FR2927369A3 - Dispositif et procede de depollution egr pour vehicule automobile - Google Patents

Dispositif et procede de depollution egr pour vehicule automobile Download PDF

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Abstract

Procédé de dépollution des gaz d'échappement émis par un véhicule automobile, comprenant un moteur (1), un catalyseur d'oxydation (14) de deux circuits (11, 12) de recirculation de gaz d'échappement (EGR) respectivement basse et haute pression, caractérisé en ce qu'il comprend la mise en oeuvre des trois phase suivantes :-dans une première phase de montée en température du moteur (1) durant laquelle le catalyseur d'oxydation (14) n'est pas amorcé, mise en oeuvre d'une seule recirculation (12) de gaz d'échappement (EGR) haute pression ;-dans une phase intermédiaire où le catalyseur d'oxydation (14) est amorcé avec un risque de désamorçage, mise en oeuvre d'une seule recirculation EGR basse pression (11), avec activation du circuit de by-pass (16) sur la voie de recirculation EGR basse pression (11), de sorte de faire circuler tout ou partie des gaz basse pression recirculés hors du refroidisseur d'air de suralimentation (8) ;-dans une dernière phase de régime chaud du moteur, seul l'EGR basse pression (11) est activée avec le circuit de by-pass (16) fermé pour refroidir les gaz d'échappement recirculés au travers du refroidisseur d'air de suralimentation (8).

