FR2907164A1 - Systeme d'isolation thermique dynamique pour un element de groupe motopropulseur d'un vehicule - Google Patents

Abstract

Système d'isolation d'élément d'un groupe motopropulseur (1) comportant un moteur à combustion interne (100) comprenant :- une masse solide (10 ; 13 ; 16) destinée à être en contact thermique avec une source de chaleur, la masse solide étant au moins partiellement entourée par une chambre (11 ; 14 ; 17) contenant un gaz et- une pompe (30) de régulation de la pression du gaz,caractérisé en ce que la pompe de régulation est pilotée en fonction d'une température pour modifier la conductance thermique de l'élément entre la masse solide et un environnement extérieur à l'élément.

Description

1 L'invention concerne un système d'isolation d'un élément de groupe

motopropulseur comportant un moteur à combustion interne d'un véhicule. Elle concerne également un groupe motopropulseur comprenant un tel système d'isolation. Afin de répondre aux besoins de diminution de la consommation et des émissions de CO2 et de réduction des émissions polluantes (HC, CO, NOx et particules), il existe différentes solutions dont fait partie la gestion thermique du moteur et de la ligne d'échappement.

10 Nous entendons par gestion thermique : la maîtrise des températures des fluides de refroidissement et de lubrification, la maîtrise des températures des masses solides du moteur thermique, la maîtrise des températures des moyens de refroidissement de la ligne d'échappement, la maîtrise des températures des tubulures et autres masses solides des 15 dispositifs de post-traitement ou encore la maîtrise de la température des gaz d'échappement. Les dispositifs de post-traitement selon l'invention incorporent notamment les dispositifs de purification des gaz tels que les catalyseurs d'oxydation (pour traiter les HC et CO), les catalyseurs 3 voies (pour traiter les HC, CO et NOX), les pièges à NOx et les 20 filtres à particules pour brûler les particules de suie issues d'une combustion incomplète d'un carburant par exemple diesel ou essence. Les catalyseurs ou systèmes de pièges à NOx pouvant être situés sur des supports en amont ou en aval du filtre à particules. Les filtres à particules selon l'invention peuvent eux-mêmes incorporer une composante 25 catalytique. Lorsque toutes les précédentes fonctionnalités sont incorporées au sein d'un même et seul dispositif de post-traitement, on parle alors de catalyseur 4 voies. Le moteur thermique et les dispositifs de post-traitement ont un point 30 commun : ils ont un rendement maximal pour des températures de fonctionnement élevées. MS\2. R442.12FR.22. dpt. doc 2907164 2 En effet, le moteur thermique a une consommation et des émissions de HC, CO et particules moindres lorsqu'il fonctionne à haute température. Plus particulièrement, les dispositifs de post-traitement traitent les 5 différentes émissions polluantes (HC, CO et éventuellement NOX et/ou les particules de suie) uniquement à partir d'une température de fonctionnement appelée température d'amorçage (ou de light off selon le terme anglais habituellement utilisé) qui se définit en général par la température pour laquelle 50% des émissions ont été traitées de par le système catalytique, par exemple pour laquelle 50% des émissions HC et de CO sont oxydées. Cependant, lors d'un démarrage d'un véhicule après une longue période de non-fonctionnement (par exemple : plus de 6 heures), le moteur thermique et les dispositifs de post-traitement de la ligne d'échappement sont à température ambiante (par exemple 20 C) et leur montée en température va dépendre du profil de roulage, c'est-à-dire de l'évolution temporelle de la charge du moteur. Cette phase de montée en température est d'autant plus longue que le point de fonctionnement du moteur thermique (en régime et en couple) est faible. Cette phase est appelée phase de régime thermique transitoire. Pendant cette phase de régime thermique transitoire, le moteur thermique sur-consomme du fait des frottements élevés (car l'huile de lubrification a une viscosité plus élevée à froid) et de pertes thermiques au sein de la chambre de combustion importantes (dues à l'écart élevé entre la température des gaz de combustion et des parois de la chambre de combustion). Pendant cette phase, le moteur émet également plus de HC, de CO et de particules, du fait des parois froides au sein de la MS\2.R442.12FR.22. dpt. doc 2907164 3 chambre de combustion qui créent, au sein de la chambre, des zones où la combustion n'est pas complète. Au cours de cette phase de régime thermique dite transitoire, les dispositifs de post-traitement n'étant pas pleinement actifs, le moteur 5 émet les émissions polluantes (notamment HC et CO) en très grande quantité. La température de ces dispositifs doit atteindre une valeur seuil à partir de laquelle ces dispositifs présentent une activité acceptable. La durée de cette montée en température peut être relativement importante, ce qui explique qu'une grande partie des émissions polluantes ait lieu à 10 ce moment, aussi bien pour les systèmes purement catalytiques de traitement de gaz que pour les systèmes de filtration de suies. Dans une deuxième phase dite de régime thermique établi, le moteur et la ligne d'échappement ont atteint une température nominale de 15 fonctionnement. Dans cette phase, les températures sont stables, la puissance de chauffage du moteur du fait de la combustion étant évacuée par le liquide de refroidissement du moteur, puis par l'air ambiant via un radiateur de refroidissement. Au cours de cette phase, la puissance de chauffage du moteur est également dissipée directement 20 vers l'air ambiant par convection naturelle, forcée et par rayonnement. Lors de roulages avec des ambiances très chaudes et dans des conditions de charge importantes du moteur (vitesse maximale, montée de col), la part des pertes thermiques du moteur vers le milieu extérieur par convection et rayonnement devient importante et peut représenter 5 25 à 10% de la perte thermique au niveau du radiateur de refroidissement. De même, dans la phase de régime thermique établi, la ligne d'échappement se refroidit par convection forcée et naturelle et par rayonnement, lui permettant de ne pas dépasser une température critique de fonctionnement (par exemple la température de changement MS12.R442.12FR.22. dpt.doc 2907164 4 des propriétés mécaniques du métal). Au cours de cette phase, il peut être intéressant de limiter le rayonnement thermique de la ligne d'échappement et des dispositifs de post-traitement qui y sont incorporés afin de ne pas dégrader les pièces avoisinantes dans le 5 compartiment moteur ou au niveau du plancher du véhicule. En outre, durant cette phase de régime établi, certains dispositifs de post-traitement ne doivent pas dépasser une température maximale au-delà de laquelle certaines de leurs composantes sont détériorées, en particulier les catalyseurs d'oxydation ou les systèmes de réduction des NOX par 10 exemple les systèmes SCR (catalyse sélective réductrice) réalisés avec des supports de type zéolite peu résistants thermiquement et chimiquement actifs dans des fenêtres de température