FR2822900A1

FR2822900A1 - Procede de rechauffement d'un catalyseur

Info

Publication number: FR2822900A1
Application number: FR0203776A
Authority: FR
Inventors: Ekkehard Pott; Eric Bree; Philipp Kai; Michael Zillmer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2002-10-04
Anticipated expiration: 2022-03-26
Also published as: DE10115968A1; DE10115968B4; FR2822900B1

Abstract

L'invention concerne un procédé de réchauffement d'au moins un catalyseur disposé dans une conduite des gaz d'échappement d'une machine à combustion interne, dans lequel, en particulier après la fin d'un démarrage du moteur (t0 ) de la machine à combustion interne, une température des gaz d'échappement et/ ou une température du catalyseur est augmentée au moins momentanément par au moins une mesure de type moteur.Il est prévu de réaliser le processus de réchauffement avec au moins deux groupes de paramètres (PE, PT) pour réguler la machine à combustion interne, entre lesquels il est possible de commuter pas à pas ou sans transition en fonction de données de fonctionnement de la machine à combustion interne et/ ou de la conduite des gaz d'échappement, au moins un premier groupe de paramètres (PE) concernant une faible émission de substances polluantes étant ajusté (optimisé en émissions polluantes) et au moins un second groupe de paramètres (PT) concernant l'obtention d'une température élevée de gaz d'échappement et/ ou d'une température élevée de catalyseur étant ajusté (optimisé en températures).

Description

DESCRIPTION La présente invention concerne un procédé de réchauffement d'au moins un catalyseur disposé dans la conduite des gaz d'échappement d'une machine à combustion interne, en particulier après un démarrage du moteur.

On utilise des catalyseurs dans le système d'échappement de machines à combustion interne pour réaliser une transformation des éléments polluants dans les gaz d'échappement de la machine à combustion interne en composants moins nuisibles pour l'environnement.

Pour devenir opérationnels, les catalyseurs doivent avoir été chauffés au moins à une température d'allumage ou marche-arrêt spécifique au catalyseur Etant donné que le catalyseur en particulier après un démarrage à froid du moteur de la machine à combustion interne ne présente pas en général pendant un certain temps sa température de démarrage, les éléments polluants des gaz d'échappement, pour l'essentiel à l'état non transformé, passent pendant ce temps dans l'atmosphère. On connaît diverses stratégies destinées à accélérer le réchauffement d'un catalyseur et à réduire les émissions polluantes au cours du réchauffement.

On utilise fréquemment des pré-catalyseurs de petits volumes disposés à proximité du moteur dans la conduite des gaz d'échappement.

Les pré-catalyseurs atteignent relativement rapidement leur température de démarrage du fait de leur faible masse thermique et de leur proximité spatiale avec le moteur et s'épargnent ainsi ce laps de temps jusqu'à ce que le catalyseur principal suivant, disposé plus en aval et de volume supérieur, ait atteint sa température de service.

Il est en outre habituel de décaler pendant le réchauffement un angle d'allumage au niveau duquel s'enflamme un mélange air-carburant dans un cylindre, en retard par rapport à un angle d'allumage de rendement supérieur. Grâce à ce décalage retard de l'angle d'allumage, le rendement du travail de la combustion est réduit et la température des gaz d'échappement est simultanément augmentée. Le procédé de postallumage trouve ses limites dans les angles d'allumage dans lesquels augmente de façon inacceptable une instabilité de marche de la machine à combustion interne ou lorsqu'un allumage fiable ne peut plus être garanti. D'autres procédés, par exemple une post-injection de carburant après allumage, avant ou après la fin d'une combustion, misent sur la libération de l'énergie de combustion directement au niveau du catalyseur lors de la transformation du carburant non brûlé dans le cylindre. Les inconvénients de ces procédés tiennent souvent en une formation de suie accrue et en problèmes de combustion instable et de formation de moments de moteur stables.

Un autre procédé destiné à augmenter la température des gaz d'échappement est obtenu via ce que l'on appelle une injection multiple, qui vient tout juste d'être décrite pour des machines à combustion interne à injection directe et à allumage par appareillage externe, dans lesquelles le carburant est directement injecté dans une chambre de combustion d'un cylindre au moyen de soupapes d'injection (documents WO 00/08328, EP 0 982 489 A2 et WO 00/57045). Un volume total de carburant à amener est ce faisant conduit vers une chambre de combustion du cylindre en étant partagé en deux fractions au cours d'un cycle de fonctionnement d'un cylindre en deux opérations d'injection. Une première injection précoce (injection homogène) s'opère au moment d'un cycle d'admission du cylindre, de sorte que le volume de carburant injecté présente une répartition dans la chambre de combustion au moins majoritairement homogène par rapport au moment postérieur de

