FR3075260A1 - Systeme et procede de pilotage de la temperature d’un catalyseur d’une ligne d’echappement de vehicule, et vehicule automobile les incorporant - Google Patents

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Abstract

Ce système de pilotage de la température d'un catalyseur d'une ligne d'échappement de véhicule hybride comporte un catalyseur présentant une température d'amorçage (Ta) à partir de laquelle ledit catalyseur est en mode actif dans lequel ledit traitement est réalisé, une température de seuil (Ts) du catalyseur, supérieure à la température d'amorçage (Ta), étant prédéfinie constante qui, une fois atteinte, autorise l'arrêt du chauffage du catalyseur pendant une durée prédéterminée tout en le maintenant en mode actif et lorsqu'une température instantanée du catalyseur est inférieure à ladite température de seuil (Ts), le chauffage du catalyseur est commandé jusqu'à atteindre la température de seuil (Ts).

Description

SYSTEME ET PROCEDE DE PILOTAGE DE LA TEMPERATURE 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 la température 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 la température de tels catalyseurs équipant les véhicules, placés à l’heure actuelle dans la ligne d’échappement des gaz de combustion émis par le moteur thermique d’un véhicule.
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 en effet pour but de minimiser la pollution pour mieux respecter l'environnement en réduisant, par catalyse, 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 d'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
-2diesel) qui permettent d'oxyder les hydrocarbures imbrûlés et le monoxyde d'azote émis par le moteur fonctionnant en mélange pauvre. 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 par exemple entre 50% et 90%, lorsque la température du catalyseur est par exemple comprise entre environ 250°C et 300°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 varie généralement entre 20 et 60 secondes. Les stratégies utilisées sur les véhicules conventionnels (non hybride) imposent un démarrage du moteur thermique lors de sa mise en action. En cas de demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur, l’utilisation du moteur thermique va être demandée de sorte que les émissions de polluants ne sont pas maîtrisées durant cette phase d’amorçage.
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 stocké dans une batterie d'accumulateurs), le démarrage à la mise en action n’est pas souhaitable car le système électrique peut généralement réaliser la traction.
De plus, avec les véhicules hybrides, une fois le moteur chaud, le roulage électrique peut être suffisamment long pour laisser refroidir rapidement la ligne d’échappement de sorte qu’il se produit un désamorçage du catalyseur ayant des impacts négatifs sur les polluants associés.
Il n’existe pas à l’heure actuelle de système permettant de gérer de façon optimum à la fois la température du catalyseur (en vue de son amorçage et de la conservation de cet état) et la gestion des couples moteur thermique et électrique au regard d’une part de la demande de
- 3 puissance motrice instantanée de la part du conducteur (toujours prioritaire) et d’autre part d’une utilisation prioritaire du couple électrique vis-à-vis du couple moteur (thermique) afin de réduire au maximum l’utilisation de carburant fossile.
De ce point de vue, on connaît le brevet US 20060156710 qui propose une solution qui n’est pas satisfaisante. Ce brevet décrit une stratégie de chauffe de catalyseur de véhicule hybride afin d’atteindre une valeur seuil de température du catalyseur : si la température du catalyseur est inférieure à la valeur seuil, le couple produit par le moteur électrique augmente et le couple produit par le moteur à combustion interne diminue.
La présente invention a notamment pour but d’éviter ces inconvénients de la technique antérieure et de proposer un système de pilotage de la température d’un catalyseur d’une ligne d’échappement de véhicule hybride permettant de gérer le plus efficacement possible, sans nécessiter de changements structurels, le groupe motopropulseur afin de minimiser l’utilisation des leviers du moteur thermique pour la gestion du catalyseur (afin de le conserver en mode « actif » dans lequel il réduit les gaz nocifs).
