Brevet FR3156483A1 — publié le 20250613

L’invention concerne un véhicule automobile comprenant un moteur thermique, une ligne d’échappement, et un système de protection thermique qui comprend : - un moyen d’évaluation de la température de la ligne d’échappement (M1) ; - un moyen d’évaluation de criticité de température (M2) entre un niveau 1 bas sans risque de dégradation des composants de la ligne d’échappement ; un niveau 2 intermédiaire ; et un niveau 3 haut avec ledit risque ; - un moyen de refroidissement (M3) du moteur thermique au-dessus du niveau 2 de sorte à ne pas dégrader la performance du moteur thermique ; et - un moyen de bridage (M4) bridant le moteur thermique au-dessus du niveau 3, en limitant le couple du moteur thermique en cas de surchauffe de la ligne d’échappement. L’invention concerne également un procédé et un programme sur la base d’un tel véhicule. Figure 1 VEHICULE AUTOMOBILE COMPRENANT UNE PROTECTION THERMIQUE D’ECHAPPEMENT PAR BRIDAGE DE COUPLE MOTEUR, PROCEDE ET PROGRAMME SUR LA BASE D’UN TEL VEHICULE L’invention concerne le domaine de la protection thermique des composants d’une ligne d’échappement d’un moteur à essence de véhicule automobile. Les nouveaux moteurs à essence de véhicules automobile doivent satisfaire aux exigences des normes en termes d’émissions, telle que la nouvelle norme dite « Euro 6eBis », qui est plus sévère que la norme précédente, dite « Euro6e ». Les conditions de test étendues de cette nouvelle norme Euro 6eBis impliquent de ne pas utiliser un enrichissement du mélange essence/air pour venir refroidir les composants de la ligne d’échappement. Un moteur à essence convenant à la norme Euro6 fonctionne à un premier niveau de richesse (niveau 1). Mais si lors d’une pleine charge longue ou forte, la température des composants de la ligne d’échappement est considérée comme critique, il est admis, connu et accepté d’augmenter la richesse en carburant du mélange essence/air (donc quitter la richesse de niveau 1 temporairement) pour refroidir et protéger les composants de la ligne d’échappement. Or avec cette nouvelle réglementation Euro 6eBis, ce procédé d’augmentation de la richesse en carburant du mélange essence/air n’est plus envisageable sans risquer de dépasser les objectifs émissions. Cela oblige soit à reconcevoir les composants de la ligne d’échappement des moteurs à essence, soit à mettre en œuvre une stratégie de refroidissement. Comme cette norme Euro6eBis est applicable prochainement, une reconception des composants de la ligne d’échappement ne semble pas possible à ce jour ; et cela impliquerait des pertes de temps et de matériels compte tenu de la survenue prochaine d’une nouvelle norme Euro7, qui oblige une reconception de certains composants (dont la ligne d’échappement). L’objectif de l’invention est de palier les défauts de l’art antérieur, et notamment de proposer une solution de refroidissement de la ligne d’échappement en limitant les émissions, et sur la base des composants actuels des véhicules à essence. Pour atteindre cet objectif, l’invention propose un véhicule automobile comprenant un moteur thermique, une ligne d’échappement, et un système de protection thermique qui comprend : - un moyen d’évaluation de la température de la ligne d’échappement, déterminant une valeur de température de la ligne d’échappement ; - un moyen d’évaluation de criticité de température déterminant un niveau de criticité de la température de la ligne d’échappement entre un niveau 1 bas sans risque de dégradation des composants de la ligne d’échappement ; un niveau 2 intermédiaire au-dessus du niveau 1 ; et un niveau 3 haut au-dessus du niveau 2, avec risque de dégradation irréversible des composants de la ligne d’échappement ; - un moyen de refroidissement pour refroidir le moteur thermique lorsque la température atteint voire dépasse le niveau 2 de sorte que le moteur thermique est refroidit sans dégrader la performance du moteur thermique ; et - un moyen de bridage bridant le moteur thermique si la température de la ligne d’échappement atteint voire dépasse le niveau 3, en limitant le couple du moteur thermique en cas de surchauffe de la ligne d’échappement. Avantageusement, l’invention permet d’éviter de reconcevoir les composants de la ligne d’échappement des moteurs essences ; d’assurer l’intégrité des composants de la ligne d’échappement ; d’éviter le risque d’incendie du véhicule ; d’éviter l’emploi d’un réglage limitant les performances du groupe motopropulseur. L’invention permet donc dans cette