FR3062162A1 - Procede d'activation d'un mode de combustion d'un moteur favorisant la thermique a l'echappement en cours de roulage - Google Patents

Procede d'activation d'un mode de combustion d'un moteur favorisant la thermique a l'echappement en cours de roulage Download PDF

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Abstract

L'invention porte principalement sur un procédé de pilotage d'un moteur thermique de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte: - une étape (101) de détermination, en cours de roulage, d'un écart thermique (E_th) entre une température estimée d'un système de dépollution et une température cible, - une étape (103) de détermination d'un écart d'efficacité (E eff), - une étape (104) de comparaison de cumul d'émissions d'oxydes d'azote (Cum nox) avec une valeur cible (Cib_nox), - une étape (105) de comparaison d'une quantité d'énergie reçue (Ener) par une ligne d'échappement depuis un début de roulage par rapport à un seuil d'énergie (S1), et - une étape (106) d'activation d'un mode de combustion spécifique (M spe), notamment en fonction desdites étapes de comparaison précitées.

Description

Titulaire(s) : PEUGEOT CITROËN AUTOMOBILES SA Société anonyme.
O Demande(s) d’extension :
® Mandataire(s) : PEUGEOT CITROËN AUTOMOBILES SA Société anonyme.
® PROCEDE D'ACTIVATION D'UN MODE DE COMBUSTION D'UN MOTEUR FAVORISANT LA THERMIQUE A L'ECHAPPEMENT EN COURS DE ROULAGE.
FR 3 062 162 - A1 (57) L'invention porte principalement sur un procédé de pilotage d'un moteur thermique de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte:
- une étape (101 ) de détermination, en cours de roulage, d'un écart thermique (E_th) entre une température estimée d'un système de dépollution et une température cible,
- une étape (103) de détermination d'un écart d'efficacité (E eff),
- une étape (104) de comparaison de cumul d'émissions d'oxydes d'azote (Cum nox) avec une valeur cible (Cib_nox),
- une étape (105) de comparaison d'une quantité d'énergie reçue (Ener) par une ligne d'échappement depuis un début de roulage par rapport à un seuil d'énergie (S1 ), et
- une étape (106) d'activation d'un mode de combustion spécifique (M spe), notamment en fonction desdites étapes de comparaison précitées.
101
Figure FR3062162A1_D0001
oui
Figure FR3062162A1_D0002
Figure FR3062162A1_D0003
PROCEDE D'ACTIVATION D'UN MODE DE COMBUSTION D'UN MOTEUR FAVORISANT LA THERMIQUE A L'ECHAPPEMENT EN COURS DE ROULAGE [0001] La présente invention porte sur un procédé d'activation d'un mode de combustion d'un moteur favorisant la thermique à l'échappement en cours de roulage. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, pour augmenter la température dans la ligne d'échappement d'un moteur de type diesel afin d'atteindre une température de fonctionnement minimale d'un système de dépollution.
[0002] Dans un contexte de dépollution des gaz d'échappement d'un moteur diesel, on utilise notamment des systèmes de réduction catalytique sélective (ou SCR pour Sélective Catalyst Réduction en anglais) visant à réduire les oxydes d'azote (NOx) contenus dans les gaz d'échappement. Le fonctionnement du système SCR est basé sur une réaction chimique entre les oxydes d'azote et un réducteur prenant classiquement la forme d'ammoniac. L'injection de l'ammoniac dans la ligne d'échappement est généralement réalisée par l'intermédiaire d'une autre espèce chimique, telle que l'urée solubilisée dans de l'eau.
[0003] Plus précisément, la solution d'urée injectée dans la ligne d'échappement se vaporise dans un premier temps pour se transformer en urée solide et en vapeur d'eau. Ensuite, l'urée se transforme en ammoniac à l'intérieur d'un catalyseur implanté sur la ligne d'échappement. L'ammoniac pourra ensuite réduire les oxydes d’azote rejetés par le moteur en azote et en eau.
[0004] Il est nécessaire d'attendre que les gaz d'échappement atteignent une certaine température au niveau de l’injecteur, notamment supérieur à 150 degrés, avant de pouvoir assurer dans de bonnes conditions la vaporisation de la solution d'urée dans la ligne d'échappement. Avant que cette température soit atteinte, les oxydes d'azote ne sont pas traités, ce qui pose des problèmes d'efficacité du système de dépollution.
[0005] Dans certaines situations de vie, le mode de combustion dit nominal ne permet pas d’atteindre cette température suffisamment rapidement, notamment en phase de roulage urbain. Pour pallier à cela, il existe des modes de combustion spécifiques qui dégradent la combustion et permettent une augmentation de la thermique à l’échappement.
[0006] Ces modes de combustion présentent toutefois l'inconvénient d'augmenter la consommation de carburant, et de diluer le gasoil dans l’huile. Il est donc important d'utiliser ces méthodes avec parcimonie. La durée d’activation de ces modes est une durée fixe définie au moment de l’activation du mode.
[0007] En outre, les stratégies existantes d'activation du mode de combustion spécifique permettent d'utiliser ce mode uniquement au début du roulage. Il n'est donc pas possible de rattraper un déficit de thermique en cours de roulage.
[0008] L'invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant un procédé de pilotage d'un moteur thermique de véhicule automobile équipé d'un système de dépollution des gaz d'échappement installé dans une ligne d'échappement, caractérisé en ce qu'il comporte:
- une étape de détermination, en cours de roulage, d'un écart thermique entre une température estimée du système de dépollution et une température cible,
- une étape de détermination d'un écart d'efficacité entre une efficacité maximale du système de dépollution à un instant donné et une efficacité minimale nécessaire pour respecter une cible d'émission oxydes d'azote au même instant,
- une étape de comparaison de cumul d'émissions d'oxydes d'azote avec une valeur cible,
- une étape de comparaison d'une quantité d'énergie reçue par la ligne d'échappement depuis un début de roulage par rapport à un seuil d'énergie, et
- une étape d'activation d'un mode de combustion spécifique permettant d'augmenter la température dans la ligne d'échappement dans le cas où l'écart thermique et l'écart d'efficacité se situent chacun respectivement dans une plage de référence correspondante, le cumul des émission d'oxydes d'azote est supérieur à la valeur cible, et la quantité d'énergie reçue depuis le début de roulage est supérieure au seuil d'énergie.
[0009] L'invention permet ainsi de rattraper un déficit de température et donc d’efficacité de post-traitement des oxydes d'azote tout au long du roulage. L'invention permet de garantir une activation des modes de combustion spécifiques en cours de roulage au juste nécessaire, ce qui optimise la consommation de carburant et diminue la dilution de carburant dans l’huile.
[0010] Selon une mise en œuvre, la température cible est une température pour laquelle le système de dépollution atteint son efficacité maximale.
[0011] Selon une mise en œuvre, la température cible est comprise entre 200°C et 230°C.
[0012] Selon une mise en œuvre, la plage de référence pour l'écart thermique est comprise entre une température minimale et une température maximale, la température minimale étant comprise entre 5°C et 35°C et la tenpérature maximale étant comprise entre 40° Cet 70 °C.
[0013] Selon une mise en œuvre, la plage de référence pour l'écart d'efficacité est comprise entre un écart d'efficacité minimum et un écart d'efficacité maximum, l'écart d'efficacité minimum étant compris entre 5% et 40% et l'écart d'efficacité maximum étant compris entre 45% et 80%.
[0014] Selon une mise en œuvre, la quantité d'énergie reçue par la ligne d'échappement depuis un début de roulage est déterminée à partir d'un nombre de fenêtres temporelles décomptées depuis le début du roulage, ces fenêtres temporelles, dites fenêtres de dioxyde de carbone, correspondant toutes à une même quantité donnée émise de dioxyde de carbone.
[0015] Selon une mise en œuvre, le seuil d'énergie avec lequel est comparé la quantité d'énergie reçue par la ligne d'échappement depuis un début de roulage correspond à 20 fenêtres de dioxyde de carbone.
[0016] Selon une mise en œuvre, le système de dépollution est un système de réduction catalytique sélective.
[0017] L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.
[0018] La figure 1 est une représentation schématique d'une ligne d'échappement comportant un système de dépollution des gaz d'échappement piloté suivant le procédé selon la présente invention;
[0019] La figure 2 est un diagramme des étapes mises en œuvre dans le procédé de pilotage du moteur thermique selon la présente invention.
[0020] La figure 1 représente une ligne d'échappement 1 d'un moteur thermique 2 de véhicule automobile sur laquelle est implanté un système de dépollution 5 intégrant par exemple un catalyseur 51 de système de réduction catalytique (SCR) et un filtre à particules 52. Un injecteur 6 d'agent réducteur est positionné en amont du système de dépollution 5.
[0021] Une boîte de mélange 4 pourra être positionnée de préférence en amont du catalyseur 51. Cette boîte de mélange 4 permet d'augmenter la distance parcourue par les gaz d'échappement entre le point d'injection et le catalyseur 51 via l'établissement d'une trajectoire en forme de spirale. Cela facilite le mélange avec les gaz d'échappement ainsi que l'évaporation des gouttelettes de la solution d'agent réducteur.
[0022] Le système SCR est adapté à injecter une solution d'agent réducteur dans la ligne d’échappement 1 afin de transformer les oxydes d’azote (NOx) rejetés par le moteur 2 en azote et en eau. La solution d'agent réducteur est constituée par exemple d'urée solubilisée dans de l'eau.
[0023] Un calculateur 8 assure notamment la commande du moteur thermique 2, ainsi qu'une gestion des différents éléments de post-traitement des gaz d'échappement. En particulier, le calculateur 8 gère l'injection de la quantité de réducteur dans la ligne d'échappement 1 en fonction des conditions de fonctionnement du moteur 2 ainsi que les différents modes de combustion du moteur thermique 2. Le calculateur 8 comporte une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en œuvre du procédé selon la présente invention décrit ci-après.
[0024] On décrit ci-après, en référence à la figure 2, les étapes du procédé de pilotage du moteur thermique 2 suivant l'invention permettant de rattraper un déficit de température et d’efficacité de post-traitement des oxydes d'azote tout au long du roulage.
[0025] Dans une étape 101, le calculateur 8 détermine, en cours de roulage, un écart thermique E_th entre une température estimée du système de dépollution 5 et une température cible, comprise de préférence entre 200°C et 230°C.