Description

REN065FR PJ7713 DA dépôt 1 L'invention concerne un procédé de gestion de la dépollution des gaz d'échappement pour véhicule automobile. Enfin, elle concerne aussi un dispositif anti-pollution et un véhicule automobile en tant que tels comprenant un tel procédé de dépollution.
Il existe dans l'état de la technique des solutions pour lutter contre la pollution provoquée par les gaz d'échappement des véhicules automobiles. La figure 1 illustre une telle solution, qui comprend un moteur 1 alimenté en air par une entrée 2, un compresseur 3, un échangeur 4 dit radiateur d'air de suralimentation puis une admission moteur 5. Pour diminuer l'émission en Nox des gaz d'échappement sortant sur l'échappement 6 du véhicule, une première solution, connue sous la dénomination anglo-saxonne d'EGR (Exhaust Gaz Recirculation) haute pression, consiste en une recirculation 12 des gaz d'échappement depuis la sortie du moteur jusqu'à l'admission du moteur 5, selon un taux défini par une vanne 13. Une seconde solution, connue sous sa dénomination d'EGR basse pression, consiste en une recirculation 11 d'une partie des gaz d'échappement récupérés vers la sortie du véhicule, après leur passage par différents dispositifs de traitements comme un catalyseur d'oxydation 14 et un filtre à particules 15, pour leur réadmission à l'entrée du compresseur 3. Une vanne d'échappement deux voies 7 avec volet d'échappement permet de régler la quantité de gaz basse pression à recirculer. Un refroidisseur d'air de suralimentation 8 est disposé sur la voie de recirculation basse pression 11, en aval du compresseur 3 de suralimentation. Dans le cas d'un échangeur gaz/eau, ce dernier est alimenté en liquide de refroidissement par un circuit de refroidissement complémentaire fonctionnant à plus basse température que la température de régulation du moteur.30 REN065FR PJ7713 DA dépôt 2 Le fonctionnement de ces solutions EGR haute et basse pression selon l'état de la technique est en général combiné en fonction des conditions de fonctionnement du moteur. Par exemple, la recirculation des gaz haute pression refroidis ou non refroidis est nécessaire, combinée avec celle des gaz basse pression, lorsque le moteur est en phase initiale de montée en température, et que le catalyseur d'oxydation n'est pas encore amorcé, c'est-à-dire qu'il ne filtre pas encore une quantité suffisante des émissions de HC et de CO, car l'EGR basse pression tend à augmenter ces émissions polluantes. De plus, toujours dans ces mêmes conditions de fonctionnement dit froid du moteur, l'EGR basse pression entraîne parfois une surproduction d'hydrocarbure, qui peut être compensée par le fonctionnement simultané de l'EGR haute pression. Lorsque le régime du moteur devient suffisant, que ce dernier est en fonctionnement dit chaud , l'EGR basse pression peut suffire, l'introduction de ces gaz recirculés relativement froids, refroidis par le refroidisseur d'air de suralimentation 8, étant favorable à la réduction des émissions d'oxydes d'azotes ou de particules. Ces solutions présentent l'inconvénient d'un manque d'optimisation de cette architecture EGR dû à la gestion des commutations et interactions entre ces deux circuits EGR haute et basse pression qui sont combinés. En effet, la maîtrise de ce dispositif est très délicate du fait de la rupture de débit lors d'une commutation d'un circuit à l'autre, du fait des inerties thermiques subies lors d'une transition d'un circuit à l'autre, du fait de l'interaction entre les régulations des circuits EGR de la suralimentation. Ainsi, aucun de ces systèmes ne parvient à une dépollution optimale dans toutes les conditions de fonctionnement du moteur.
Le but de l'invention est un dispositif et un procédé anti-pollution obviant aux inconvénients cités précédemment.30 REN065FR PJ7713 DA dépôt 3 A cet effet, l'invention repose sur un procédé de dépollution des gaz d'échappement émis par un véhicule automobile, comprenant un moteur, un catalyseur d'oxydation de deux circuits de recirculation de gaz d'échappement (EGR) respectivement basse et haute pression, caractérisé en ce qu'il comprend la mise en oeuvre des trois phase suivantes : -dans une première phase de montée en température du moteur durant laquelle le catalyseur d'oxydation n'est pas amorcé, mise en oeuvre d'une seule recirculation de gaz d'échappement (EGR) haute pression ; -dans une phase intermédiaire où le catalyseur d'oxydation est amorcé avec un risque de désamorçage, mise en oeuvre d'une seule recirculation EGR basse pression, avec activation du circuit de by-pass sur la voie de recirculation EGR basse pression, de sorte de faire circuler tout ou partie des gaz basse pression recirculés hors du refroidisseur d'air de suralimentation ; -dans une dernière phase de régime chaud du moteur, seul l'EGR basse pression est activée avec le circuit de by-pass fermé pour refroidir les gaz d'échappement recirculés au travers du refroidisseur d'air de suralimentation.
Selon un mode d'exécution, le procédé de dépollution des gaz d'échappement comprend une phase de détermination en temps réel de l'état du catalyseur d'oxydation. Cet état du catalyseur d'oxydation peut être mesuré par un capteur et transmis à une unité de gestion du moteur.
En variante, il peut être mesuré par un logiciel de calcul sur la base d'une modélisation de son fonctionnement au sein d'une unité de gestion du moteur.
Selon un mode d'exécution, l'amorçage du catalyseur d'oxydation est 30 déterminé quand son taux de filtration des particules de HC et CO REN065FR PJ7713 DA dépôt 4 dépasse 50%, et il est considéré qu'il y a risque d'amorçage nécessitant le fonctionnement selon la phase intermédiaire quand ce taux est sensiblement compris entre 50 et 80 %.
L'invention repose aussi sur un dispositif de dépollution d'un système de motorisation pour véhicule automobile, comprenant un moteur, un circuit d'échappement comprenant un catalyseur d'oxydation, un premier circuit de recirculation de gaz d'échappement (EGR) basse pression depuis l'aval du catalyseur d'oxydation, ce premier circuit EGR basse pression comprenant un refroidisseur d'air de recirculation, et un second circuit de recirculation EGR haute pression, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de by-pass et une vanne de commande de ce circuit de by-pass permettant à un taux défini de gaz recirculés par le circuit de recirculation basse pression d'éviter de traverser le refroidisseur d'air de recirculation, et en ce qu'il comprend une unité de gestion mettant en oeuvre le procédé décrit précédemment.
