FR2965855A1 - Procede et dispositif de gestion de la temperature d'une installation de nettoyage de gaz d'echappement - Google Patents
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Abstract
Dispositif de gestion de la température d'une installation de nettoyage des gaz d'échappement (40) dans le canal des gaz d'échappement (20) d'un moteur à combustion interne (1). Le canal (20) ou l'installation (40) sont munis d'un générateur thermoélectrique (30). Les données du fonctionnement du moteur (1) et de l'installation (40) sont exploitées par des capteurs dans une commande de moteur qui intègre les modes de fonctionnement du générateur (30) dans la gestion de la température de l'installation (40).
Description
i Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé de gestion de la température d'une installation de nettoyage des gaz d'échappement dans un canal de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, * un générateur thermoélectrique étant installé dans le canal des gaz d'échappement ou sur l'installation de nettoyage des gaz d'échappement. L'invention se rapporte également à un dispositif pour la gestion de la température d'une installation de nettoyage des gaz d'échappement dans le canal des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne selon lequel : le canal des gaz d'échappement ou l'installation de nettoyage des gaz d'échappement sont munis d'au moins un générateur thermoélectrique dans lequel, - les données du mode de fonctionnement du moteur à combustion interne et de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement sont exploitées par des capteurs dans une commande de moteur et à l'intérieur du moteur, des moyens ou des mesures supplémentaires sont lancées pour réguler la température des gaz d'échappement. Etat de la technique Dans le cadre de l'amélioration de l'utilisation de l'énergie des carburants utilisés dans les véhicules, on cherche à utiliser l'énergie des gaz d'échappement chauds. L'une des options est celle des générateurs thermoélectriques (GTE/TEG) installés comme composants dans le canal des gaz d'échappement du moteur à combustion interne. Les générateurs thermoélectriques utilisent les différences de tension générées par effet Seebeck dans les semi-conducteurs tels que Bi2Te3, PbTe, SiGe, BiSb, FeSi2 lorsque deux zones d'un corps en un matériau semi-conducteur sont à des températures différentes. Pour une différence de température donnée, la différence de tension dépend du coefficient Seebeck du matériau que l'on influence par le dopage du matériau semi-conducteur. Pour obtenir des tensions utilisables en pratique, on branche les éléments thermoélectriques en série dans un générateur thermoélectrique. Pour cela, on utilise une alternance de
2 matériaux à dopage (p) et à dopage (n) pour les éléments pour que les tensions s'additionnent. La tension aux bornes de l'élément thermoélectrique dépend d'une manière très largement proportionnelle, de la différence de température entre les extrémités. Par ailleurs, il est connu qu'en alimentant des matériaux thermoélectriques, on dégage de la chaleur (effet Peltier) ce qui permet un fonctionnement comme pompe à chaleur. L'utilisation au titre de prototype de tels générateurs thermoélectriques dans le domaine automobile ainsi que leur io intégration possible dans un système de gestion de température du canal de gaz d'échappement, sont des propositions qui ont été publiées dans les revues spécialisées MTZ (édition 4/2009), ATZ (édition 4/2010). L'état de la technique du post-traitement des gaz 15 d'échappement dans les moteurs à essence, consiste à utiliser des catalyseurs trois voies pour des moteurs homogènes fonctionnant avec un coefficient = 1 et des catalyseurs accumulateurs d'oxydes d'azote NO. pour des moteurs fonctionnant en régime maigre (X > 1). Alors qu'un catalyseur à trois voies fonctionne de manière continue à partir 20 de sa température de démarrage et doit selon l'emplacement où il est monté (à proximité du moteur ou dans une position éloignée du moteur) être le cas échéant protégé contre la surchauffe par des moyens de refroidissement, le catalyseur accumulateur se distingue par un fonctionnement discontinu (alternance entre accumulation d'oxydes 25 d'azote NO. et régénération DeNOX ou DeSOX). Les différentes phases de ce fonctionnement nécessitent des conditions thermiques différentes pour le fonctionnement de principe ou le fonctionnement optimum. C'est ainsi que l'accumulation des oxydes d'azote NO. en mode maigre se fait avec un bon rendement seulement dans une plage de 30 températures moyennes de l'ordre de 250°C à 400°C, alors que les deux modes de régénération nécessitent non seulement des conditions de mélange riche, mais également des températures minimales. D'autre part, ces catalyseurs accumulateurs subissent également un vieillissement thermique si un autre niveau de température limite est 35 dépassé. Or, il faut l'éviter car le mode maigre est plus avantageux du
3 point de vue de la consommation que le mode homogène et on cherche à développer le domaine du mode maigre en réduisant suffisamment les émissions à l'aide d'un catalyseur accumulateur. Les moteurs Diesel actuels utilisent des catalyseurs d'oxydation comparables dans leur condition de fonctionnement, aux catalyseurs à trois voies et pour les moteurs à essence, on utilise les catalyseurs accumulateurs d'oxydes d'azote NO.. Comme le moteur Diesel fonctionne avantageusement seulement en mode maigre à l'exception de la phase de régénération DeNOX/DeSOX, optimiser la plage d'accumulation est un objectif souhaitable du point de vue de la réduction des émissions. Pour réduire les émissions d'oxydes d'azote NO. dans un moteur Diesel, en alternative aux catalyseurs accumulateurs NO., on utilise également des catalyseurs SCR, c'est-à-dire des catalyseurs assurant une réduction catalytique sélective. Ces catalyseurs nécessitent l'adjonction par dosage d'un agent réducteur en général un mélange urée/eau dans la conduite des gaz d'échappement en amont du catalyseur SCR pour permettre là encore dans une certaine plage de températures, d'assurer une réduction continue des oxydes d'azote NO. des gaz d'échappement. Pour optimiser le mode de fonctionnement SCR, il est avantageux en outre d'avoir un rapport défini entre NO2 et NO que l'on peut régler dans le catalyseur d'oxydation installé en amont en réglant des températures appropriées. On a également des limites thermiques dans les systèmes SCR en plus à cause de la condition en limite de la préparation du mélange urée/eau dans les gaz d'échappement. A cause du risque d'un dépôt difficilement soluble qui se ferait aux basses températures des gaz d'échappement, l'adjonction par dosage ne peut se faire qu'à partir d'une température minimale. De même, la décomposition des dépôts se fait de préférence dans une plage définie de températures. Les filtres à particules Diesel (encore appelés filtres DPF) sont des équipements classiques installés par de nombreux constructeurs de véhicules déjà depuis un certain temps ; le fonctionnement de ces filtres à particules est également discontinu (filtrer, régénérer) ; en particulier, la régénération se fait dans des
4 conditions aux limites thermiques définies (températures minimales pour brûler le noir de fumée et éviter des dommages thermiques). Pour une régénération continue, la coopération avec le catalyseur d'oxydation et formation d'oxydes d'azote NO2, est déterminante, et cette régénération se fait également de manière préférentielle dans une certaine plage de températures. Pour répondre à ces multiples conditions relatives au post-traitement des gaz d'échappement dans les moteurs à essence et les moteurs Diesel, il faut des commandes de moteur complexes pour former le mélange et pour régler les conditions thermiques aux limites (refroidissement ou chauffage) introduites comme état de la technique dans les applications aux véhicules, telles que par exemple des stratégies d'injection (postinjection), d'enrichissement du mélange, d'étranglement ou de recyclage des gaz d'échappement (AGR). Les conditions de chauffage sont en partie réalisées par des installations supplémentaires (brûleur, dispositif de chauffage électrique) dans le système des gaz d'échappement. L'état de la technique ne propose pas l'utilisation de générateurs thermoélectriques ou seulement de manière insuffisante dans la stratégie de fonctionnement du post-traitement des gaz d'échappement. But de l'invention La présente invention a ainsi pour but de développer un procédé et un dispositif intégrant des générateurs thermoélectriques, complètement dans la gestion thermique des installations de post- traitement de gaz d'échappement. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de gestion de la température d'une installation de nettoyage des gaz d'échappement du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu' * on intègre les modes de fonctionnement du générateur thermoélectrique dans la gestion de température de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement, * on tient compte dans la commande de la veine des gaz d'échappement dans le canal de gaz d'échappement ou dans la commande de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement, de la puissance calorifique ou frigorifique du générateur thermoélectrique et de la puissance frigorifique de ses composants supplémentaires pour refroidir le générateur thermoélectrique pour la commande de la veine des gaz d'échappement dans le canal de gaz 5 d'échappement ou pour la commande de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement. L'invention a également objet un dispositif de gestion de la température dans une installation de nettoyage des gaz d'échappement du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que la commande de moteur ou un appareil de commande séparé, intègre les modes de fonctionnement du générateur thermoélectrique dans la gestion de la température de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement, * la puissance calorifique ou frigorifique que peut atteindre le générateur thermoélectrique ainsi que la puissance frigorifique d'un composant supplémentaire pour refroidir le générateur thermoélectrique sont exploitées pour la commande de la veine de gaz d'échappement dans le canal de gaz d'échappement ou pour la commande de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement, et le mode de fonctionnement du générateur thermoélectrique et de ses composants auxiliaires, est prédéfini pour le refroidissement. Le procédé et le dispositif selon l'invention offrent en particulier des possibilités d'amélioration