FR3074224A1 - Systeme et procede de pilotage de l’amorcage d’un catalyseur d’une ligne d’echappement de vehicule, et vehicule automobile les incorporant - Google Patents

Systeme et procede de pilotage de l’amorcage d’un catalyseur d’une ligne d’echappement de vehicule, et vehicule automobile les incorporant Download PDF

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Abstract

Ce système de pilotage de l'amorçage d'un catalyseur d'une ligne d'échappement de véhicule hybride comporte un catalyseur chauffé par un moteur thermique et une autre source motrice, et on impose le démarrage du moteur thermique si un premier seuil de puissance (42) devient égal à un deuxième seuil constant de puissance ou si une demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur (IVC) devient supérieure ou égale au premier seuil de puissance (42).

Description

SYSTEME ET PROCEDE DE PILOTAGE DE L’AMORCAGE D’UN CATALYSEUR D’UNE LIGNE D’ECHAPPEMENT DE VEHICULE, ET VEHICULE AUTOMOBILE LES INCORPORANT
L’invention a pour objet un système de pilotage de l’amorçage d’un catalyseur d’une ligne d’échappement de véhicule à motorisation hybride. Plus particulièrement, l’invention entend proposer une solution pour gérer de façon optimum de tels catalyseurs équipant les véhicules hybrides au démarrage de ces derniers afin de réduire au maximum l’émission de polluants pendant la phase où le catalyseur n’est pas encore amorcé, dite phase d’amorçage.
Dans la suite, l’invention est présentée en lien avec l’une de ces applications, plus précisément une application à un véhicule automobile à hybridation électrique, c’est-à-dire comportant un moteur thermique et au moins un moteur électrique associé à des moyens de stockage d’énergie.
Toutefois, il doit être noté que la présente invention n’est pas limitée à l’utilisation d’une machine électrique dans un véhicule hybride, le véhicule pouvant par exemple comporter une chaîne de transmission comprenant au moins un moteur thermique et au moins une machine (ou moteur) hydraulique ou encore à air comprimé.
Dans le cadre de la réduction des émissions polluantes liées au fonctionnement des moteurs thermiques des véhicules automobiles, les normes légales ont amené les constructeurs à intégrer dans la ligne d'échappement de ces moteurs plusieurs sortes de dispositifs catalytiques de dépollution des gaz de combustion desdits moteurs.
Le catalyseur d'échappement ou pot catalytique joue un rôle important dans le système d'échappement d'une voiture. Il a ainsi pour but de minimiser la pollution pour mieux respecter l'environnement en réduisant les polluants contenus dans les gaz d'échappement. Le pot catalytique est destiné à réduire, par catalyse, notamment les gaz polluants imbrûlés à l'échappement.
On connaît plus particulièrement les catalyseurs trois voies des moteurs à allumage commandé (fonctionnant à l'essence) qui permettent
-2d'oxyder les hydrocarbures imbrûlés (HC) et le monoxyde d'azote, et de réduire les oxydes d'azote (NOx) émis par le moteur. On connaît aussi les catalyseurs d'oxydation des moteurs à allumage par compression (du type diesel) qui permettent d'oxyder les hydrocarbures imbrûlés et le monoxyde d'azote émis par le moteur fonctionnant en mélange pauvre. De manière connue, un tel catalyseur fonctionne de manière continue. Son efficacité de traitement, qui est définie pour chaque type de polluant (HC, CO ou NOx) comme le taux de conversion de la quantité de polluant qui entre dans le catalyseur, dépend en premier lieu de la température du catalyseur.
On sait que le taux de conversion commence à atteindre des valeurs acceptables, comprises entre 50% et 90%, lorsque la température du catalyseur est par exemple comprise entre environ 350°C et 400°C. Ces températures sont couramment atteintes et dépassées lors du fonctionnement en continu d'un moteur thermique.
Au démarrage, le temps d’amorçage d’un catalyseur pour atteinte le taux de conversion acceptable peut varier au plus large entre 20 et 120 secondes. Les stratégies utilisées sur les véhicules conventionnels thermiques (non hybride) imposent un démarrage du moteur thermique lors de sa mise en action mais cela est également le cas pour certains véhicules hybrides afin d’amorcer le catalyseur. Or, en cas de forte demande de puissance motrice de la part du conducteur avant l’amorçage du catalyseur, le moteur thermique va être extrêmement sollicité, alors que les émissions de polluants ne sont pas encore maîtrisées. Une forte demande de puissance motrice est, par exemple, un enfoncement important d’une commande d’accélération traduisant une volonté conducteur d’accélération.
Pourtant, avec un véhicule hybride, et en particulier rechargeable (la machine électrique peut fonctionner en mode « moteur » ou en mode « génératrice » dans lequel elle devient un alternateur qui fournit un courant électrique destiné à être stockée dans une batterie d'accumulateurs), le démarrage à la mise en action n’est pas souhaitable car le système électrique peut généralement réaliser une part significative de la traction.