mesure, d’assurer la sécurité des utilisateurs et du véhicule vis-à-vis du risque d’incendie. Selon une variante, le moyen d’évaluation de la température comprend un capteur disposé sur la ligne d’échappement. Cela permet de déterminer simplement la température de la ligne d’échappement, en particulier du collecteur d’échappement, pour mettre en œuvre l’invention. Selon une variante, le moyen d’évaluation de la température comprend un calculateur et un modèle de calcul de température à partir de données d’usage de la ligne d’échappement. Cela permet de calculer et d’anticiper la température de la ligne d’échappement, en particulier du collecteur d’échappement. Selon une variante, le moyen de bridage bride une consigne de pilotage du calculateur de l’ordre de 20% à 30% du couple tout en maintenant la performance du moteur. Cela permet de brider facilement le moteur et de limiter les surchauffes, avec une performance de moteur acceptable. Selon une variante, le système de protection thermique comprend un compteur d’occurrences comptant le nombre d’occurrences du bridage, en particulier le nombre d’occurrences du bridage par cycle de roulage. Cela permet de suivre le nombre de surchauffes du moteur par cycle de démarrage du véhicule, et de faciliter le diagnostic par les services de maintenance. Selon une variante, le moyen d’évaluation de criticité de température, détermine un niveau de criticité de la température en fonction d’un seuil critique au-delà duquel les éléments de la ligne d’échappement subissent une dégradation irréversible, le niveau 3 correspondant à 85 à 90% du seuil critique, et le niveau 2 correspondant à 75 à 80% du seuil critique. Cela permet de calibrer les niveaux en gardant une marge objective connue par rapport au seuil critique de dégradation des matériaux de la ligne d’échappement, en particulier du collecteur ligne d’échappement. Selon une variante, le véhicule automobile comprend un premier circuit de caloporteur, et le moyen de refroidissement comprend un deuxième circuit de caloporteur refroidissant le moteur thermique, et un groupe moto-ventilateur reliant le deuxième circuit caloporteur au premier circuit caloporteur, via un boîtier de sortie d'eau. Cela permet de refroidir le moteur en cas de détection de surchauffe de la ligne d’échappement, en particulier du collecteur d’échappement. Selon une variante, la ligne d’échappement comprend un collecteur d’échappement, caractérisé en ce que lesdites température et composants de la ligne d’échappement désignent les température et composants du collecteur d’échappement. Cela permet de protéger spécifiquement le collecteur d’échappement de la ligne d’échappement. L’invention concerne en outre un procédé de protection thermique d’une ligne d’échappement d’un véhicule automobile selon l’invention, le procédé de protection comprenant les étapes suivantes : - une étape d’évaluation de la température de la ligne d’échappement, déterminant une valeur de température de la ligne d’échappement ; - une étape d’évaluation de criticité de température, déterminant un niveau de criticité de la température de la ligne d’échappement entre un niveau 1 bas sans risque de dégradation des composants de la ligne d’échappement ; un niveau 2 intermédiaire au-dessus du niveau 1 ; et un niveau 3 haut au-dessus du niveau 2, avec risque de dégradation irréversible des composants de la ligne d’échappement ; - une étape de refroidissement pour refroidir le moteur thermique lorsque la température atteint voire dépasse le niveau 2 de sorte que le moteur thermique est refroidi sans dégrader la performance du moteur thermique ; et - une étape de bridage bridant le moteur thermique si la température de la ligne d’échappement atteint voire dépasse le niveau 3, en limitant le couple du moteur thermique en cas de surchauffe de la ligne d’échappement. Un autre objet de l’invention concerne un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé de protection thermique selon l’invention, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur. L'invention sera davantage détaillée par la description de modes de réalisation non limitatifs, et sur la base de la FIG. 1 annexée illustrant le système et le procédé de protection thermique selon un mode de réalisation préféré de l’invention. L’invention concerne une stratégie de moteurs à essence satisfaisant la norme Euro 6eBis en limitant le couple du moteur à essence dans les cas d’une surchauffe dans le collecteur d’échappement. Concernant la détermination du niveau de température du collecteur