de la construction globale de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement permettant un montage dans une position optimisée du générateur thermoélectrique par rapport aux différents composants de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement et d'intégrer complètement toues les possibilités de fonctionnement du générateur thermoélectrique dans la gestion thermique de tous les composants de post-traitement des gaz d'échappement. On a notamment l'avantage que du fait de l'intégration complète des modes de fonctionnement en générateur thermoélectrique (TEG) tout en conservant le même fonctionnement, l'installation de nettoyage des gaz d'échappement fonctionnera de manière plus efficace du point de vue de la consommation ou de la puissance du système de post-traitement des gaz d'échappement vis-à-vis d'une diminution des
6 émissions. Cette optimisation permet de supprimer les éventuelles installations complémentaires pour chauffer/refroidir. On peut par exemple utiliser la puissance frigorifique du générateur thermoélectrique dans son mode générateur pour réduire de manière ciblée la température ou pour respecter un certain niveau maximum autorisé de température dans le canal des gaz d'échappement pour certains modes de fonctionnement du moteur à combustion interne, ce qui permet dans certains modes de fonctionnement du moteur, de maintenir la température des gaz d'échappement à un niveau plus faible que cela serait le cas dans un système sans fonction TEG, les conditions de conduite du véhicule restant par ailleurs les mêmes. Cela permet par exemple d'étendre la plage d'accumulation d'un catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote NO. vers des plages de charge plus élevées ce qui se traduit par des avantages d'émission et par un fonctionnement en mode maigre dans une plage plus étendue pour un moteur à essence se traduisant également par des avantages de consommation. De façon analogue, on protège les composants de post-traitement des gaz d'échappement munis d'un revêtement catalytique contre un dommage thermique.
Dans le cas d'un moteur à essence, on peut, le cas échéant, réduire ou supprimer totalement l'enrichissement du mélange pour refroidir. I1 en résulte une économie de consommation. Indirectement, l'amélioration de la protection thermique améliore également les émissions pendant toute la durée de vie de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement. D'autre part, la puissance de chauffage du générateur thermoélectrique fonctionnant en pompe à chaleur, peut être utilisée pour augmenter la température ou pour maintenir un niveau de température minimum déterminé dans le canal des gaz d'échappement pour certains modes de fonctionnement du moteur thermique pour avoir par exemple des températures minimales dans les gaz d'échappement. Le passage entre le mode générateur et le mode pompe à chaleur du générateur thermoélectrique, peut s'utiliser avantageusement pour commander le mode de fonctionnement en
7 régénération, par exemple dans le cas d'un filtre à particules ou d'un catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote NOX et maintenir ainsi la température dans une certaine plage. Le mode de régénération pourra être assuré indépendamment du mode de fonctionnement du véhicule grâce à la participation du générateur thermoélectrique pour sa partie de thermogestion. La réalisation plus fiable et plus complète de la régénération, offre des avantages pour la consommation de carburant car on évite de réchauffer plusieurs fois l'installation de gaz d'échappement. Il y a également des avantages d'émission grâce à la disponibilité plus précoce du système à fonctionnement discontinu pour de nouvelles phases de stockage. Le mode de fonctionnement en pompe à chaleur du générateur TEG pour chauffer les composants de post-traitement des gaz d'échappement, tels que par exemple le catalyseur à trois voies pour atteindre plus rapidement la température de fonctionnement, est une solution déjà proposée dans la littérature. Un avantage de la stratégie de fonctionnement élargie, proposée par l'invention, consiste à développer des critères pour la surconsommation, des mesures de chauffage alternatives et un mode de fonctionnement en dérivation du générateur TEG pour choisir la stratégie optimale selon l'état de fonctionnement ainsi que selon d'autres conditions aux limites. Pour un mode de fonctionnement en dérivation, il est prévu comme composant auxiliaire du générateur thermoélectrique, un volet de dérivation installé en parallèle au générateur thermoélectrique dans le conduit ou canal des gaz d'échappement et qui permet le cas échéant de faire passer le flux des gaz d'échappement chauds sur le générateur thermoélectrique. En plus ou en variante, il est prévu comme autre composant auxiliaire, un circuit de refroidissement pour refroidir le cas échéant le générateur thermoélectrique pour optimiser son rendement ou sa puissance électrique en étant commandé pour réguler la température de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement. Le circuit de refroidissement du générateur TEG peut être complété par un échangeur de chaleur installé directement dans la veine des gaz d'échappement, pour avoir ainsi une autre possibilité de gestion des températures des gaz d'échappement.