étroites. D'autres dispositifs doivent au contraire être réchauffés par moment, en particulier les filtres à particules lors des phases de régénération, c'est-à-dire lors des 15 phases de combustion des suies accumulées dans le filtre. En général, selon les techniques classiques, lesdites phases de régénération sont contrôlées par différents schémas de gestion thermique du moteur qui conduisent pour l'essentiel à une surconsommation de carburant visant à augmenter la température des gaz de combustion. Cette génération a 20 cependant pour corollaire une génération accrue des polluants gazeux. Dans une troisième phase dite de non-fonctionnement, le moteur thermique est arrêté et, par conséquent, celui-ci comme la ligne d'échappement se refroidissent uniquement par convection et par 25 rayonnement sous le capot pour le moteur thermique et une partie de la ligne d'échappement et au niveau du plancher du véhicule pour le reste de la ligne d'échappement. Le moteur thermique et la ligne d'échappement sont en outre des 30 sources importantes du bruit émis par un véhicule. M S 12 . R442.12 FR.22 . dp t. do c 2907164 t 1 5 Des solutions ont déjà été trouvées au problème du bruit. On peut par exemple citer la demande JP 2004232485 portant sur un capot disposé sur la culasse d'un moteur de véhicule afin de diminuer le rayonnement acoustique de celle-ci. Ce capot comprend une chambre reliée à une 5 pompe à vide pilotée en fonction de la vitesse et de la charge du moteur pour obtenir une pression de gaz dans le capot variant en fonction de ces paramètres. Il a également déjà été imaginé de limiter la durée de montée en 10 température du moteur grâce à une encapsulation de celui-ci. De telles solutions sont notamment décrites dans les documents FR 2 762 360, FR 2 771 775, FR 2 679 861, DE 41 32 572, DE 36 43 055, IT 7827352, US 4,924,818 et FR 2 648 765. Grâce à ces solutions, les pertes thermiques au niveau du moteur thermique sont limitées pendant la 15 phase de régime thermique transitoire. II est également connu de bloquer la circulation du liquide de refroidissement dans le moteur pendant cette phase pour en limiter la durée. Dans les documents JP 2000097389, FR 2 763 899, US 5,400,830, 20 US 4,345,430, US 3,233,699, US 5,331,810, US 5,163,289, il a encore été imaginé d'isoler le collecteur d'échappement ou des tubulures d'échappement grâce à des doubles parois au sein desquelles on trouve de l'air. Dans le document US 5,331,810, la tubulure intérieure est conçue de manière à présenter une capacité calorifique aussi faible que 25 possible. II a enfin été imaginé d'utiliser, autour d'un dispositif de post-traitement, un matériau à changement de phase afin de maintenir le dispositif à une température proche de la température d'amorçage aussi longtemps que 30 possible lors de l'arrêt du véhicule. Une telle solution est notamment MS\2.R442.12FR.22. dpt. doc 2907164 6 décrite dans les documents US 6,908,595, US 6,884,398, US 6,875,407 et US 6,203,764. Dans l'état de la technique, il existe donc des moyens pour isoler le 5 moteur thermique et/ou la ligne d'échappement et réduire la durée de la phase de régime thermique transitoire. Cependant, le pilotage de ces moyens n'est pas souple voire impossible. En effet, dans la plupart des solutions relevées, les moyens sont constitués par des écrans ou isolations thermiques agissant de la même manière quelle que soit la 10 phase de fonctionnement du moteur thermique. Dans le cas du dispositif de post-traitement décrit dans le document US 6,908,595, l'isolation n'est variable qu'en fonction de la température de changement de phase du matériau isolant : ceci peut s'avérer dans certains cas insuffisant. Par exemple, imaginons qu'un dispositif de post-traitement fonctionne de 15 manière efficace dans une plage de température T1-T2, mais qu'il supporte, sans être détérioré, des températures allant jusqu'à T3 (T3>T2) et que, à la fin d'une phase de fonctionnement du moteur, la température du dispositif soit T4, comprise entre les températures T2 et T3. Dans la phase de non fonctionnement suivante, l'état du dispositif est tel qu'il est 20 refroidi efficacement. Un tel état n'est pas très opportun dans la mesure où l'énergie thermique perdue par le dispositif dans celui-ci, risque de pénaliser la durée d'une phase de régime thermique transitoire ultérieure intervenant par exemple une demi-heure après l'arrêt du moteur. En outre, la solution décrite dans le document US 6,908,595 pose des 25 problèmes de fiabilité et de maintenance. II suffit que la cavité destinée à contenir l'hydrogène ne soit pas tout à fait étanche pour que le dispositif ne fonctionne plus correctement. Le but de l'invention est de fournir un système d'isolation d'un élément de groupe motopropulseur comportant un moteur thermique obviant aux inconvénients cités précédemment et améliorant les systèmes d'isolation MS12. R442.12FR.22. dpt. doc 2907164 7 des éléments de groupe motopropulseur connus de l'art antérieur. En particulier, l'invention propose un système d'isolation d'un élément de groupe motopropulseur qui soit fiable et qui permette de limiter les émissions polluantes, de diminuer le bruit et de limiter la température 5 extérieure de cet élément. L'invention propose en outre un groupe motopropulseur comportant un moteur à combustion interne muni d'un système d'isolation. L'invention propose également une ligne d'échappement intégrant un tel système d'isolation. Le but de l'invention est en outre de fournir une ligne d'échappement 10 obviant aux inconvénients cités précédemment et dont la gestion thermique est simple et améliorée. En particulier, l'invention propose un dispositif fiable qui permette de limiter efficacement les émissions polluantes, notamment lors des phases de démarrage du véhicule à froid ou à chaud et dont la température extérieure est limitée, notamment lors 15 de ses différentes phases de fonctionnement. Selon l'invention, le système d'isolation d'élément d'un groupe motopropulseur comporte un moteur à combustion interne comprenant : une masse solide destinée à être en contact thermique avec 20 une source de chaleur, la masse solide étant au moins partiellement entourée par une chambre contenant un gaz et une pompe de régulation de la pression du gaz. Il est caractérisé en ce que la pompe de régulation est pilotée en fonction d'une température pour modifier la conductance thermique de l'élément 25 entre la masse solide et un environnement extérieur à l'élément. Grâce à ce système d'isolation, la pression de gaz dans le milieu peut être maîtrisée, même si celle-ci n'est pas tout à fait étanche. Pour ce faire, il suffit que le débit de fuite soit inférieur et, de préférence, très 30 inférieur à celui qui peut être assuré par la pompe. MS\2. R442.12FR.22. dpt. doc 2907164 8 La conductance thermique de l'élément entre la masse solide et un environnement extérieur à l'élément peut en outre être modifiée en fonction d'un autre paramètre, notamment la charge du moteur 5 thermique. Le fait que la pompe puisse également être pilotée par un autre paramètre que la température permet d'optimiser la gestion thermique du moteur et de la ligne d'échappement.