[0026] Dans le cas où l'écart thermique E_th se situe en dehors d'une plage de référence P1, cela signifie que le véhicule se trouve dans une phase de fonctionnement dans laquelle le système de dépollution 5 a atteint une efficacité optimale. II n’est donc pas nécessaire d’utiliser un mode de combustion spécifique M spe permettant d'augmenter la température de la ligne d'échappement 1. En effet, le gain thermique potentiellement obtenu ne permettrait pas de compenser les inconvénients de dilution de carburant dans l'huile, ou la surconsommation de carburant. On précise que la plage de référence P1 est comprise entre une température minimale et une température maximale. La température minimale est par exemple comprise entre 5°C et 35°Cet la température maximale est par exemple comprise entre 40 °C et 70 °C.
[0027] Un mode de combustion dit nominal M nom est donc activé dans une étape 102. Ce mode de combustion nominal M nom est le mode normal d’utilisation du moteur 2 permettant d’avoir le meilleur compromis notamment en termes d'émissions, de consommation, de performances, et de bruit.
[0028] Dans le cas où l'écart E_th entre la température estimée et la température cible est compris dans la plage de référence P1, le calculateur 8 détermine, dans une étape 103, un écart d'efficacité Eeff entre une efficacité maximale du système de dépollution 5 à un instant donné et une efficacité minimale nécessaire pour respecter une cible d'émission d'oxydes d'azote canule au même instant. On rappelle que les émissions canules d'oxydes d'azote sont mesurées à l'échappement.
[0029] Dans le cas où l'écart d'efficacité E eff se situe en dehors d'une plage de référence P2, cela signifie que le système de dépollution 5 est suffisamment efficace pour traiter les oxydes d'azote. L'activation du mode de combustion spécifique M spe n'est donc pas nécessaire, car le gain d'efficacité potentiellement obtenu ne permettrait pas de compenser les inconvénients de dilution de carburant dans l'huile, ou la surconsommation de carburant. Le calculateur 8 commande donc l'activation du mode nominal M nom dans l'étape 102. On précise que la plage de référence P2 est comprise entre un écart d'efficacité minimum et un écart d'efficacité maximum. L'écart d'efficacité minimum est par exemple compris entre 5% et 40% et l'écart d'efficacité maximum est par exemple compris entre 45% et 80%.
[0030] Dans le cas où l'écart d'efficacité E eff est compris dans la plage P2, le calculateur 8 compare, dans une étape 104, un cumul d'émissions d'oxydes d'azote Cumnox avec une valeur cible Cib_nox à l'échappement. Si le bilan d'oxydes d'azote depuis le début du roulage est bon, c'est-à-dire que Cum nox est inférieure à Cib_nox, alors on active le mode de combustion nominal M nom, dans l'étape 102.
[0031] En revanche, si le cumul des émissions d'oxydes d'azote Cum nox est supérieur à la valeur cible Cib_nox, on considère que le bilan d'oxydes d'azote est mauvais et qu’il est nécessaire d’augmenter l’efficacité du système de dépollution.
[0032] Le calculateur 8 compare alors, dans une étape 105, une énergie reçue Ener par la ligne d'échappement 1 depuis le début du roulage par rapport à un seuil d'énergie S1 afin de s’assurer que le roulage a commencé depuis suffisamment longtemps, et que le système de dépollution 5 a déjà reçu une énergie minimale. Cela permet d'éviter d’activer le mode de combustion spécifique Mspe dès le démarrage. En effet, sans cette vérification, chaque démarrage à froid se retrouverait dans la zone (écart thermique E_th/ écart d’efficacité E eff) d’activation. Or d’autres stratégies sont prévues pour gérer le cas de vie du début d’un roulage.
[0033] En conséquence, dans le cas où la ligne d'échappement 1 n'a pas reçue suffisamment d'énergie depuis le début du roulage (Ener<S1), le mode de combustion nominal M nom est activé dans l'étape 102.
[0034] En revanche, dans le cas où l'énergie reçue par la ligne d'échappement 1 depuis le début du roulage est suffisante (Ener>S1), le mode de combustion spécifique M spe est activé dans une étape 106, puisque cela signifie que l'on ne se situe pas en début de roulage.
[0035] La quantité d'énergie Ener reçue par la ligne d'échappement 1 depuis un début de roulage est déterminée de préférence à partir d'un nombre de fenêtres temporelles décomptées depuis le début du roulage. Ces fenêtres temporelles, dites fenêtres de dioxyde de carbone, correspondent toutes à une même quantité donnée émise de dioxyde de carbone, par exemple comprise entre 50g et 100g. Ces fenêtres ont donc des durées différentes suivant le mode de fonctionnement du moteur thermique 2.
[0036] Le seuil d'énergie S1 avec lequel est comparé la quantité d'énergie reçue Ener par la ligne d'échappement 1 correspond par exemple à 20 fenêtres de dioxyde de carbone, ce qui correspond à une énergie comprise entre 400kJ à 800kJ suivant le véhicule.
[0037] En moyenne, on peut considérer que pour un roulage normal, il faut 10 à 15 minutes pour atteindre ces niveaux d'énergie.
[0038] Par ailleurs, le mode de combustion spécifique M spe pourra être activé sur une durée équivalente à une quantité émise de dioxyde de carbone correspondant à une élévation souhaitée de température dans la ligne d'échappement 1.

