TITRE : CIRCUIT DE DEPOLLUTION D’ECHAPPEMENT, SYSTEME DE DEPOLLUTION COMPRENANT CE CIRCUIT, ET PROCEDE DE DEPOLLUTION METTANT EN ŒUVRE CE CIRCUIT La présente invention revendique la priorité de la demande française

N°2006287 déposée le 16.06.2020 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.

L’invention se rapporte au domaine des circuits d’échappement de véhicules à moteur thermiques, plus particulièrement aux systèmes permettant de limiter la pollution émise via ces circuits.

La production de véhicules automobiles à moteur thermique, nécessite aujourd’hui une limitation significative des gaz polluants émis par les moteurs.

Ainsi, il a été proposé d’équiper les circuits d’échappement des moteurs thermiques de pots d’échappement, dits « catalytiques ». Ces pots d’échappement comprennent des catalyseurs de réactions chimiques transformant les gaz d’échappement en composés moins toxiques.

Dans les développements de ces pots d’échappement, il a été proposé d’y inclure des systèmes de catalyseurs chauffés pour plus d’efficacité. Un chauffage électrique de catalyseur peut être prévu à cet effet.

En utilisation, le démarrage du véhicule met le moteur thermique en fonctionnement et active le circuit d’air nécessaire à la combustion dans le moteur thermique. Les déchets de combustion arrivent ensuite au pot catalytique et sont décomposés par catalyse avec un catalyseur chauffé. Malheureusement, les systèmes de catalyse de l’art antérieur sont mis en fonctionnement quelques minutes après le démarrage du moteur et après l’émission de plusieurs gaz polluants. En effets, les premières minutes de fonctionnement du moteur engendrent des émissions de gaz polluants ne pouvant pas être suffisamment décomposés par un catalyseur non suffisamment chauffé. Ainsi, un objectif de la présente invention est de limiter davantage l’émission de gaz polluants notamment au démarrage du moteur.

Pour atteindre cet objectif, l’invention propose un circuit de dépollution d’échappement pour véhicule à moteur thermique, le circuit comprenant un dispositif de filtration en amont, un bloc compresseur d’un turbocompresseur, un bloc moteur, un bloc turbine du turbocompresseur, et un bloc de traitement catalytique comprenant un dispositif de chauffage électrique de catalyseur.

Selon un premier aspect, le circuit de dépollution comprend une branche de dérivation entre un point de dérivation amont disposé en aval du dispositif de filtration, et un point de dérivation aval disposé en amont du bloc de traitement catalytique, et en aval du bloc moteur.

En outre, la branche de dérivation comprend une pompe à air électrique configurée pour tirer l’air du dispositif de filtration et l’insuffler dans le bloc de traitement catalytique. Avantageusement, le circuit de dépollution permet d’insuffler de l’air frais sur le dispositif de chauffage électrique de catalyseur et de chauffer le catalyseur via l’air frais chauffé. Cela permet d’accélérer la mise en action du catalyseur avant le démarrage du moteur et l’émission des premiers gaz polluants. L’invention permet de limiter ainsi l’émission de gaz polluants, car le préchauffage du catalyseur par l’air frais chauffé le rend pleinement efficace bien avant l’arrivée des gaz polluants.

De préférence, le point de dérivation aval est disposé en amont de la turbine.

Avantageusement, cet agencement permet d’utiliser la forme de volute de la turbine du turbocompresseur pour diffuser de l’air frais de manière homogène sur le dispositif de chauffage puis sur le catalyseur. Cela permet d’éviter d’avoir des points chauds isolés qui endommageraient le catalyseur.

En particulier, le circuit de dépollution comprend en outre une dérivation de soupape de décharge au droit du bloc turbine de turbocompresseur, et le point de dérivation aval est disposé en amont de la dérivation de soupape de décharge et du bloc turbine.

L’invention porte en outre sur un système de dépollution d’échappement comprenant un circuit de dépollution d’échappement selon l’invention, et une unité de commande de dépollution d’échappement associée à la pompe à air électrique et au dispositif de chauffage électrique de catalyseur.

De préférence, l’unité de commande de dépollution d’échappement est configurée pour pouvoir actionner la pompe à air électrique et le dispositif de chauffage électrique de catalyseur au moins lorsque le moteur thermique est éteint.

Un autre objet de l’invention concerne un procédé de dépollution d’échappement comprenant des étapes de mise en œuvre d’un circuit de dépollution d’échappement selon l’invention, le procédé comprenant une étape de mise en fonctionnement de la pompe à air électrique et du dispositif de chauffage électrique de catalyseur, au moins lorsque le moteur est éteint.

De préférence, le procédé comprend une étape de détermination de l’approche d’un utilisateur, avant l’étape de mise en fonctionnement de la pompe à air électrique et du dispositif de chauffage électrique de catalyseur.

L’invention concerne également un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé selon l’invention, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur.

L’invention porte en outre sur un véhicule à moteur thermique comprenant un circuit de dépollution d’échappement selon l’invention.