d’échappement, il y a deux possibilités pour la récupération de cette information : - la solution la plus simple est d’implanter un capteur de température sur le collecteur d’échappement (ou sur l’un des composant de la ligne d’échappement) ; - la solution la plus complexe est d’utiliser les informations disponibles dans un calculateur de moteur pour estimer la température dans le collecteur d’échappement. Le calculateur de moteur reçoit par exemple les informations suivantes : - la température de l’air dans le collecteur d’entrée d’air (notée To) ; - la température dans le répartiteur d’admission d’air (notée T2s) ; - le débit (au débitmètre) de l’admission (noté Qair) ou reconstruit à partir de la pression répartiteur d’admission ; - le régime du vilebrequin (issu du capteur de régime moteur) (noté Rmot) ; - la température de l’eau de refroidissement du circuit caloporteur du moteur thermique essence (notée Teau) ; - le niveau de couple du moteur thermique au vilebrequin (noté Cmot) - la pression de suralimentation ; - la position des déphaseurs ; - l’avance à l’allumage ; - la valeur de l’adaptation courante cliquetis. Grâce à des mesures en cabine de moteur avec des balayages des paramètres précédents (notamment To, T2s, Qair, Rmot, Teau et Cmot), durant la phase de développement du moteur thermique à essence, un modèle est mis au point pour estimer la température dans le collecteur d’échappement. Concernant maintenant l’élaboration des différents niveaux de criticité de température, les inventeurs ont mis en place une stratégie de protection thermique du collecteur d’échappement (et plus largement des composants de la ligne d’échappement) en 3 niveaux : - Niveau 1 de « condition normale » : condition normale de fonctionnement sans risque de dégradation des composants de la ligne d’échappement ; - Niveau 2 de « procédure de refroidissement moteur sans gêne de l’utilisateur » : il s’agit d’un niveau de température supérieur au niveau 1, donc qui présente un risque pour l’intégrité des composants de la ligne d’échappement. Ainsi, on cherche à réduire la température dans la ligne d’échappement sans dégrader la performance du moteur thermique à essence du point de vue du conducteur ; - Niveau 3 de « réduction du couple moteur » (donc avec alerte au conducteur) : la température du collecteur d’échappement est trop élevée, on entre dans une stratégie de protection plus dure contraignant la volonté du conducteur en bridant le couple du moteur thermique. Cela permet de réduire la température dans la ligne d’échappement du véhicule pour protéger l’intégrité des composants de la ligne d’échappement et principalement le collecteur d’échappement. On prévoit en outre un compteur du nombre d’occurrences de ce bridage sur un même cycle entre un allumage et une extinction du moteur. Concernant maintenant le détail de la stratégie pour chaque niveau de criticité de température : - Au niveau 1 : il n’y a pas de restriction, le moteur est en condition normale de fonctionnement ; - Au niveau 2 : on cherche à réduire la température dans la ligne d’échappement, sans que le conducteur en soit gêné ou le remarque. Pour cela, on cherche à augmenter le refroidissement du moteur en activant le groupe moto-ventilateur et en reliant via le boîtier de sortie d’eau le circuit caloporteur du moteur thermique avec le circuit caloporteur du véhicule (optionnellement, on augmente en outre le débit du fluide dans le circuit caloporteur du moteur) ; - Au niveau 3 : on cherche à réduire la température dans la ligne d’échappement sans se soucier d’un impact ou non sur la volonté du conducteur, pour réduire le plus possible la thermique dans la ligne d’échappement. Au niveau 3, on bride alors le couple du moteur thermique (en bridant la consigne de pilotage venant du calculateur de moteur) de l’ordre de 20% à 30% du couple par rapport à la volonté du conducteur, tout en cherchant à limiter au plus juste nécessaire le couple. Et on restitue au plus tôt le couple pour minimiser la perception de baisse de performance du point de vue du conducteur. La restitution ne sera pas réalisée au cours d’une même phase de demande de couple (car cela serait théoriquement impossible compte tenu du fait qu’il y a besoin d’un temps de relaxation), afin de ne pas engendrer de sur-couple pour le conducteur pour un niveau de sollicitation de pédale donné. Ce niveau de bridage du couple est calibré lors de la phase de mise au point de la fonction et peut être différent en fonction du type de moteur. Le compteur permet