EP1075590A1 - Dispositif de pot catalytique - Google Patents

Dispositif de pot catalytique

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EP1075590A1
EP1075590A1 EP99915814A EP99915814A EP1075590A1 EP 1075590 A1 EP1075590 A1 EP 1075590A1 EP 99915814 A EP99915814 A EP 99915814A EP 99915814 A EP99915814 A EP 99915814A EP 1075590 A1 EP1075590 A1 EP 1075590A1
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grid
preheating
engine
heating
catalysis means
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Eric Blanchard
Robert Bonetto
Hervé Duval
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Renault SAS
Original Assignee
Renault SAS
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    • F01N3/22—Control of additional air supply only, e.g. using by-passes or variable air pump drives
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to the field of catalytic converters intended to treat the exhaust gases of internal combustion engines, in particular for vehicles, with the aim of reducing the emission of polluting components such as carbon monoxide, nitrogen oxides or unburnt hydrocarbons.
  • a catalytic converter For a catalytic converter to effectively treat these polluting exhaust emissions, its temperature must be above a threshold called the ignition temperature.
  • the priming temperature is generally reached thanks to the heating of the catalytic converter by the exhaust gases which pass through it.
  • one solution consists in accelerating the rise in temperature of the catalytic converter by heating the gases at the inlet of the latter via a heating grid, possibly also covered with a catalytic coating, and located in upstream of the catalyst proper.
  • the electric heating of a catalytic converter is carried out by electrically supplying the resistance of the heating grid after starting the engine. Obtaining the temperature ignition is conditioned by the electric heating power of the grid, the flow and the temperature of the gases entering the catalytic converter.
  • the electric power available on a vehicle is limited, in particular by the dimensioning of the alternator and the battery. The power that the heating grid can withstand is also limited.
  • the present invention aims to reduce the emission of polluting components, by allowing the catalyst to be brought to an adequate temperature.
  • the catalytic converter device is intended for treating the exhaust gases of an internal combustion engine, and comprises catalysis means and a preheating grid disposed upstream of the catalysis means in the direction d gas flow.
  • the catalytic converter device comprises an air circulation pump from the preheating grid to the catalysis means to allow the heating of the catalysis means by the heated air during its passage through the preheating grid before the engine starts. .
  • the catalysis means can thus be at the priming temperature when the engine starts.
  • the air circulation pump and the preheating grid are supplied by a dual-voltage network.
  • the catalytic converter device comprises a sensor for the temperature of the catalysis means.
  • the catalytic converter device can be connected to a sensor for charging the starting battery of the engine. It can also be connected to an engine water temperature sensor and / or to an engine load sensor.
  • the invention also relates to a method for controlling the preheating of a catalytic converter intended to treat the exhaust gases of an internal combustion engine.
  • the catalytic converter comprises means of catalysis and a preheating grid arranged upstream of the means of catalysis in the direction of flow of the gases. Before starting the engine, said grid is preheated and air is circulated from the preheating grid to the catalysis means to bring them to temperature.
  • the grid can be heated after the engine has started.
  • the grid is heated during the starting of the engine, if this starting takes place during the preheating period, so as to perfect the temperature rise of the catalysis means.
  • the heating of the grid is stopped if the starting does not take place after a given heating time, in order to avoid excessive discharge of the battery or batteries which could harm the starting of the engine.
  • the preheating of the heating grid must be accompanied by the actuation of the air circulation pump which transfers the heat produced by the heating grid to the catalyst located downstream of said heating grid in the absence gas flow from the engine.
  • the preheating of the catalytic converter starts automatically before starting the internal combustion engine, for example when opening the driver's door of the vehicle, when neutralization of the immobilizer system or when the vehicle is switched on.
  • step 1 the determination of the need or the possibility of preheating is carried out as a function of the criterion of the engine cooling water temperature, of the voltage present at the terminals of the battery and, where appropriate, of a fault diagnosis. Indeed, it is generally unnecessary to preheat the catalytic converter when the engine has just been running, which results in a high water temperature. It is also unnecessary, even harmful, to initiate a preheating of the catalytic converter if the battery is not sufficiently charged, since preheating can cause the complete discharge of the battery and prevent the vehicle from starting.