10 Un matériau fibreux isolant peut être contenu dans la chambre. La température peut être celle de la masse solide.

15 La température peut être celle de la source de chaleur. Selon l'invention, le groupe motopropulseur comprend au moins un système d'isolation défini précédemment.

20 Selon l'invention, la ligne d'échappement d'un groupe motopropulseur intègre un système d'isolation défini précédemment et comprend : - une tubulure d'échappement, - au moins un dispositif de post-traitement, ladite ligne étant caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des 25 moyens d'admission et d'évacuation d'un fluide tel que l'air sous pression et en ce que la tubulure d'échappement et/ou le dispositif de post-traitement comprennent : - une masse solide dans laquelle circulent les gaz d'échappement, 30 - une paroi externe disposée à distance de ladite masse solide de telle façon que ladite paroi forme avec la masse MS\2.R442.12FR.22. dpt. doc 2907164 9 solide une chambre sensiblement étanche pour le fluide sous pression, ladite chambre étant en communication de fluide avec lesdits moyens d'admission et d'évacuation. Un matériau isolant tel que des fibres minérales peut être contenu dans la chambre. La masse solide peut être un dispositif de purification des gaz choisi dans 10 le groupe constitué par les catalyseurs d'oxydation pour traiter les HC et CO, les catalyseurs 3 voies pour traiter les HC, CO et NOx, les pièges à NOx et les filtres à particules incorporant éventuellement une composante catalytique.

15 La masse solide peut être un tube métallique de circulation des gaz d'échappement. Un système électronique de pilotage peut commander les moyens d'admission et d'évacuation. Dans ce cas, le système électronique de pilotage comprend des capteurs mesurant la température de la masse solide et/ou la température du fluide dans la chambre.

25 Le système électronique de pilotage peut commander les moyens d'admission et d'évacuation en outre en fonction de la charge ou de l'état de fonctionnement du moteur. Selon l'invention, le procédé de gestion de la température d'un dispositif 30 de purification des gaz, au sein d'une ligne d'échappement définie précédemment, comprend les étapes suivantes : MS12.R442.12FR.22.dpt. doc 5 20 2907164 10 on détermine les températures optimales de fonctionnement du dispositif de purification au cours des différentes phases de sa mise en oeuvre, û on ajuste la température dudit dispositif par variation de la 5 conductance thermique entre ledit dispositif et le milieu extérieur, en fonction desdites températures optimales de fonctionnement. Les dessins annexés représentent, à titre d'exemples, des modes de réalisation de différents éléments de groupe motopropulseur comportant 10 un moteur thermique selon l'invention. II est bien entendu que les modes décrits ci-dessous sont fournis à titre purement illustratif et ne peuvent être considérés, sous aucun des aspects décrits, comme une quelconque limitation de la présente invention.