Un autre objet de l’invention concerne une utilisation d’une turbine de turbocompresseur pour insuffler de l’air dans un bloc de traitement catalytique comprenant un dispositif de chauffage électrique de catalyseur, au moins lorsque le moteur est éteint.

L’invention sera davantage détaillée par la description de modes de réalisation non limitatifs, et sur la base des figures annexées illustrant des variantes de l’invention, dans lesquelles :

[Fig.1 ] illustre schématiquement un circuit de dépollution selon un premier mode de réalisation de l’invention dans un circuit d’échappement de moteur thermique ; et

[Fig.2] illustre schématiquement un circuit de dépollution selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.

L’invention concerne des circuits d’échappement de véhicules à moteur thermiques. L’invention concerne plus particulièrement un circuit de dépollution 1 permettant de limiter la pollution émise via ces circuits. La combustion dans le moteur 2 nécessite une entrée d’air 3 en amont de la chambre de combustion du moteur 2. L’entrée 3 est équipée d’un dispositif de filtration 4 généralement appelé filtre à air .

Le filtre à air 4 débouche sur un bloc compresseur 5 d’un turbocompresseur. Le bloc compresseur 5 comprend une roue de compresseur 5a dans un carter de compresseur 5b.

Ainsi, le circuit de dépollution 1 comprend, en amont, le dispositif de filtration 4 et ensuite le bloc compresseur 5 de turbocompresseur.

Le circuit de dépollution 1 comprend ensuite un bloc moteur 6 comprenant des chambres de combustion, puis un bloc turbine 7 du turbocompresseur.

Le bloc turbine 7 comprend une turbine 7a sous forme de roue dans un carter de turbine 7b.

Le circuit de dépollution 1 comprend ensuite un bloc de traitement catalytique 8 comprenant un dispositif de chauffage électrique de catalyseur 9 (dit dispositif e-cata). On peut également parler de système post traitement. Le bloc de traitement 8 comprend au moins un catalyseur 10 de pot d’échappement, associé au dispositif de chauffage 9. Le dispositif de chauffage 9 peut être sous forme de grille chauffée électriquement disposée dans la section de passage des gaz. Le bloc de traitement peut comprendre en outre un filtre à particule et un catalyseur SCR (réduction catalytique sélective), tels que ceux connus.

D’autres éléments tels que des systèmes de suralimentation, échangeurs associés et systèmes EGR (recirculation des gaz d'échappement), peuvent être prévus. Selon l’invention, le circuit de dépollution 1 comprend une branche de dérivation 11 pour insuffler de l’air frais sur le catalyseur 10 au moins lorsque le moteur 2 est éteint. On peut envisager une insufflation d’air par l’invention après le démarrage du moteur également, par exemple pendant quelques minutes après le démarrage, le moteur étant encore relativement froid. On peut aussi envisager une insufflation d’air par l’invention en accélération car il y a alors davantage de gaz polluants à décomposer.

La branche de dérivation 11 est disposée entre un point de dérivation amont 12 pouvant aussi être appelé, selon le cas, piquage de prise d’air ou bossage de prise d’air ; et un point de dérivation aval 13, pouvant aussi être appelé, selon le cas, piquage d’insufflation d’air ou bossage d’insufflation d’air .

Le point de dérivation amont 12 est disposé en aval du dispositif de filtration 4. Il s’agit en particulier d’un piquage sur la canalisation en aval dudit dispositif 4.

En outre, le point de dérivation aval 13 disposé en amont du bloc de traitement catalytique 8, et en aval du bloc moteur 6. Cela peut être, en variante, un piquage sur une canalisation ou un bossage sur une pièce du circuit de dépollution 1. De plus, la branche de dérivation 11 comprend une pompe à air électrique

14 configurée pour tirer l’air du dispositif de filtration4 et l’insuffler dans le bloc de traitement catalytique 8. La pompe à air 14 peut être associée à une vanne 14a.

Avantageusement, la branche de dérivation 11 et la pompe électrique 14 permettent d’aspirer de l’air frais filtré, et de l’insuffler sur le dispositif de chauffage électrique de catalyseur 4. Il est ainsi possible de préchauffer le catalyseur 10 par de l’air frais chauffé, et ainsi accélérer la mise en action du catalyseurlO pour davantage d’efficacité. En effet, l’air frais chauffé augmente l’efficacité du chauffage car il véhicule les calories du dispositif de chauffage 4 sur le catalyseur 10 avec un meilleur rendement.

Il en résulte une diminution significative d’émission de gaz polluants même dès les premières minutes de fonctionnement du moteur 2, car le chauffage du catalyseurlO par l’air frais chauffé, est réalisé avant le démarrage du moteur 2 et l’émission des premiers gaz polluants. Selon une variante préférée, le point de dérivation aval 13 est disposé en amont du bloc turbine 7 de turbocompresseur, plus particulièrement en amont de la turbine 7a. Cet agencement est hautement avantageux. En effet, il permet d’utiliser la forme de volute de la turbine 7a du turbocompresseur pour diffuser de l’air de manière homogène sur le dispositif de chauffage 9, puis sur le catalyseur 10. En effet, la forme de volute de la turbine 7a est étudiée pour assurer le meilleur arrosage possible du catalyseur 10. Cela permet de ne pas avoir des points chauds qui endommageraient le catalyseur 10 par des surchauffes locales. L’invention propose ainsi un circuit d’insufflation d’air simplifié, sans nécessiter davantage de piquages, de vannes, de clapets supplémentaires et dédiés.