8 Pour une stratégie de fonctionnement, intégrée, du générateur thermoélectrique et du post-traitement des gaz d'échappement particulièrement avantageuse, au moins un composant de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement, nécessite une plage de températures optimale qui peut être dépassée en partie vers le haut ou vers le bas pendant le fonctionnement normal du véhicule pour une stratégie de fonctionnement optimisée, de façon que pour la gestion de la température de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement, la stratégie de fonctionnement du générateur thermoélectrique, utilise au moins l'un des critères présenté ci-après à savoir, pour la gestion de la température de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement, la stratégie de fonctionnement du générateur thermoélectrique applique au moins l'un des critères suivants : - gain en énergie ou en consommation d'énergie par le mode de fonctionnement du générateur thermoélectrique, comme générateur ou comme pompe à chaleur, - réduction ou augmentation de la quantité de chaleur des gaz d'échappement par le mode de fonctionnement comme générateur ou comme accumulateur de chaleur du générateur piézo-électrique, - diminution de la température des gaz d'échappement en utilisant la puissance frigorifique du circuit de refroidissement, - réduction des émissions de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement en fonction de la température, - consommation supplémentaire de carburant par le fonctionnement de la pompe à vide sous l'effet du générateur thermoélectrique (chauffage par les gaz d'échappement), - consommation supplémentaire liée à des mesures de chauffage supplémentaires des gaz d'échappement, ou des modes de fonctionnement internes au moteur (par exemple le brûleur), - consommation supplémentaire de carburant par la coupure du mode de fonctionnement en générateur d'une installation de nettoyage des gaz d'échappement fonctionnant de manière discontinue, et - consommation minimale de carburant par extension d'un mode de fonctionnement avantageux par des moyens de refroidissement ou de chauffage.
9 Selon une autre variante du procédé, dans le cas de plusieurs installations de nettoyage des gaz d'échappement ou de plusieurs générateurs thermoélectriques, les critères des différents composants des installations de nettoyage des gaz d'échappement et/ou des générateurs thermoélectriques et de leur composant auxiliaire, pourront être saisis et exploités séparément. Dans ce cas, ces critères sont pondérés par la commande de déroulement du procédé et ils sont sélectionnés suivant l'évaluation globale de la stratégie de fonctionnement du générateur thermoélectrique et des composants de post-traitement des gaz d'échappement. Une variante préférentielle du dispositif est caractérisée en ce que la commande de moteur ou un appareil de commande distinct, implémente une commande de déroulement des opérations comportant comme composants une unité de saisie de signaux, une unité de calcul, une unité d'évaluation, une unité de commande et une émission de signaux de réglage, * l'unité de saisie de signaux saisissant des signaux de mesure du bloc-moteur, du générateur thermoélectrique et de ses composants auxiliaires, ainsi que de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement et commandant avec l'émission de signaux d'actionnement, des actionneurs du bloc-moteur, du générateur thermoélectrique et de ses composants auxiliaires (circuit de refroidissement volet de court circuit), ainsi que de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement.
