FR3086333A1 - Procede de pilotage d’un dispositif de chauffage d’un catalyseur de reduction selective des oxydes d’azote - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un procédé de pilotage d'un dispositif (8) de chauffage électrique d'un catalyseur (7) de réduction sélective des oxydes d'azote dans une ligne d'échappement (4) de moteur à combustion interne (2), le catalyseur (7) fonctionnant à l'aide d'une injection d'agent réducteur contenu dans un réservoir (11) disposant de moyens de chauffage de l'agent réducteur, caractérisé en ce qu'il comprend : -une étape dans laquelle on détermine si, au démarrage du moteur, l'agent réducteur est congelé dans son réservoir (11), et dans l'affirmative -une étape dans laquelle on détermine la puissance de chauffage requise pour dégeler l'agent réducteur dans une durée prédéterminée, -une étape dans laquelle on chauffe l'agent réducteur à la puissance requise, -une étape dans laquelle on active le dispositif (8) de chauffage du catalyseur avant la fin de la durée prédéterminée de chauffage de l'agent réducteur dans un délai inférieur à la durée prédéterminée de chauffage.

Description

PROCEDE DE PILOTAGE D’UN DISPOSITIF DE CHAUFFAGE
D’UN CATALYSEUR DE REDUCTION SELECTIVE DES OXYDES
D’AZOTE
La présente invention se rapporte au domaine des moteurs à combustion interne et de leur dépollution. L’invention concerne plus particulièrement un procédé de pilotage d’un dispositif de chauffage d’un catalyseur de réduction sélective des oxydes d’azote.
Les catalyseurs forment la base des systèmes de dépollution des gaz d’échappement des véhicules, aussi bien pour ceux équipés d’une motorisation à essence que pour ceux équipés d’une motorisation de type Diesel.
Pour les motorisations à essence, le système de dépollution des gaz d’échappement comporte typiquement au moins un catalyseur d’oxydation à trois-voies dit « TWC >> (de « Three Way Catalyst >> en anglais) suivi d’un filtre à particules essence dit « GPF >> de (« Gasoline Particulate Filter >> en anglais).
Pour les motorisations Diesel, le système de dépollution des gaz d’échappement comporte typiquement un catalyseur d’oxydation Diesel dit « DOC >> (de « Diesel Oxydation Catalyst >> en anglais) qui est suivi d’un catalyseur de réduction sélective dit « SCR >> (de « Selective Catalytic Reduction >> en anglais) et d’un filtre à particules dit « FAP >> ou « DPF >> (de « Diesel Particulate Filter >> en anglais).
Les catalyseurs requièrent une température élevée pour pouvoir fonctionner efficacement. La montée en température générée par les gaz d’échappement chauds ou par un équipement extérieur tel que, à l’exemple du document DE4241494A1, par un dispositif de chauffage électrique est plus ou moins rapide selon le substrat du catalyseur et ou la puissance du dispositif de chauffage électrique.
Par ailleurs, le catalyseur de réduction sélective dit « SCR >> des motorisations Diesel permet de limiter l’émission des oxydes d’azote dans l’atmosphère, au moyen d’un agent réducteur. En pratique, l’agent réducteur est introduit dans la ligne d’échappement en amont d’un catalyseur spécifique SCR dans lequel se produit la réaction de réduction. Il est connu d’utiliser comme agent réducteur de l’urée en solution aqueuse, cette solution aqueuse étant stockée dans un réservoir.
Lorsque la température extérieure est inférieure -11 °C cet urée peur être congelée dans son réservoir. Il est connu de prévoir un dispositif de chauffage de l’urée pour la dégeler.
Les catalyseurs chauffés électriquement peuvent augmenter la température à l’échappement et permettre au catalyseur d’atteindre plus rapidement sa température de fonctionnement, seulement pour le cas du catalyseur SCR, il n’est pas souhaitable de dépenser de l’énergie et donc du carburant pour chauffer le catalyseur si l’urée est congelée car on ne peut pas procéder à son injection.
Un but de la présente invention est de pallier à cet inconvénient en proposant un procédé de pilotage d’un dispositif de chauffage électrique d’un catalyseur de réduction sélective des oxydes d’azote dans une ligne d’échappement de moteur à combustion interne, le catalyseur fonctionnant à l’aide d’une injection d’agent réducteur liquide contenu dans un réservoir disposant de moyens de chauffage de l’agent réducteur, caractérisé en ce qu’il comprend :
-une étape dans laquelle on détermine si, au démarrage du moteur, l’agent réducteur est congelé dans son réservoir, et dans l’affirmative
-une étape dans laquelle on détermine la puissance de chauffage requise pour dégeler l’agent réducteur dans une durée prédéterminée,
-une étape dans laquelle on chauffe l’agent réducteur à la puissance requise,
-une étape dans laquelle on active le dispositif de chauffage du catalyseur avant la fin de la durée prédéterminée de chauffage de l’agent réducteur dans un délai inférieur à la durée prédéterminée de chauffage.
L’effet technique est de chauffer le catalyseur de réduction sélective au juste nécessaire après le démarrage du moteur, pour que catalyseur de réduction sélective soit prêt à fonctionner dès que l’agent réducteur est dégelé.
Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaisons :
Dans un mode de réalisation, le délai est compris entre 1% et 15% de la durée prédéterminée de chauffage.
Dans un mode de réalisation, la puissance de chauffage requise pour dégeler l’agent réducteur est déterminée à l’aide d’une cartographie qui établit cette puissance en fonction de la masse d’agent réducteur dans le réservoir et de la température ambiante.
L’invention a également pour objet un calculateur caractérisé en qu’il comprend les moyens d’acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à la mise en œuvre du procédé selon l’une variantes précédemment décrites.
L’invention a également pour objet un ensemble moteur comprenant un moteur à combustion interne relié à une ligne d’échappement comprenant un catalyseur de réduction sélective des oxydes d’azote et un dispositif de chauffage électrique de ce catalyseur, un injecteur d’un agent réducteur liquide stocké dans un réservoir équipé de moyens de chauffage de cet agent réducteur, caractérisé en ce qu’il comprend un tel calculateur.
L’invention a également pour objet un véhicule comprenant un tel ensemble moteur pour son déplacement.
D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d’un mode particulier de réalisation, non limitatif de l’invention, faite en référence aux figures dans lesquelles :
- La figure 1 est une représentation schématique d’un ensemble moteur de l’invention.
La figure 1 un ensemble moteur 1 comprenant un moteur thermique 2. Le moteur thermique est ici un moteur à allumage par compression. Un tel ensemble moteur peut équiper un véhicule, par exemple un véhicule automobile pour permettre un déplacement de celui-ci.
Le moteur thermique 2 est relié à une ligne 3 d’admission d’air destinée à diriger vers le moteur 1 thermique l’air nécessaire à son fonctionnement au moyen d’un répartiteur d’admission 3a d’air vers les cylindres du moteur 1.
Le moteur thermique 2 est également relié à une ligne 4 d’échappement des gaz brûlés au moyen d’un collecteur 4a de gaz d’échappement.
Un turbocompresseur peut équiper ce moteur thermique 2. Ce turbocompresseur comprend une partie compresseur (non représentée) et une partie turbine 5, cette partie turbine 5 étant reliée à la partie compresseur par un arbre de rotation commun (non représenté).
La ligne 4 d’échappement comprend encore, disposé immédiatement en aval de la turbine 5 du turbocompresseur, un premier organe 6 de dépollution qui peut être un catalyseur d’oxydation ou encore un piège à oxyde d’azote, encore désigné LNT (pour « Lean NOx Trap »). L’amont et l’aval sont ici définis relativement au sens d’écoulement des gaz d’échappement dans la ligne 4 d’échappement.
La ligne 4 d’échappement comprend encore, disposé en aval de l’organe 6 de dépollution un catalyseur SCR 7 pour la réduction des oxydes d’azote. Ce catalyseur SCR 7 peut être chauffé électriquement au moyen d’un dispositif de chauffage électrique 8, ici disposé dans la ligne d’échappement 4, immédiatement en amont du catalyseur SCR 7.
Un injecteur d’agent réducteur 9 est disposé entre l’organe de dépollution 6 et le catalyseur SCR 7. L’agent réducteur est liquide et de préférence dans notre situation de l’urée en solution aqueuse. L’injecteur d’agent réducteur 9 est relié au moyen d’une conduite d’alimentation 10 à un réservoir 11 de stockage de l’agent réducteur. Le réservoir 11 de stockage de l’agent réducteur dispose un moyen de chauffage de l’agent réducteur qu’il contient (non représenté).
L’ensemble moteur comprend encore un calculateur 12. Celui-ci comprend les moyens d’acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à la mise en oeuvre du procédé de l’invention.
En particulier, le calculateur 12 pilote le dispositif de chauffage électrique 8, l’injecteur d’agent réducteur 9 et peut déterminer l’état du réservoir 11 d’agent réducteur et piloter le chauffage du réservoir 11.
Sous des conditions de froid telles que l’agent réducteur peut être congelé dans le réservoir au démarrage du véhicule. Par exemple, si l’agent réducteur est de l’urée en solution aqueuse, celui-ci se congèle pour une température inférieure à -14°C. Si l’agent réducteur est congelé, il faut donc un certain temps pour le dégeler avant de pouvoir l’injecter dans la ligne d’échappement.
Il est prévu de piloter le chauffage électrique 8 du catalyseur 7 de réduction sélective en en fonction de l’état de du réservoir 11 d’agent réducteur.
A cet effet, il est prévu tout d’abord de déterminer si, au démarrage du moteur, l’agent réducteur est congelé dans son réservoir 11. On peut considérer que l’agent réducteur est congelé dans son réservoir 11 en fonction de la température extérieure et de celle dans le réservoir 11.
Dans l’affirmative, on décide de lancer la décongélation et on détermine alors la puissance de chauffage requise pour dégeler l’agent réducteur dans une durée prédéterminée. Ainsi l’agent réducteur ne pourra être injecté dans la ligne d’échappement 4 qu’à la fin de cette durée prédéterminée pour laquelle on est assuré que l’agent réducteur sera redevenu liquide.
Une fois cette puissance déterminée, on déclenche les moyens de chauffage du réservoir pour chauffer l’agent réducteur à la puissance requise déterminée.
Il est alors prévu d’activer le dispositif 8 de chauffage du catalyseur un certain délai avant la fin de la durée prédéterminée de chauffage de l’agent réducteur. Ce délai est inférieur à la durée prédéterminée de chauffage. Ainsi le chauffage du catalyseur de réduction sélective est débuté au juste nécessaire, pour que catalyseur de réduction sélective soit près à fonctionner dès que l’agent réducteur est dégelé.
Ce délai d’anticipation peut être de quelques pourcent de la durée prédéterminée de chauffage de l’agent réducteur, par exemple compris entre 1 et 15% de cette durée prédéterminée. Ainsi, par exemple, si la durée prédéterminée de chauffage est de 20 minutes et le délai de 10% on déclenche le chauffage du catalyseur de réduction sélective 2 minutes avant la fin des 20 minutes.
Afin de déterminer la puissance de chauffage requise pour dégeler l’agent réducteur, il est prévu d’utiliser une cartographie mémorisée dans le calculateur qui établit cette puissance en fonction de la masse d’agent réducteur dans le réservoir 11 et de la température ambiante extérieure. La température ambiante peut être mesurée et fournie en donnée d’entrée au calculateur 12. La masse d’agent réducteur dans le réservoir 11 peut être estimée et également fournie en donnée d’entrée au calculateur 12.
L’invention a pour avantage de permettre un gain d’énergie donc de consommation de carburant des véhicules utilisant un dispositif de chauffage du catalyseur de réduction sélective.

