FR2886977A1 - Systeme de controle du fonctionnement d'un rechauffeur d'un catalyseur d'oxydation integre dans une ligne d'echappement d'un moteur de vehicule automobile - Google Patents

Systeme de controle du fonctionnement d'un rechauffeur d'un catalyseur d'oxydation integre dans une ligne d'echappement d'un moteur de vehicule automobile Download PDF

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Abstract

Ce système de contrôle du fonctionnement d'un réchauffeur d'un catalyseur d'oxydation intégré dans une ligne d'échappement d'un moteur Diesel de véhicule automobile, est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (1,2) de détection d'une phase de décélération du moteur et des moyens d'analyse de la température du moteur pour activer le réchauffeur lorsque la température du moteur est comprise dans une plage de température prédéterminée (Tmin, Tmax) et que le moteur est en phase de décélération.

Description

La présente invention concerne un système de contrôle du fonctionnement
d'un réchauffeur d'un catalyseur d'oxydation intégré dans une ligne d'échappement d'un moteur Diesel de véhicule automobile.
Les réglementations relatives aux polluants automobiles sont de plus en plus sévères. A l'horizon 2010, la norme Euro V prévoit une nouvelle baisse des seuils réglementaires pour les émissions de CO, HC, NOx, et de particules rejetées à l'échappement des moteurs des véhicules automobiles.
En ce qui concerne les moteurs Diesel, les émissions de NOx sont les émissions les plus délicates à traiter par le post-traitement. Aussi, de nouveaux systèmes de combustion Diesel sont actuellement développés pour réduire ces émissions NOx à la source. Toutefois, ces nouveaux systèmes tendent à augmenter les émissions de CO et HC et à baisser la température des gaz d'échappement. Dans ce contexte, l'efficacité du catalyseur d'oxydation Diesel (DOC) qui permet de traiter les émissions CO et HC, doit nécessairement être améliorée afin de respecter les futures normes.
Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes.
A cet effet, l'invention a pour objet un système de contrôle du fonctionnement d'un réchauffeur d'un catalyseur d'oxydation intégré dans une ligne d'échappement d'un moteur Diesel de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détection d'une phase de décélération du moteur et des moyens d'analyse de la température du moteur pour activer le réchauffeur lorsque la température du moteur est comprise dans une plage de température prédéterminée et que le moteur est en phase de décélération.
Suivant d'autres caractéristiques de l'invention: - les moyens de détection de la phase de décélération du moteur comprennent des moyens de détection d'une injection de carburant nulle pendant une période de temps prédéterminée et un régime de rotation du moteur supérieur au régime de ralenti de celui-ci; - les moyens d'analyse de la température du moteur comprennent des moyens d'analyse de la température du liquide de refroidissement de celui-ci; - la plage de température est comprise entre environ 30 C et environ 75 C; - il comporte des moyens de temporisation de la coupure du réchauf- feur; et - le réchauffeur est un réchauffeur électrique placé en amont du catalyseur d'oxydation.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - les Fig. 1 et 2 représentent des courbes d'efficacité de conversion d'un catalyseur d'oxydation, - la Fig. 3 représente une courbe illustrant le désamorçage d'un catalyseur d'oxydation, - la Fig.4 représente des courbes d'évolution de la température du liquide de refroidissement d'un moteur et des gaz d'échappement d'un moteur, - la Fig.5 illustre un schéma synoptique représentant le fonctionnement d'un système de contrôle selon l'invention; et - la Fig.6 représente des courbes montrant l'évolution de la tempéra15 ture à l'échappement avec et sans application du système de contrôle selon l'invention.
On a en effet illustré sur les figures 1 et 2, des exemples d'efficacité de conversion du catalyseur d'oxydation (DOC) vis à vis des émissions CO et HC lors d'un cycle MVEG réalisé sur un véhicule à moteur Diesel de type X_EURO4.
Comme il ressort de ces figures, les émissions de CO et de HC sont difficilement converties par le DOC principalement durant la phase froide du cycle MVEG, c'est-à-dire en fait les 800 premières secondes du cycle. En effet, le catalyseur n'est pas suffisamment chaud sur l'ensemble du cycle pour être actif et ainsi traiter les CO/HC émis par le moteur. Sur les quatre ECE, on constate que le DOC s'amorce lors des accélérations et se désamorce lors des décélérations du moteur.