15 La figure 1 est un schéma partiel d'un groupe motopropulseur comportant un moteur à combustion selon l'invention. La figure 2 est un schéma d'une ligne d'échappement selon l'invention, la ligne d'échappement comprenant un catalyseur d'oxydation ou un 20 catalyseur 4-voies. La figure 3 est un schéma d'une ligne d'échappement selon l'invention, la ligne d'échappement comprenant un catalyseur d'oxydation, un piège à NOX et un filtre à particules. La figure 4 est un schéma partiel de détail d'une culasse de moteur thermique selon l'invention. Le groupe motopropulseur 1, représenté partiellement dans un véhicule à 30 la figure 1, comprend principalement un moteur thermique 100 et une MS12.R442.12FR.22. dpt. doc 25 2907164 11 ligne d'échappement 110. Il est disposé sous un capot 26 du véhicule en avant d'un tablier 25 le séparant d'un habitacle du véhicule. Un condenseur de climatisation 7, un radiateur de circuit de refroidissement moteur 8 et un ventilateur 7 sont disposés en avant du groupe 5 motopropulseur. Le moteur thermique comprend principalement une culasse 2, un bloc cylindres 3 et un carter d'huile 4.

10 La culasse 2 comprend principalement une masse solide 10 métallique en général réalisée en alliage d'aluminium et dans laquelle sont notamment pratiquées des conduites de gaz d'admission et d'évacuation et des conduites de liquides de refroidissement. Dans sa partie inférieure, la culasse définit le haut de la chambre de combustion où sont 15 brûlés les gaz d'admission. La masse solide 10 est donc lors du fonctionnement du moteur en contact avec une source de chaleur constituée par la réaction de combustion. Au niveau de sa partie inférieure, la culasse est fixée au bloc cylindres. Dans sa partie supérieure, représentée partiellement à la figure 4, une paroi 12 est 20 disposée à distance de la masse solide et crée une chambre 11. Cette paroi peut par exemple être constituée d'une tôle en acier ou en aluminium assemblée à la masse solide 10 par des soudures ou brasures 90. Un matériau isolant 130 est disposé dans cette chambre. Par exemple, le matériau isolant est choisi dans le groupe 25 constitué par les fibres minérales telles que les fibres de verre, de silice, céramiques etc. Suivant ses propriétés et en fonction du niveau d'isolation thermique requis, son épaisseur varie typiquement entre environ 1 et environ 10 mm. Le matériau isolant a de préférence des propriétés d'isolation vibratoire. De plus, il est MS\2. R442.12FR.22. dpt. doc 2907164 12 impératif de découpler la masse solide 10 de la paroi 12 afin de limiter les ponts vibratoires et le rayonnement acoustique de la paroi 12. La paroi est munie d'une pipe 19 d'admission et d'évacuation de gaz 5 reliée à une pompe à vide mécanique 30 par le biais d'une conduite 22. Cette pompe à vide peut être dédiée à cette fonction. Alternativement, on peut utiliser la pompe d'un système d'assistance au freinage du véhicule. La pompe à vide est commandée par un système électronique de pilotage 120 en fonction d'une température, notamment la température 10 de la masse solide 10 ou la température du liquide de refroidissement. Elle peut en outre être commandée en fonction d'un autre paramètre tel que notamment la charge du moteur thermique ou l'état de ce dernier (marche-arrêt). Pour ce faire, le système électronique de pilotage comprend différents capteurs et notamment un capteur pour mesurer la 15 température de la masse solide ou du liquide de refroidissement circulant dans la culasse. La pompe peut notamment être pilotée en tension par exemple en utilisant une technique de modulation de la largeur d'impulsion, c'est-à-dire en alimentant la pompe avec un signal comprenant des impulsions modulées de manière à obtenir une tension 20 désirée. Grâce aux moyens décrits précédemment, il est possible de faire le vide dans la chambre 11 lorsque l'on désire minimiser les pertes thermiques au niveau de la culasse et de relâcher le vide pour que la chambre se 25 remplisse d'air et augmenter ainsi les pertes thermiques au niveau de la culasse. En effet, une fois le vide réalisé dans la chambre, les échanges thermiques par convection et par conduction entre la masse solide 10 et 30 la paroi 12 sont minimisés. Les échanges thermiques par rayonnement MS\2.R442.12FR.22. dpt. doc 2907164 13 entre la masse solide et la paroi 12 sont bloqués par le matériau isolant 130. A l'inverse, dès que du gaz est réintroduit dans la chambre les échanges 5 thermiques par convection et surtout par conduction sont de nouveau mis en oeuvre. Les échanges thermiques par convection peuvent néanmoins être sensiblement limités selon la nature plus ou moins fibreuse du matériau isolant 130.