Dans ce but, la présente invention propose un système de pilotage de la température d’un catalyseur d’une ligne d’échappement de véhicule à motorisation hybride, comportant :
- un moteur thermique ;
- au moins une autre source motrice ;
- un catalyseur destiné au traitement des émissions polluantes provenant du moteur thermique le catalyseur étant chauffé lors de l’utilisation du moteur thermique et présentant une température d’amorçage Ta à partir de laquelle ledit catalyseur est en mode actif dans lequel ledit traitement est réalisé ; et
- un moyen d’analyse et de commande apte à déterminer une température instantanée du catalyseur, une température de seuil Ts du catalyseur, supérieure à la température d’amorçage Ta, est prédéfinie constante et stockée dans le moyen d’analyse et de commande, ladite température de seuil Ts atteinte
-4autorisant, via la commande du moyen d’analyse et de commande, l’arrêt du chauffage du catalyseur pendant une durée prédéterminée t tout en le maintenant en mode actif et lorsque la température instantanée du catalyseur déterminée par le moyen d’analyse et de commande est inférieure à ladite température de seuil Ts, le moyen d’analyse et de commande commande le chauffage du catalyseur jusqu’à atteindre la température de seuil Ts.
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, enregistrer/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 extérieure, 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.
Le moyen d’analyse et de commande est capable de déterminer la température du catalyseur grâce à des capteurs de température situés dans ou à proximité de la ligne d’échappement du véhicule et/ou grâce à un calcul ou une estimation de la température dans ladite ligne au regard de la quantité de carburant injecté dans la chambre de combustion et de la température du moteur.
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
- 5 atteint par le catalyseur, de sa nature et de sa quantité dans la ligne d’échappement.
Grâce à l’invention, il est dorénavant possible d’optimiser le pilotage du groupe motopropulseur par la gestion des points de fonctionnement de chacun des organes producteurs de couple, permettant ainsi de conserver le catalyseur chaud (à une température au moins égale à sa température d’amorçage Ta) en prévision d’un long roulage avec le moteur (thermique) éteint.
En outre, tout en respectant les normes d’émissions de gaz polluants, le système selon l’invention permet de minimiser 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 important (nombre élevé de pains) de ce dernier ou l’utilisation d’un catalyseur performant mais coûteux n’est plus une nécessité, autrement dit un catalyseur classique pour véhicule hybride est parfaitement approprié (par sa taille et sa nature).
Avantageusement, une température intermédiaire T, supérieure à la température d’amorçage Ta et inférieure à la température de seuil Ts, est prédéfinie et stockée dans le moyen d’analyse et de commande.
Selon une première possibilité offerte par l’invention, lorsque la température instantanée du catalyseur déterminée par le moyen d’analyse et de commande est inférieure ou égale à la température d’amorçage Ta, le moyen d’analyse et de commande commande le chauffage du catalyseur jusqu’à atteindre, pendant un premier laps de temps, la température intermédiaire T, puis, pendant un second laps de temps, la température de seuil Ts.
Selon cette première possibilité, l’augmentation de la température du catalyseur est réalisée en deux étapes. Tout d’abord le catalyseur est amené à la température intermédiaire T, puis, dans un second temps, à la température de seuil Ts. Autrement dit, l’élévation de la température du catalyseur n’est pas constante et présente sensiblement deux séquences :
- une première séquence, correspondant au premier laps de temps, pendant laquelle la température du catalyseur augmente suivant une première pente ; puis
- une seconde séquence, correspondant au second laps de temps, pendant laquelle la température du catalyseur augmente suivant une seconde pente.
Les deux susdites pentes sont a priori différentes et peuvent être séparées par une certaine durée pendant laquelle la pente est nulle, c’està-dire que la température du catalyseur reste constante, une fois que cette température atteint au moins la température intermédiaire T,.
Selon cette première hypothèse, on passe ainsi de la stratégie A à la stratégie B, au cours du premier laps de temps, puis à la stratégie C, au cours du second laps de temps. On comprend par « stratégie A, B et C » le fait de piloter le groupe motopropulseur pour augmenter la température du catalyseur respectivement depuis, ou à partir :
- d’une température instantanée du catalyseur inférieure à sa température d’amorçage Ta (stratégie A),
- d’une température instantanée du catalyseur au moins égale à la température intermédiaire T, mais inférieure à la température de seuil Ts (stratégie B), et
- d’une température instantanée du catalyseur au moins égale à la température de seuil Ts.