Le calcul des critères de fonctionnement se fait dans l'unité de calcul et à partir des signaux des capteurs et en utilisant des modèles pour calculer des valeurs prévisionnelles de fonctionnement, telles que des émissions, des températures de gaz d'échappement et la consommation supplémentaire de carburant, on pourra établir les critères présentés ci-dessus. L'évaluation qui se fait dans l'unité d'exploitation comprend les critères de fonctionnement du moteur, au moins ceux d'un générateur thermoélectrique et au moins ceux d'un composant de post-traitement des gaz d'échappement. La pondération des critères et ainsi l'évaluation peuvent dépendre d'autres conditions aux limites telles que l'état de conduite, le vieillissement des
10 composants et l'état de charge de la batterie. La stratégie de commande du générateur thermoélectrique, du circuit de refroidissement, du volet de dérivation et de l'installation de post-traitement des gaz d'échappement qui se détermine dans l'unité de commande, peut se déduire de l'évaluation pondérée des critères de fonctionnement et a ainsi pour but d'optimiser à la fois la consommation de carburant et les émissions. La fonction de la commande de déroulement des opérations avec les unités fonctionnelles décrites ci-dessus, peut être implémentée comme circuit et/ou comme programme dans l'appareil de commande ou dans la commande principale du moteur. En outre, différentes unités fonctionnelles peuvent également être combinées en des unités plus complexes. La puissance du générateur TEG en mode générateur sera d'autant plus élevée, que la différence de température de son matériau thermoélectrique sera élevée. C'est pourquoi, suivant une variante préférentielle du dispositif, le générateur thermoélectrique du canal des gaz d'échappement, sera installé en amont de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement selon le sens de passage des gaz d'échappement, c'est-à-dire à proximité du moteur. S'il est ainsi mis en place en amont d'un composant du système de gaz d'échappement réduisant les émissions, le mode générateur avec prélèvement de chaleur des gaz d'échappement sera doublement avantageux si la réduction de l'émission par ces composants est limitée dans la plage de fonctionnement du véhicule/du moteur ou de leur stabilité thermique en atteignant une température maximale autorisée des gaz d'échappement ou encore le mode de fonctionnement plus avantageux pour les émissions ne sera maintenu que jusqu'à une température limite. Cela est le cas pour des revêtements de catalyseurs qui lorsqu'ils atteignent une température limite, subissent des atteintes par fusion, de leur surface à effet catalytique comme cela peut par exemple être le cas de catalyseurs à trois voies, de catalyseurs accumulateurs à oxydation ou à oxydes d'azote NO.. Si lors du stockage, on dépasse une température maximale dépendant du matériau de revêtement, en mode maigre ou lors de la régénération du catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote NO. en mode riche, il faut terminer ce mode de fonctionnement.
Il Ainsi, il faut par exemple passer à un mode de fonctionnement plus avantageux du point de vue de la consommation. L'arrêt prématuré et la reprise ultérieure d'une régénération, génèrent un supplément de consommation ou encore le système des gaz d'échappement dont le catalyseur accumulateur n'a pas été régénéré complètement, ne sera pas complètement disponible pour réduire les émissions. Le cas échéant, l'installation d'un échangeur de chaleur dans le flux des gaz d'échappement entre le générateur TEG et les composants de post-traitement des gaz d'échappement avec liaison ou circuit de refroidissement du générateur TEG, peuvent être avantageux si la puissance frigorifique maximale du composant TEG en mode de générateur seul, n'est pas suffisante. Dans le cas de composants du système de gaz d'échappement dont la réduction des émissions dans chaque test d'émission dépend de manière importante du fait d'atteindre une température de démarrage, il est avantageux que le générateur thermoélectrique soit installé dans le canal des gaz d'échappement derrière l'installation de nettoyage des gaz d'échappement selon le sens de passage des gaz d'échappement ou encore pour une installation en amont de l'installation des gaz d'échappement, comme composant auxiliaire entre le bloc-moteur et l'installation de nettoyage des gaz d'échappement avec un volet de dérivation commandé, installé en parallèle au générateur thermoélectrique. Une autre possibilité consiste à faire fonctionner