l'allumage. Une seconde injection tardive (injection stratifiée) en revanche s'opère au cours d'un cycle de compression ultérieur, en particulier au cours de la seconde moitié du cycle de compression et provoque ce que l'on appelle une charge stratifiée, dans laquelle le nuage de carburant injecté se concentre pour l'essentiel dans la zone environnant une bougie d'allumage du cylindre. Un fonctionnement mixte existe ainsi de charge stratifiée et de charge homogène en cas de fonctionnement en injection multiple de la machine à combustion interne. Le fonctionnement en injection multiple provoque du fait de son évolution de combustion de nature spécifique une hausse de température des gaz d'échappement par comparaison à un fonctionnement purement homogène. Il découle de l'injection multiple un avantage supplémentaire de réduction des émissions brutes d'oxydes d'azote NOx et d'hydrocarbures HC non brûlés, qui globalement conduit à une baisse des émissions de substances polluantes au cours de la phase de réchauffement.

Le problème rencontré dans pratiquement toutes les mesures de chauffage par rapport à un fonctionnement permettant un rendement optimal du moteur tient en l'émission brute supplémentaire de substances polluantes qui ne sont pas transformées du fait que le catalyseur n'est pas encore en état de marche ou imparfaitement.

La présente invention a en conséquence pour objectif de mettre à disposition un procédé de réchauffement d'un catalyseur qui garantisse un réchauffement du catalyseur aussi rapide que possible tout en garantissant une émission de substances polluantes aussi réduite que possible.

Cet objectif est atteint par un procédé caractérisé en ce que le processus de réchauffement est réalisé sur la base d'au moins deux groupes de paramètres pour réguler la machine à combustion interne, entre lesquels on peut commuter pas à pas ou sans transition en fonction de données de fonctionnement de la machine à combustion interne et/ou de la conduite des gaz d'échappement et qu'au moins un premier groupe de paramètres repose sur l'émission réduite de substances polluantes (optimisation des émissions polluantes) et qu'au moins un second groupe de paramètres repose sur une température élevée des gaz d'échappement et/ou du catalyseur (optimisation de la température), le

processus de réchauffement est adapté aux besoins à un point de fonctionnement réel de la machine à combustion interne ou de la conduite des gaz d'échappement.

Il est à cet égard prévu en particulier d'exécuter le processus de réchauffement au terme du démarrage du moteur d'abord surtout en fonction du groupe de paramètres concernant l'optimisation des émissions polluantes. Attendu que dans cette première phase les substances polluantes présentes dans les gaz d'échappement, au moins pour l'essentiel non transformées en raison des températures encore basses du catalyseur, traversent le système catalyseur, l'abaissement des émissions brutes en particulier d'hydrocarbures HC non brûlés réduit sensiblement le niveau d'émission des substances polluantes. Une phase plus tardive du processus de réchauffement s'effectue alors essentiellement en fonction du groupe de paramètres concernant l'optimisation des températures pour pouvoir réaliser-dès l'obtention d'une certaine température de catalyseur en particulier dans un premier catalyseur et dès que se présente un taux de transformation notable-un réchauffement aussi rapide que possible du système catalyseur dans son ensemble ou de parties de celui-ci en acceptant une émission brute supérieure.

Les données de fonctionnement de la machine à combustion interne et/ou de la conduite des gaz d'échappement qui régissent la commutation pas à pas ou sans transition entre les groupes de paramètres, ou selon les cas, entre les modes de fonctionnement correspondants, comprennent de préférence les données de température dudit au moins un catalyseur ou celles qui permettent de déduire la température du catalyseur. Les données de fonctionnement comprennent avant tout la température réelle du catalyseur et/ou une température de catalyseur au démarrage du moteur et/ou une dynamique de la température du catalyseur et/ou une température réelle du moteur et/ou une température du moteur au démarrage du moteur. Pour déterminer la température du catalyseur, on peut en outre déduire une température des gaz d'échappement mesurée ou modélisée sur la base de paramètres de fonctionnement appropriés de la machine à combustion interne. Les données de fonctionnement pertinentes peuvent par ailleurs comprendre entre autres un point de fonctionnement, en particulier une charge de

moteur et/ou un régime du moteur et/ou une résistance interne d'une sonde lambda intercalée dans la machine à combustion interne et/ou une durée écoulée à compter du démarrage du moteur et/ou un volume de carburant consommé après le démarrage du moteur et/ou un nombre de tours du moteur effectué depuis le démarrage du moteur et/ou une distance parcourue depuis le démarrage du moteur et/ou une quantité de chaleur introduite dans le système catalyseur depuis le démarrage du moteur.