10 Ainsi, grâce à l'action de la pompe à vide, il est possible de modifier de manière sensible la conductance de la culasse entre la masse solide se trouvant dans la chambre de combustion et un milieu extérieur, en l'espèce, l'air ambiant sous le capot du véhicule.

15 De préférence, on pilote la pompe à vide de manière à : limiter les pertes thermiques entre la culasse et l'air ambiant dès que le moteur est mis en marche, limiter les pertes thermiques entre la culasse et l'air ambiant quand le moteur fonctionne dans des conditions nominales, 20 assurer un refroidissement correct de la culasse lorsque le moteur fonctionne dans des conditions sévères (températures ambiantes chaudes, forte charge du moteur), limiter les pertes thermiques entre la culasse et l'air ambiant dès que le moteur est arrêté, à la condition que la température de la 25 culasse ne soit pas supérieure à une température critique au-delà de laquelle il existe un risque de détérioration, assurer un refroidissement correct de la culasse lorsque le moteur est arrêté et lorsque la température de la culasse est supérieure à une température critique au-delà de laquelle il existe un risque de 30 détérioration de celle-ci. MS12.R442.12FR.22.dpt.doc 2907164 14 Le principe de l'invention vient d'être décrit appliqué à un élément particulier du groupe motopropulseur : la culasse. II est cependant applicable de manière identique à d'autres éléments du groupe motopropulseur tels que par exemple : le bloc cylindres, la boîte vitesses, 5 le carter d'huile, une ligne d'échappement comportant une tubulure de ligne d'échappement et/ou un dispositif de post-traitement de ligne d'échappement. Ainsi, sur la figure 1, le principe de l'invention est également appliqué à 10 un bloc cylindres 3 et à un carter d'huile. Le bloc cylindres 3 comprend une masse solide métallique 13 dans laquelle sont réalisés des alésages. Dans sa partie supérieure, le bloc cylindres définit la chambre de combustion. La masse solide 13 est donc, 15 lors du fonctionnement du moteur, en contact avec la source de chaleur constituée par la réaction de combustion. Sur ses parties latérales, une paroi 15 est disposée à distance de la masse solide et crée une chambre 14. Un matériau isolant 131 similaire à celui décrit précédemment est disposé dans cette chambre. La paroi est munie d'une pipe 20 20 d'admission et d'évacuation de gaz reliée à la pompe à vide mécanique 30 par le biais d'une conduite 23. Ainsi, grâce à l'action de la pompe à vide, il est possible de modifier de manière sensible la conductance du bloc cylindres entre la masse solide 25 et un milieu extérieur, en l'espèce, l'air ambiant sous le capot du véhicule. De même, le carter d'huile 4 comprend une masse solide 16 destinée à contenir l'huile de lubrification du moteur. La masse solide 16 est donc 30 lors du fonctionnement du moteur en contact avec une source de chaleur constituée par l'huile de lubrification du moteur. Une paroi 18 est MS12.R442.12FR.22. dpt. doc 2907164 15 disposée à distance de la masse solide et crée une chambre 17. Un matériau isolant 132 similaire à celui décrit précédemment est disposé dans cette chambre. La paroi est munie d'une pipe 21 d'admission et d'évacuation de gaz reliée à la pompe à vide mécanique 30 par le biais 5 d'une conduite 24. Ainsi, grâce à l'action de la pompe à vide, il est possible de modifier de manière sensible la conductance du carter d'huile entre la masse solide et un milieu extérieur, en l'espèce, l'air ambiant sous le capot du 10 véhicule. La mise sous vide par l'action de la pompe peut se faire au niveau de la culasse, du bloc cylindres et du carter d'huile séparément comme décrit précédemment. Alternativement, il peut être réalisé une paroi entourant 15 l'ensemble culasse, bloc cylindres et carter d'huile et définissant une seule chambre pouvant être mise sous vide par l'action de la pompe. La ligne d'échappement 6 représentée à la figure 2 comprend principalement un collecteur d'échappement 50, une turbine de 20 turbocompresseur de suralimentation 51, une tubulure d'échappement 52 et un dispositif de post-traitement 61 tel qu'un catalyseur d'oxydation ou un catalyseur 4 voies. Le principe de l'invention est appliqué à la tubulure d'échappement 52 et 25 au dispositif de post-traitement 61. La tubulure 52 comprend une masse solide métallique 53 constituée par un tube métallique 53 dans lequel circulent des gaz d'échappement constituant une source de chaleur. Autour du tube métallique 53, une paroi 54 est disposée à distance et crée une chambre 55. La paroi 54 MS12.R442.12FR.22. dpt. doc 2907164 16 peut par exemple être constituée d'une tôle en acier ou en aluminium assemblée à la masse solide 53 par des soudures ou des brasures. Un matériau isolant 133 est avantageusement disposé dans cette chambre. Par exemple, le matériau isolant est choisi dans le 5 groupe constitué par les fibres minérales telle que les fibres de verre, de silice, céramiques etc. Suivant ses propriétés et en fonction du niveau d'isolation thermique requis, son épaisseur varie typiquement entre environ 1 et environ 10 mm. La paroi est munie d'une pipe 56 d'admission et d'évacuation de gaz reliée à une 10 pompe à vide mécanique 58 par le biais d'une conduite 57. Cette pompe à vide est de préférence dédiée à cette fonction. Alternativement, on pourrait également utiliser la pompe d'un système d'assistance au freinage du véhicule. La pompe à vide est commandée par un système électronique de pilotage (non représenté sur la figure) 15 en fonction d'une température, notamment la température de la masse solide 53. Elle peut en outre être commandée en fonction d'un autre paramètre tel que notamment la charge du moteur ou l'état de ce dernier (fonctionnement ou arrêt) ou/et la température d'entrée de turbine et/ou la température du liquide de circuit de refroidissement moteur 20 et/ou du couple moteur et/ou la température d'entrée filtre à particules, et/ou la température de sortie de catalyseur d'oxydation ou de système SCR si ceux-ci sont placés en aval du filtre à particules ou encore en fonction de paramètres traités par l'unité centrale de traitement d'informations telle que décrite par exemple dans la 25 demande FR 2 774 421. Pour ce faire, le système électronique de pilotage comprend par exemples différents capteurs et notamment un capteur pour mesurer la température de la masse solide ou de la température du fluide, typiquement de l'air, présent dans la chambre55. La pompe peut notamment être pilotée en tension par exemple en MS12.R442.12FR.22. dpt.doc 2907164 17 utilisant une technique de modulation de la largeur d'impulsion, c'est-à-dire en alimentant la pompe avec un signal comprenant des impulsions modulées de manière à obtenir une tension désirée ou encore une pression définie par le système électronique lui-même. La pompe à vide utilisée pour le système de freinage est de préférence mécanique. Elle peut aussi être électrique (dans le cas, notamment, où le groupe moto-propulseur n'est pas équipé de pompe à vide mécanique).