de compter le nombre d’occurrences de bridage en couple sur une alerte de surchauffe de la ligne d’échappement. Ce compteur est de préférence remis à 0 au démarrage du véhicule, et nous avons un seuil d’occurrences (nommé « SeuilTh ») sur ce compteur à une valeur calibrable lors de la mise au point de cette fonction, par exemple à la valeur de 20 itérations. Ainsi, à chaque fois que le calculateur de moteur détecte une surchauffe de la ligne d’échappement que ledit calculateur doit traiter par un bridage en couple moteur, ce compteur s’incrémente de 1. Et à l’atteinte du niveau de seuil d’occurrences SeuilTh par le compteur, un code défaut est mémorisé dans sa mémoire morte et le calculateur de moteur le communique au boîtier de servitude, pour indiquer au service de maintenance que le calculateur de moteur a rencontré un certain nombre de problèmes de surchauffe au niveau de la ligne d’échappement sur un même cycle de roulage. Cette levée d’un code défaut est totalement transparente pour le conducteur. La seule chose dont le conducteur peut se rendre compte, est la perte de couple par rapport à sa volonté. Concernant maintenant l’élaboration des seuils de température, pour chaque niveau, on détermine une température critique des composants de la ligne d’échappement (par la méthode décrite plus bas) à partir de laquelle l’intégrité des composants n’est plus assurée, ce qui donne la limite « seuil de température critique » que l’on nommera ici STcrit. Ce niveau STcrit est mesuré par essai lors de la mise au point de la fonction. Une fois ce seuil STcrit déterminé par essais sur banc matériau ou par essais sur banc moteur, on détermine un coefficient de déclenchement du niveau 3 par essais, ce coefficient étant calibré dans la fonction lors de la mise au point de cette fonction. L’ordre de grandeur de ce coefficient est par exemple dans la plage 85%-90% du seuil STcrit, c’est-à-dire que le niveau 3 est déclenché quand la température estimée ou mesurée dans le collecteur d’échappement atteint entre 85% et 90% du seuil STcrit. Ensuite, on détermine un coefficient de déclenchement du niveau 2 par essai, ce coefficient étant calibré dans la fonction lors de la mise au point de cette fonction. L’ordre de grandeur de ce coefficient est par exemple dans la plage 75%-80% du seuil STcrit, c’est-à-dire que le niveau 2 est déclenché quand la température estimée ou mesurée dans le collecteur d’échappement atteint entre 75% et 80% du seuil STcrit. Le seuil critique de température dans la ligne d’échappement dépend des composants qui composent la ligne d’échappement, le matériau utilisé pour ces composants, la distance d’éloignement de ces composants par rapport à la chambre de combustion et le niveau de ventilation de ces organes, donc leur positionnement par rapport aux flux d’air lorsque le véhicule roule. Le seuil de température critique (STcrit) est déterminé de sorte qu’en dessous de celui-ci, quand le niveau de température revient à la normale, les caractéristiques des composants de la ligne d’échappement reviennent aux mêmes propriétés physico-chimiques qu’avant la montée de température dans la ligne d’échappement. Le seuil de température critique est le niveau au-dessus duquel les composants de la ligne d’échappement subissent un endommagement irréversible. Lorsque la ligne d’échappement est dans le niveau 1 ou 2, il n’y a pas lieu d’avoir une fonction de rétablissement. La fonction de rétablissement ne concerne que le niveau 3. Une fois le niveau 3 atteint, le calculateur de moteur rentre en mode rétablissement lorsque la température estimée ou mesurée dans le collecteur d’échappement quitte le niveau 3 et rejoint le niveau 2 (en variante, le rétablissement peut se produire quand la température estimée ou mesurée dans le collecteur d’échappement quitte le niveau 3 et rejoint le niveau 1). Ce rétablissement comprend ce qui suit. Le calculateur de moteur arrête le bridage en couple du moteur thermique à essence, c’est-à-dire qu’il autorise de nouveau le plein potentiel en couple du moteur thermique. La seule chose qui reste de ce passage en mode « bridage de couple » est éventuellement le code défaut mémorisé dans la mémoire ROM du calculateur moteur, si au cours d’un roulage le compteur de bridage en couple, en raison de phénomènes de surchauffes de la ligne d’échappement, a dépassé le seuil d’occurrences SeuilTh. Ainsi, le service de maintenance peut identifier que le moteur thermique a subi un nombre important de surchauffes au niveau de sa ligne d’échappement. Cependant, ce