Dans une forme de réalisation avantageuse du procédé, il est fourni une valeur de seuil pour au moins l'une de ces données de fonctionnement, dont le dépassement provoque la commutation entre les groupes de paramètres, en particulier entre le groupe de paramètres d'optimisation des émissions polluantes et le groupe d'optimisation des températures. Il est ainsi par exemple possible, dans le cas d'un dépassement d'une température de catalyseur donnée, en particulier d'au moins une zone d'un pré-catalyseur à proximité du moteur, en acceptant un niveau d'émission brute des substances polluantes accru, de passer au mode de fonctionnement optimisé en températures. Ce seuil de température doit à cet égard être mesuré de telle sorte que le catalyseur puisse réaliser une transformation au moins majoritaire de l'émission brute de substances polluantes en mode optimisé en températures. Dans une autre variante de forme de réalisation du procédé, cette commutation en une étape est remplacée par une commutation sans transition entre les groupes de paramètres. Il s'effectue ce faisant une pondération des groupes de paramètres en fonction des données de fonctionnement citées et une régulation du processus de réchauffement selon des paramètres qui sont fournis par interpolation entre les groupes de paramètres pondérés et qui sont actualisés de façon continue. La pondération s'effectue de préférence de sorte qu'un poids du groupe de paramètres optimisé en émissions polluantes soit fort en cas de basses températures de catalyseurs et qu'il s'affaiblisse à mesure qu'augmentent les températures de catalyseurs. Etant donné que le procédé de logique floue en raison de la multiplicité des critères par rapport à des procédés classiques entraîne une simplification de l'application et une réduction des calculs pour réguler un moteur, l'utilisation d'une méthode reposant sur le

procédé de logique floue s'offre pour la pondération et/ou l'interpolation. En outre, il est possible dans cette forme de réalisation avec une commutation sans transition d'adapter de façon plus détaillée le réchauffement à un moment de conduite réel, étant donné que tous les paramètres concernant les émissions sont constamment pris en compte. Il est ainsi possible au bout du compte d'obtenir un niveau d'émissions brutes encore inférieur derrière le système catalyseur par rapport à la commutation s'effectuant pas à pas.

Dans le cas d'une machine à combustion interne à allumage par appareillage externe, capable de fonctionner avec un mélange de carburant pauvre et pourvue d'un système à injection directe, la mesure de chauffage de type moteur comprend de préférence une injection multiple, dans laquelle ont lieu à l'intérieur d'un cycle de travail d'un cylindre au moins deux injections de carburant dans le cylindre, une première injection ayant lieu pendant un cycle d'admission et une seconde injection ayant lieu au cours d'un cycle de compression, en particulier au cours de la seconde moitié du cycle de compression Il est dans ce contexte prévu de façon particulièrement préférée que la machine à combustion interne soit en outre capable de fonctionner en charge stratifiée, de telle sorte que le carburant injecté au cours de la seconde injection de l'injection multiple se concentre à un moment d'allumage essentiellement sous forme d'un nuage de carburant dans la zone d'une bougie d'allumage du cylindre. La formation de ce nuage de charge stratifiée peut de façon avantageuse être soutenue par des mesures structurelles connues qui prendront la forme par exemple d'une paroi et/ou d'un guidage de l'air. Une mesure concrétisée par une paroi peut par exemple se traduire par une conception spéciale de fond de piston, en particulier avec des cavités. De l'autre côté, le guidage par l'air du nuage de charge stratifiée peut être réalisé en créant dans la chambre de combustion du cylindre les conditions précises de circulation de l'air, par exemple sous la forme de ce que l'on appelle un courant centrifuge ou cyclonique. On connaît pour ce faire par exemple la mise en place de volets de mouvement de charge dans des tuyaux d'admission d'air du cylindre, qui provoquent une déviation du courant d'air. Il est de préférence généré par la première injection (injection homogène) un

mélange air-carburant homogène, pauvre et incapable de s'enflammer spontanément, de telle sorte que seule la seconde injection dans la zone de la bougie d'allumage peut créer un mélange capable de s'enflammer.

Après l'inflammation et la combustion de ce mélange nuageux, la flamme migre dans les zones extérieures homogènes de la chambre de combustion et s'y consume beaucoup plus lentement du fait de la quantité moindre de carburant. Le rendement du moteur décroît alors et un apport d'énergie dans les gaz d'échappement augmente. Un rapport des fractions de carburant des deux injections peut être compris dans la gamme de 20 pour 80 % jusqu'à 80 pour 20 %, un rapport air-carburant plus moyen dans la chambre de combustion étant de préférence compris entre 0,9 et 1,2.

La mesure de type moteur peut en outre comprendre un décalage de l'angle d'allumage, en particulier dans le sens d'un retard d'angle d'allumage, une injection multiple et un retard d'allumage étant alors de préférence utilisés en combinaison.

Dans le cas d'une combinaison d'une injection multiple et d'un retard d'allumage, les groupes de paramètres comprennent comme paramètres de régulation essentiels, un angle d'allumage et/ou un angle d'injection de la seconde injection de l'injection multiple eUou un rapport air-carburant et/ou des fractions de carburant des première et seconde injections du fonctionnement en injection multiple. Bien entendu, les groupes de paramètres peuvent contenir d'autres paramètres variables ou constants, comme par exemple un taux de recyclage des gaz d'échappement ou une pression d'injection. Le groupe de paramètres optimisé en émissions polluantes comprend de préférence un angle d'allumage plus précoce que le groupe de paramètres optimisé en températures et/ou un angle d'injection de la seconde injection plus précoce et/ou un rapport air-carburant plus pauvre.

