FR3137718A1 - process for optimizing the heating of a catalyst to limit fuel consumption - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un procédé d’optimisation du chauffage d’un catalyseur (16) après un démarrage à froid d’un véhicule comprenant un moteur (2) à combustion interne, ledit véhicule comportant une ligne d’échappement (4) doté d’un catalyseur (16) et d’un capteur (18) de concentration d’oxydes d’azote à la sortie dudit catalyseur (16). Selon l’invention, ledit procédé comprend les étapes suivantes :-une étape de chauffage du catalyseur (16),-une étape de mesure de la concentration d’oxydes d’azote par le capteur (18) à la sortie du catalyseur (16) dès le démarrage dudit véhicule,-une étape de détermination d’un paramètre spécifique qui est fonction de la mesure du capteur (18), -une étape d’arrêt du chauffage du catalyseur (16) dès que ledit paramètre a atteint une valeur seuil prédéterminée. Figure pour l’abrégé : Figure 1The invention relates to a method for optimizing the heating of a catalyst (16) after a cold start of a vehicle comprising an internal combustion engine (2), said vehicle comprising an exhaust line (4) provided with a catalyst (16) and a nitrogen oxide concentration sensor (18) at the outlet of said catalyst (16). According to the invention, said method comprises the following steps: - a step of heating the catalyst (16), - a step of measuring the concentration of nitrogen oxides by the sensor (18) at the outlet of the catalyst (16 ) as soon as said vehicle starts, - a step of determining a specific parameter which is a function of the measurement of the sensor (18), - a step of stopping the heating of the catalyst (16) as soon as said parameter has reached a value predetermined threshold. Figure for abstract: Figure 1

Description

procédé d’optimisation du chauffage d’un catalyseur pour limiter la consommation de carburantprocess for optimizing the heating of a catalyst to limit fuel consumption

La présente invention concerne un procédé d’optimisation du chauffage d’un catalyseur de dépollution des gaz d’échappement d’un moteur à combustion interne, pour limiter la consommation de carburant du moteur.The present invention relates to a method for optimizing the heating of a catalyst for depolluting the exhaust gases of an internal combustion engine, to limit the fuel consumption of the engine.

Un procédé selon l’invention, concerne notamment les véhicules équipés de moteurs à allumage commandé (fonctionnant à l’essence) devant respecter les futures normes d’émissions polluantes en Europe.A method according to the invention relates in particular to vehicles equipped with spark-ignition engines (running on gasoline) which must comply with future polluting emissions standards in Europe.

Les seuils d’émissions règlementaires étant de plus en plus faibles, en particulier sur les oxydes d’azote NOx, il faut que le système de post-traitement catalytique d’un moteur à combustion interne de véhicule automobile puisse post-traiter au plus vite les émissions polluantes en sortie de moteur après un démarrage à froid du moteur.As regulatory emission thresholds are increasingly lower, particularly for nitrogen oxides NOx, the catalytic post-treatment system of a motor vehicle internal combustion engine must be able to post-treat as quickly as possible. polluting emissions leaving the engine after a cold start of the engine.

Actuellement, pour parvenir à un tel résultat, on peut procéder à une phase de chauffage du catalyseur en dégradant le rendement du moteur, afin d’avoir des gaz très chauds à la sortie de la culasse dudit moteur. Le principal levier utilisé est de fortement réduire l’avance à l’allumage, typiquement avec 35° d’angle de vilebrequin en moins.Currently, to achieve such a result, it is possible to carry out a phase of heating the catalyst by degrading the efficiency of the engine, in order to have very hot gases at the outlet of the cylinder head of said engine. The main lever used is to significantly reduce the ignition advance, typically with 35° less crankshaft angle.

La publication EP-B1-0639708 divulgue un procédé de chauffage d’un catalyseur, dans lequel on augmente le débit d’air, on adapte la masse de carburant injectée et on décale l’avance à l’allumage le plus possible dans le sens du retard. Un inconvénient d’un tel procédé est qu’il provoque une augmentation significative d’environ 30%, de la consommation de carburant pendant toute la phase de chauffage du catalyseur.The publication EP-B1-0639708 discloses a process for heating a catalyst, in which the air flow rate is increased, the mass of fuel injected is adapted and the ignition advance is shifted as far as possible in the direction late. A disadvantage of such a process is that it causes a significant increase of around 30% in fuel consumption during the entire heating phase of the catalyst.