Il n’existe pas à l’heure actuelle de système permettant de gérer de façon optimum l’amorçage d’un catalyseur de véhicule hybride afin que le
- 3 bilan de l’émission de gaz polluants, pendant cette phase d’amorçage du catalyseur, soit le plus faible possible.
De ce point de vue, on connaît les brevets EP 2716885 et FR 3029972 qui proposent chacun une solution qui n’est pas satisfaisante. Le brevet EP 2716885 décrit un procédé de commande de chauffe d’un catalyseur, par système électrique, qui anticipe ce chauffage lorsque le couple demandé par le conducteur est supérieur à un seuil tandis que le brevet FR 3029972 décrit un procédé de chauffage du catalyseur permettant le maintien de sa température au-dessus du seuil d’amorçage.
La présente invention a notamment pour but d’éviter ces inconvénients de la technique antérieure et de proposer un système de pilotage de l’amorçage d’un catalyseur d’une ligne d’échappement de véhicule hybride permettant, sans nécessiter de changements structurels, de minimiser l’émission des gaz polluants issus en particulier de la combustion de carburant fossile.
Dans ce but, la présente invention propose un système de pilotage de l’amorçage d’un catalyseur d’une ligne d’échappement de véhicule à motorisation hybride, comportant :
- un moteur thermique ;
- au moins une autre source motrice comportant un stockeur d’énergie, ladite autre source motrice présentant deux modes d’actionnement, un mode moteur dans lequel elle fournit une puissance de traction ou d’assistance au moteur thermique et un mode génératrice dans lequel elle stocke de l’énergie, via ledit stockeur d’énergie, en vue de fournir ladite puissance de traction ou d’assistance ;
le moteur thermique et l’autre source motrice répondant à une demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur ;
- le catalyseur, destiné au traitement des émissions polluantes provenant du moteur thermique, étant chauffé lors de l’utilisation du moteur thermique et présentant une température d’amorçage à
-4partir de laquelle ledit catalyseur est en mode actif dans lequel ledit traitement est réalisé ;
- un moyen d’analyse et de commande déterminant une température du catalyseur et une puissance de décharge maximale instantanée du stockeur d’énergie, le moyen d’analyse et de commande déterminant un premier seuil de puissance correspondant à la puissance de décharge maximale instantanée du stockeur d’énergie soustraite d’une réserve de puissance, et un deuxième seuil constant de puissance, le moyen d’analyse et de commande imposant le démarrage du moteur thermique si le premier seuil de puissance devient égal au deuxième seuil constant de puissance ou si la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur dépasse le premier seuil de puissance.
Grâce à l’invention, il est dorénavant possible de minimiser les émissions polluantes du véhicule à motorisation hybride lorsque le catalyseur n’est pas encore amorcé, en permettant le démarrage du moteur thermique suffisamment tôt pour amener progressivement le catalyseur à une température au moins égale à sa température d’amorçage sans que le moteur thermique soit amené à fournir une puissance de traction, c’est-àdire en utilisant le moteur thermique sur un point de fonctionnement idéal pour réchauffer le catalyseur, tout en évitant un démarrage trop précoce du moteur thermique qui aurait un impact négatif sur l’émission des polluants et la consommation de carburant fossile.
Enfin, grâce au système selon l’invention, on peut réaliser un gain économique car, du fait de son processus optimisé de gestion de la température du catalyseur, un dimensionnement particulier ou l’utilisation d’un catalyseur performant mais coûteux n’est plus une nécessité, autrement dit un catalyseur classique pour véhicule hybride est parfaitement envisageable/utilisable.
Dans tout le texte de ce document, l’expression « démarrage du moteur thermique » implique une injection de carburant, le moteur pouvant être accouplé aux roues du véhicule avec injection de carburant et fournissant alors une puissance de chauffe du catalyseur plus la puissance
- 5 de traction, ou pouvant être en mode ralenti et découplé des roues du véhicule et ne fournissant alors plus que la puissance de chauffe.
On entend par l’expression « mode actif » relativement au catalyseur le fait que, lorsqu’il se trouve dans cet état, ce dernier traite efficacement les gaz d’échappement selon son emploi. Bien entendu, l’efficacité de ce traitement est variable, en particulier en fonction du niveau de température atteint par le catalyseur, de sa nature et de sa quantité dans la ligne d’échappement.
On entend par l’expression « demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur », la volonté du conducteur d’accélérer ou de freiner le déplacement du véhicule. Cette demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur s’exprime en puissance (Watt, noté de façon abrégé W), mais à une vitesse et une masse donnée du véhicule s’exprime de façon équivalente en couple (Newton mètre, noté de façon abrégé Nm), en accélération (en mètre par seconde au carré, soit m.s’2) et dépend principalement, par exemple, des positions d’une pédale d’accélération et d’une pédale de frein, de l’état d’un levier de vitesse d’une boîte de vitesses, du mode de conduite sélectionné, de la vitesse du véhicule et/ou des aides à la conduite. Ici, cette demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur est exprimée en puissance, et non en couple, à l’instar notamment de la réserve de puissance constituée dans le stockeur d’énergie.
On entend par l’expression « mode de conduite » le mode d’utilisation des roues et/ou des sources motrices (moteur thermique et autre source motrice), par exemple si le véhicule utilise quatre roues motrices avec ou sans l’assistance du moteur électrique ou encore si le véhicule adopte un roulage à bas régime du moteur thermique traduisant un mode basse consommation ou au contraire un mode sport, que ce mode de conduite soit sélectionné par le conducteur ou déterminé par le moyen d’analyse et de commande.
On entend par l’expression « moyen d’analyse et de commande » un système embarqué équipant à l’heure actuelle les véhicules, notamment ceux du type à motorisation hybride, et qui a pour fonction d’analyser,
-6enregistrer/stocker des informations/données, contrôler (notamment via des capteurs) et commander les différents organes fonctionnels d’un véhicule. Un tel moyen est bien connu de l’homme du métier. On notera que, de façon classique, le moyen d’analyse et de commande est relié à l’ensemble des capteurs ou analogues du véhicule, ce qui lui permet de mesurer, ou de calculer, des paramètres extérieurs tels que la température climatique, l’altitude ou une pente (via une géo-localisation), ou encore des caractéristiques propres au véhicule telles que la température du catalyseur ou le niveau de charge du bloc batterie (le stockeur d’énergie de l’autre source motrice). Ces capteurs ou analogues sont ainsi considérés comme partie intégrante du moyen d’analyse et de commande du système selon l’invention.
On entend par l’expression « un moyen d’analyse et de commande déterminant une température du catalyseur, une puissance de décharge maximale instantanée du stockeur d’énergie, un premier seuil de puissance, un deuxième seuil de puissance, une réserve de puissance », le fait que ces caractéristiques sont déterminées et enregistrées respectivement par des moyens de calcul et de mémorisation du moyen d’analyse et de commande.
Avantageusement, la réserve de puissance est variable en fonction de plusieurs paramètres.
De préférence, les paramètres incluent séparément ou en combinaison un vieillissement du catalyseur, un niveau de stockage en énergie du stockeur d’énergie, une vitesse du véhicule, une température climatique, une température de la ligne d’échappement, un mode de conduite sélectionné par le conducteur ou déterminé par le moyen d’analyse et de commande, l’âge d’une chaîne de traction du véhicule.
On entend par l’expression « vieillissement du catalyseur » la durée cumulée d’utilisation de celui-ci ou encore le nombre de cycles cumulés d’utilisation, le cycle correspondant à l’atteinte d’un état d’amorçage du catalyseur en partant d’un état non amorcé du catalyseur.
Avantageusement, lorsque la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur dépasse la puissance de décharge
-7maximale instantanée du stockeur d’énergie, le moyen d’analyse et de commande impose une puissance de traction constante apportée par le moteur thermique jusqu’à ce que le catalyseur atteigne sa température d’amorçage quand, pendant cette phase d’amorçage, la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur ne dépasse pas un troisième seuil de puissance.
Ce troisième seuil de puissance correspond ici à une puissance pour laquelle la puissance de traction apportée par le moteur thermique peut être constante dans la mesure où le troisième seuil de puissance n’est pas franchi.
Ainsi, lorsque la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur ne dépasse pas ce troisième seuil de puissance, autrement dit si la volonté du conducteur n’est pas trop importante, la puissance de traction constante apportée par le moteur thermique permet d’utiliser le moteur thermique sur un point de fonctionnement optimal vis-à-vis des émissions polluantes, cette constance permettant en outre d’éviter des phases transitoires du moteur thermique génératrices d’émissions polluantes. Le moteur thermique n’est donc sollicité que pour fournir la (faible) puissance constante de traction de sorte que le chauffage du catalyseur s’effectuera sans qu’une quantité importante de gaz polluants ne soit émise.
Avantageusement, lorsque la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur dépasse la puissance de décharge maximale instantanée du stockeur d’énergie, le moyen d’analyse et de commande impose une puissance de traction apportée par le moteur thermique en fonction de la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur jusqu’à ce que le catalyseur atteigne sa température d’amorçage quand, pendant cette phase d’amorçage, la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur dépasse le troisième seuil de puissance.
Ainsi, dans ce cas, l’ajustement la puissance de traction apportée par le moteur thermique jusqu’à ce que le catalyseur atteigne sa température d’amorçage permet de respecter la demande de puissance motrice
- 8 instantanée de la part du conducteur lorsqu’elle dépasse ce troisième seuil de puissance. Dans ce cas, la sécurité du conducteur est donc privilégiée.
Avantageusement, le premier seuil de puissance est supérieur au deuxième seuil constant de puissance avant qu’ils ne deviennent égaux, ce deuxième seuil constant de puissance correspondant à une puissance de décharge minimale du stockeur d’énergie.
Comme on l’a vu précédemment, la réserve de puissance dépend de plusieurs paramètres dont la température climatique et l’âge de la chaîne de traction du véhicule. Or, l’autre source motrice constitue ou comprend, via son stockeur d’énergie, la réserve de puissance. Aussi, le deuxième seuil constant de puissance ne dépend pas de conditions internes ou externes au véhicule, de sorte qu’une réserve de puissance minimale puisse toujours être allouée, en réponse à la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur.
De préférence, l’autre source motrice consiste en au moins un moteur électrique.
Avantageusement, le moyen d’analyse et de commande temporise le démarrage du moteur thermique et si, à l’issue de cette temporisation, le premier seuil de puissance est inférieur ou égal au deuxième seuil constant de puissance, ou si la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur dépasse le premier seuil de puissance, le moyen d’analyse et de commande demande le démarrage du moteur thermique.
Ainsi, cette temporisation permet de confirmer le besoin de démarrage du moteur thermique, et donc d’éviter de démarrer le moteur thermique lorsque la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur est en dessous le premier seuil de puissance à la fin de cette temporisation, bien qu’ayant été égale ou au-dessus au début de cette temporisation.
Dans le même but, la présente invention propose également un véhicule automobile hybride comportant au moins un système de pilotage tel que succinctement décrit ci-dessus.
-9Toujours dans le même but, la présente invention propose un procédé de pilotage de l’amorçage d’un catalyseur d’une ligne d’échappement de véhicule à motorisation hybride, dans lequel :
- un moteur thermique et une autre source motrice, comportant un stockeur d’énergie, sont destinés à répondre à une demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur,
- un catalyseur, destiné au traitement des émissions polluantes provenant du moteur thermique, est chauffé grâce à l’utilisation du moteur thermique, le procédé comprenant une première étape de détermination d’un premier seuil de puissance correspondant à une puissance de décharge maximale instantanée du stockeur d’énergie soustraite d’une réserve de puissance, et d’un deuxième seuil constant de puissance, puis une seconde étape commandant le démarrage du moteur thermique si le premier seuil de puissance devient égal au deuxième seuil constant de puissance ou si la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur dépasse le premier seuil de puissance.
Les avantages du procédé et du véhicule automobile hybride conformes à l’invention étant similaires à ceux du système de pilotage de l’amorçage d’un catalyseur de véhicule à motorisation hybride énumérés plus haut, ils ne sont pas répétés ici.
D’autres aspects et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d’un mode particulier de réalisation, donné à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins qui l’accompagnent, dans lesquels :
- la figure 1 est un schéma d’un véhicule hybride selon un mode de réalisation du système selon l’invention ;
- la figure 2 est un organigramme illustrant les étapes du procédé selon un mode de réalisation de l’invention ;
- la figure 3 est un schéma illustrant la contribution de la réserve de puissance, et donc une anticipation de démarrage du moteur thermique créée selon l’invention, lorsque la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur dépasse le premier seuil de puissance de démarrage du moteur thermique entraînant ainsi le démarrage du moteur thermique, selon la séquence décrite dans l’organigramme de la figure 2 ;
- la figure 4 est un organigramme illustrant les étapes du procédé selon un autre mode de réalisation de l’invention ;
- la figure 5 est un schéma illustrant la contribution de la réserve de puissance lorsque le premier seuil de puissance passe en dessous du deuxième seuil constant de puissance, selon la séquence décrite dans l’organigramme de la figure 4.
A nouveau, il est rappelé que l’invention est illustrée ici dans un exemple avec un véhicule hybride électrique mais la machine électrique peut être remplacée par exemple par une technologie pneumatique ou hydraulique, de préférence hydraulique.
Par ailleurs, il doit être noté que la présente invention a l’avantage de ne pas modifier le catalyseur utilisé classiquement pour un véhicule à motorisation hybride, voire pour un véhicule conventionnel. En outre, l’invention ne prévoit aucune modification, ajout ou suppression, au niveau de la structure ou de l’architecture du véhicule, plus précisément dans la ligne d’échappement.
La figure 1 présente un véhicule automobile, pouvant servir à illustrer l’invention, comprenant par exemple les équipements et organes suivants :
Cette figure présente un véhicule hybride comportant un moteur thermique 2 entraînant par un embrayage 4 piloté de manière automatique, une transmission 6 présentant différents rapports de vitesse, reliée aux roues avant motrices 8 de ce véhicule.
Une ligne d’échappement 50 dispose de moyens aptes à traiter les gaz d’échappement, dont notamment les imbrulés, provenant de la chambre de combustion du moteur thermique 2. Dans le cadre de la présente invention, ces moyens consistent plus particulièrement en un catalyseur 40 de ligne d’échappement 50.
L’arbre d’entrée de la transmission 6 recevant le mouvement de l’embrayage 4, comporte une machine électrique avant de traction 10
- 11 alimentée par une batterie basse tension de traction 12. De cette manière la machine électrique avant 10 peut délivrer un couple sur les roues motrices 8 sans passer par l’embrayage 4, en utilisant les différents rapports de vitesse proposés par la transmission 6.
Un chargeur embarqué 14 peut être relié par une prise extérieure 16 à un réseau de distribution d’électricité, pour recharger la batterie de traction 12 quand le véhicule est à l’arrêt. La batterie de traction 12 présente une basse tension, qui peut être par exemple de 220 ou 300 Volts (V).
La batterie de traction 12 alimente aussi une machine électrique arrière de traction 18 reliée successivement par un réducteur 20 et un système de crabotage 22, à un différentiel arrière 24 répartissant le mouvement vers les roues arrières du véhicule 26.
Un alternateur, également désigné alterno-démarreur, 30 relié en permanence par une courroie 32 au moteur thermique 2, alimente un réseau de bord comportant une batterie très basse tension 34, par exemple de 12 ou 24 Volts (V). En complément la batterie du réseau de bord 34 peut être chargée par un convertisseur de tension continue DC/DC 36, recevant une énergie électrique de la batterie de traction 12, ou d’une machine électrique avant 10 ou arrière 18 si le niveau d’énergie de cette batterie de traction est insuffisant.
Lors des freinages du véhicule ou d’un relâchement d’une pédale d’accélérateur, les machines électriques 10, 18 travaillent en génératrice en délivrant un couple de freinage, pour recharger la batterie de traction 12 et récupérer une énergie.
Un moyen d’analyse et de commande, non représenté sur les figures annexées, contrôle le fonctionnement de ce groupe motopropulseur pour répondre aux demandes du conducteur tout en optimisant les consommations d’énergie et les émissions de gaz polluants selon des stratégies classiques.
Dans cet exemple d’exécution, la batterie de traction 12 constitue le stockeur d’énergie selon l’invention tandis que l’ensemble formé par la machine électrique avant de traction 10 et la machine électrique arrière de traction 18 constitue l’autre source motrice (hybride) selon l’invention.
- 12La présente invention part du constat qu’il est nécessaire d’assister au maximum le moteur thermique 2 lors de son démarrage, d’une part, parce qu’au démarrage, les machines électriques de traction 10, 18, outre la capacité fournie par une puissance de réserve qui sera décrite ci-dessous, sont en capacité de fournir une puissance répondant à une demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur et d’autre part parce qu’il est souhaitable de n’utiliser que de façon minime le moteur thermique 2 lorsque le catalyseur 40 n’est pas encore en mode actif, c’est-à-dire non amorcé. On utilise ainsi le moteur thermique 2 de tel sorte qu’il fournisse une puissance de chauffe relativement faible, capable de chauffer le catalyseur 40 mais sans rejeter des gaz polluants (non traité par le catalyseur 40) de façon excessive. Dans ce mode, le moteur thermique 2 chauffe la ligne d’échappement 50 en maîtrisant le rejet des gaz polluants.
L’invention consiste donc, pour un véhicule hybride, en un compromis avantageux au regard de la consommation de carburant fossile, c’est-à-dire de rejet de gaz polluant, et du chauffage du catalyseur 40 jusqu’à ce que ce catalyseur atteigne sa température d’amorçage qui le rend actif et donc, apte à traiter les gaz polluants provenant de la combustion du carburant fossile.
C’est pourquoi il est défini cette puissance de réserve ainsi qu’un premier seuil de puissance, dans le moyen d’analyse et de commande qui contrôle notamment les machines électriques de tractions et la capacité de stockage d’énergie 12, afin que cette puissance de réserve soit allouée lors du démarrage du moteur thermique 2 pour répondre à la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur.
Les figures 2 et 3 illustrent un même mode de réalisation du système et du procédé selon l’invention. Sur ces deux figures, on a représenté le cas d’un démarrage du moteur thermique 2 lorsque la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur dépasse le premier seuil de puissance 42.
En effet, comme cela est indiqué sur l’organigramme de la figure 2, le moyen d’analyse et de commande détermine le premier seuil de puissance 42 correspondant à une puissance de décharge maximale instantanée 43
- 13 du stockeur d’énergie 12 soustraite d’une réserve de puissance 41, le moyen d’analyse et de commande imposant le démarrage du moteur thermique 2 si la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur IVC dépasse le premier seuil de puissance 42.
La réserve de puissance 41 pourrait également être désignée par l’expression réserve de couple (à l’instar dans ce cas du premier seuil de puissance et de la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur IVC).
La figure 3 illustre différemment la même séquence que celle de la figure 2.
Comme on peut le voir sur cette figure 3, le démarrage du moteur est imposé par le moyen d’analyse et de commande à l’instant to correspondant à la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur IVC égale au premier seuil de puissance 42. Le stockeur d’énergie 12 est intégralement mise à contribution pour fournir une puissance électrique répondant à la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur IVC jusqu’à l’instant ti. L’instant ti correspond au moment où la puissance motrice instantanée de la part du conducteur IVC dépasse la puissance de décharge maximale instantanée 43 du stockeur d’énergie 12, Ce n’est qu’à compter de l’instant ti que le moteur thermique 2 est également mis à contribution pour la traction. Entre les instants to et ti la puissance fournie par le moteur thermique 2 est entièrement dédiée à la chauffe du catalyseur 40 et ne participe pas à la traction du véhicule.
Autrement dit, pendant la période de to à ti, le moteur thermique 2 est démarré mais ne participe pas à la traction tout en tournant par exemple à un régime de ralenti, par exemple entre 750 et 1200 tours par minute. Cette action permet de chauffer le catalyseur 40 pour l’amener à sa température d’amorçage en faisant fonctionner le moteur thermique sur un point de fonctionnement idéal peu émissif en polluants, puis, à compter de ti, le moteur thermique 2 est mis à contribution pour répondre à la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur IVC qui augmente de façon croissante.
- 14L’effet de la réserve de puissance 41 se visualise donc sur la figure 3 par l’anticipation du démarrage du moteur thermique 2, cette anticipation étant égale à ti - to. Cette anticipation est représentée sur la figure 3.
A compter de ti, c’est-à-dire lorsque la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur IVC dépasse la puissance de décharge maximale instantanée 43 du stockeur d’énergie 12, deux cas de figures sont possibles :
- soit le moyen d’analyse et de commande impose une puissance de traction constante apportée par le moteur thermique 2 jusqu’à ce que le catalyseur 40 atteigne sa température d’amorçage quand, pendant cette phase d’amorçage, la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur (IVC) ne dépasse pas un troisième seuil de puissance, ou
- soit le moyen d’analyse et de commande impose la puissance de traction apportée par le moteur thermique 2 en fonction de la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur IVC jusqu’à ce que le catalyseur 40 atteigne sa température d’amorçage quand, pendant cette phase d’amorçage, la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur IVC dépasse le troisième seuil de puissance.
Selon une autre présentation de cette figure 3, le moteur thermique 2 est démarré dès l’instant to pour chauffer le catalyseur 40 mais il ne contribue pas à fournir du couple/puissance de traction (il n’est pas couplé aux roues) pour répondre à la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur IVC. Ainsi, pendant cette période de to à ti, le moteur thermique 2 maîtrise ses gaz polluants alors que, dans le même temps, le catalyseur 40 a commencé à être chauffé et a atteint éventuellement sa température d’amorçage pour le traitement des gaz.
Les figures 4 et 5 illustrent un même mode de réalisation du système et du procédé selon l’invention. Sur ces deux figures, le moyen d’analyse et de commande détermine le premier seuil de puissance 42 correspondant à la puissance de décharge maximale instantanée 43 du stockeur d’énergie
- 15 12 soustraite de la réserve de puissance 41, et le deuxième seuil constant de puissance 44, le moyen d’analyse et de commande imposant le démarrage du moteur thermique 2 si le premier seuil de puissance 42 devient égal au deuxième seuil constant de puissance 44.
La figure 5 illustre différemment la même séquence que celle de la figure 4, mais dans le cas où, indépendamment de la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur IVC, le premier seuil de puissance 42 devient égal au deuxième seuil constant de puissance 44, cette égalité correspondant alors à un instant t3. Sur cette figure, le démarrage du moteur thermique 2 a lieu à cet instant t3. Le moyen d’analyse et de commande impose le démarrage du moteur thermique 2 à l’instant t3 et impose également le maintien du moteur thermique 2 à l’état démarré tant que le premier seuil de puissance 42 est égal ou inférieur au deuxième seuil constant de puissance 44.
Dans ce cas, la réserve de puissance 41 est égale à un minimum prédéfini et la puissance de décharge maximale instantanée 43 du stockeur d’énergie 12 (électrique, hydraulique, ...) est faible, voire potentiellement nulle. En effet, sous certaines conditions telles qu’une faible température climatique ou une faible température des organes contributifs (moteur thermique 2, ligne d’échappement 50, stockeur d’énergie 12), ou encore le vieillissement de ces organes contributifs, la motorisation hybride fournit moins de puissance que lorsqu’elle est neuve ou placée dans des conditions plus clémentes.
Pour illustrer l’invention avec des valeurs, on peut considérer que la puissance de décharge maximale instantanée 43 du stockeur d’énergie 12 est au maximum de 90 kilowatts (kW). La réserve de puissance 41 pour mettre en œuvre les stratégies de dépollution serait de 50 kW.
Sur la figure 3, le véhicule est en mouvement. Avec les mêmes données susvisées, dès que la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur IVC atteint 40 kW, correspondant au croisement avec le premier seuil de puissance 42, le moteur thermique 2 démarre ou, plus précisément, le moyen d’analyse et de commande impose le démarrage du moteur thermique 2. En effet, compte tenu de la puissance
- 16de décharge maximale instantanée 43 du stockeur 12 de 90 kW et d’une réserve de puissance 41 fixée à 50 kW, le premier seuil de puissance 42 pour le démarrage du moteur thermique 2 est donc défini à 40 kW.
La figure 3 présente ainsi le cas où la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur IVC, autrement désigné comme la puissance IVC, devient supérieure au premier seuil de puissance 42 de démarrage du moteur thermique 2.
Pour la figure 5, le deuxième seuil constant de puissance 44, autrement dit un niveau minimum (quelques soient les conditions internes/externes au stockeur d’énergie 12) de puissance du stockeur d’énergie 12 est fixé à 30 kW. La puissance de décharge maximale instantanée 43 diminue lentement, par exemple en raison d’une très basse température climatique, pour atteindre 80 kW à t3 sur cette figure 5. Compte tenu d’une réserve de puissance 41 fixée à 50 kW et du deuxième seuil constant de puissance 44 fixé à 30 kW, le moyen d’analyse et de commande impose le démarrage du moteur thermique 2 si le premier seuil de puissance 42 devient égal au deuxième seuil constant de puissance 44, de sorte qu’à t3, le moyen d’analyse et de commande impose le démarrage du moteur thermique 2.
Ici, on notera que à l’instant t3, le premier seuil de puissance 42 est égal au deuxième seuil constant de puissance 44, soit par exemple les 30 kW susmentionnés, correspondant à une puissance minimale du stockeur d’énergie 12 auquel s’ajoute la réserve de puissance 41.
Les figures 3 et 5 illustrent également le fait que le premier seuil de puissance 42 est supérieur ou égal au deuxième seuil constant de puissance 44 avant qu’ils ne deviennent égaux. Ce deuxième seuil constant de puissance 44, comme déjà expliqué, correspond à la puissance de décharge minimale du stockeur d’énergie 12.
On remarquera que la réserve de puissance 41 est variable en fonction de plusieurs paramètres. Par exemple, ces paramètres incluent séparément ou en combinaison :
- un vieillissement du catalyseur 40, car plus le catalyseur 40 est usé, plus sa température d’amorçage augmente, et donc plus la réserve de puissance 41 doit être grande,
- un niveau de stockage en énergie du stockeur d’énergie 12, car plus ce niveau est élevé, plus la puissance de décharge maximale instantanée 43 du stockeur 12 est élevée,
- une vitesse du véhicule, car celle-ci conditionne indirectement la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur IVC en fonction de la résistance à la pénétration dans l’air du véhicule et le profil géométrique de la route,
- une température climatique, car elle est représentative de la température du catalyseur 40 lorsque le véhicule est stationné de façon prolongée, mais est aussi représentative de la température du stockeur 12, une température de la ligne d’échappement 50, car il est bien évident qu’il est plus rapide d’amener le catalyseur 40 à une température d’amorçage entre environ 350°C et 400°C en partant d’une température initiale du catalyseur 40 déjà élevée, par exemple 150°c, par rapport à une température initiale correspondant à la température climatique entre -10°C et 40°C. La réserve de puissance 41 est adaptée en étant d’autant moins importante que cette température initiale est élevée.
ou encore un mode de conduite sélectionné par le conducteur comme un mode en régulation de vitesse automatique, ou déterminé par moyen d’analyse et de commande. Par exemple, pour un mode écologique, visant à minimiser les émissions polluantes, la réserve de puissance 41 sera augmentée, de façon à être certain d’atteindre la température d’amorçage du catalyseur 40 avant d’avoir besoin de la puissance de traction du moteur thermique 2.
Optionnellement, le moyen d’analyse et de commande temporise le démarrage du moteur thermique 2 et si, à l’issue de cette temporisation, le premier seuil de puissance 42 est inférieur ou égal au deuxième seuil
- 18 constant 44 de puissance, ou si la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur IVC dépasse le premier seuil de puissance 42, le moyen d’analyse et de commande demande le démarrage du moteur thermique 2. Cette temporisation est par exemple de 800 milliseconde.
En variante, cette temporisation est remplacée par une condition à atteindre supplémentaire à partir de l’instant tO ou t3, qui est que :
à l’instant tO, le moyen d’analyse et de commande ne démarre le moteur thermique 2 que lorsque une intégrale de l’écart entre la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur IVC et le premier seuil de puissance 42 est supérieur à une première valeur minimale, par exemple 1000Nms si les seuils sont exprimés en couple.
à l’instant t3, le moyen d’analyse et de commande ne démarre le moteur thermique 2 que lorsque une intégrale de l’écart entre le deuxième seuil constant 44 de puissance et le premier seuil de puissance 42 est supérieur à une deuxième valeur minimale, par exemple 1000Nms si les seuils sont exprimés en couple.

Claims (10)

  1. - 19REVENDICATIONS
    1. Système de pilotage de l’amorçage d’un catalyseur (40) d’une ligne d’échappement (50) de véhicule à motorisation hybride, comportant :
    - un moteur thermique (2) ;
    - au moins une autre source motrice (10, 18) comportant un stockeur d’énergie (12), ladite autre source motrice (10,18) présentant deux modes d’actionnement, un mode moteur dans lequel elle fournit une puissance de traction ou d’assistance au moteur thermique (2) et un mode génératrice dans lequel elle stocke de l’énergie, via ledit stockeur d’énergie (12), en vue de fournir ladite puissance de traction ou d’assistance ;
    le moteur thermique (2) et l’autre source motrice (10, 18) répondant à une demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur (IVC), et
    - le catalyseur (40), destiné au traitement des émissions polluantes provenant du moteur thermique (2), étant chauffé grâce à l’utilisation du moteur thermique (2) et présentant une température d’amorçage à partir de laquelle ledit catalyseur (40) est en mode actif dans lequel ledit traitement est réalisé ;
    - un moyen d’analyse et de commande déterminant une température dudit catalyseur (40), caractérisé en ce que le moyen d’analyse et de commande détermine une puissance de décharge maximale instantanée (43) du stockeur d’énergie (12), un premier seuil de puissance (42) correspondant à la puissance de décharge maximale instantanée (43) du stockeur d’énergie (12) soustraite d’une réserve de puissance (41), et un deuxième seuil constant de puissance (44), le moyen d’analyse et de commande imposant le démarrage du moteur thermique (2) si le premier seuil de puissance (42) devient égal au deuxième seuil constant de puissance (44) ou si la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur (IVC) dépasse le premier seuil de puissance (42).
  2. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réserve de puissance (41) est variable en fonction de plusieurs paramètres.
  3. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que ces paramètres incluent séparément ou en combinaison : un vieillissement du catalyseur (40), un niveau de stockage en énergie du stockeur d’énergie (12), une vitesse du véhicule, une température climatique, une température de la ligne d’échappement (50), un mode de conduite sélectionné par le conducteur ou déterminé par le moyen d’analyse et de commande.
  4. 4. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lorsque la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur (IVC) dépasse la puissance de décharge maximale instantanée (43) du stockeur d’énergie (12), le moyen d’analyse et de commande impose une puissance de traction constante apportée par le moteur thermique (2) jusqu’à ce que le catalyseur (40) atteigne sa température d’amorçage quand, pendant cette phase d’amorçage, la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur (IVC) ne dépasse pas un troisième seuil de puissance.
  5. 5. Système selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, lorsque la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur (IVC) dépasse la puissance de décharge maximale instantanée (43) du stockeur d’énergie (12), le moyen d’analyse et de commande impose une puissance de traction apportée par le moteur thermique (2) en fonction de la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur (IVC) jusqu’à ce que le catalyseur (40) atteigne sa température d’amorçage quand, pendant cette phase d’amorçage, la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur (IVC) dépasse un troisième seuil de puissance.
  6. 6. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier seuil de puissance (42) est supérieur au deuxième seuil constant de puissance (44) avant qu’ils ne deviennent égaux, ce deuxième seuil constant de puissance (44) correspondant à une puissance de décharge minimale du stockeur d’énergie (12).
  7. 7. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’autre source motrice (10, 18) consiste en au moins un moteur électrique.
  8. 8. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen d’analyse et de commande temporise le démarrage du moteur thermique (2) et si, à l’issue de cette temporisation, le premier seuil de puissance (42) est inférieur ou égal au deuxième seuil constant (44) de puissance, ou si la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur (IVC) dépasse le premier seuil de puissance (42), le moyen d’analyse et de commande demande le démarrage du moteur thermique (2).
  9. 9. Véhicule automobile hybride, caractérisé en ce qu’il comporte au moins un système de pilotage selon l’une quelconque des revendications précédentes.
  10. 10. Procédé de pilotage de l’amorçage d’un catalyseur (40) d’une ligne d’échappement (50) de véhicule à motorisation hybride, dans lequel :
    - un moteur thermique (2) et une autre source motrice (10, 18), comportant un stockeur d’énergie (12), sont destinés à répondre à à une demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur (IVC),
    - un catalyseur (40), destiné au traitement des émissions polluantes provenant du moteur thermique (2), est chauffé grâce à l’utilisation du moteur thermique (2), caractérisé en ce que le procédé comprend une première étape de détermination d’un premier seuil de puissance (42) correspondant à une puissance de décharge maximale instantanée (43) du stockeur d’énergie (12) soustraite d’une réserve de puissance (41), et d’un deuxième seuil constant de puissance (44), puis une seconde étape commandant le démarrage du moteur thermique (2) si le premier seuil de puissance (42) devient égal au deuxième seuil constant de puissance (44) ou si la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur (IVC) dépasse le premier seuil de puissance (42).
    1/3
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