L’invention est également adaptée aux circuits de dépollution incluant une soupape de décharge 15 communément appelée « waste gâte . Il s’agit d’une configuration avec une dérivation de soupape de décharge 16 au droit du bloc turbine 7 de turbocompresseur. On parle souvent de système TGF (turbocompresseur à géométrie fixe) avec waste gâte, en opposition au système TGV (turbocompresseur à géométrie variable) sans waste gâte. Dans ce type de variante, le point de dérivation aval 13 est disposé en amont de la dérivation de soupape de décharge 16 et du bloc turbine 7 de turbocompresseur.

La soupape de décharge 15 est généralement ouverte lorsque le moteur 2 est éteint. La partie d’air passant par la soupape de décharge 15 est sensiblement inférieure à celle passant par la turbine 7a. L’air passant par la turbine 7a ré-homogénéise vraisemblablement l’air passant par la soupape de décharge 15. On peut envisager une variante avec une commande électrique de soupape de décharge pour faire varier le passage vers la soupape de décharge 15, par exemple en la fermant. En variante, le point de dérivation aval 13 peut être disposé sur le collecteur d’échappement 17, par exemple comme illustré en figure 1 . On peut alors parler de piquage d’insufflation 13 dans le collecteur d’échappement 17. Alternativement, le point de dérivation aval 13 peut être disposé sur le carter turbine 7b, par exemple comme illustré en figure 2. Dans ce dernier cas, on peut alors parler de bossage d’insufflation 13a dans le carter turbine 7b.

L’implantation du piquage d’insufflation 13 de l’air peut être réalisée, par fonderie, avec une implantation plus aisée que sur la descente d'échappement elle-même. Un piquage d’insufflation sur un cône d’entrée 18 de bloc de traitement catalytique 8 est de préférence évité pour ne pas le fragiliser. La figure 2 montre une première flèche illustrant un arrosage d’air froid sur un disque/grille chauffant (dispositif de chauffage 9) permettant, par chauffage de l’air, de chauffer le catalyseur 10 et le rendre actif rapidement. Une seconde flèche 9a illustre le chauffage du catalyseur 10. Le circuit de dépollution 1 fait en particulier partie d’un système de dépollution d’échappement avec une unité de commande 19 du dispositif de chauffage de catalyseur 9 et de la pompe électrique 14. Il s’agit donc d’une unité de commande de dépollution d’échappement. L’unité de commande peut être associée à une batterie du véhicule pour l’alimentation électrique.

Le système de dépollution, en particulier l’unité de commande de dépollution d’échappement 19, est configuré pour pouvoir actionner la pompe à air électrique 14 et le dispositif de chauffage électrique de catalyseur9 lorsque le moteur 2 est éteint. Ainsi, le système de dépollution permet d’actionner le chauffage et l’insufflation d’air frais avant le démarrage du véhicule, bien que le moteur 2 soit éteint.

L’invention porte en outre sur un procédé de dépollution comprenant des étapes de mise en œuvre d’un circuit de dépollution d’échappement 1 tel que décrit précédemment. Le procédé comprend une étape de mise en fonctionnement de la pompe à air électrique 14 et du dispositif de chauffage électrique de catalyseur 9, au moins lorsque le moteur 2 est éteint.

De préférence, le procédé comprend une étape de détermination de l’approche d’un utilisateur, avant l’étape de mise en fonctionnement de la pompe à air électrique 14 et du dispositif de chauffage électrique de catalyseur 9. Par exemple, la détection des clés du véhicule est utilisée pour déterminer l’approche de l’utilisateur. Cette étape permet d’anticiper le démarrage du véhicule et d’entamer l’insufflation et le chauffage de l’air frais, ainsi que le chauffage du catalyseur quelques minutes avant le démarrage du véhicule.

L’invention peut être mise en œuvre environ une minute avant le démarrage du véhicule, plus particulièrement entre 20 et 30 s avant le démarrage.

L’invention concerne également un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes d’un procédé tel que décrit précédemment, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur. Le programme peut être intégré dans l’unité de commande 19, elle-même pouvant être incluse dans le système de commande du véhicule automobile. L’invention porte en outre sur un véhicule à moteur thermique comprenant un circuit de dépollution d’échappement tel que décrit précédemment.

Un autre objet de l’invention concerne une utilisation d’une turbine 7a de turbocompresseur dans le cadre de l’invention. En particulier, la forme de volute est utilisée pour insuffler de l’air frais filtré dans un bloc de traitement catalytique 8 comprenant un dispositif de chauffage électrique de catalyseur 9, au moins lorsque le moteur 2 est éteint.

L’invention met donc à profit le caractère passant de la turbine 7a et sa forme de la volute, même lorsque le moteur 2 est à l’arrêt, pour une diffusion homogène d’air frais chauffé accélérant la mise en action du catalyseur 10.