Le principe du procédé selon l'invention ne se limite pas à l'allumage retardé ou à l'injection multiple. La mesure de type moteur destinée à augmenter la température des gaz d'échappement et/ou du catalyseur peut au contraire comprendre bien d'autres procédés, par exemple une post-injection de carburant dans les cylindres, après le moment de l'allumage et avant, pendant ou après la fin de la combustion.

On connaît par ailleurs une post-combustion des gaz d'échappement dans laquelle un mélange composé de gaz d'échappement riches et d'air secondaire s'enflamme dans le système d'échappement, avec ou sans dispositif d'allumage supplémentaire, ou une augmentation du nombre de tours en marche à vide se produit. Des mesures de chauffage de type non moteur peuvent en outre être adoptées, en particulier un chauffage électrique du catalyseur etiou un chauffage du catalyseur au moyen d'un brûleur etiou une commande de la transmission appropriée, dans laquelle les points de changement de vitesse sont décalés vers un nombre de tours supérieur.

La présente invention sera ci-après expliquée davantage dans le détail sur la base d'exemples de formes de réalisation des dessins associés qui montrent :
A la figure 1, schématiquement une disposition d'une machine à combustion interne avec un système d'échappement monté en amont ;
A la figure 2, l'évolution dans le temps de divers paramètres selon une première forme de réalisation du procédé selon l'invention ;
A la figure 3, un diagramme en barres d'une émission brute de HC cumulée et d'une température de catalyseur en fonction des différents groupes de paramètres pour le réchauffement du catalyseur, et
A la figure 4, une évolution dans le temps de divers paramètres selon une seconde forme de réalisation du procédé selon l'invention.

La figure 1 montre une machine à combustion interne 10 à allumage par appareillage externe et capable de fonctionner avec un mélange de carburant pauvre et pourvue d'un système à injection directe, qui comprend par exemple quatre cylindres 12. La machine à combustion interne 10 dispose d'un système à injection directe non représenté, via lequel s'effectue une injection de carburant directement dans les cylindres 12. Des gaz d'échappement générés par la machine à combustion interne 10 sont guidés à travers un conduit d'échappement 14 d'un système d'échappement et le système catalyseur 16,18 qui y est logé. Le système catalyseur comprend un pré-catalyseur 16 peu volumineux placé à proximité du moteur, ainsi qu'un catalyseur principal 18, par exemple un catalyseur à réserve de NOx, qui ordinairement est disposé sous le plancher. La régulation d'un rapport air-

carburant A admis à la machine à combustion interne 10 se fait en mesurant la concentration d'oxygène dans les gaz d'échappement à l'aide d'une sonde lambda 20. Un détecteur de température 22 qui est disposé en aval du pré-catalyseur 16 dans le conduit d'échappement 14 permet la mesure d'une température des gaz d'échappement et ainsi des répercussions sur la température du pré-catalyseur 16 eVou du catalyseur principal 18. En variante, le détecteur de température 22 peut également être disposé ailleurs, par exemple en amont ou dans le pré-catalyseur 16.

Par ailleurs, la température du catalyseur TKAT peut également être calculée au moyen de paramètres de fonctionnement réels de la machine à combustion interne 10 sur la base de modèles appropriés. Les signaux fournis par les capteurs 20,22 ainsi que divers paramètres de fonctionnement de la machine à combustion interne 10 sont transmis à une unité de régulation du moteur 24, où ils sont évalués et traités en fonction d'algorithmes et de réseaux de caractéristiques enregistrés. En fonction de ces signaux, une commande de régulation de la machine à combustion interne 10 est exécutée par l'unité de régulation du moteur 24, en particulier en fonction du rapport air-carburant A, d'un mode d'injection, ainsi que de l'allumage.

Si, par exemple à la suite d'un démarrage à froid du moteur, une température du système catalyseur, en particulier du précatalyseur 16 est déterminée à l'aide du détecteur de température 22 ou par calcul, qui se trouve en-deçà d'une température de démarrage nécessaire pour une transformation suffisante des substances polluantes, alors l'unité de régulation du moteur 24 lance diverses procédures pour augmenter la température des gaz d'échappement eVou la température du catalyseur TKAT. Le fonctionnement de la machine à combustion interne 10 est de préférence commuté de l'injection unique en injection multiple. Il s'effectue à cet égard en fonctionnement en injection multiple, une première injection précoce, de préférence dans la première moitié d'un cycle d'admission d'un cylindre 12, de telle sorte que le carburant amené dans cette injection se trouve à un moment d'allumage postérieur pour l'essentiel réparti de façon homogène dans la chambre de combustion (injection homogène). Une seconde injection de carburant, tardive (injection stratifiée) se produit en particulier dans la seconde moitié d'un