La figure 3 montre un agrandissement d'une partie du cycle MVEG. Après les 800 premières secondes du cycle MVEG (phase ECE), du fait de l'augmentation de la charge du moteur (partie EUDC du cycle MVEG), la tempé- rature des gaz d'échappement est plus importante que sur la phase ECE. Le catalyseur est alors amorcé et les émissions de CO et HC du véhicule sont presque totalement converties. La température moyenne durant les 800 premières secondes du cycle MVEG (phase ECE) est donc un paramètre de première ordre vis à vis des émissions de CO et HC des véhicules à moteur Diesel.
L'augmentation de la température des gaz d'échappement pendant les 800 premières secondes du cycle MVEG est donc une voie d'amélioration de l'efficacité de conversion du DOC et en conséquence de réduction des émissions CO et HC à l'échappement de ces véhicules.
Une solution a déjà été proposée pour améliorer cette situation et pour que le DOC atteigne plus rapidement sa température d'amorçage (Light Off, LO) afin qu'il soit en mesure de convertir efficacement les émissions de CO et HC et de le réchauffer électriquement durant la première partie du cycle MVEG où son efficacité de conversion est mise à mal.
Cette solution permet effectivement de réduire le délai d'amorçage du DOC mais elle demande également un fort apport d'énergie électrique durant les premières phases du cycle, ce qui entraîne une forte surconsommation en carbu- rant et donc une augmentation des émissions de CO2 du moteur.
Une telle solution a été développée et mise en oeuvre sur des véhicu-15 les très spécifiques où les émissions de CO2 ne sont pas considérées comme déterminantes, à savoir pour les véhicules de niche dits sportifs .
Mais dans un contexte où il est demandé aux constructeurs automobiles généralistes de réduire les émissions de CO2 (CAFE), l'application telle quelle de cette solution de réchauffage électrique n'est pas envisageable.
En effet, le bilan gain/émissions CO/HC par rapport à la surémission de CO2 induite par le système de chauffage électrique est fortement négatif.
Le système selon l'invention permet de piloter le réchauffage électrique du DOC en fonction de différentes phases de fonctionnement du moteur du véhicule afin d'augmenter la température moyenne des gaz d'échappement du véhicule, par exemple à moteur Diesel, durant les 800 premières secondes du cycle MVEG, mais sans que cette augmentation de température ne pénalise les émissions de CO2 du véhicule.
Ainsi, le système de contrôle selon l'invention permet de piloter l'alimentation électrique du réchauffeur du catalyseur d'oxydation du moteur Die- sel en fonction des phases de fonctionnement de celui-ci.
Lors des phases de décélération, l'injection de carburant du moteur est coupée. Durant ces phases de décélération, il est donc possible de fournir de l'énergie électrique au réchauffeur du DOC sans pénaliser la consommation du moteur.
L'assistance électrique du DOC est utile tant que le catalyseur n'a pas atteint durablement sa température d'amorçage, c'est-à-dire durant la phase ECE du cycle MVEG lorsque le moteur n'a pas encore atteint sa température de fonctionnement nominale.
Sur la partie EUDC, le moteur est proche de sa température de fonctionnement nominale, c'est-à-dire environ 80 C et le DOC est amorcé et convertit les émissions CO et HC.
Au démarrage du moteur du véhicule, la température des gaz d'échappement est très basse, l'énergie électrique qu'il faudrait apporter au DOC pour qu'il atteigne sa température d'amorçage (supérieure à 150 C) est considérable et rend le bilan efficacité de conversion/impact consommation de carburant défavorable.
La figure 4 donne un exemple d'évolution de la température du liquide de refroidissement d'un moteur et de la température des gaz d'échappement lors de la réalisation d'un cycle MVEG avec une application Diesel X_EURO4.
On constate que la température des gaz d'échappement est très faible au démarrage du moteur (pendant les 50 premières secondes du cycle) c'est-àdire jusqu'à ce que la température du liquide soit proche de 30 . Par contre, lors-que le moteur a atteint sa température de fonctionnement nominale, c'est-à-dire environ 80 C et que la charge du moteur est suffisamment importante, la température d'échappement est élevée, le DOC est alors amorcé.
Le système selon l'invention permet de réduire les émissions CO et HC des moteurs des véhicules Diesel sur le cycle d'homologation MVEG par augmentation de la température moyenne des gaz d'échappement durant les 800 premières secondes du cycle MVEG, sans pénaliser les émissions de CO2 et donc la consommation de carburant du véhicule par utilisation d'un réchauffeur électrique du DOC.
Dans le système selon l'invention, on pilote l'alimentation électrique du réchauffeur du DOC uniquement lors des phases de décélération du moteur du véhicule (pas d'impact sur les émissions de CO2 puisque l'injection de carburant est coupée) et uniquement lorsque la température du moteur est comprise entre deux valeurs Tmin et Tmax, ces deux valeurs dépendant de chaque application mais pouvant par exemple être fixées à 30 C pour Tmin et 75 C pour Tmax, comme cela est illustré par exemple sur la figure 4.