L'unité de gestion du dispositif peut comprendre un moyen de commande des première vannes permettant de définir respectivement les taux de recirculation EGR basse et haute pression, et de la seconde vanne pour définir le taux de gaz basse pression recirculés au travers soit du refroidisseur d'air de recirculation soit du circuit de by-pass.
Le dispositif peut comprendre un capteur en aval du catalyseur 25 d'oxydation afin de mesurer l'état amorcé ou non du catalyseur.
L'unité de gestion peut mettre en oeuvre un calcul de l'état du catalyseur d'oxydation à partir d'une modélisation de ce catalyseur d'oxydation afin de déterminer l'état amorcé ou non du catalyseur. 30 REN065FR PJ7713 DA dépôt 5 L'invention porte aussi sur un véhicule automobile comprenant un dispositif de dépollution tel que décrit précédemment.
Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'un mode d'exécution particulier fait à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
La figure 1 représente un dispositif de motorisation avec système de dépollution selon l'état de la technique ; la figure 2 représente un dispositif de motorisation avec système de dépollution selon un mode d'exécution de l'invention ; la figure 3 représente un dispositif de motorisation avec système de dépollution selon une variante du mode d'exécution de l'invention. 15 Les figures 2 et 3 illustrent une mise en oeuvre de l'invention dans laquelle les mêmes éléments que dans la figure 1 de l'état de la technique portent les mêmes références. Cette solution prévoit l'utilisation d'un circuit de by-pass 16 du refroidisseur d'air de suralimentation 8 disposé sur la voie de 20 recirculation basse pression 11, ce circuit de by-pass 16 étant atteint ou non selon la position d'une vanne 17 montée en amont du refroidisseur 8 selon le mode d'exécution illustré sur la figure 2, ou en aval de ce refroidisseur 8 selon la variante illustrée sur la figure 3. En variante, un refroidisseur et un by-pass similaires peuvent être disposés sur le circuit 25 de recirculation haute pression.
Ce dispositif permet la mise en oeuvre d'un procédé de dépollution optimisé des gaz d'échappement émis par le moteur 1, adapté aux différents régimes de fonctionnement du moteur. Ce procédé est géré par 30 une unité de contrôle non représentée, qui peut présenter une architecture REN065FR PJ7713 DA dépôt 6 matérielle et/ou logicielle (hardware et/ou software) en boucle ouverte. Selon ce procédé, trois phases de fonctionnement du moteur sont distinguées.
Dans une première phase de montée en température, quand le moteur est froid et que le catalyseur d'oxydation 14 n'est pas efficace, seul le circuit EGR haute pression 12 est mis en oeuvre. Cette solution réduit les émissions de CO et HC grâce à l'augmentation de la température des gaz recirculés et la réduction des gaz traversant les dispositifs de post-traitement 14, 15.
Dans une phase intermédiaire qui débute à l'amorçage du catalyseur d'oxydation 14, la recirculation EGR haute pression est désactivée alors que la recirculation basse pression est au contraire activée. L'amorçage du catalyseur est en général déterminé par un certain taux prédéfini de filtration des gaz polluants HC et CO, ce taux augmentant avec la température. En général, le taux de 50% est choisi pour définir l'état dit d'amorçage du catalyseur d'oxydation. Dans cette phase intermédiaire durant laquelle le catalyseur d'oxydation est proche de l'amorçage, où il existe un risque de désamorçage, le circuit de by-pass 16 est activé sur la voie de recirculation EGR basse pression, de sorte de faire circuler tout ou partie de ces gaz recirculés hors du refroidisseur d'air de suralimentation 8 et éviter ou limiter le refroidissement de ces gaz recirculés afin d'éviter le désamorçage du catalyseur d'oxydation 14. Le taux de gaz de l'EGR basse pression traversant le circuit de by-pass 16 peut être progressif et continu et diminuer progressivement quand le risque de désamorçage diminue. Selon le mode d'exécution, il est considéré qu'il y a risque de désamorçage nécessitant le fonctionnement selon cette phase intermédiaire quand le taux de filtration du catalyseur d'oxydation est sensiblement compris entre 50 et 80 %.
REN065FR PJ7713 DA dépôt 7 Enfin, en régime chaud du moteur, quand il n'y a plus de risque de désamorçage du catalyseur d'oxydation, seul I'EGR basse pression est activée, le circuit de by-pass 16 est fermé et l'intégralité des gaz recirculés traversent le circuit EGR basse pression 11 et le refroidisseur d'air de suralimentation 8. Le taux d'EGR peut aussi être augmenté pour atteindre un rendement maximal de dépollution. Cette augmentation des gaz brûlés recirculés à faible température permet de réduire fortement les émissions polluantes, de type NOx.
Ce procédé est mis en oeuvre par l'intermédiaire des différentes vannes de recirculation EGR, 7, 13, et de la vanne 17 gérant le circuit de by-pass 16. Le positionnement de ces vannes est contrôlé par l'unité de contrôle décrite précédemment. Pour déterminer le taux de filtration du catalyseur et connaître son état, amorcé ou non, le dispositif peut comprendre un capteur positionné en sortie du catalyseur d'oxydation transmettant sa mesure à l'unité de contrôle ou l'unité de contrôle peut mettre en oeuvre un calcul basé sur une modélisation du fonctionnement du catalyseur d'oxydation.
Ainsi, le procédé selon l'invention se caractérise donc par le fait que les deux boucles EGR haute pression 12 et basse pression 11 ne sont jamais utilisées simultanément, ce qui facilite la gestion globale du dispositif et la maîtrise en dynamique du taux d'EGR dans toutes les situations environnementales rencontrées. De plus, grâce au circuit de by-pass 16, la température des gaz recirculés est optimisée pour réduire globalement les pollutions de nature différente, comme les composants HC, CO, NOx.