10 Ainsi, grâce à l'action de la pompe à vide, il est possible de modifier de manière sensible la conductance de la tubulure entre la masse solide et un milieu extérieur, en l'espèce, l'air ambiant autour de la ligne d'échappement. Plus précisément, grâce aux moyens décrits précédemment, il est 15 possible de faire le vide rapidement dans la chambre 55 lorsque l'on désire minimiser les pertes thermiques au niveau de la tubulure d'échappement ou au contraire de relâcher le vide pour que la chambre 55 se remplisse d'air et augmenter ainsi rapidement les pertes thermiques au niveau de la ligne.

20 En effet, une fois le vide réalisé dans la chambre, les échanges thermiques par convection et par conduction entre la masse solide 53 et la paroi 54 sont minimisés et les échanges thermiques par rayonnement entre la tubulure 53 et la paroi 54 sont en partie bloqués par le matériau isolant 133.

25 A l'inverse, dès que du gaz est réintroduit dans la chambre, les échanges thermiques par convection et surtout par conduction sont de nouveau mis en oeuvre. Les échanges thermiques par convection peuvent néanmoins être sensiblement limités en jouant sur la nature du matériau isolant 133. MS12.R442.12FR.22. dpt. doc 5 2907164 18 Ainsi, grâce à l'action de la pompe à vide, il est possible de modifier de manière sensible la conductance de la chambre 55 entre la masse solide 53, constituée par le tube métallique de circulation des gaz d'échappement, et un milieu extérieur froid, en l'espèce l'air ambiant 5 autour de la ligne d'échappement. Par conductance thermique entre la masse solide et l'environnement extérieur, on entend au sens de la présente invention la quantité de chaleur échangée à travers l'élément par unité de temps, par unité de surface et par degré de différence de température entre ladite masse solide et l'environnement extérieur.

10 En outre, la pression de gaz dans la chambre 55 peut être maîtrisée, même si celle-ci n'est pas tout à fait étanche. Pour ce faire, il suffit que le débit de fuite soit inférieur et, de préférence, très inférieur au débit de gaz qui peut être assuré par la pompe.

15 Le dispositif de post-traitement 61 présent dans la ligne d'échappement 6 comprend une masse solide 53 constituée par un dispositif de purification des gaz tel qu'un élément catalyseur 62 et une enveloppe 63 dans lesquels circulent des gaz d'échappement constituant une source de chaleur. Autour de la masse solide, une paroi 65 est disposée à 20 distance et crée une chambre 64. Un matériau isolant 134 similaire à celui décrit précédemment est disposé dans cette chambre. La paroi est munie d'une pipe 60 d'admission et d'évacuation de gaz reliée à la pompe à vide mécanique 58 par le biais d'une conduite 59.

25 Ainsi, grâce à l'action de la pompe à vide, il est possible de modifier de manière sensible la conductance de la chambre 64 entre la masse solide constituée par le dispositif de purification 62 et un milieu extérieur, en l'espèce, l'air ambiant autour de la ligne d'échappement. MS\2.R442.12FR.22.dpt.doc 2907164 19 La mise sous vide par l'action de la pompe peut se faire au niveau de la tubulure et du dispositif de post-traitement séparément comme décrit précédemment. Alternativement, il peut être réalisé une paroi entourant l'ensemble tubulure et dispositif de post-traitement et définissant une 5 seule chambre pouvant être mise sous vide par l'action de la pompe. La ligne d'échappement 6' représentée à la figure 3 diffère de celle représentée à la figure 2 en ce qu'elle comprend en outre un piège à NOX 68 et un filtre à particules 74 comprenant par exemple une composante 10 catalytique. Le principe de l'invention est également appliqué à ces deux éléments. Le piège à NOX 68 comprend une masse solide 69 constituée par un élément de piège des particules de suie dans lequel circulent des gaz 15 d'échappement, l'élément constituant ainsi une source de chaleur. Autour de la masse solide, une paroi 71 est disposée à distance et crée une chambre 70. Un matériau isolant 135 similaire à celui décrit précédemment est disposé dans cette chambre. La paroi est munie d'une pipe 66 d'admission et d'évacuation de gaz reliée à la pompe à vide 20 mécanique 58 par le biais d'une conduite 67. Les principes de fonctionnement de la pompe sont par exemple les mêmes que ceux déjà décrits en relation avec la figure 2. Ainsi, grâce à l'action de la pompe à vide, il est possible de modifier de 25 manière sensible la conductance de la chambre 70 entre le piège à NOx, constituant cette fois la masse solide au sens de la présente description, et un milieu extérieur, en l'espèce, l'air ambiant autour de la ligne d'échappement.