cycle de compression. Le carburant amené dans l'injection stratifiée soutenu par des mesures de guidage par parois et/ou par l'air se trouve au moment de l'allumage pour l'essentiel sous la forme d'un nuage de charge stratifiée dans la zone d'une bougie d'allumage d'un cylindre 12. Comme mesure de chauffage supplémentaire, un angle d'allumage est décalé dans le sens d'un moment d'allumage tardif par rapport à un moment d'allumage au degré de rendement du moteur maximal. Ainsi, les processus de combustion particuliers du fonctionnement en injection multiple, ainsi que l'allumage tardif provoquent une élévation de la température des gaz d'échappement et donc un réchauffement accéléré du système catalyseur 16,18.

En accord avec la présente invention, il existe au moins deux groupes de paramètres dans l'unité de régulation du moteur 24, selon lesquels la machine à combustion interne 10 peut être commandée au cours de la procédure de réchauffement du système catalyseur 16,18. Il est ce faisant optimisé au moins un groupe de paramètres par rapport à une émission brute réduite de la machine à combustion interne 10, en particulier des hydrocarbures non brûlés HC, tandis qu'un second groupe de paramètres est ajusté concernant un pouvoir de chauffage aussi fort que possible. La commutation entre les groupes de paramètres distincts, qui peut s'opérer pas à pas ou sans transition, est exécutée en fonction d'une pluralité de données de fonctionnement de la machine à combustion interne 10 et/ou de la conduite des gaz d'échappement, en particulier en fonction d'une température du pré-catalyseur 16.

L'évolution de différents paramètres au cours du processus de réchauffement du système catalyseur 16,18 selon une première forme de réalisation du procédé dans lequel le processus de réchauffement s'opère en deux phases avec deux groupes de paramètres, PE et PT, avec une commutation en une phase, est représentée à la figure 2. Le fonctionnement de réchauffement est commencé peu de temps après la fin d'un démarrage de moteur to au moment tB, l'injection multiple et le décalage de retard de l'angle d'allumage étant utilisés comme mesures de chauffage de type moteur. Il s'opère ce faisant au cours de la première phase du processus de réchauffement, la régulation de la machine à combustion interne 10 selon des paramètres qui sont enregistrés dans le

groupe des paramètres optimisé en émissions polluantes PE. L'état de fonctionnement, notamment une activation des groupes de paramètres, figure dans la partie supérieure de la figure 2. Des études conduites sur une machine à combustion interne capable de charge stratifiée, à l'allumage par appareillage extérieur avec injection directe et cylindrée de deux litres, disposant d'un procédé de combustion à guidage par air et par parois ont fait apparaître pour le fonctionnement optimisé en émissions polluantes brutes, un groupe de paramètres PE avec un faible retard d'allumage, une valeur de pré-régulation lambda relativement élevée et une fin d'injection de l'injection stratifiée précoce, comme avantageux. Il s'est ici imposé en particulier un angle d'allumage az de 0 à 200 après un point mort d'allumage haut ZOT, de préférence de 10 0 après le point mort d'allumage haut (partie inférieure de la figure). Il est simultanément commandé de préférence une fin de l'injection stratifiée avec un angle d'injection apE de 100 à 40"avant le point mort d'allumage haut, en particulier de 90 à 50 avant le point mort d'allumage haut, de préférence de 600 avant le point mort d'allumage haut. Le rapport air-carburant A est dans cette phase précommandé ou selon les cas réglé de préférence sur 1,1 à 1,3, en particulier sur 1,2 (partie centrale de la figure). Ce fonctionnement pauvre en émissions est conservé en maintenant constants les paramètres az, aEE, A, jusqu'à ce que des données de fonctionnement préétablies de la machine à combustion interne 10 ou du système d'échappement atteignent des valeurs de seuil préétablies. Une température minimale peut à cet égard être prise en compte au moins d'une première zone du pré-catalyseur 16, qui garantit une certaine puissance de transformation minimale. Lorsqu'est atteint le seuil, on commute au moment de commutation tu du mode de fonctionnement optimisé en émissions polluantes en mode de fonctionnement optimisé en températures avec le groupe de paramètres PT. En raison de l'activité de transformation minimale du pré-catalyseur 16 désormais disponible, on peut ici compter sur une certaine augmentation de l'émission brute des substances polluantes. Grâce à un potentiel de chauffage aussi élevé que possible, il doit simultanément se produire un réchauffement du système catalyseur 16,18 aussi rapide que possible. Se sont à cet égard avérés avantageux dans l'exemple précédent, un fort retard d'allumage, une fin