Il existe d’autres types de chauffage du catalyseur, notamment par chauffage électrique, et/ou par injection d’air à l’échappement. Or, de tels moyens vont également entraîner de manière indirecte une surconsommation de carburant pour pouvoir produire l’énergie électrique puisée dans la batterie du véhicule et consommée par les moyens de chauffage électrique et/ou par les moyens d’injection d’air comme une pompe électrique.There are other types of heating of the catalyst, in particular by electric heating, and/or by injection of air into the exhaust. However, such means will also indirectly lead to overconsumption of fuel to be able to produce the electrical energy drawn from the vehicle battery and consumed by the electric heating means and/or by the air injection means such as a electric pump.

Les émissions de dioxyde de carbone CO2étant elles aussi de plus en plus contraintes, il faut pouvoir chauffer le catalyseur « au juste nécessaire », donc optimiser la durée de chauffage dudit catalyseur. Or, la durée de chauffage optimale du catalyseur dépend de nombreux paramètres tels que :
-La température de l’échappement lors du démarrage à froid du moteur : plus la température ambiante est faible, et plus il faudra du temps pour amener le catalyseur à la bonne température. Sur un arrêt du véhicule qui s’accompagne d’un arrêt du moteur pendant la phase de chauffage du catalyseur, il est aussi difficile d’estimer la baisse de température,
-Le profil du roulage : si après un démarrage à froid, le client roule à des faibles vitesses / charges, il faudra plus de temps pour chauffer le catalyseur car il y a moins de débit à l’échappement,
-L’état de vieillissement du catalyseur : plus le catalyseur a vieilli, moins il est efficace, et il faut donc augmenter sa durée de chauffage.
As carbon dioxide CO 2 emissions are also increasingly constrained, it is necessary to be able to heat the catalyst "just as necessary", therefore optimizing the heating time of said catalyst. However, the optimal heating time of the catalyst depends on numerous parameters such as:
-The temperature of the exhaust when starting the engine from cold: the lower the ambient temperature, the longer it will take to bring the catalyst to the right temperature. When stopping the vehicle which is accompanied by stopping the engine during the heating phase of the catalyst, it is also difficult to estimate the drop in temperature,
-The driving profile: if after a cold start, the customer drives at low speeds/loads, it will take longer to heat the catalyst because there is less exhaust flow,
-The state of aging of the catalyst: the more the catalyst has aged, the less effective it is, and its heating duration must therefore be increased.

Tous ces paramètres ne sont pas appréhendables précisément par le système de contrôle-moteur, afin d’optimiser la durée de chauffage du catalyseur. On pourrait utiliser un critère de température du catalyseur au-delà de laquelle on peut considérer qu’il est complètement amorcé, c’est-à-dire qu’il présente un taux d’efficacité de post-traitement des émissions de 100%, mais l’estimation de cette température reste difficile du fait des réactions exothermiques internes. Pour traiter cette variabilité, on calibre en général la durée de chauffage du catalyseur sur le pire cas, qui de ce fait n'est plus optimal en consommation sur les cas moins sévères.All these parameters cannot be understood precisely by the engine control system, in order to optimize the heating time of the catalyst. We could use a catalyst temperature criterion beyond which we can consider that it is completely primed, that is to say that it presents an emissions post-treatment efficiency rate of 100%, but estimating this temperature remains difficult due to internal exothermic reactions. To deal with this variability, the heating duration of the catalyst is generally calibrated to the worst case, which is therefore no longer optimal in consumption for less severe cases.

Avec les nouvelles normes en matière de dépollution, un capteur de concentration d’oxydes d’azote (dit aussi « sonde NOx ») supplémentaire va équiper les moteurs de véhicule, en aval du système de post-traitement des gaz d’échappement du moteur, pour permettre de suivre en temps réel les émissions de NOx à l’échappement, et de remonter ainsi un défaut si le système dépasse un seuil défini par la réglementation.With the new depollution standards, an additional nitrogen oxide concentration sensor (also known as an “NOx probe”) will be fitted to vehicle engines, downstream of the engine exhaust gas post-treatment system. , to make it possible to monitor exhaust NOx emissions in real time, and thus report a fault if the system exceeds a threshold defined by regulations.

La publication FR-A1-3075260 divulgue un procédé de pilotage de la température d’un catalyseur dans le cas d’un véhicule hybride. Le chauffage du catalyseur est déclenché et maintenu pendant une durée prédéterminée lorsque la température à l’échappement atteint un seuil Ts supérieur à la température d’amorçage Ta du catalyseur, tout en le maintenant actif, et, lorsque la température instantanée, dont l’évolution ultérieure dépend du fonctionnement du groupe motopropulseur hybride (points de fonctionnement respectifs du moteur thermique et de la machine électrique) est inférieure au seuil Ts, alors le chauffage est commandé jusqu’à atteindre le seuil de température Ts.Publication FR-A1-3075260 discloses a method for controlling the temperature of a catalyst in the case of a hybrid vehicle. Heating of the catalyst is triggered and maintained for a predetermined duration when the exhaust temperature reaches a threshold Ts greater than the initiation temperature Ta of the catalyst, while keeping it active, and, when the instantaneous temperature, whose subsequent evolution depends on the operation of the hybrid powertrain (respective operating points of the thermal engine and the electric machine) is lower than the threshold Ts, then the heating is controlled until reaching the temperature threshold Ts.

Ce document ne permet pas d’optimiser la durée de chauffage du catalyseur.This document does not make it possible to optimize the heating time of the catalyst.

La publication FR-A1-3081918 (RENAULT/NISSAN) divulgue un procédé perfectionné de la gestion de l’amorçage d’un catalyseur dans lequel on calcule l’enthalpie des gaz d’échappement permettant de déterminer la quantité de chaleur fournie au catalyseur. On détermine une enthalpie seuil qui caractérise l’amorçage, et on arrête le chauffage lorsque la valeur calculée de l’enthalpie atteint le seuil. Selon cette publication, le seuil est une fonction de la valeur de la température d’eau au démarrage et du vieillissement du catalyseur. Par exemple, il est le produit d’un premier facteur qui est une fonction décroissante de la température d’eau, et d’un deuxième facteur compris entre 0 et 1 qui correspond au vieillissement, 0 correspondant à un catalyseur neuf et 1 à un catalyseur vieilli. Dans un mode de réalisation, le vieillissement est déterminé à partir de l’amortissement d’un signal de richesse en aval du catalyseur par rapport à un signal de richesse en amont du catalyseur. Le procédé décrit dans ce document prévoit bien une adaptation de la durée de de chauffage du catalyseur, mais le lien avec la capacité réelle du catalyseur à dépolluer les NOx est très indirect, et de ce fait, cette méthode manque de précision. Il n’est pas facile d’établir les bonnes valeurs des premier et deuxième facteurs.Publication FR-A1-3081918 (RENAULT/NISSAN) discloses an improved method for managing the priming of a catalyst in which the enthalpy of the exhaust gases is calculated making it possible to determine the quantity of heat supplied to the catalyst. We determine a threshold enthalpy which characterizes the initiation, and we stop the heating when the calculated value of the enthalpy reaches the threshold. According to this publication, the threshold is a function of the value of the water temperature at start-up and the aging of the catalyst. For example, it is the product of a first factor which is a decreasing function of the water temperature, and a second factor between 0 and 1 which corresponds to aging, 0 corresponding to a new catalyst and 1 to a aged catalyst. In one embodiment, the aging is determined from the damping of a richness signal downstream of the catalyst relative to a richness signal upstream of the catalyst. The process described in this document does provide for an adaptation of the heating duration of the catalyst, but the link with the real capacity of the catalyst to clean up NOx is very indirect, and as a result, this method lacks precision. It is not easy to establish the correct values for the first and second factors.

Un procédé selon l’invention permet d’adapter au juste nécessaire le chauffage d’un catalyseur après un démarrage à froid d’un véhicule, en empêchant notamment que ledit catalyseur continue d’être chauffé alors qu’il a déjà atteint sa température d’amorçage.A method according to the invention makes it possible to adapt the heating of a catalyst as necessary after a cold start of a vehicle, in particular by preventing said catalyst from continuing to be heated when it has already reached its temperature. priming.

L’invention a pour objet un procédé d’optimisation du chauffage d’un catalyseur de dépollution des gaz d’échappement d’un moteur à combustion interne après un démarrage à froid d’un véhicule comprenant ledit moteur, ledit véhicule comportant une ligne d’échappement doté dudit catalyseur et d’un capteur de concentration d’oxydes d’azote à la sortie dudit catalyseur.The subject of the invention is a method for optimizing the heating of a catalyst for depolluting the exhaust gases of an internal combustion engine after a cold start of a vehicle comprising said engine, said vehicle comprising a line d exhaust equipped with said catalyst and a nitrogen oxide concentration sensor at the outlet of said catalyst.

Selon l’invention, ledit procédé comprend les étapes suivantes :
-une étape de chauffage du catalyseur,
-une étape de mesure de la concentration d’oxydes d’azote par le capteur à la sortie du catalyseur dès le démarrage dudit véhicule,
-une étape de détermination d’un paramètre spécifique représentatif de la quantité de particules d’oxydes d’azote à la sortie du catalyseur, qui est fonction de la mesure du capteur,
-une étape d’arrêt du chauffage du catalyseur dès que ledit paramètre spécifique a atteint une valeur seuil prédéterminée.
According to the invention, said method comprises the following steps:
-a catalyst heating step,
-a step of measuring the concentration of nitrogen oxides by the sensor at the outlet of the catalyst as soon as said vehicle is started,
-a step of determining a specific parameter representative of the quantity of nitrogen oxide particles at the outlet of the catalyst, which is a function of the sensor measurement,
-a step of stopping the heating of the catalyst as soon as said specific parameter has reached a predetermined threshold value.

Un procédé selon l’invention présente la particularité de s’appuyer sur un élément déjà présent dans le véhicule, à savoir le capteur de concentration d’oxydes d’azote en sortie de catalyseur, pour ajuster le chauffage dudit catalyseur à la suite d’un démarrage à froid du véhicule, de sorte que ledit catalyseur ne soit plus chauffé une fois qu’il a atteint sa température d’amorçage. En effet, dans la plupart des procédé actuels, il n’existe aucune information tangible signalant que le catalyseur a atteint sa température d’amorçage et qu’il n’est donc plus utile de le chauffer. Ce capteur permet de déterminer avec certitude et fiabilité, le moment où le catalyseur a réellement atteint sa température d’amorçage, par le biais de la détermination d’un paramètre qui est représentatif de la quantité de particules d’oxyde d’azote subsistant à la sortie du catalyseur. En effet, dès que ce paramètre, qui évolue dans le sens de la diminution à partir du démarrage du moteur, diminue suffisamment jusqu’à atteindre une valeur seuil prédéterminée, on peut alors conclure que le catalyseur vient d’être amorcé. La sonde, bien que servant d’élément de base à un procédé selon l’invention dont le but est de chauffer au plus juste le catalyseur afin qu’il soit opérationnel, conserve toutefois sa fonction originale de mesure du niveau de pollution engendré par le véhicule. Un procédé selon l’invention est piloté par un ordinateur embarqué possédant un logiciel dont la donnée d’entrée principale est la concentration d’oxyde d’azote mesurée par le capteur de concentration d’oxydes d’azote à la sortie du catalyseur. A partir de cette concentration d’oxydes d’azote mesurée par le capteur, le logiciel calcule un paramètre spécifique, représentatif de la quantité de particules d’oxydes d’azote subsistant à la sortie du catalyseur, qui est comparé à une valeur seuil prédéterminée qui a été préalablement entrée dans ledit logiciel, ladite valeur seuil étant fonction du paramètre spécifique considéré. Dès que cette valeur seuil est atteinte, l’ordinateur ordonne un arrêt immédiat du chauffage du catalyseur. Le catalyseur peut, par exemple dans le cas d’un moteur à allumage commandé, être un catalyseur trois voies. Préférentiellement, un filtre à particules est adjoint au catalyseur pour limiter encore plus l’émission dans l’atmosphère de particules fines produites par le moteur du véhicule.A method according to the invention has the particularity of relying on an element already present in the vehicle, namely the nitrogen oxide concentration sensor at the catalyst outlet, to adjust the heating of said catalyst following a cold start of the vehicle, so that said catalyst is no longer heated once it has reached its priming temperature. Indeed, in most current processes, there is no tangible information indicating that the catalyst has reached its initiation temperature and that it is therefore no longer useful to heat it. This sensor makes it possible to determine with certainty and reliability the moment when the catalyst has actually reached its initiation temperature, by means of the determination of a parameter which is representative of the quantity of nitrogen oxide particles remaining at the outlet of the catalyst. Indeed, as soon as this parameter, which evolves in the direction of reduction from the start of the engine, decreases sufficiently until reaching a predetermined threshold value, we can then conclude that the catalyst has just been primed. The probe, although serving as a basic element in a process according to the invention whose aim is to heat the catalyst as precisely as possible so that it is operational, nevertheless retains its original function of measuring the level of pollution generated by the vehicle. A process according to the invention is controlled by an on-board computer having software whose main input data is the nitrogen oxide concentration measured by the nitrogen oxide concentration sensor at the outlet of the catalyst. From this concentration of nitrogen oxides measured by the sensor, the software calculates a specific parameter, representative of the quantity of nitrogen oxide particles remaining at the outlet of the catalyst, which is compared to a predetermined threshold value. which has been previously entered into said software, said threshold value being a function of the specific parameter considered. As soon as this threshold value is reached, the computer orders an immediate stop of catalyst heating. The catalyst can, for example in the case of a spark ignition engine, be a three-way catalyst. Preferably, a particle filter is added to the catalyst to further limit the emission into the atmosphere of fine particles produced by the vehicle engine.

Selon une caractéristique possible de l’invention, en variante, le paramètre spécifique est une concentration d’oxydes d’azote directement déterminée par le capteur.According to a possible characteristic of the invention, as a variant, the specific parameter is a concentration of nitrogen oxides directly determined by the sensor.

Selon une caractéristique possible de l’invention, le paramètre spécifique est un débit massique d’oxydes d’azote à la sortie du catalyseur correspondant au produit de la concentration d’oxydes d’azote et du débit des gaz d’échappement à la sortie du catalyseur.According to a possible characteristic of the invention, the specific parameter is a mass flow rate of nitrogen oxides at the outlet of the catalyst corresponding to the product of the concentration of nitrogen oxides and the flow rate of the exhaust gases at the outlet of the catalyst.

Selon une caractéristique possible de l’invention, dans une autre variante, le paramètre spécifique est un niveau d’efficacité de post-traitement des oxydes d’azote par le catalyseur, calculé comme le rapport entre la concentration d’oxydes d’azote à la sortie du catalyseur et la concentration d’oxydes d’azote à l’entrée du catalyseur. Il s’agit ici en d’autres termes de la proportion des oxydes d’azote émis par le moteur qui ne sont pas traités par le catalyseur.According to a possible characteristic of the invention, in another variant, the specific parameter is a level of post-treatment efficiency of the nitrogen oxides by the catalyst, calculated as the ratio between the concentration of nitrogen oxides at the catalyst outlet and the concentration of nitrogen oxides at the catalyst inlet. In other words, this is the proportion of nitrogen oxides emitted by the engine which are not treated by the catalyst.

Selon une caractéristique possible de l’invention, la concentration d’oxydes d’azote à l’entrée du catalyseur est mesurée par un capteur amont de concentration d’oxydes d’azote, ledit capteur amont étant placé sur la ligne d’échappement entre le moteur et le catalyseur.According to a possible characteristic of the invention, the concentration of nitrogen oxides at the inlet of the catalyst is measured by an upstream sensor for the concentration of nitrogen oxides, said upstream sensor being placed on the exhaust line between the engine and the catalyst.

Selon une caractéristique possible de l’invention, en variante, la concentration d’oxydes d’azote à l’entrée du catalyseur correspondant à la concentration d’oxydes d’azote à la sortie du moteur est déterminée à partir d’un modèle donnant cette concentration en fonction du point de fonctionnement du moteur, ledit modèle étant calibré à l’avance au moyen d’essais au banc.According to a possible characteristic of the invention, as a variant, the concentration of nitrogen oxides at the inlet of the catalyst corresponding to the concentration of nitrogen oxides at the outlet of the engine is determined from a model giving this concentration as a function of the operating point of the engine, said model being calibrated in advance by means of bench tests.

Selon une caractéristique possible de l’invention, le point de fonctionnement du moteur dépend d’un ensemble de paramètres comprenant au moins le régime du moteur, le couple du moteur, et la température d’eau (i.e. liquide de refroidissement).According to a possible characteristic of the invention, the operating point of the engine depends on a set of parameters comprising at least the engine speed, the engine torque, and the water temperature (i.e. coolant).

Selon une caractéristique possible de l’invention, le chauffage du catalyseur est réalisé à partir d’une technique à choisir parmi une dégradation du rendement de combustion avec modification de la valeur de l’avance à l’allumage, et un chauffage électrique qui peut être couplé avec de l’injection d’air à l’échappement. Ces techniques de chauffage sont analogues à celles déjà existantes.According to a possible characteristic of the invention, the heating of the catalyst is carried out using a technique to be chosen from a degradation of the combustion efficiency with modification of the value of the ignition advance, and an electric heating which can be coupled with air injection at the exhaust. These heating techniques are similar to those already existing.