30 Le filtre à particules 74 comprend une masse solide 75 constituée par un élément de filtre dans lequel circulent des gaz d'échappement constituant MS12.R442.12FR.22.dpt.doc 2907164 20 une source de chaleur. Autour de la masse solide, une paroi 77 est disposée à distance et crée une chambre 76. Un matériau isolant 136 similaire à celui décrit précédemment est disposé dans cette chambre. La paroi est munie d'une pipe 72 d'admission et d'évacuation de gaz reliée à 5 la pompe à vide mécanique 58 par le biais d'une conduite 73. Ainsi, grâce à l'action de la pompe à vide, il est possible de modifier de manière sensible la conductance de la chambre 76 entre le filtre à particules constituant cette fois la masse solide au sens de la présente description, et un milieu extérieur froid, en l'espèce, l'air ambiant autour 10 de la ligne d'échappement. La mise sous vide par l'action de la pompe peut se faire au niveau de la tubulure et des dispositifs de post-traitement séparément comme décrit précédemment. Alternativement, il peut être réalisé une paroi entourant 15 l'ensemble tubulure et dispositifs de post-traitement et définissant une seule chambre pouvant être mise sous vide par l'action de la pompe. Les différentes chambres réalisées dans les différents éléments du groupe motopropulseur peuvent également être reliées chacune à une 20 pompe à vide différente. Selon l'invention, on pilote le fonctionnement de telles pompes à vide et la conductance entre la masse solide chaude et le milieu extérieur en fonction des différentes phases de fonctionnement du moteur et/ou du dispositif de post-traitement.

25 En outre, la ligne d'échappement selon l'invention peut comprendre différentes chambres, un chambre entourant spécifiquement chaque dispositif de purification, le refroidissement de chaque chambre pouvant être MS12.R442.12FR.22.dpt.doc 2907164 21 indépendant ou relié à une pompe différente, de telle manière que le contrôle des chambres soit effectué indépendamment. En particulier, la gestion des pompes est effectuée notamment de manière à: 5 1 ) après une phase prolongée de non-fonctionnement du véhicule: ù limiter les pertes thermiques entre les différentes composantes de la ligne d'échappement, en particulier les dispositifs de purification des gaz d'échappement, et l'air ambiant dès que le moteur est mis en marche, 10 -assurer la montée en température rapide des dispositifs de post-traitement incorporant une composante catalytique au moins jusqu'à la température d'amorçage du catalyseur, 2 ) lorsque le moteur fonctionne dans des conditions nominales : limiter les pertes thermiques entre les différents composants 15 de la ligne d'échappement, en particulier les dispositifs de purification des gaz, et l'air ambiant, assurer le lancement de la régénération du filtre à particules en réduisant la surconsommation de carburant pour atteindre la température de combustion des suies, 20 assurer un refroidissement correct des différents éléments de la ligne d'échappement, en particulier des dispositifs de catalyse de telle façon que ceux-ci ne dépassent pas leur température critique de désactivation et/ou dégradation, notamment lorsque le moteur fonctionne dans des conditions sévères (températures 25 ambiantes chaudes, forte charge du moteur). 3 ) lorsque le moteur est arrêté, à chaud : MS12.R442.12FR.22. dpt. doc 2907164 22 limiter les pertes thermiques entre les différents composants de la ligne d'échappement, en particulier les pertes des dispositifs de purification des gaz vers l'air ambiant dès que le moteur est arrêté pour assurer un maintien prolongé au dessus 5 de la température d'amorçage des dispositifs incorporant une composante catalytique, assurer un refroidissement correct de la ligne d'échappement et de ses dispositifs de post-traitement lorsque le moteur est arrêté et lorsque la température de ceux-ci est supérieure à une 10 température critique au-delà de laquelle il existe un risque de détérioration. Tel que déjà décrit dans la présente description, une telle isolation dynamique permet de surcroît l'amélioration de l'isolation acoustique de la ligne 15 d'échappement, ainsi qu'un encombrement limité par rapport à un système d'isolation classiquement utilisé. Le principe de l'invention peut n'être appliqué qu'à certains éléments du groupe motopropulseur.