le générateur TEG comme pompe à chaleur pour le mode de chauffage de l'installation de gaz d'échappement. Comme exemple, on a des catalyseurs à trois voies (température de démarrage) ou le rendement de stockage optimum, dans une plage de températures pour le catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote NO.. De nombreux composants réduisant les émissions du système de gaz d'échappement, ont un fonctionnement optimum dans une plage de températures avec une limite inférieure et une limite supérieure. Pour optimiser dans ce cas l'utilisation du générateur TEG et du post-traitement des gaz d'échappement, il est indispensable d'installer le générateur TEG en amont de ces composants, d'avoir une stratégie de fonctionnement souple pour le générateur TEG (générateur
12 fonctionnant comme générateur ou comme pompe à chaleur) et une commande de dérivation. Le dispositif selon l'invention convient ainsi tout particulièrement pour des installations de nettoyage des gaz d'échappement constituées par un filtre à particules, un catalyseur à trois voies ou un catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote. Une application préférentielle du procédé et de ses variantes, concerne les moteurs à essence ou les moteurs Diesel. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation du procédé et du dispositif de gestion de température d'une installation de nettoyage des gaz d'échappement représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue très schématique d'un générateur thermoélectrique installé dans le canal des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, - la figure 2 montre une variante d'installation du générateur thermoélectrique dans le canal des gaz d'échappement, - la figure 3 montre le générateur thermoélectrique avec des composants supplémentaires pour réaliser une plage optimale de températures, et - la figure 4 est une vue schématique d'un appareil de commande et de ses unités fonctionnelles principales coopérant avec les composants du moteur à combustion interne. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre très schématiquement un moteur à combustion interne 1 ayant un bloc-moteur 10 et une installation de nettoyage des gaz d'échappement 40 dans son canal ou conduite des gaz d'échappement 20. Un générateur thermoélectrique 30 est installé en amont de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement 40 selon le sens de passage des gaz d'échappement de façon à être chauffé d'un côté par les gaz d'échappement chauds, alors que l'autre côté est orienté vers le côté extérieur et se trouve à une température plus basse.
Comme décrit ci-dessus, cela permet de récupérer de l'énergie électrique
13 à partir de l'énergie calorifique des gaz d'échappement. Ce montage convient tout particulièrement pour protéger l'installation de post-traitement des gaz d'échappement 40 contre des températures trop élevées et ainsi contre un éventuel dommage thermique, si le générateur thermoélectrique 30 fonctionne en mode de générateur et prélève ainsi de l'énergie calorifique des gaz d'échappement. La figure 2 montre également d'une manière très schématique, un montage dans lequel le générateur thermoélectrique 30 est installé en aval de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement 40 dans le canal des gaz d'échappement 20 selon le sens de passage de ce gaz d'échappement. Ce montage est avantageux car il permet d'atteindre une limite inférieure de température (température de démarrage) pour l'installation de nettoyage des gaz d'échappement 40, puisqu'en mode générateur, le prélèvement de chaleur ne se répercute pas sur la température des gaz d'échappement en amont de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement 40. La figure 3 montre une variante de l'installation dans laquelle, comme le montre la figure 1, le générateur thermoélectrique 30 est installé en amont de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement 40 dans le canal des gaz d'échappement 20, selon le sens de passage des gaz d'échappement ; des composants supplémentaires sont prévus pour refroidir le générateur thermoélectrique 30. L'un des composants supplémentaires est un volet de dérivation 60, commandé, installé entre le bloc-moteur 10 et l'installation de nettoyage des gaz d'échappement 40, en parallèle au générateur thermoélectrique 30 et servant à protéger ce générateur 30. Aux températures élevées des gaz d'échappement, ce volet pourra au moins être en partie ouvert pour réduire la sollicitation en température du générateur thermoélectrique 30.
Un autre composant pour protéger le générateur thermoélectrique 30 et pour augmenter l'efficacité, est un circuit de refroidissement 50. Ce circuit permet d'atteindre une différence de température plus élevée en mode générateur et ainsi une tension plus élevée pour le générateur. D'autre part, la puissance frigorifique appliquée peut également servir à réduire la température des gaz
14 d'échappement, ce qui peut se répercuter de manière positive pour certains modes de fonctionnement de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement 40. Pour augmenter la température des gaz d'échappement en amont de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement 40, on peut également ouvrir le volet de dérivation 60 et faire fonctionner le générateur thermoélectrique 30 en plus comme pompe à chaleur, ou seulement ouvrir le volet de dérivation 60. Cela permet par exemple d'atteindre très rapidement une température minimale (température de démarrage) comme celle par exemple nécessaire pour un filtre à particules (filtre DPF) en mode de régénération. Pour commander ces modes de fonctionnement complexes, l'invention prévoit un appareil de commande 70 comme celui représenté schématiquement à la figure 4 et qui a été décrit en liaison avec la figure 3. L'appareil de commande 70 intègre les modes de fonctionnement du générateur thermoélectrique 30 dans la gestion de température de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement 40 ; et la puissance calorifique ou frigorifique que peut fournir le générateur thermoélectrique 30 ainsi que la puissance frigorifique de ses composants auxiliaires pour refroidir le générateur thermoélectrique 30, sont exploitées par la commande de la veine des gaz d'échappement dans le canal de gaz d'échappement 20 ou par la commande de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement 40 ; le mode de fonctionnement du générateur thermoélectrique 30, ainsi que de ses composants auxiliaires peut être prédéfini pour le refroidissement. L'appareil de commande 70 implémente une commande de déroulement des opérations comportant comme composants, une unité de saisie de signaux 71, une unité de calcul 72, une unité d'évaluation 73, une unité de commande 74 et une émission de signaux de réglage 75. L'unité de saisie de signaux 71 permet de saisir les signaux de mesure du bloc-moteur 10, du générateur thermoélectrique 30 ainsi que de ses composants auxiliaires et de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement 40. Par la sortie de signaux de réglage 75, on peut commander les actionneurs du bloc-moteur 10, du
15 générateur thermoélectrique 30 et de ses composants auxiliaires ainsi que de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement 40 en appliquant une stratégie de fonctionnement intégrée des générateurs thermoélectriques 30 à l'installation de post-traitement des gaz d'échappement 40. La fonction de la commande de déroulement des opérations peut être implémentée comme programme ou comme circuit dans l'appareil de commande 70. On peut en outre prévoir d'implémenter la fonction de la commande de déroulement également dans une commande principale de moteur ou commande principale de véhicule.15 NOMENCLATURE
1 moteur à combustion interne 10 bloc-moteur 20 canal des gaz d'échappement 30 générateur thermoélectrique (TEG/GTE) 40 installation de nettoyage des gaz d'échappement 50 circuit de refroidissement 60 volet de dérivation 70 appareil de commande 71 unité de saisie de signal 72 unité de calcul 73 unité d'évaluation 74 unité de commande 75 émission de signal d'actionnement20
Claims (1)
- REVENDICATIONS1» Procédé de gestion de la température d'une installation de nettoyage des gaz d'échappement (40) dans le canal de gaz d'échappement (20) d'un moteur à combustion interne (1), * un générateur thermoélectrique (30) étant installé dans le canal des gaz d'échappement (20) ou sur l'installation de nettoyage des gaz d'échappement (40), procédé caractérisé en ce qu' * on intègre les modes de fonctionnement du générateur thermoélectrique (30) dans la gestion de température de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement (40), * on tient compte dans la commande de la veine des gaz d'échappement dans le canal de gaz d'échappement (20) ou dans la commande de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement (40), de la puissance calorifique ou frigorifique du générateur thermoélectrique (30) et de la puissance frigorifique de ses composants supplémentaires pour refroidir le générateur thermoélectrique (30) pour la commande de la veine des gaz d'échappement dans le canal de gaz d'échappement (20) ou pour la commande de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement (40). 2» Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on utilise la puissance frigorifique du générateur thermoélectrique (30) dans son mode de fonctionnement comme générateur, de manière ciblée pour réduire la température ou pour respecter un niveau de température maximum autorisé, déterminé, dans le canal des gaz d'échappement (20) pour des modes de fonctionnement déterminés du moteur à combustion interne (1). 3» Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la puissance de chauffage du générateur thermoélectrique (30) est utilisée dans son mode de pompe à chaleur de manière ciblée pour augmenter la température ou pour respecter une certaine température 18 minimale dans le canal de gaz d'échappement (20) pour certains modes de fonctionnement du moteur à combustion interne (1). 4» Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on utilise le changement du mode de fonctionnement en générateur au mode de fonctionnement en pompe à chaleur du générateur thermoélectrique (30) pour commander des modes de fonctionnement en régénération et respecter ainsi une certaine plage de températures. 5» Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composant auxiliaire du générateur thermoélectrique (30) est un volet de dérivation (60) installé en parallèle du générateur thermoélectrique (30) dans le canal des gaz d'échappement (20) et devant lequel on fait passer le cas échéant une veine chaude de gaz d'échappement sur le générateur thermoélectrique (30) et/ou un circuit de refroidissement (50) qui refroidit à la demande le générateur thermoélectrique (30) et est commandé pour réguler la température de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement (40). 6» Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour la gestion de la température de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement (40), la stratégie de fonctionnement du générateur thermoélectrique (30) applique au moins l'un des critères suivants : - gain en énergie ou en consommation d'énergie par le mode de fonctionnement du générateur thermoélectrique (30), comme générateur ou comme pompe à chaleur, - réduction ou augmentation de la quantité de chaleur des gaz d'échappement par le mode de fonctionnement comme générateur ou comme accumulateur de chaleur du générateur piézo-électrique (30), - diminution de la température des gaz d'échappement en utilisant la puissance frigorifique du circuit de refroidissement (50), 19 - réduction des émissions de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement (40) en fonction de la température, - consommation supplémentaire de carburant par le fonctionnement de la pompe à vide sous l'effet du générateur thermoélectrique (30), - consommation supplémentaire liée à des mesures de chauffage des gaz d'échappement, supplémentaires ou des modes de fonctionnement internes au moteur, - consommation supplémentaire de carburant par la coupure du mode de fonctionnement en générateur d'une installation de nettoyage des gaz d'échappement (40) fonctionnant de manière discontinue, et - consommation minimale de carburant par extension d'un mode de fonctionnement avantageux par des moyens de refroidissement ou de chauffage. 7» Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que dans le cas de plusieurs installations de nettoyage des gaz d'échappement (40) ou plusieurs générateurs thermoélectriques (30), les critères relatifs aux différents composants des installations de nettoyage de gaz d'échappement (40) et/ou des générateurs thermoélectriques (30) et de leurs composants auxiliaires, sont saisis séparément et sont exploités dans les mêmes conditions. 8» Dispositif pour la gestion de la température d'une installation de nettoyage des gaz d'échappement (40) dans le canal des gaz d'échappement (20) d'un moteur à combustion interne (1) selon lequel : le canal des gaz d'échappement (20) ou l'installation de nettoyage des gaz d'échappement (40) sont munis d'au moins un générateur thermoélectrique (30) dans lequel, - les données du mode de fonctionnement du moteur à combustion interne (1) et de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement (40) sont exploitées par des capteurs dans une commande de moteur et à l'intérieur du moteur, des moyens ou des mesures supplémentaires sont lancées pour réguler la température des gaz d'échappement, 20 dispositif caractérisé en ce que la commande de moteur ou un appareil de commande (70) séparé, intègre les modes de fonctionnement du générateur thermoélectrique (30) dans la gestion de température de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement (40), * la puissance calorifique ou frigorifique que peut atteindre le générateur thermoélectrique (30) ainsi que la puissance frigorifique d'un composant supplémentaire pour refroidir le générateur thermoélectrique (30) sont exploitées pour la commande de la veine de gaz d'échappement dans le canal de gaz d'échappement (20) ou pour la commande de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement (40), et le mode de fonctionnement du générateur thermoélectrique (30) et de ses composants auxiliaires, et prédéfini pour le refroidissement. 9» Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la commande de moteur ou un appareil de commande (70) distinct, implémente une commande de déroulement des opérations comportant comme composants une unité de saisie de signaux (71), une unité de calcul (72), une unité d'évaluation (73), une unité de commande (74) et une émission de signaux de réglage (75), * l'unité de saisie de signaux (71) saisissant des signaux de mesure du bloc-moteur (10), du générateur thermoélectrique (30) et de ses composants auxiliaires, ainsi que de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement (40) et commandant par l'émission de signaux d'actionnement (75) des actionneurs du bloc-moteur (10), du générateur thermoélectrique (30) et de ses composants auxiliaires, ainsi que de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement (40). 10» Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le générateur thermoélectrique (30) est installé dans le canal des gaz d'échappement (20) en amont de l'installation de nettoyage des gaz 21 d'échappement (40) selon le sens de passage de la veine de gaz d'échappement. 11» Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le générateur thermoélectrique (30) est installé dans le canal des gaz d'échappement (20), en aval de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement (40) selon le sens de passage des gaz d'échappement ou dans le cas d'un montage en amont de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement (40) comme composant auxiliaire entre le bloc-moteur (10) et l'installation de nettoyage des gaz d'échappement (40), il est prévu un volet de dérivation (60), commandé, en parallèle au générateur thermoélectrique (30). 12» Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'installation de nettoyage des gaz d'échappement (40) est un filtre à particules, un catalyseur à trois voies, un catalyseur SCR ou un catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote. 25
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