code défaut ne reste pas en l’état « permanent » dans la mémoire des calculateurs, mais le code défaut passe en état « fugitif » pour indiquer au service de maintenance que le défaut s’est résolu de lui-même. L’invention concerne en outre un procédé et un programme de protection thermique correspondants. Le programme peut être chargé dans un contrôleur du véhicule automobile ou un contrôleur de moteur thermique. Véhicule automobile comprenant un moteur thermique, une ligne d’échappement, et un système de protection thermique qui comprend : - un moyen d’évaluation de la température de la ligne d’échappement (M1), déterminant une valeur de température de la ligne d’échappement ; - un moyen d’évaluation de criticité de température (M2) déterminant un niveau de criticité de la température de la ligne d’échappement entre un niveau 1 bas sans risque de dégradation des composants de la ligne d’échappement ; un niveau 2 intermédiaire au-dessus du niveau 1 ; et un niveau 3 haut au-dessus du niveau 2, avec risque de dégradation irréversible des composants de la ligne d’échappement ; - un moyen de refroidissement (M3) pour refroidir le moteur thermique lorsque la température atteint voire dépasse le niveau 2 de sorte que le moteur thermique est refroidit sans dégrader la performance du moteur thermique ; et - un moyen de bridage (M4) bridant le moteur thermique si la température de la ligne d’échappement atteint voire dépasse le niveau 3, en limitant le couple du moteur thermique en cas de surchauffe de la ligne d’échappement. Véhicule automobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d’évaluation de la température (M1) comprend un capteur disposé sur la ligne d’échappement. Véhicule automobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d’évaluation de la température (M1) comprend un calculateur et un modèle de calcul de température à partir de données d’usage de la ligne d’échappement. Véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le système de protection thermique comprend un compteur d’occurrences comptant le nombre d’occurrences du bridage, en particulier le nombre d’occurrences du bridage par cycle de roulage. Véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le moyen d’évaluation de criticité de température (M2), détermine un niveau de criticité de la température en fonction d’un seuil critique au-delà duquel les éléments de la ligne d’échappement subissent une dégradation irréversible, le niveau 3 correspondant à 85 à 90% du seuil critique, et le niveau 2 correspondant à 75 à 80% du seuil critique. Véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant un premier circuit de caloporteur, caractérisé en ce que le moyen de refroidissement (M3) comprend un deuxième circuit de caloporteur refroidissant le moteur thermique, et un groupe moto-ventilateur reliant le deuxième circuit caloporteur au premier circuit caloporteur, via un boîtier de sortie d'eau. Véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la ligne d’échappement comprend un collecteur d’échappement, caractérisé en ce que lesdites température et composants de la ligne d’échappement désignent les température et composants du collecteur d’échappement. Procédé de protection thermique d’une ligne d’échappement d’un véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, le procédé de protection comprenant les étapes suivantes : - une étape d’évaluation de la température de la ligne d’échappement (E1), déterminant une valeur de température de la ligne d’échappement ; - une étape d’évaluation de criticité de température (E2), déterminant un niveau de criticité de la température de la ligne d’échappement entre un niveau 1 bas sans risque de dégradation des composants de la ligne d’échappement ; un niveau 2 intermédiaire au-dessus du niveau 1 ; et un niveau 3 haut au-dessus du niveau 2, avec risque de dégradation irréversible des composants de la ligne d’échappement ; - une étape de refroidissement (E3) pour refroidir le moteur thermique lorsque la température atteint voire dépasse le niveau 2 de sorte que le moteur thermique est refroidit sans dégrader la performance du moteur thermique ; et - une étape de bridage (E4) bridant le moteur thermique si la température de la ligne d’échappement atteint voire dépasse le niveau 3, en limitant le couple du moteur thermique en cas de surchauffe de la ligne d’échappement. Programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé de protection thermique selon la revendication 8, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur.