FR3070720A1 - Procede de gestion de l'activation d'un catalyseur electrique pour moteur thermique - Google Patents

Procede de gestion de l'activation d'un catalyseur electrique pour moteur thermique Download PDF

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Abstract

L'invention porte principalement sur un procédé de gestion de l'activation d'un catalyseur électrique pour moteur thermique, notamment de véhicule automobile, comportant en outre: - un dispositif d'alimentation principal (33) apte à être rechargé par un alternateur (32), et - un dispositif d'alimentation secondaire (34) relié électriquement au dispositif d'alimentation principal (33), ledit dispositif d'alimentation secondaire (34) étant destiné à alimenter le catalyseur électrique, caractérisé en ce que ledit procédé comporte: - une étape d'évaluation d'un état de charge (SOC_alim_sec) du dispositif d'alimentation secondaire (34), - une étape d'évaluation d'un état énergétique (Et_en_veh) du véhicule automobile, et - une étape de pilotage du catalyseur électrique en fonction des évaluations de l'état de charge (SOC_alim_sec) du dispositif d'alimentation secondaire (34) et de l'état énergétique (Et_en_veh) du véhicule automobile.

Description

PROCEDE DE GESTION DE L'ACTIVATION D'UN CATALYSEUR ELECTRIQUE POUR MOTEUR THERMIQUE [0001] La présente invention porte sur un procédé de gestion de l'activation d'un catalyseur électrique pour moteur thermique. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, dans le domaine des véhicules automobiles.
[0002] Un moteur thermique d’un véhicule conventionnelle ou hybride, émet de nombreuses particules polluantes, notamment lorsque celui-ci est encore froid. Ceci résulte en un impact négatif en termes de santé publique et de respect des normes environnementales européennes. L’utilisation d’un catalyseur électrique lors du premier démarrage du véhicule permet de piéger une partie importante de ces particules et donc de réduire les émissions associées.
[0003] Toutefois, l’utilisation d’un tel organe électrique nécessite une fourniture d’énergie importante dans une phase de vie pendant et juste après laquelle, le véhicule n’est pas en mesure de fournir une grande quantité d’énergie électrique. En effet, la fourniture d’énergie électrique nécessaire pour le démarrage peut être assurée par une batterie basse tension et la fourniture d’énergie électrique post démarrage, via l’alternateur, est limitée en raison de la phase de vie dite de régime ralentie qui suit immédiatement la phase de démarrage au cours de laquelle le régime moteur ne dépasse pas 750 à 900 tours par minute, ce qui induit une capacité de production d’énergie électrique faible. L'activation de l'organe électrique peut donc entraîner une chute de la tension du réseau de bord du véhicule, susceptible de perturber l’alimentation d’organes sécuritaires du véhicule, notamment les organes de freinage ou la direction assistée.
[0004] L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un procédé de gestion de l'activation d'un catalyseur électrique pour moteur thermique, notamment de véhicule automobile, comportant en outre:
- un dispositif d'alimentation principal apte à être rechargé par un alternateur, et
- un dispositif d'alimentation secondaire relié électriquement au dispositif d'alimentation principal, le dispositif d'alimentation secondaire étant destiné à alimenter le catalyseur électrique, caractérisé en ce que le procédé comporte:
- une étape d'évaluation d'un état de charge du dispositif d'alimentation secondaire,
- une étape d'évaluation d'un état énergétique du véhicule automobile, et
- une étape de pilotage du catalyseur électrique en fonction des évaluations de l'état de charge du dispositif d'alimentation secondaire et de l'état énergétique du véhicule automobile.
[0005] L'invention permet ainsi de gérer les autorisations d’activation du catalyseur électrique, en tenant compte de la nécessité de garantir la fourniture d’énergie aux différents consommateurs électriques du véhicule. L'invention permet également de préserver la batterie en évitant la multiplication des phases de charge et de décharge.
[0006] Selon une mise en oeuvre, l'état énergétique du véhicule est évalué à partir d'un niveau de charge du dispositif d'alimentation principal et d'un rapport cyclique d'un circuit d'excitation de l'alternateur.
[0007] Selon une mise en oeuvre, le procédé comporte l'étape d'émettre un signal d'autorisation du dispositif d'alimentation secondaire dans le cas où l'état de charge du dispositif d'alimentation secondaire est supérieur ou égal à un seuil prédéfini.
[0008] Selon une mise en oeuvre, le procédé comporte l'étape d'émettre un signal d'autorisation énergétique du véhicule automobile dans le cas où:
- le niveau de charge du dispositif d'alimentation principal est supérieur ou égal à un seuil prédéfini,
- le rapport cyclique du circuit d'excitation de l'alternateur est inférieur ou égal à un seuil de saturation prédéfini.
[0009] Selon une mise en oeuvre, le procédé comporte une étape d'autorisation de l'activation du catalyseur électrique dans le cas où sont émis le signal d'autorisation du dispositif d'alimentation secondaire et le signal d'autorisation énergétique du véhicule automobile.
[0010] Selon une mise en oeuvre, le dispositif d'alimentation secondaire est une batterie, notamment de type Lithium-ion, ou un dispositif capacitif de maintien de tension de réseau de bord.
[0011] L'invention a également pour objet un calculateur moteur comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé de gestion de l'activation d'un catalyseur électrique pour moteur thermique de véhicule automobile tel que précédemment défini.
[0012] L'invention a également pour objet un moteur thermique, notamment de véhicule automobile, comportant un calculateur moteur tel que précédemment défini.
[0013] L'invention a également pour objet un véhicule automobile comportant un moteur thermique tel que précédemment défini.
[0014] 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.
[0015] Les figures 1a et 1b sont des représentations schématiques d'une ligne d'échappement munie d'un catalyseur électrique positionné respectivement en amont et en aval d'un catalyseur d'oxydation Diesel;
[0016] La figure 2 est une représentation schématique d'un catalyseur électrique avec lequel est mis en oeuvre le procédé selon la présente invention;
[0017] La figure 3 est une représentation schématique des blocs fonctionnels mis en oeuvre pour gérer l'autorisation d'activation du catalyseur électrique;
[0018] La figure 4 est un diagramme des étapes du procédé de gestion de l'activation du catalyseur électrique selon la présente invention.
[0019] Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent les mêmes références d'une figure à l'autre.
[0020] Les figures 1a et 1b représentent une ligne d'échappement 10 d'un moteur thermique 11, notamment de véhicule automobile, sur laquelle est monté un système de dépollution 13 des gaz d'échappement.
[0021] Ce système de dépollution 13 comporte un catalyseur d'oxydation 15 Diesel (ou DOC pour Diesel Oxidation Catalyst) permettant l'oxydation d'hydrocarbures (HC) et de monoxyde de carbone (CO) en dioxyde de carbone et en eau; ainsi qu'un catalyseur 17 d'un système 18 de réduction catalytique sélective (ou système SCR pour Sélective Catalytic Réduction en anglais).
[0022] Le système SCR 18 est adapté à injecter un réducteur, tel que de l'ammoniac ou un précurseur de l'ammoniac dans la ligne d’échappement 10 afin de transformer les oxydes d’azote (NOx) rejetés par le moteur 11 en azote et en eau. A cet effet, un injecteur 20 de réducteur est associé à une boîte de mélange 21 visant à homogénéiser le mélange entre les gaz d'échappement et le réducteur avant de pénétrer dans la catalyseur 17.
[0023] Un filtre à particules 23 à base d'une matrice céramique poreuse permet de piéger des particules solides ou liquides constituées essentiellement de suies à base de carbone, et/ou de gouttelettes d'huile.
[0024] En outre, un catalyseur 25 à chauffage électrique sur base de substrat métallique, dit catalyseur électrique, peut être disposé en amont du catalyseur d'oxydation 15 Diesel, tel que cela est illustré sur la figure 1a, ou en aval du catalyseur d'oxydation 15 Diesel, tel que cela est illustré sur la figure 1b. Le catalyseur électrique 25 est destiné à être activé au démarrage du moteur thermique 11, et ce, pendant une certaine durée pour permettre l’augmentation de la température en amont du système SCR 18.
[0025] Comme cela est illustré sur la figure 2, le catalyseur à chauffage électrique 25 comporte par exemple un disque 27 métallique alimenté, via des électrodes 28, par un courant électrique pour chauffer les gaz d'échappement, ainsi qu'une brique catalytique 30 métallique maintenue au disque 27 par l’intermédiaire de broches isolées 31. Une imprégnation du disque 27 est optionnelle.
[0026] Comme on peut le voir sur la figure 3, le véhicule automobile comporte un alternateur 32 destiné à transformer une énergie mécanique fournie par le moteur 11 en une énergie électrique visant à assurer le rechargement d'un dispositif d'alimentation principal 33, tel qu'une batterie, reliée au réseau de bord du véhicule. Dans le cas de l'utilisation d'un alterno-démarreur, ce dernier pourra également fonctionner en mode moteur dans lequel il transforme une énergie électrique en énergie mécanique pour assurer le redémarrage automatique du moteur 11 suite à un arrêt du véhicule.