Ces stratégies A, B et C sont décrites plus en détails dans la suite.
Bien entendu, le premier et le second laps de temps sont variables et peuvent durer de quelques secondes à plusieurs minutes, en fonction notamment de la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur.
Selon une seconde possibilité offerte par l’invention, lorsque la température instantanée du catalyseur déterminée par le moyen d’analyse et de commande est inférieure ou égale à la température d’amorçage Ta, le moyen d’analyse et de commande commande le chauffage du catalyseur jusqu’à atteindre directement la température de seuil Ts.
-7Selon cette deuxième hypothèse, on passe de la stratégie A à la stratégie C et le terme « directement » signifie que l’augmentation de la température du catalyseur est continue, de préférence suivant une pente d’augmentation constante, au moins jusqu’à atteindre la température de seuil Ts. La durée pour atteindre la température de seuil Ts selon cette deuxième hypothèse est également variable.
Selon un aspect de l’invention, la susdite durée prédéterminée t est variable.
De préférence, la durée prédéterminée t est fonction de la température extérieure et/ou de l’altitude.
Selon une possibilité offerte par l’invention, la durée prédéterminée t est comprise entre 3 minutes et 60 minutes. Avantageusement, la durée prédéterminée t est comprise entre 8 minutes et 30 minutes.
Selon une possibilité offerte par l’invention, la susdite température de seuil Ts est variable en fonction de la nature du catalyseur.
De préférence, l’autre source motrice consiste en au moins un moteur électrique.
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.
Toujours dans le même but, la présente invention propose un procédé de pilotage de la température d’un catalyseur d’une ligne d’échappement de véhicule à motorisation hybride, le catalyseur, destiné au traitement des émissions polluantes provenant du moteur thermique, étant chauffé lors de l’utilisation du moteur thermique présentant une température d’amorçage Ta à partir de laquelle ledit catalyseur est en mode actif dans lequel ledit traitement est réalisé, une température de seuil du catalyseur, supérieure à la température d’amorçage Ta, est prédéfinie constante, ladite température de seuil atteinte autorisant l’arrêt du chauffage du catalyseur pendant une durée prédéterminée t tout en le maintenant en mode actif et en ce que lorsqu’une température instantanée du catalyseur est inférieure à ladite température de seuil Ts, on commande le chauffage du catalyseur jusqu’à atteindre la température de seuil Ts.
- 8 Les avantages du procédé et du véhicule automobile hybride conformes à l’invention étant similaires à ceux du système de pilotage de la température d’une ligne d’échappement 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 schéma illustrant la température du catalyseur en fonction des températures Ta et Ts ainsi que des stratégies A, B et C susceptibles d’être mises en œuvre selon un mode d’exécution du système et du procédé de l’invention ;
- la figure 3 illustre, dans un tableau présentant les couples moteur et électrique ainsi que l’interprétation de la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur (désignée IVC), un exemple de gestion suivant la stratégie A suivi conformément au système et procédé selon l’invention ;
- la figure 4 illustre, suivant un tableau identique à celui utilisé pour la figure 2, un exemple suivant la stratégie B, lorsque le bloc batterie du véhicule n’est pas saturé, suivi conformément au système et procédé selon l’invention ;
- la figure 5 illustre, suivant un tableau identique à celui utilisé pour la figure 2, un exemple suivant la stratégie B, lorsque le bloc batterie du véhicule est saturé, suivi conformément au système et procédé selon l’invention ;
- La figure 6 est un organigramme illustrant le principe du système et du procédé selon l’invention ;
- La figure 7 est un organigramme illustrant les actions réalisées sur le moteur thermique en fonction des stratégies A, B et C présentées sur la figure 2 et d’une demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur.
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 n’entend 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 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).
- 10La 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 arrière 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 34 comportant une batterie très basse tension. 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 de la 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 de la source hybride 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.
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
- 11 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.
Comme on peut le voir sur la figure 2, le système et procédé selon l’invention définit quatre états du catalyseur 40, noté de 0 à 3, correspondant chacun à une température de celui-ci. Le passage entre chaque état est défini en fonction de la température estimée par calcul à partir de données définies et/ou mesurée dans le catalyseur 40 ou en fonction d’une température cible Ts à atteindre.
La température instantanée 41 du catalyseur 40 est mesurée grâce à un ou plusieurs capteurs situés et/ou elle est estimée selon des méthodes diverses, bien connues de l’homme du métier.
On peut éventuellement associer à chaque état du catalyseur 40 un offset 42, également désigné décalage ou encore marge de temporisation, qui permet de s’assurer ou de confirmer que la température instantanée 41 du catalyseur 40 est effectivement atteinte. Cet offset 42, se retrouvant classiquement dans les systèmes de commande électrique/électronique, peut dépendre de multiples paramètres.
Ainsi, sur cette figure, les quatre états susmentionnés sont visibles :
- état 0 : le catalyseur 40 est froid et ne traite pas, ou très peu, les émissions de gaz polluants provenant de la combustion du carburant fossile ;
- état 1 : le catalyseur 40 a atteint sa température d’amorçage Ta, seuil à partir duquel il commence à traiter efficacement - selon un pourcentage de traitement au moins égal à 50% des émissions de gaz polluants - en particulier les oxydes d’azote NOx mais le catalyseur 40 est encore proche de la température de désamorçage (la température instantanée 41 du catalyseur 40 est juste supérieure ou égale à Ta) ;
- état 2 : le catalyseur 40 atteint sa température intermédiaire T, et traite efficacement les polluants - pourcentage de traitement au moins égal à 60% - mais il n’est pas encore à la température cible Ts pour pouvoir réaliser une « apnée électrique », autrement dit pendant une durée t, seul le moteur électrique contribue à la propulsion du véhicule, sans faire appel au moteur thermique 2 ;
- état 3 : le catalyseur 40 atteint sa température cible ou de seuil Ts et peut donc réaliser une apnée électrique pendant une durée relativement longue t.
Dans cet exemple d’exécution de l’invention, on définit trois stratégies A, B et C qui sont liées aux différents états susvisés du catalyseur 40. La stratégie A débute lorsque la température instantanée 41 du catalyseur 40 est inférieure à la température d’amorçage Ta, la stratégie B débute lorsque la température instantanée 41 du catalyseur 40 est égale ou supérieure à la température d’amorçage Ta mais inférieure à la température de seuil Ts tandis que la stratégie C débute lorsque la température instantanée 41 du catalyseur 40 a atteint la température de seuil Ts.
Selon une première possibilité, on fait passer le catalyseur 40 de la stratégie A vers la stratégie B. Ceci permet de poursuivre la chauffe du catalyseur 40 via les leviers hybrides jusqu’à un seuil de température plus élevé. Ceci permet d’optimiser la disponibilité hybride sur la phase suivante, tout en minimisant la consommation de carburant : en montant plus haut en température, le catalyseur 40 mettra plus de temps à refroidir jusqu’au seuil de l’état 1 et donc le réglage hybride optimisé en consommation peut être conservé plus longtemps.
Selon une autre possibilité, on fait passer le catalyseur 40 de la stratégie A directement vers la stratégie C. Cette option consiste à appliquer directement un réglage du groupe motopropulseur hybride optimisé en consommation.
Dans le cadre de la stratégie A, on essaie, afin de maîtriser au mieux les émissions de gaz polluants, de maintenir le moteur thermique 2 dans un état de régime le plus stable possible, autrement dit on recherche à appliquer un couple constant déterminé au moteur thermique 2.
Selon une première variante, illustrée sur la figure 3, le moteur thermique 2 est accouplé aux roues 8 du véhicule et est positionné dès sa mise en action sur un point de charge fixe optimal pour le compromis
- 13 consommation/dépollution via le(s) système(s) électrique(s). Le couple du moteur thermique 2 produit sert soit à la traction - dans ce cas, le moteur/machine électrique fournit éventuellement le complément - soit à la recharge de la batterie si le couple moteur thermique produit est supérieur au besoin de traction.
Sur cette figure, comme sur les figures 4 et 5, le couple moteur thermique 2 est noté Cmot tandis que le couple moteur électrique est noté CelecSelon une seconde variante, le moteur thermique 2 est maintenu le plus possible au ralenti, découplé des roues 8, avec un réglage optimum d’un point de vue consommation/émissions permettant de chauffer le catalyseur 40 afin de traiter les émissions. Pendant ce laps de temps, la traction du véhicule est réalisée par la machine/moteur électrique.
Dans cette seconde variante, tant que le catalyseur 40 n’est pas amorcé, si la machine/moteur électrique ne peut pas réaliser la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur, celle-ci sera réalisée au maximum par ladite machine électrique et le moteur thermique 2 réalisera le complément exigé par l’interprétation de la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur (IVC).
Dans le cadre de la stratégie B, le catalyseur 40 est amorcé mais on a besoin de chauffer le catalyseur 40 pour atteindre la température cible Ts du catalyseur 40.
Pour réaliser ce chauffage, on vient imposer un couple minimal au moteur thermique 2. Comme précédemment, le couple réalisé par le moteur sert à la traction et si le couple demandé par le conducteur est plus faible que le couple minimal, le complément sert à recharger la batterie. Par rapport à la stratégie A, le catalyseur 40 est ici déjà amorcé de sorte que le compromis consommation/émissions de gaz polluants pourra être différent.
Les figures 4 et 5 annexées illustrent des exemples de cette stratégie, respectivement lorsqu’il n’y a pas de saturation électrique - les batteries du bloc batterie ne sont pas pleines et peuvent donc encore
- 14stockées de l’énergie électrique - et en présence d’une saturation électrique du bloc batterie.
Conformément à la nécessité de chauffer le catalyseur 40, on impose par exemple un couple minimal au moteur thermique 2 de 100 Nm (Newton mètre). Pour respecter l’interprétation de la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur (IVC), la machine/moteur électrique complète le couple manquant.
Sur la figure 4, la machine électrique prélève, de façon dégressive, du couple moteur thermique 2, noté Cmot, jusqu’à deux secondes pour charger les batteries afin que le moteur thermique 2 puisse réaliser ce couple minimal de 100 Nm. Comme cela est visible sur cette figure, à partir de deux secondes, la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur est supérieure au couple minimal, ici défini à 100 Nm, du couple moteur thermique 2, de ce fait la machine électrique, noté Ceiec, ne prélève plus de couple au moteur thermique 2. Par ce biais, l’utilisation du couple moteur thermique 2 se fait au juste nécessaire.
Durant cet exemple représenté sur la figure 4, le moteur thermique 2 a chauffé le catalyseur 40 mais il n’y pas eu de dégradation d’avance et donc le rendement de combustion a pu rester optimal. L’expression « dégradation d’avance » est bien connu de l’homme du métier et signifie que l’on envoie plus de carburant et d’air dans la chambre de combustion de sorte qu’une partie de la combustion est réalisée dans la ligne d’échappement, ce qui a pour conséquence bénéfique de chauffer très rapidement notamment le catalyseur 40 mais également pour conséquence négative une surconsommation de carburant fossile et une libération momentanément plus importante de gaz polluants. Aussi, cette solution extrême pour chauffer la ligne d’échappement 50 n’est pas souhaitable et est évité autant que possible grâce au système et procédé selon l’invention.
Sur la figure 5, la limitation de la machine électrique est défini à -50 Nm étant donné que le couple électrique est saturé ; la batterie électrique étant pleine, elle ne peut plus recevoir/stocker d’énergie. La demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur étant prioritaire
- 15 sur le besoin de chauffe du catalyseur 40, on ne peut pas satisfaire le couple minimal du moteur thermique 2 requis pour la chauffe, soit ici 100 Nm, uniquement entre zéro (0) et une (1) seconde.
Dans le cadre de la stratégie C, la température cible Ts étant atteinte, et le catalyseur 40 bien entendu déjà amorcé et fonctionnant pleinement (pourcentage élevé de conversion des gaz), la stratégie C consiste à utiliser un réglage optimisant la consommation de carburant en utilisant au maximum la disponibilité hybride, soit en suivant une phase de roulage moteur thermique 2 éteint pendant une durée t.