tardive de l'injection stratifiée, ainsi qu'une faible valeur de pré-régulation lambda. Se sont particulièrement imposés un angle d'allumage az de 15 à 450 après le point mort d'allumage haut, en particulier de l'ordre de 300 après le point mort d'allumage haut, ainsi qu'une fin d'injection o. EE de l'injection stratifiée en fonctionnement en injection multiple de 60 à 200 avant le point mort d'allumage haut, en particulier de 50 à 30 avant le point mort d'allumage haut, de préférence de 400 avant le point mort d'allumage haut. Il est à cet égard ajusté un rapport air-carburant ^ entre 1,0 et 1,2, de préférence de l'ordre de 1,1. Etant donné que les paramètres optimaux varient largement en fonction du type de construction de la machine à combustion interne 10, les valeurs citées ne sont données qu'à titre d'exemples. Il est mis un terme au fonctionnement de réchauffement au moment tE, par exemple lorsque le pré-catalyseur 16 a au moins atteint sa presque totale capacité de fonctionnement. A ce moment-là, on commute de nouveau en mode de fonctionnement en injection unique et le décalage de retard d'angle d'allumage est repris. Le rapport air-carburant X est prédéterminé en fonction du point de fonctionnement momentané, dans cet exemple à 1 = 1.

Les effets d'un fonctionnement de la machine à combustion interne 10 selon divers groupes de paramètres sur une émission brute de HC cumulée et sur une température de catalyseur TKAT d'un précatalyseur 16 disposé approximativement 30 mm en aval de la machine à combustion interne 10 sont représentés à la figure 3. La mesure s'est à cet égard effectuée respectivement 12 secondes après un démarrage à froid du moteur à 20 oe avec un profil de vitesse de véhicule correspondant au nouveau cycle européen de conduite normalisée (NEFZ). Les données sur le côté gauche de l'illustration ont été recueillies avec un procédé de chauffage de catalyseur classique avec retard d'allumage, pour un angle d'allumage az de 100 après le point mort d'allumage haut en fonctionnement en injection unique et servent de référence. Les données de la partie centrale et de la partie de droite de l'illustration correspondent aux mesures réalisées avec le groupe de paramètres optimisé en émissions PE avec az de 100 après le point mort d'allumage haut, o. EE de 600 avant le point mort d'allumage haut et k de 1,2, ou avec le groupe de paramètres optimisé en températures PT, avec

oz de 300 après le point mort d'allumage haut, apE de 400 avant le point mort d'allumage haut et À de 1, 1. Les colonnes de gauche montrent respectivement l'émission brute de HC cumulée sur 12 secondes après le démarrage du moteur, c'est-à-dire l'émission de HC avant le système catalyseur 16,18, les émissions brutes de HC étant réciproquement normalisées en fonction du fonctionnement ordinaire avec retard d'allumage PK. Les colonnes de droite montrent respectivement la température TKAT du pré-catalyseur 16, qui a été fournie avec un emplacement de mesure de la température à environ 20 mm en aval d'une surface d'entrée de gaz. La comparaison des émissions brutes de HC des différents modes de fonctionnement montre d'une part qu'en fonctionnement en injection multiple PE, PT, l'émission brute de HC peut être sensiblement réduite par rapport au fonctionnement en injection unique PK, notamment à près de 80 % en fonctionnement optimisé en températures avec le groupe de paramètre PT et même à près de 35 % lorsque les paramètres sont ajustés par rapport à des émissions de substances polluantes aussi réduites que possible (groupe de paramètres PE). Il est par ailleurs obtenu en fonctionnement en injection multiple fondamentalement une performance de chauffage supérieure à celle obtenue avec le retard d'allumage classique. Alors que la température du catalyseur mesurée TKAT du pré-catalyseur 16, 12 secondes après le démarrage du moteur n'est que de 50 C, une température du catalyseur TKAT de près de 65 C est obtenue en fonctionnement en injection multiple optimisé en émissions polluantes PE et une température du catalyseur TKAT de 200 C même est observée en fonctionnement en injection multiple optimisé en températures PT. On constate ainsi pour finir que le fonctionnement en injection multiple avec retard d'allumage est largement supérieur fondamentalement, tant pour ce qui est de l'émission des substances polluantes que pour ce qui est du pouvoir de chauffage, au fonctionnement en injection unique avec retard d'allumage. Il apparaît clairement en outre que des effets exceptionnels peuvent être atteints en terme d'émissions brutes de HC d'une part et de pouvoir de chauffage d'autre part, en fonctionnement en injection multiple avec retard d'allumage en ajustant correctement les paramètres permettant de réguler la machine à combustion interne 10. Ainsi, en sélectionnant

judicieusement les groupes de paramètres respectifs, il est possible de réduire les émissions brutes de HC et ainsi les émissions finales de HC par rapport aux procédés classiques et simultanément d'obtenir un réchauffement accéléré du système catalyseur.

La figure 4 montre comment les paramètres évoluent dans le temps au cours du processus de réchauffement selon une seconde forme de réalisation avantageuse du procédé, dans lequel au lieu de la commutation pas à pas, il s'opère une commutation continue entre les deux groupes de paramètres PE et PT. Il est ici entrepris en fonction des données de fonctionnement déjà énoncées, en particulier de la température du catalyseur TKAT, une pondération des groupes de paramètres PE et PT et la machine à combustion interne 10 est commandée avec des paramètres interpolés. Le fonctionnement du processus de réchauffement commence selon l'exemple illustré au moment tB en fonctionnement optimisé en émissions polluantes pur, à savoir avec un poids du groupe de paramètres PE à 100 %. A la suite du processus de réchauffement, en particulier alors que la température du catalyseur TKAT augmente, le fonctionnement optimisé en émissions polluantes perd du poids au profit du fonctionnement optimisé en températures. L'angle d'allumage az et l'angle d'injection o. EE de l'injection stratifiée sont en conséquence de plus en plus décalés dans le sens d'un retard. Il se produit simultanément une baisse de la valeur de régulation lambda A. La transition continue du fonctionnement optimisé en émissions polluantes au fonctionnement optimisé en températures a, par rapport à la forme de réalisation illustrée à la figure 2, l'avantage de considérer plus exactement l'état de fonctionnement réel de la machine à combustion interne 10 et permet ainsi de réduire encore les émissions tout en réchauffant plus rapidement le catalyseur.

Liste des références chiffrées
10 machine à combustion interne
12 cylindre
14 canal des gaz d'échappement
16 pré-catalyseur
18 catalyseur principal/catalyseur à réserve de NOx 20 sonde lambda 22 détecteur de température 24 unité de régulation du moteur az angle d'allumage aEE injection stratifiée de régulation EE injection unique ^ rapport air-carburant ME injection multiple PE groupe de paramètres optimisé en émissions polluantes PK groupe de paramètres conventionnel PT groupe de paramètres optimisé en températures t temps to fin du démarrage moteur tB début de phase de réchauffement tE fin de phase de réchauffement tu moment de commutation TKAT température du catalyseur ZOT point mort d'allumage haut

Claims

REVENDICATIONS 1. Procédé de réchauffement d'au moins un catalyseur (16, 18) disposé dans la conduite des gaz d'échappement d'une machine à combustion interne (10), dans lequel, en particulier après la fin d'un démarrage du moteur (to) de la machine à combustion interne (10), une température des gaz d'échappement et/ou une température du catalyseur (TKAT) est augmentée au moins momentanément par au moins une mesure de type moteur, caractérisé en ce que le processus de réchauffement est réalisé avec au moins deux groupes de paramètres (PE, PT) pour réguler la machine à combustion interne (10), entre lesquels il est possible de commuter pas à pas ou sans transition en fonction de données de fonctionnement de la machine à combustion interne (10) et/ou de la conduite des gaz d'échappement, au moins un premier groupe de paramètres (PE) concernant une faible émission de substances polluantes étant ajusté (optimisé en émissions polluantes) et au moins un second groupe de paramètres (PT) concernant l'obtention d'une température élevée de gaz d'échappement et/ou d'une température élevée de catalyseur (TKAT) étant ajusté (optimisé en températures).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le groupe de paramètres optimisé en émissions polluantes (PE) pour l'essentiel est ajusté sur un faible niveau d'émission brute d'hydrocarbures non brûlés (HC) de la machine à combustion interne (10).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'après la fin du démarrage moteur (to), on exécute le processus de réchauffement d'abord pour l'essentiel selon le groupe de paramètres optimisé en émissions polluantes (PE), puis ultérieurement selon le groupe de paramètres optimisé en températures (PT).
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les données de fonctionnement de la machine à combustion interne (10) et/ou de la conduite des gaz d'échappement comprennent une température du catalyseur réelle (TWAT) et/ou une température du catalyseur (TWAT) au moment du démarrage du moteur et/ou une dynamique de la température du catalyseur (Tr) et/ou

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une température de moteur réelle et/ou une température de moteur au moment d'un démarrage du moteur.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les données de fonctionnement de la machine à combustion interne (10) et/ou de la conduite des gaz d'échappement comprennent un point de fonctionnement du moteur, en particulier une charge du moteur et/ou un régime du moteur et/ou une résistance interne d'une sonde lambda (20) intercalée dans la machine à combustion interne (10) et/ou une durée écoulée à compter du démarrage du moteur (t) et/ou un volume de carburant consommé après le démarrage du moteur et/ou un nombre de tours du moteur effectué depuis le démarrage du moteur et/ou une distance parcourue depuis le démarrage du moteur et/ou une quantité de chaleur introduite dans le système catalyseur depuis le démarrage du moteur
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est prédéfini pour au moins l'une des données de fonctionnement une valeur de seuil et en ce qu'il s'opère une commutation en cas de dépassement de la valeur de seuil entre le groupe de paramètres optimisé en émissions polluantes (PE) et le groupe de paramètres optimisé en températures (PT).
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les groupes de paramètres (PE, PT) sont pondérés en fonction des données de fonctionnement et en ce que le processus de réchauffement est exécuté de façon variable avec des paramètres interpolés entre les groupes de paramètres pondérés (PE, PT)
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'une pondération du groupe de paramètres optimisé en émissions polluantes (PE) est forte en cas de basses températures du catalyseur (TKAT) et en ce qu'elle diminue à mesure qu'augmentent les températures du catalyseur (TWAT)
9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la pondération et/ou l'interpolation reposent sur une méthode sous-tendue par un procédé de logique floue
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la machine à combustion interne (10)