Claims (6)

1. Procédé de pilotage d’un dispositif (8) de chauffage électrique d’un catalyseur (7) de réduction sélective des oxydes d’azote dans une ligne d’échappement (4) de moteur à combustion interne (2), le catalyseur (7) fonctionnant à l’aide d’une injection d’agent réducteur liquide contenu dans un réservoir (11) disposant de moyens de chauffage de l’agent réducteur, caractérisé en ce qu’il comprend :
-une étape dans laquelle on détermine si, au démarrage du moteur, l’agent réducteur est congelé dans son réservoir (11), et dans l’affirmative
-une étape dans laquelle on détermine la puissance de chauffage requise pour dégeler l’agent réducteur dans une durée prédéterminée,
-une étape dans laquelle on chauffe l’agent réducteur à la puissance requise,
-une étape dans laquelle on active le dispositif (8) de chauffage du catalyseur avant la fin de la durée prédéterminée de chauffage de l’agent réducteur dans un délai inférieur à la durée prédéterminée de chauffage.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le délai est compris entre 1% et 15% de la durée prédéterminée de chauffage.
3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la puissance de chauffage requise pour dégeler l’agent réducteur est déterminée à l’aide d’une cartographie qui établit cette puissance en fonction de la masse d’agent réducteur dans le réservoir (11) et de la température ambiante.
4. Calculateur (12) caractérisé en qu’il comprend les moyens d’acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à la mise en œuvre du procédé selon l’une des revendications précédentes.
5. Ensemble moteur (1) comprenant un moteur (2) à combustion interne relié à une ligne d’échappement (4) comprenant un catalyseur de réduction sélective des oxydes d’azote et un dispositif (8) de chauffage électrique de ce catalyseur, un injecteur (9) d’un agent réducteur liquide stocké dans un réservoir (11) équipé de moyens de chauffage de cet agent réducteur, caractérisé en ce qu’il comprend un calculateur selon la revendication 4.
6. Véhicule, caractérisé en ce qu’il comprend un ensemble moteur (1) selon la revendication précédente pour son déplacement.
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DE102018102490A1 (de) * 2017-03-08 2018-09-13 Volkswagen Aktiengesellschaft Vorrichtung und Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors

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