des vapeurs de carburant pour, pendant les phases d’accélération, les insuffler dans la ligne d’échappement, en amont du catalyseur, tout en réduisant la richesse du mélange dans la chambre de combustion. Ainsi, des hydrocarbures (provenant des vapeurs de carburant) et de l’oxygène (provenant de la chambre de combustion) traversent le catalyseur et réagissent ensemble, ce qui permet à ce catalyseur de monter rapidement en température afin de limiter la durée pendant laquelle l’inertie thermique du catalyseur nuit aux performances du turbocompresseur. En d’autres termes, cette double injection d’air et d’hydrocarbures va permettre d’augmenter très rapidement l’enthalpie des gaz brûlés dans cette turbine, ce qui réduira sensiblement son temps de réponse. Préférentiellement, il est prévu une sonde de richesse située dans la ligne d’échappement, en aval du catalyseur et de préférence en aval de la turbine. Préférentiellement aussi, il est prévu une sonde de température permettant de déterminer la température du catalyseur. L’invention porte aussi sur un véhicule automobile comportant un châssis, des roues, et un groupe motopropulseur qui comporte un moteur à combustion interne tel que précité. Elle porte également sur un procédé de pilotage d’un moteur à combustion interne tel que précité, dans lequel, la vanne de régulation étant fermée et/ou la pompe étant inactive, il est prévu de : - acquérir des paramètres caractérisant le point de fonctionnement du moteur à combustion interne, notamment la charge souhaitée par un conducteur ou par une unité de pilotage, et - lorsque les paramètres sont initialement caractéristiques d’un point de fonctionnement à faible enthalpie dans la ligne d’échappement puis que la charge augmente au-delà d’un seuil déterminé dans un intervalle de temps donné, ouvrir la vanne de régulation, activer la pompe et réduire la richesse d’un mélange d’air et de carburant admis dans la chambre de combustion. Préférentiellement, il est prévu d’acquérir la température du catalyseur, l’un des paramètres caractéristiques d’un point de fonctionnement à faible enthalpie étant cette température acquise. Préférentiellement, il est prévu d’acquérir le régime du moteur à combustion interne, l’un des paramètres caractéristiques d’un point de fonctionnement à faible enthalpie étant ce régime ou la charge acquise. Préférentiellement, lorsque la vanne de régulation est en position ouverte et que la pompe est activée, la vanne de régulation et/ou la pompe sont pilotées en boucle fermée de façon à réguler la richesse des gaz brûlés sortant du catalyseur à une valeur sensiblement égale à 1. Préférentiellement, lorsque la vanne de régulation est en position ouverte et que la pompe est activée, la richesse du mélange d’air et de carburant admis dans la chambre de combustion est calculée en boucle ouverte. Elle ne dépend alors pas d’une mesure de richesse effectuée dans la ligne d’échappement (mais par exemple seulement de la quantité d’air admise dans les cylindres). Préférentiellement, lorsque la vanne de régulation est en position ouverte et que la pompe est activée, il est prévu d’acquérir la température du catalyseur, et, dès que ladite valeur dépasse un seuil prédéterminé, de refermer la vanne de régulation et désactiver la pompe. Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. Moteur à combustion interne (1) comprenant : - une chambre de combustion, - une ligne d’admission (20) d’air frais débouchant dans la chambre de combustion, - une ligne d’échappement (80) de gaz brûlés hors de la chambre de combustion qui comprend au moins un catalyseur (83), - un turbocompresseur (30) qui comporte une turbine (82) située dans la ligne d’échappement (80) et un compresseur (22) qui est situé dans la ligne d’admission (20) et qui est entraîné en rotation par la turbine (82), - un circuit d’injection (60) de carburant dans la chambre de combustion, qui comprend un réservoir de carburant (61), et - une ligne d’évacuation (50) de vapeurs de carburant, qui prend naissance dans le réservoir de carburant (61), qui débouche dans la ligne d’échappement (80) en amont du catalyseur (83), et qui comprend un réservoir de stockage des vapeurs de carburant (51) et une vanne de régulation (52) du débit de vapeurs de carburant, caractérisé en ce que : - la turbine (82) est située en aval du catalyseur (83), et - la ligne d’évacuation (50) comporte une pompe (53) adaptée à faire circuler dans la ligne d’évacuation (50) les vapeurs de carburant contenus dans le réservoir de stockage des vapeurs de carburant (51). Moteur à combustion interne (1) selon la revendication 1, dans lequel il est prévu une sonde de richesse (85) située dans la ligne d’échappement (80), en aval du catalyseur (83) et de préférence en aval de la turbine (82). Moteur à combustion interne (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel il est prévu une sonde de température (86) permettant de déterminer la température du catalyseur (83). Véhicule automobile comportant un châssis, des roues, et un groupe motopropulseur, caractérisé en ce que le groupe motopropulseur comporte un moteur à combustion interne (1) conforme à l’une des revendications 1 à 3. Procédé de pilotage d’un moteur à combustion interne (1) conforme à l’une des revendications 1 à 3, dans lequel, la vanne de régulation (52) étant fermée et/ou la pompe (53) étant inactive, il est prévu de : - acquérir des paramètres caractérisant le point de fonctionnement du moteur à combustion interne (1), notamment la charge souhaitée par un conducteur ou par une unité de pilotage, et - lorsque les paramètres sont initialement caractéristiques d’un point de fonctionnement à faible enthalpie dans la ligne d’échappement (80) puis que la charge augmente au-delà d’un seuil déterminé dans un intervalle de temps donné, ouvrir la vanne de régulation (52), activer la pompe (53) et réduire la richesse d’un mélange d’air et de carburant admis dans la chambre de combustion. Procédé de pilotage selon la revendication 5, dans lequel il est prévu d’acquérir la température du catalyseur (83) et dans lequel l’un des paramètres caractéristiques d’un point de fonctionnement à faible enthalpie est la température acquise. Procédé de pilotage selon la revendication 5 ou 6, dans lequel il est prévu d’acquérir le régime du moteur à combustion interne (1) et dans lequel l’un des paramètres caractéristiques d’un point de fonctionnement à faible enthalpie est le régime ou la charge acquis. Procédé de pilotage selon l’une des revendications 5 à 7, dans lequel, lorsque la vanne de régulation (52) est en position ouverte et que la pompe (53) est activée, la vanne de régulation (52) et/ou la pompe (53) sont pilotées en boucle fermée de façon à réguler la richesse des gaz brûlés sortant du catalyseur (83) à une valeur sensiblement égale à 1. Procédé de pilotage selon l’une des revendications 5 à 8, dans lequel, lorsque la vanne de régulation (52) est en position ouverte et que la pompe (53) est activée, la richesse du mélange d’air et de carburant admis dans la chambre de combustion est calculée en boucle ouverte. Procédé de pilotage selon l’une des revendications 5 à 9, dans lequel lorsque la vanne de régulation (52) est en position ouverte et que la pompe (53) est activée, il est prévu de : - acquérir la température du catalyseur (83), et - dès que ladite valeur dépasse un seuil prédéterminé, refermer la vanne de régulation (52) et désactiver la pompe (53).