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a un allumage par appareillage externe et est à Injection directe et en ce que la mesure de type moteur comprend une injection multiple (ME), au moins deux injections de carburant étant pratiquées dans le cylindre (12) au cours d'un cycle de travail d'un cylindre (12) de la machine à combustion interne (10), une première injection s'opérant au cours de l'opération d'admission du cycle de travail et une seconde injection s'opérant au cours de l'opération de compression.
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la machine à combustion interne (10) est capable de fonctionner en charge stratifiée et en ce qu'un carburant injecté au cours de la seconde injection de l'injection multiple (ME) est concentré à un moment d'allumage pour l'essentiel dans la zone d'une bougie d'allumage du cylindre (12).
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mesure de type moteur comprend un décalage de l'angle d'allumage, en particulier dans le sens d'un angle d'allumage (az) retardé.
13. Procédé selon l'une des revendications 11 et 12, caractérisé en ce que les groupes de paramètres (PE, PT) comprennent un angle d'allumage (az) et/ou un angle d'injection (aEE) de la seconde injection de l'injection multiple (ME) et/ou un rapport air-carburant (À) et/ou des fractions de carburant des première et seconde injections de l'injection multiple (ME)
14. Procédé selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que le groupe de paramètres optimisé en émissions polluantes (PE) comprend un angle d'allumage (cxz) plus précoce que celui du groupe de paramètres optimisé en températures (PT).
15. Procédé selon l'une des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que le groupe de paramètres optimisé en émissions polluantes (PE) comprend un angle d'injection (CXEE) de la seconde injection plus précoce que celui du groupe de paramètres optimisé en températures (PT)
16. Procédé selon l'une des revendications 11 à 15, caractérisé en ce que le groupe de paramètres optimisé en émissions polluantes (PE) comprend un rapport air-carburant (k) plus pauvre que celui du groupe de paramètres optimisé en températures (PT).

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17. Procédé selon l'une des revendications 11 à 16, caractérisé en ce que l'angle d'allumage (az) du groupe de paramètres optimisé en émissions polluantes (PE) est compris entre 0 et 200C après un point mort d'allumage haut (ZOT), en particulier est de 100 après un point mort d'allumage haut.
18. Procédé selon l'une des revendications 11 à 17, caractérisé en ce que la fin d'injection (aEE) de la seconde injection du groupe de paramètres optimisé en émissions polluantes (PE) est comprise entre 100 et 40 C, en particulier entre 90 et 50 0 avant un point mort d'allumage haut (ZOT), en particulier est de 600 avant un point mort d'allumage haut.
19. Procédé selon l'une des revendications 11 à 18, caractérisé en ce que le rapport air-carburant du groupe de paramètres optimisé en émissions polluantes (PE) est compris entre 1,1 et 1,3, en particulier est de 1,2.
20. Procédé selon l'une des revendications 11 à 19, caractérisé en ce que l'angle d'allumage (az) du groupe de paramètres optimisé en températures (PT) est compris entre 15 et 45 C après un point mort d'allumage haut (ZOT), en particulier est de 300 après un point mort d'allumage haut.
21. Procédé selon l'une des revendications 11 à 20, caractérisé en ce que la fin d'injection (aEE) de la seconde injection du groupe de paramètres optimisé en températures (PT) est comprise entre 60 et 20 C, en particulier entre 50 et 30 0 avant un point mort d'allumage haut (ZOT), en particulier est de 400 avant un point mort d'allumage haut.
22. Procédé selon l'une des revendications 11 à 21, caractérisé en ce que le rapport air-carburant (X) du groupe de paramètres optimisé en températures (PT) est compris entre 1,0 et 1,2, en particulier est de 1,1.
23. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mesure de type moteur comprend une post-injection de carburant dans les cylindres (12) après allumage, avant, pendant ou après la fin de la combustion et/ou une postcombustion des gaz d'échappement et/ou une accélération du régime de rotation à vide.

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24. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des mesures de type non moteur sont prises au cours du processus de réchauffement, en particulier un chauffage électrique du catalyseur et/ou un chauffage du catalyseur au moyen d'un brûleur et/ou une commande de la transmission appropriée, dans laquelle les points de changement de vitesse sont décalés vers un nombre de tours supérieur.