  • preheating is activated at maximum power for a period calculated as a function of the water temperature.
  • the lighting of an indicator light warns the driver and tells him not to start.
  • the warning light goes off and the preheating power is reduced (step 3).
  • the maintenance phase which makes it possible not to cool the catalyst while limiting the energy consumption if the driver does not start immediately after the indicator goes out.
  • the duration of the holding phase is limited by calibration in order to avoid possible overheating of the preheating grid or of the catalyst, and to avoid excessive electrical consumption liable to discharge the battery.
  • step 4 if the driver does not start before the end of the preheating maintenance phase, at low power, the preheating is cut.
  • the driver then starts the engine (step 5).
  • the cut-off preheating is maintained (step 6) for a calibratable delay time of a few seconds.
  • step 7 the high power heating of the preheating grid while keeping the pump off. air circulation whose operation is no longer necessary.
  • the duration of the high-power heating in step 7 depends on the water temperature. However, if during this stage, the driver demands from the engine a significant load greater than a predetermined threshold, the heating switches to a low power level in order to avoid possible overheating (stage
  • the high heating power will be used again when the load drops below the threshold, with a calibratable hysteresis to take account of the transfer times to the catalytic converter.
  • Step 8 ensures better priming of the catalyst, while avoiding the risks of overheating and limiting electrical consumption.
  • the calibration of the durations of the different stages will depend on the technical characteristics of the engine, its depollution system and the depollution and consumption objectives to be achieved. There will be compensation for variations in the engine load by the engine idling control system when starting or stopping the preheating due to the consumption of the alternator.
  • step 9 the heating is stopped and the air circulation pump is stopped if the latter has been activated after starting the engine.
  • step 10 you exit the heating control process.
  • step 3 From step 3 of keeping the preheating at low power, if the engine starts during said step 3, we then go to step 11 in which the preheating is brought back to low power in order to have the capacity of the battery to power the starter.
  • step 11 After step 11, we resume step 7 corrects described above.
  • step 1 it turns out that the water temperature is higher than the set threshold or that the battery voltage is insufficient, we then go directly to step 10 and the possibility of preheating n is not used.
  • a computer is used connected to the water temperature sensor, to the load sensor of the battery, the catalyst temperature sensor and the engine load sensor.
  • step 10 of end of preheating constitutes a default operating mode inherent to a malfunction of the vehicle and capable of avoiding overheating of the preheating grid. This reduces the risk of premature destruction of the catalytic converter.
  • the advantages of an electrically heated catalytic converter are used as well as possible, which makes it possible to significantly increase the potential for cleaning up exhaust gases. If a given emission level of pollutants is fixed, the device and the method in accordance with the invention make it possible to reduce the necessary preheating power and therefore its cost as well as the cost of the electrical supply system.

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Abstract

Dispositif de pot catalytique destiné à traiter les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, comprenant des moyens de catalyse et une grille de préchauffage disposée en amont des moyens de catalyse dans le sens d'écoulement des gaz. Le pot catalytique comprend une pompe de circulation d'air de la grille de préchauffage vers les moyens de catalyse pour permettre le chauffage des moyens de catalyse par l'air chauffé lors de son passage dans la grille de préchauffage avant le démarrage du moteur.

Description

Dispositif de pot catalytique.
La présente invention concerne le domaine des pots catalytiques prévus pour traiter les gaz d'échappement de moteurs à combustion interne, notamment pour véhicules, dans le but de réduire l'émission de composants polluants tels que le monoxyde de carbone, les oxydes d'azote ou des hydrocarbures imbrûlés.
Pour qu'un pot catalytique traite efficacement ces émissions polluantes à l'échappement, sa température doit être supérieure à un seuil appelé température d'amorçage. La température d'amorçage est généralement atteinte grâce au réchauffement du pot catalytique par les gaz d'échappement qui le traversent.