Claims (10)

Revendications
1. Procédé de dépollution des gaz d'échappement émis par un véhicule automobile, comprenant un moteur (1), un catalyseur d'oxydation (14) de deux circuits (11, 12) de recirculation de gaz d'échappement (EGR) respectivement basse et haute pression, caractérisé en ce qu'il comprend la mise en oeuvre des trois phase suivantes : -dans une première phase de montée en température du moteur (1) durant laquelle le catalyseur d'oxydation (14) n'est pas amorcé, mise en oeuvre d'une seule recirculation (12) de gaz d'échappement (EGR) haute pression ; -dans une phase intermédiaire où le catalyseur d'oxydation (14) est amorcé avec un risque de désamorçage, mise en oeuvre d'une seule recirculation EGR basse pression (11), avec activation du circuit de by- pass (16) sur la voie de recirculation EGR basse pression (11), de sorte de faire circuler tout ou partie des gaz basse pression recirculés hors du refroidisseur d'air de suralimentation (8) ; -dans une dernière phase de régime chaud du moteur, seul l'EGR basse pression (11) est activée avec le circuit de by-pass (16) fermé pour refroidir les gaz d'échappement recirculés au travers du refroidisseur d'air de suralimentation (8).
2. Procédé de dépollution des gaz d'échappement émis par un véhicule automobile selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une phase de détermination en temps réel de l'état du catalyseur d'oxydation (14).
3. Procédé de dépollution des gaz d'échappement émis par un véhicule automobile selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'état du catalyseur d'oxydation (14) est mesuré par un capteur et transmis à une unité de gestion du moteur.
4. Procédé de dépollution des gaz d'échappement émis par un véhicule automobile selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'état du catalyseur d'oxydation (14) est mesuré par un logiciel de calcul sur la base d'une modélisation de son fonctionnement au sein d'une unité de gestion du moteur.
5. Procédé de dépollution des gaz d'échappement émis par un véhicule automobile selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'amorçage du catalyseur d'oxydation est déterminé quand son taux de filtration des particules de HC et CO dépasse 50%, et en ce qu'il y a risque d'amorçage nécessitant le fonctionnement selon la phase intermédiaire quand ce taux est sensiblement compris entre 50 et 80 %.
6. Dispositif de dépollution d'un système de motorisation pour véhicule automobile, comprenant un moteur (1), un circuit d'échappement (6) comprenant un catalyseur d'oxydation (14), un premier circuit (11) de recirculation de gaz d'échappement (EGR) basse pression depuis l'aval du catalyseur d'oxydation (14), ce premier circuit (11) EGR basse pression comprenant un refroidisseur d'air de recirculation (8), et un second circuit (12) de recirculation EGR haute pression, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de by-pass (16) et une vanne de commande (17) de ce circuit de by-pass (16) permettant à un taux défini de gaz recirculés par le circuit de recirculation basse pression (11) d'éviter de traverser le refroidisseur d'air de recirculation (8), et en ce qu'il comprend une unité de gestion mettant en oeuvre le procédé selon une des revendications précédentes.
7. Dispositif de dépollution pour véhicule automobile selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'unité de gestion comprend un moyen de commande des vannes (7, 13) permettant de définir respectivement lestaux de recirculation EGR basse et haute pression, et de la vanne de commande (17) pour définir le taux de gaz basse pression recirculés au travers soit du refroidisseur d'air de recirculation (8) soit du circuit de by-pass (16).
8. Dispositif de dépollution pour véhicule automobile selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur en aval du catalyseur d'oxydation (14) afin de mesurer l'état amorcé ou non du catalyseur. 10
9. Dispositif de dépollution pour véhicule automobile selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que l'unité de gestion peut mettre en oeuvre un calcul de l'état du catalyseur d'oxydation (14) à partir d'une modélisation de ce catalyseur d'oxydation afin de déterminer l'état amorcé ou non du catalyseur. 15
10. Véhicule automobile comprenant un dispositif de dépollution selon l'une des revendications 6 à 9.5
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