Claims (8)

  1. Revendications :
    1. Procédé de pilotage d'un moteur thermique (2) de véhicule automobile équipé d'un système de dépollution (5) des gaz d'échappement installé dans une ligne d'échappement (1), caractérisé en ce qu'il comporte:
    - une étape (101) de détermination, en cours de roulage, d'un écart thermique (E_th) entre une température estimée dudit système de dépollution (5) et une température cible,
    - une étape (103) de détermination d'un écart d'efficacité (E eff) entre une efficacité maximale du système de dépollution (5) à un instant donné et une efficacité minimale nécessaire pour respecter une cible d'émission oxydes d'azote au même instant,
    - une étape (104) de comparaison de cumul d'émissions d'oxydes d'azote (Cum nox) avec une valeur cible (Cib_nox),
    - une étape (105) de comparaison d'une quantité d'énergie reçue (Ener) par ladite ligne d'échappement (1) depuis un début de roulage par rapport à un seuil d'énergie (S1 ), et
    - une étape (106) d'activation d'un mode de combustion spécifique (M spe) permettant d'augmenter la température dans ladite ligne d'échappement (1) dans le cas où ledit écart thermique (E_th) et ledit écart d'efficacité (E eff) se situent chacun respectivement dans une plage de référence (P1, P2) correspondante, ledit cumul des émission d'oxydes d'azote (Cum nox) est supérieur à ladite valeur cible (Cib_nox), et ladite quantité d'énergie reçue (Ener) depuis le début de roulage est supérieure audit seuil d'énergie (S1).
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite température cible est une température pour laquelle ledit système de dépollution (5) atteint son efficacité maximale.
  3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite température cible est comprise entre 200 °C et 230 °C.
  4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la plage de référence (P1) pour l'écart thermique (E_th) est comprise entre une température minimale et une température maximale, ladite température minimale étant comprise entre 5°C et 35°C et ladite température maimale étant comprise entre 40°C et 70 °C.
  5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la plage de référence (P2) pour l'écart d'efficacité (E eff) est comprise entre un écart d'efficacité minimum et un écart d'efficacité maximum, ledit écart d'efficacité minimum étant compris entre 5% et 40% et ledit écart d'efficacité maximum étant compris entre
    5 45% et 80%.
  6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite quantité d'énergie reçue (Ener) par ladite ligne d'échappement (1) depuis un début de roulage est déterminée à partir d'un nombre de fenêtres temporelles décomptées depuis le début du roulage, ces fenêtres temporelles, dites fenêtres de
    10 dioxyde de carbone, correspondant toutes à une même quantité donnée émise de dioxyde de carbone.
  7. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit seuil d'énergie (S1) avec lequel est comparé ladite quantité d'énergie reçue (Ener) par ladite ligne d'échappement (1) depuis un début de roulage correspond à 20 fenêtres de dioxyde
    15 de carbone.
  8. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit système de dépollution (5) est un système de réduction catalytique sélective.
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