[0027] Un dispositif d'alimentation secondaire 34 relié électriquement à la batterie 33 est destiné à alimenter le catalyseur électrique 25. Le dispositif d'alimentation secondaire 34 est rechargé par la batterie 33. Le dispositif d'alimentation secondaire 34 permet de préserver l'énergie électrique dans la batterie 33 pour les phases de démarrages et éventuellement de redémarrages, pour l'alimentation des organes sécuritaires du véhicule en cas de défaillance de la production d'énergie électrique via l'alternateur 32. Le dispositif d'alimentation secondaire 34 permet également d'éviter la multiplication des phases de décharges et de charges de la batterie 33 qui ont un effet néfaste sur sa durée de vie. Le dispositif d'alimentation secondaire 34 pourra prendre la forme d'une batterie, notamment de type Lithium-ion, ou d'un dispositif capacitif de maintien de tension de réseau de bord.
[0028] On décrit ci-après, en référence avec les figures 3 et 4, le procédé de gestion de l'activation d'un catalyseur électrique 25 selon l'invention. Ce procédé vise à s'assurer que le véhicule est capable de supporter la forte demande énergétique du catalyseur électrique 25 en cas de besoin d’activation dudit catalyseur 25 pour minimiser les émissions de particules polluantes.
[0029] Ce procédé est mis en oeuvre par un calculateur moteur 35 comportant une mémoire stockant des instructions logicielles permettant de définir des modules fonctionnels 36, 37, 38 réalisant les étapes 101 à 103 décrites plus en détails ci-après.
[0030] Au cours d'une première étape 101, le module 36 évalue un état de charge SOC_alim_sec du dispositif d'alimentation secondaire 34. Ce module 36 vérifie ainsi que l’état de charge SOC_alim_sec du dispositif d’alimentation secondaire 34 est supérieur ou égal à un seuil prédéfini SOC_2_min. Cela permet de garantir, si nécessaire, le surplus de requête en énergie électrique causée par l’activation du catalyseur électrique 25. Si cette condition est remplie, le module 36 émet un signal Aut_alim_sec d'autorisation d’activation du catalyseur électrique 25 lié à la source d’alimentation secondaire 34.
[0031] Au cours d'une deuxième étape 102, le module 37 évalue un état énergétique Et_en_veh du véhicule automobile afin de déterminer le niveau de stockage en énergie de la batterie 33 ainsi que la capacité de production en courant de l’alternateur 32. A cet effet, l'état énergétique Et_en_veh du véhicule est évalué à partir d'un niveau de charge SOC_batt de la batterie 33 et d'un rapport cyclique RCO_alt du circuit d'excitation de l'alternateur 32.
[0032] Plus précisément, le module 37 vérifie que la réserve en énergie électrique du véhicule est supérieure à un niveau permettant de palier une variation imprévue de la sollicitation des consommateurs électriques du véhicule liée par exemple à la mise sous tension de nouveaux consommateurs. Ceci est réalisé en s’assurant que le niveau de charge SOC_batt de la batterie 33 est supérieur ou égal à un seuil prédéfini SOCJim par exemple.
[0033] Le module 37 vérifie également que la fourniture d’énergie électrique du véhicule n’est pas en saturation, c’est-à-dire que l’alternateur 32 n’est pas saturé, afin de pouvoir garantir la fourniture d’énergie électrique aux différents consommateurs électriques, uniquement par conversion d’énergie mécanique en énergie électrique. Ceci est vérifié si le rapport cyclique RCO_alt du circuit d'excitation de l'alternateur 32 est inférieur ou égal à un seuil de saturation RCO_alt_lim, inférieur à 100%, et qui est prédéfini avec plus ou moins de marge en étant par exemple fixé à 80%. Si les deux conditions précédentes sont 5 remplies, alors le module 37 émet un signal Aut_en_veh d'autorisation d’activation du catalyseur électrique 25 lié au véhicule.
[0034] Au cours d'une troisième étape 103, le module 38 pilote le catalyseur électrique 25 en fonction des évaluations de l'état de charge SOC_alim_sec du dispositif d'alimentation secondaire 34 et de l'état énergétique Et_en_veh du véhicule automobile. Le module 38 10 autorise ainsi l'activation du catalyseur électrique 25 dans le cas où il reçoit le signal d'autorisation Aut_alim_sec du dispositif d'alimentation secondaire 34 et le signal d'autorisation énergétique Aut_en_veh du véhicule automobile. L'activation du catalyseur électrique 25 est ainsi autorisée lors du démarrage du moteur thermique 11 afin de minimiser les émissions de particules polluantes lorsque les deux signaux d'autorisation 15 Aut_alim_sec, Aut_en_veh sont émis en même temps par les modules 36, 37.