Toutefois, dans certaines configurations, pot catalytique éloigné du moteur, gaz d'échappement trop froids, le temps mis par le pot catalytique pour atteindre cette température peut être long. Il en résulte une émission d'un important volume de gaz non traité qui contient des polluants dont la quantité est susceptible d'être trop élevée, soit par rapport aux normes en vigueur, soit par rapport à un objectif que l'on s'est fixé, inférieur auxdites normes.
Dans ce cas, une solution consiste à accélérer la montée en température du pot catalytique en chauffant les gaz à l'entrée de ce dernier par l'intermédiaire d'une grille chauffante, éventuellement recouverte elle aussi d'un revêtement catalytique, et située en amont du catalyseur proprement dit.
Aujourd'hui, le chauffage électrique d'un pot catalytique s'effectue en alimentant électriquement la résistance de la grille chauffante après le démarrage du moteur. L'obtention de la température d'amorçage est conditionnée par la puissance électrique de chauffe de la grille, le débit et la température des gaz entrant dans le pot catalytique. La puissance électrique disponible sur un véhicule est limitée, notamment par le dimensionnement de l'alternateur et de la batterie. La puissance que peut supporter la grille chauffante est également limitée.
Or, pour viser des niveaux de dépollution très élevés, on peut avoir besoin d'atteindre la température d'amorçage dès le démarrage du moteur. Dans ce cas, le type de chauffage précité ne suffit plus, car il ne permet pas une mise en température assez rapide. On a pu proposer pour résoudre ce problème, de cornrnencer le chauffage de la grille avant le démarrage. Toutefois, on s'est aperçu que cette solution ne permet pas une diminution sensible de la pollution en raison du peu d'effet sur la température du catalyseur.
La présente invention vise à réduire l'émission de composants polluants, en permettant une mise en température adéquate du catalyseur.
Le dispositif de pot catalytique, selon l'invention, est destiné à traiter les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, et comprend des moyens de catalyse et une grille de préchauffage disposée en amont des moyens de catalyse dans le sens d'écoulement des gaz. Le dispositif de pot catalytique comprend une pompe de circulation d'air de la grille de préchauffage vers les moyens de catalyse pour permettre le chauffage des moyens de catalyse par l'air chauffé lors de son passage dans la grille de préchauffage avant le démarrage du moteur. Les moyens de catalyse peuvent ainsi être à la température d'amorçage lors du démarrage du moteur.
Dans un mode de réalisation de l'invention, la pompe de circulation d'air et la grille de préchauffage sont alimentées par un réseau bi-tension.
De préférence, le dispositif de pot catalytique comprend un capteur de la température des moyens de catalyse.
Le dispositif de pot catalytique peut être relié à un capteur de la charge d'une batterie de démarrage du moteur. Il peut également être relié à un capteur de la température d'eau du moteur et/ou à un capteur de la charge du moteur. L'invention a également pour objet un procédé de commande du préchauffage d'un pot catalytique destiné à traiter les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. Le pot catalytique comprend des moyens de catalyse et une grille de préchauffage disposée en amont des moyens de catalyse dans le sens d'écoulement des gaz. Préalablement au démarrage du moteur, on préchauffe ladite grille et on fait circuler de l'air de la grille de préchauffage vers les moyens de catalyse pour les mettre en température.
On peut effectuer un chauffage de la grille après le démarrage du moteur. Avantageusement, on chauffe la grille pendant le démarrage du moteur, si ce démarrage a lieu pendant la période de préchauffage, de façon à parfaire la mise en température des moyens de catalyse.
Dans un mode de réalisation de l'invention, on arrête le chauffage de la grille si le démarrage n'a pas lieu après une durée donnée de chauffage, afin d'éviter une décharge excessive de la ou des batteries qui pourrait nuire au démarrage du moteur.
On parvient ainsi à obtenir un fonctionnement satisfaisant du pot catalytique dès le démarrage du moteur. Il en découle une réduction importante de la quantité d'effluents polluants émis, en particulier lorsqu'un véhicule équipé d'un tel pot catalytique circule en ville sur des trajets courts entraînant de fréquents démarrages.
La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation particulier pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré sur la figure annexée qui est un schéma de fonctionnement de la grille de préchauffage du pot catalytique conforme à l'invention.
Pour une efficacité maximale, la préchauffe de la grille chauffante doit être accompagnée de l'actionnement de la pompe de circulation d'air qui permet de transférer la chaleur produite par la grille chauffante au catalyseur situé en aval de ladite grille chauffante en l'absence de débit de gaz en provenance du moteur. Ces deux actions combinées sont appelées dans ce qui suit "préchauffage".
Le préchauffage du pot catalytique démarre automatiquement avant la mise en marche du moteur à combustion interne, par exemple lors de l'ouverture de la portière du conducteur du véhicule, lors de la neutralisation du système anti-démarrage ou encore lors de la mise sous contact du véhicule.
A l'étape 1, la déteπriination du besoin ou de la possibilité de préchauffage est effectuée en fonction du critère de la température d'eau de refroidissement du moteur, de la tension présente aux bornes de la batterie et, le cas échéant, d'un diagnostic de panne. En effet, il est en général inutile de préchauffer le pot catalytique lorsque le moteur vient de fonctionner, ce qui se traduit par une température d'eau élevée. Il est également inutile, voire néfaste, de déclencher un préchauffage du pot catalytique si la batterie n'est pas suffisamment chargée, car le préchauffage peut provoquer la décharge complète de la batterie et empêcher le démarrage du véhicule.
A l'étape 2, on actionne le préchauffage à la puissance maximum pour une durée calculée en fonction de la température d'eau. Pendant la durée du préchauffage, l'allumage d'un témoin lumineux avertit le conducteur et lui indique de ne pas démarrer. En variante, on pourrait envisager une coupure des moyens de démarrage, obligeant le conducteur à attendre la fin du préchauffage.
Si le conducteur respectait l'indication du témoin de préchauffage, à la fin de la durée calculée de préchauffage, le témoin s'éteint et la puissance de préchauffage est diminuée (étape 3). On entre alors dans une nouvelle phase, appelée phase de maintien, qui permet de ne pas refroidir le catalyseur tout en limitant la consommation d'énergie si le conducteur ne démarre pas instantanément après l'extinction du témoin. La durée de la phase de maintien est limitée par calibration afin d'éviter une éventuelle surchauffe de la grille de préchauffage ou du catalyseur, et d'éviter une consommation électrique trop importante susceptible de décharger la batterie.
A l'étape 4, dans le cas où le conducteur ne démarre pas avant la fin de la phase de maintien du préchauffage, à faible puissance, le préchauffage est coupé. Le conducteur effectue alors le démarrage du moteur (étape 5). On maintient le préchauffage coupé (étape 6) pendant une durée de temporisation calibrable de quelques secondes.
On reprend ensuite, à l'étape 7, le chauffage à forte puissance de la grille de préchauffage tout en maintenant coupée la pompe de circulation d'air dont le fonctionnement n'est plus nécessaire. La durée de la chauffe de forte puissance de l'étape 7 dépend de la température d'eau. Toutefois, si pendant cette étape, le conducteur exige du moteur une charge importante supérieure à un seuil prédéterminé, le chauffage passe à un niveau de faible puissance afin d'éviter une possible surchauffe (étape
7a). La forte puissance du chauffage sera de nouveau utilisée lorsque la charge redescendra en dessous du seuil, avec un hystérésis calibrable pour tenir compte des temps de transfert au pot catalytique.
A la fin de la durée de chauffage de forte puissance, on passe à une étape 8 de chauffage à faible puissance pendant une durée calibrable.
L'étape 8 permet d'assurer un meilleur amorçage du catalyseur, tout en évitant les risques de surchauffe et en limitant la consommation électrique. La calibration des durées des différentes étapes dépendra des caractéristiques techniques du moteur, de son système de dépollution et des objectifs de dépollution et de consommation devant être atteints. On prévoira une compensation des variations de la charge du moteur par le système de régulation du ralenti du moteur lors de la mise en marche ou de l'arrêt du préchauffage en raison de la consommation de l'alternateur.
A l'étape 9, on commande l'arrêt du chauffage et l'arrêt de la pompe de circulation d'air si celle-ci a été actionnée après le démarrage du moteur.
A l'étape 10, on sort du processus de commande de chauffage.
A partir de l'étape 3 de maintien du préchauffage à faible puissance, si le démarrage du moteur a lieu pendant ladite étape 3, on passe alors à l'étape 11 dans laquelle le préchauffage est ramené à faible puissance afin de disposer de la capacité de la batterie pour alimenter le démarreur.
Après l'étape 1 1 , on reprend l'étape 7 corrime décrit plus haut.
Toutefois, si, lors de l'étape 1, il s'avère que la température d'eau est supérieure au seuil fixé ou que la tension de la batterie est insuffsante, on rejoint alors directement l'étape 10 et la possibilité de préchauffage n'est pas utilisée.
Pour effectuer les commandes nécessaires de la pompe de circulation d'air et de la grille de préchauffage, on utilise un calculateur relié au capteur de température d'eau, au capteur de la charge de la batterie, au capteur de température du catalyseur et au capteur de la charge du moteur. En cas de remise à zéro du calculateur, de calage du moteur ou de non-démarrages successifs, on passera directement à l'étape 10 de fin du préchauffage, ce qui constitue un mode de fonctionnement par défaut inhérent à un mauvais fonctionnement du véhicule et capable d'éviter une surchauffe de la grille de préchauffage. On réduit ainsi les risques de destruction prématurée du pot catalytique.
Grâce à l'invention, on utilise au mieux les avantages d'un pot catalytique à chauffage électrique, ce qui permet d'accroître de façon importante le potentiel de dépollution des gaz d'échappement. Si l'on se fixe un niveau d'émission donné de polluants, le dispositif et le procédé conformes à l'invention permettent de diminuer la puissance nécessaire de préchauffage et donc son coût ainsi que le coût du système d'alimentation électrique.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de pot catalytique destiné à traiter les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, comprenant des moyens de catalyse et une grille de préchauffage disposée en amont des moyens de catalyse dans le sens d'écoulement des gaz, caractérisé par le fait qu'il comprend une pompe de circulation d'air de la grille de préchauffage vers les moyens de catalyse pour permettre le chauffage des moyens de catalyse par l'air chauffé lors de son passage dans la grille de préchauffage avant le démarrage du moteur.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la pompe de circulation d'air et la grille de préchauffage sont alimentés par un réseau bitension.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il comprend un capteur de la température des moyens de catalyse.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il est relié à un capteur de la charge d'une batterie de démarrage du moteur.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il est relié à un capteur de la température d'eau du moteur.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il est relié à un capteur de la charge du moteur.
7. Procédé de commande du préchauffage d'un pot catalytique destiné à traiter les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, comprenant des moyens de catalyse et une grille de préchauffage disposée en amont des moyens de catalyse dans le sens d'écoulement des gaz, dans lequel préalablement au démarrage du moteur, on préchauffe la dite grille et on fait circuler de l'air de la grille de préchauffage vers les moyens de catalyse pour les mettre en température.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'on chauffe la grille après le démarrage du moteur.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé par le fait qu'on chauffe la grille pendant le démarrage du moteur, si le dit démarrage a lieu pendant la période de préchauffage.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé par le fait qu'on arrête le chauffage de la grille si le démarrage n'a pas lieu après une durée donnée de chauffage.
EP99915814A 1998-04-29 1999-04-22 Dispositif de pot catalytique Withdrawn EP1075590A1 (fr)

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