Un autre intérêt du système selon l'invention est que celui-ci est relativement simple à mettre en oeuvre puisqu'il utilise des capteurs déjà disponibles sur tout moteur Diesel.
Ainsi, le pilotage du réchauffeur électrique du DOC proposé dans le système selon l'invention dépend de trois paramètres moteur qui sont: -la quantité de carburant injectée qui est une information fournie par le calculateur de contrôle du moteur, - le régime du moteur qui est fourni par le capteur de régime du moteur, et - la température du liquide de refroidissement du moteur qui est une information fournie par la sonde de température du liquide de refroidissement du moteur.
Le couplage des informations quantité injectée (Qinj) et régime moteur (N) permet de détecter les phases de décélération du moteur où il est possible d'enclencher le fonctionnement du réchauffeur électrique du DOC sans pénaliser les émissions CO2 du véhicule. Mais afin d'éviter de déclencher de façon intempestive l'alimentation du réchauffeur électrique à chaque coupure associée à une chute de régime jugée trop faible, on ajoute une temporisation au paramètre quantité injectée . Ainsi, le déclenchement de la stratégie de réchauffage élec- trique du DOC n'est autorisé que si l'injection du moteur est coupée (Qinj=0) pendant un temps prédéterminée to.
Ceci est par exemple illustré sur la figure 5 où le temps désiré est illustré par une temporisation to désignée par 1.
Le couplage est quant à lui assuré par une fonction logique ET dési- gnée par la référence générale 2 entre la quantité de carburant injectée et le régime de rotation du moteur N qui doit être supérieur au régime de ralenti N ralenti de celui-ci.
Lorsqu'une phase de décélération est ainsi détectée et que la température du liquide de refroidissement du moteur est comprise entre la valeur basse Tmin et la valeur haute Tmax, comme cela est assuré par la fonction logique ET désignée par 3, alors l'alimentation électrique du réchauffeur du DOC est enga- gée. L'ajout d'une temporisation t1 désignée par la référence 4, permet de conserver l'alimentation électrique du réchauffeur du DOC sur les tous premiers instants après la fin de la phase de décélération. La durée de cette temporisation t1 dépend de chaque application et doit être ajustée afin d'optimiser l'efficacité du réchauffage électrique sur la conversion des émissions CO et HC par le DOC.
La figure 6 présente une simulation d'application de cette stratégie sur un véhicule Diesel X_EURO4 avec un réchauffeur électrique d'une puissance de 2000 Watts.
Dans cet exemple, on constate que l'utilisation du réchauffeur électrique sur les phases de décélération lorsque l'injection est coupée et que la température d'eau moteur est comprise entre 30 C et 75 C, permet d'augmenter considérablement la température moyenne des gaz d'échappement durant les 800 premières secondes du cycle (T800 = 170 C sans application de la stratégie et T800 = 200 C lorsque la stratégie est appliquée). Ainsi, l'augmentation de la température moyenne des gaz d'échappement sur la phase ECE du cycle MVEG permet d'améliorer considérablement l'efficacité de conversion du catalyseur d'oxydation sans que les émissions de CO2 du véhicule ne soient impactées.
Il va de soi bien entendu que d'autres modes de réalisation encore peuvent être envisagés et que le réchauffeur peut par exemple être un réchauffeur autre qu'électrique.

Claims (6)

REVENDICATIONS
1. Système de contrôle du fonctionnement d'un réchauffeur d'un catalyseur d'oxydation (DOC) intégré dans une ligne d'échappement d'un moteur Diesel de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (1,2) de détection d'une phase de décélération du moteur et des moyens d'analyse de la température du moteur pour activer le réchauffeur lorsque la température du moteur est comprise dans une plage de température prédéterminée (Tmin, Tmax) et que le moteur est en phase de décélération.
2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de détection de la phase de décélération du moteur comprennent des moyens de détection (1) d'une injection de carburant nulle pendant une période de temps prédéterminée (to) et un régime de rotation du moteur (N) supérieur au régime de ralenti de celui-ci (N ralenti).
3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'analyse de la température du moteur comprennent des moyens d'analyse de la température du liquide de refroidissement de celui-ci.
4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plage de température (Tmin, Tmax) est comprise entre environ 30 C et environ 75 C.
5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (4) de temporisation (t1) de la cou-pure du réchauffeur.
6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réchauffeur est un réchauffeur électrique placé en amont 25 du catalyseur d'oxydation (DOC).
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