20 Par conductance thermique de l'élément entre la masse solide et un environnement extérieur à l'élément, on entend dans cette demande la quantité de chaleur échangée à travers l'élément par unité de temps, par unité de surface et par degré de différence de température entre la 25 masse solide et l'environnement extérieur à l'élément. Outre les avantages thermiques décrits précédemment, les moyens évoqués (comme l'utilisation d'une pompe à vide pilotée) et notamment les parois 12, 15, 18, 54, 65, 71 et 77 et les matériaux isolants 130, 131, 30 132, 133, 134, 135, 136 permettent de diminuer les émissions sonores (y compris celles dues aux vibrations) du moteur thermique et de la ligne MS12.R442.12FR.22.dpt.doc 2907164 10 23 d'échappement qui sont nuisibles aux occupants du véhicule ou aux personnes à proximité du véhicule. Par groupe motopropulseur , on entend, dans cette demande, 5 l'ensemble constitué par un moteur thermique et la ligne d'échappement de ce moteur. Il est bien évident que les dispositifs précédemment décrits sont applicables pour tout groupe motopropulseur ou système de combustion à moteur interne, en particulier les systèmes du type diesel ou du type essence. M S 12 . R4 42.12 FR.22 . dp t. do c

Claims (14)

1. Revendications

   : 1. Système d'isolation d'élément d'un groupe motopropulseur (1) comportant un moteur à combustion interne (100) comprenant : une masse solide (10 ; 13 ; 16 ; 53 ; 62 ; 69 ; 75) destinée à être en contact thermique avec une source de chaleur, la masse solide étant au moins partiellement entourée par une chambre (11 ; 14 ; 17 ; 55 ; 64 ; 70) contenant un gaz et une pompe (30 ; 58) de régulation de la pression du gaz, caractérisé en ce que la pompe de régulation est pilotée en fonction d'une température pour modifier la conductance thermique de l'élément entre la masse solide et un environnement extérieur à l'élément.
2. 2. Système d'isolation d'élément selon la revendication 1, caractérisé en ce que la conductance thermique de l'élément entre la masse solide et un environnement extérieur à l'élément est en outre modifiée en fonction d'un autre paramètre, notamment la charge du moteur thermique.
3. 3. Système d'isolation d'élément selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un matériau fibreux isolant (130 ; 131 ; 132 ; 133 ; 134 ; 135 ; 136) est contenu dans la chambre.
4. 4. Système d'isolation d'élément selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température est celle de la masse solide. MS \2 . R442.12FR.22. dpt. doc 2907164 25
5. 5. Système d'isolation d'élément selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température est celle de la source de chaleur. 5
6. 6. Groupe motopropulseur comprenant au moins un système d'isolation selon l'une des revendications précédentes.
7. 7. Ligne d'échappement d'un groupe motopropulseur intégrant un système d'isolation selon l'une des revendications 1 à 5 et 10 comprenant : - une tubulure d'échappement (52) - au moins un dispositif de post-traitement (61, 68, 74), ladite ligne étant caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens d'admission et d'évacuation (56-60, 66-67, 72-73) 15 d'un fluide tel que l'air sous pression et en ce que la tubulure d'échappement et/ou le dispositif de post-traitement comprennent : - une masse solide (53, 62, 69, 75) dans laquelle circulent les gaz d'échappement, 20 - une paroi externe (54, 65, 71, 74) disposée à distance de ladite masse solide de telle façon que ladite paroi forme avec la masse solide une chambre (55, 64, 70, 76) sensiblement étanche pour le fluide sous pression, ladite chambre étant en communication de fluide avec lesdits 25 moyens d'admission et d'évacuation.
8. 8. Ligne d'échappement selon la revendication 7, dans laquelle un matériau isolant (133-136) tel que des fibres minérales est contenu dans la chambre. M S 12 . R442.12 FR.22 . dp t. do c 2907164 26
9. 9. Ligne d'échappement selon l'une des revendications 7 ou 8, dans laquelle la masse solide est un dispositif de purification des gaz (62, 69, 75) choisi dans le groupe constitué par les catalyseurs d'oxydation pour traiter les HC et CO, les catalyseurs 3 voies pour 5 traiter les HC, CO et NOx, les pièges à NOx et les filtres à particules incorporant éventuellement une composante catalytique.
10. 10. Ligne d'échappement selon l'une des revendications 7 ou 8, dans laquelle la masse solide est un tube métallique (53) de circulation 10 des gaz d'échappement.
11. 11. Ligne d'échappement selon l'une des revendications 7 à 10, dans laquelle un système électronique de pilotage commande les moyens d'admission et d'évacuation.
12. 12. Ligne d'échappement selon la revendication 11, dans laquelle le système électronique de pilotage comprend des capteurs mesurant la température de la masse solide et/ou la température du fluide dans la chambre.
13. 13. Ligne d'échappement selon la revendication 11 ou 12, dans laquelle le système électronique de pilotage commande les moyens d'admission et d'évacuation en outre en fonction de la charge ou de l'état de fonctionnement du moteur. 25
14. 14. Procédé de gestion de la température d'un dispositif de purification des gaz au sein d'une ligne d'échappement selon l'une des revendications 7 à 13, dans lequel : on détermine les températures optimales de fonctionnement du 30 dispositif de purification au cours des différentes phases de sa mise en oeuvre, MS\2.R442.12FR.22. dpt. doc 15 20 2907164 27 on ajuste la température dudit dispositif par variation de la conductance thermique entre ledit dispositif et le milieu extérieur, en fonction desdites températures optimales de fonctionnement. 5 MS\2.R442.12FR.22. dpt. doc