Comme cela a été exposé précédemment, une fois la température de seuil Ts atteinte, la durée t, pendant laquelle il est possible de se passer du moteur thermique 2 pour chauffer la ligne d’échappement 50 et en particulier le catalyseur 40, est variable mais peut durer au moins plusieurs minutes et jusqu’à une heure, voire un peu plus si les conditions d’environnement (température extérieure et altitude en particulier) le permettent. Bien entendu, même s’il est possible de maintenir le moteur thermique 2 éteint, ce dernier sera de nouveau utilisé si la seule machine électrique ne peut satisfaire la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur.
La figure 6 présente, suivant un logigramme, le principe du système et du procédé selon l’invention. Sur cette figure, les abréviations KTA et GMP signifient respectivement le catalyseur 40 et le groupe motopropulseur.
Ainsi, une fois le moteur thermique 2 démarré, le moyen d’analyse et de commande détermine, par calcul ou mesure, la température instantanée 41 du catalyseur 40.
Si cette température instantanée 41 est inférieure à la température d’amorçage Ta du catalyseur 40, la stratégie A susmentionnée est mise en œuvre, c’est-à-dire principalement que l’on cherche à augmenter la température instantanée 41 du catalyseur 40 au moins jusqu’à sa température d’amorçage Ta.
Si cette température instantanée 41 est supérieure à la température d’amorçage Ta, deux possibilités sont envisageables. Soit cette
- 16température instantanée 41 du catalyseur 40 est inférieure à la température intermédiaire T, et alors on met en œuvre soit la stratégie A si l’état du catalyseur 40 retombe - sa température instantanée 41 diminue dans l’état 0 soit on met en œuvre la stratégie B si l’état du catalyseur 40 reste dans l’état 1, sa température instantanée 41 restant au moins égale à Ta. Si la température instantanée 41 du catalyseur 40 est supérieure à la température intermédiaire T,, alors on détermine si cette température instantanée 41 est supérieure ou non à la température de seuil Ts.
Si la température instantanée 41 du catalyseur 40 est au moins égale à la température de seuil Ts, on peut mettre en œuvre la stratégie C autorisant à ne plus chauffer le catalyseur 40 pendant une durée t. Si la température instantanée 41 du catalyseur 40 est inférieure à la température de seuil Ts, alors on considère si cette température instantanée 41 retombe à l’état 1 du catalyseur 40 - sa température instantanée 41 est supérieure ou égale à la température Ta - ou si elle se maintient à l’état 2. Si le catalyseur 40 retombe dans son état 1, alors on met en œuvre la stratégie B et si le catalyseur 40 reste dans son état 2, on vise à le passer dans son état 3, soit à une température au moins égale à Ts, pour mettre en œuvre la stratégie C.
La figure 7 illustre les options en matière de couple moteur thermique en fonction des stratégies A, B et C au regard de la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur, ici exprimée en couple. On note que, sur cette figure, les abréviations IVC et GMP signifient respectivement l’interprétation de la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur (IVC), ou plus simplement la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur, et le groupe motopropulseur.
Si la stratégie A est mise en œuvre, on accouple le moteur thermique 2 aux roues 8 du véhicule pour une chauffe optimale du catalyseur 40 ou alors on n’accouple pas ledit moteur 2 en le positionnant en régime de ralenti moteur.
Dans l’hypothèse où on accouple le moteur thermique 2 aux roues 8, on cherche à répondre à la demande de puissance motrice instantanée de
- 17la part du conducteur. Soit le moteur thermique 2 peut répondre seul à la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur tout en étant dans un régime relativement bas soit un complément est éventuellement fourni par l’autre source motrice 10, 18 soit encore on augmente le couple moteur thermique pour répondre à ladite volonté, tout couple moteur non nécessaire à répondre à la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur étant susceptible d’être utilisé pour recharger le stockeur d’énergie 12 (batterie) de l’autre source motrice 10, 18.
Si la stratégie B est mise en œuvre, le moteur thermique 2 est couplé aux roues 8 véhicule et on applique un couple moteur thermique optimal pour la chauffe du catalyseur 40 vers la température de seuil Ts. La réponse à la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur, toujours prioritaire, est dans ce cas sensiblement identique à celle décrite ci-dessus en lien avec la stratégie A lorsque le moteur thermique 2 est accouplé aux roues 8.
La stratégie C consiste en particulier à autoriser l’absence de chauffage du catalyseur 40 en permettant le roulage tout électrique pendant la durée t. Bien entendu, d’autres stratégies d’optimisation de la consommation du carburant fossile peuvent être mises en œuvre dans le cadre de cette stratégie C.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Système de pilotage de la température d’un catalyseur d’une ligne d’échappement de véhicule à motorisation hybride, comportant :
    - un moteur thermique (2) ;
    - au moins une autre source motrice (10, 18) ;
    - un catalyseur (40) destiné au traitement des émissions polluantes provenant du moteur thermique (2) le catalyseur (40) étant chauffé lors de l’utilisation du moteur thermique (2) et présentant une température d’amorçage (Ta) à partir de laquelle ledit catalyseur (40) est en mode actif dans lequel ledit traitement est réalisé ; et
    - un moyen d’analyse et de commande apte à déterminer une température instantanée (41) du catalyseur (40), caractérisé en ce qu’une température de seuil (Ts) du catalyseur (40), supérieure à la température d’amorçage (Ta), est prédéfinie constante et stockée dans le moyen d’analyse et de commande, ladite température de seuil (Ts) atteinte autorisant, via la commande du moyen d’analyse et de commande, l’arrêt du chauffage du catalyseur (40) pendant une durée prédéterminée (t) tout en le maintenant en mode actif et en ce que lorsque la température instantanée (41) du catalyseur (40) déterminée par le moyen d’analyse et de commande est inférieure à ladite température de seuil (Ts), le moyen d’analyse et de commande commande le chauffage du catalyseur (40) jusqu’à atteindre la température de seuil (Ts).
  2. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’une température intermédiaire (T,), supérieure à la température d’amorçage (Ta) et inférieure à la température de seuil (Ts), est prédéfinie et stockée dans le moyen d’analyse et de commande.
  3. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que lorsque la température instantanée (41) du catalyseur (40) déterminée par le moyen d’analyse et de commande est inférieure ou égale à la température d’amorçage (Ta), le moyen d’analyse et de commande commande le chauffage du catalyseur (40) jusqu’à atteindre, pendant un premier laps de temps, la température intermédiaire (T,) puis, pendant un second laps de temps, la température de seuil (Ts).
  4. 4. Système selon l’une la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lorsque la température instantanée (41) du catalyseur (40) déterminée par le moyen d’analyse et de commande est inférieure ou égale à la température d’amorçage (Ta), le moyen d’analyse et de commande commande le chauffage du catalyseur (40) jusqu’à atteindre directement la température de seuil (Ts).
  5. 5. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la durée prédéterminée (t) est variable.
  6. 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que la durée prédéterminée (t) est fonction de la température extérieure et/ou de l’altitude.
  7. 7. Système selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la durée prédéterminée (t) est comprise entre 3 minutes et 60 minutes.
  8. 8. 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.
  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 la température d’un catalyseur d’une ligne d’échappement de véhicule à motorisation hybride, le catalyseur (40), destiné au traitement des émissions polluantes provenant du moteur thermique (2), étant chauffé lors de l’utilisation du moteur thermique (2) présentant une température d’amorçage (Ta) à partir de laquelle ledit catalyseur (40) est en mode actif dans lequel ledit traitement est réalisé, caractérisé en ce qu’une température de seuil (Ts) du catalyseur (40), supérieure à la température d’amorçage (Ta), est prédéfinie constante, ladite température de seuil (Ts) atteinte autorisant l’arrêt du chauffage du catalyseur (40) pendant une durée prédéterminée (t) tout en le maintenant
    -20en mode actif et en ce que lorsqu’une température instantanée (41) du catalyseur (40) est inférieure à ladite température de seuil (Ts), on commande le chauffage du catalyseur (40) jusqu’à atteindre la température de seuil (Ts).
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