Claims (9)

  1. Revendications
    1. Procédé de gestion de l'activation d'un catalyseur électrique (25) pour moteur thermique (11), notamment de véhicule automobile, comportant en outre:
    - un dispositif d'alimentation principal (33) apte à être rechargé par un alternateur (32), et
    - un dispositif d'alimentation secondaire (34) relié électriquement au dispositif d'alimentation principal (33), ledit dispositif d'alimentation secondaire (34) étant destiné à alimenter le catalyseur électrique (25), caractérisé en ce que ledit procédé comporte:
    - une étape (101) d'évaluation d'un état de charge (SOC_alim_sec) du dispositif d'alimentation secondaire (34),
    - une étape (102) d'évaluation d'un état énergétique (Et en veh) du véhicule automobile, et
    - une étape (103) de pilotage du catalyseur électrique (25) en fonction des évaluations de l'état de charge (SOC_alim_sec) du dispositif d'alimentation secondaire (34) et de l'état énergétique (Et en veh) du véhicule automobile.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'état énergétique (Et en veh) du véhicule est évalué à partir d'un niveau de charge (SOC_batt) du dispositif d'alimentation principal (33) et d'un rapport cyclique (RCO_alt) d'un circuit d'excitation de l'alternateur (32).
  3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape d'émettre un signal d'autorisation (Aut_alim_sec) du dispositif d'alimentation secondaire (34) dans le cas où l'état de charge (SOC_alim_sec) du dispositif d'alimentation secondaire (34) est supérieur ou égal à un seuil prédéfini.
  4. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape d'émettre un signal d'autorisation (Aut_en_veh) énergétique du véhicule automobile dans le cas où:
    - le niveau de charge (SOC_batt) du dispositif d'alimentation principal (33) est supérieur ou égal à un seuil prédéfini,
    - le rapport cyclique (RCO_alt) du circuit d'excitation de l'alternateur (32) est inférieur ou égal à un seuil de saturation prédéfini.
  5. 5. Procédé selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'autorisation de l'activation du catalyseur électrique (25) dans le cas où sont émis le signal d'autorisation (Aut_alim_sec) du dispositif d'alimentation secondaire (34) et le signal d'autorisation (Aut_en_veh) énergétique du véhicule automobile.
    5
  6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif d'alimentation secondaire (34) est une batterie, notamment de type Lithiumion, ou un dispositif capacitif de maintien de tension de réseau de bord.
  7. 7. Calculateur moteur (35) comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en œuvre du procédé de gestion de l'activation d'un catalyseur électrique
    10 (25) pour moteur thermique (11) de véhicule automobile tel que défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.
  8. 8. Moteur thermique (11 ), notamment de véhicule automobile, comportant un calculateur moteur (35) selon la revendication 7.
  9. 9. Véhicule automobile comportant un moteur thermique (11) selon la revendication 8.
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