Selon une caractéristique possible de l’invention, le catalyseur est un catalyseur trois voies.According to a possible characteristic of the invention, the catalyst is a three-way catalyst.

Un procédé d’optimisation selon l’invention permet de chauffer au plus juste un catalyseur de dépollution après un démarrage à froid d’un véhicule, en s’appuyant sur un élément déjà présent dans ledit véhicule, à savoir le capteur de concentration d’oxyde d’azote à la sortie du catalyseur. Il ne nécessite donc pas l’insertion d’un matériel rapporté, qui est une source de coût, d’encombrement et de poids supplémentaires. Il a de plus l’avantage de proposer une méthode réaliste et fiable permettant de savoir à partir de quel instant précis le catalyseur a atteint sa température d’amorçage, pour éviter de continuer de chauffer inutilement ledit catalyseur.An optimization method according to the invention makes it possible to heat a depollution catalyst as accurately as possible after a cold start of a vehicle, by relying on an element already present in said vehicle, namely the concentration sensor. nitrogen oxide at the outlet of the catalyst. It therefore does not require the insertion of added equipment, which is a source of cost, bulk and additional weight. It also has the advantage of offering a realistic and reliable method making it possible to know at what precise moment the catalyst has reached its initiation temperature, to avoid continuing to unnecessarily heat said catalyst.

On donne ci-après une description détaillée d’un mode de réalisation préféré d’un procédé d’optimisation selon l’invention, en se référant aux figures suivantes :A detailed description of a preferred embodiment of an optimization method according to the invention is given below, with reference to the following figures:

La est une vue schématique d’un groupe motopropulseur d’un véhicule dans lequel est apte à se dérouler un procédé d’optimisation selon l’invention. There is a schematic view of a powertrain of a vehicle in which an optimization process according to the invention can take place.

La est un diagramme montrant un exemple de variation de la quantité de particules d’oxyde d’azote en fonction du temps après un démarrage à froid, avant et après l’amorçage du catalyseur, There is a diagram showing an example of variation in the quantity of nitrogen oxide particles as a function of time after a cold start, before and after catalyst priming,

La est un diagramme montrant un exemple de variation de la vitesse du véhicule en fonction du temps permettant d’obtenir le diagramme de la . There is a diagram showing an example of variation of vehicle speed as a function of time to obtain the diagram of the .

Un procédé d’optimisation du chauffage d’un catalyseur selon l’invention est particulièrement adapté à un véhicule équipé d’un moteur à allumage commandé.A method for optimizing the heating of a catalyst according to the invention is particularly suitable for a vehicle equipped with a spark ignition engine.

En se référant à la , un exemple d’un groupe motopropulseur 1 d’un tel véhicule, comprend schématiquement un moteur à combustion interne, par exemple un moteur à essence 2, une ligne 3 d’admission 3 d’air destinée à alimenter en air ledit moteur 2, et une ligne d’échappement 4 destinée à évacuer des gaz d’échappement en provenance de ce moteur 2. La ligne d’admission 3 d’air est matérialisé par un conduit 5 comprenant une entrée d’air 6, suivi d’un filtre à air 7 et débouchant dans un compresseur 8 de turbocompresseur. Le conduit 5 se prolonge pour relier ledit compresseur 8 à un collecteur d’admission 9 en passant par un boitier papillon 10, ledit collecteur d’admission 9 distribuant l’air dans des chambres 11 de combustion dudit moteur 2. Un collecteur d’échappement 12 permet d’évacuer les gaz d’échappement en provenance des chambres 11 de combustion du moteur 2, vers la ligne d’échappement 4. Le collecteur d’échappement 12 débouche dans une turbine 13 du turbocompresseur qui est couplée au compresseur 8 par un arbre commun, et la ligne d’échappement 4 se prolonge au-delà de ladite turbine 13 jusqu’à une sortie 14, en passant par un dispositif de dépollution 15 comprenant un catalyseur 16 trois voies suivi d’un filtre à particules 17. Le catalyseur 16 trois voies est inséré entre la turbine 13 et le filtre à particules 17. Un capteur 18 de concentration d’oxydes d’azote est placée en aval du filtre à particules 17 et en amont de la sortie 14 de la ligne d’échappement 4. Le capteur 18 permet de mesurer la concentration d’oxydes d’azote NOx à la sortie du dispositif de dépollution 15 après que le catalyseur 16 a .Referring to the , an example of a powertrain 1 of such a vehicle, schematically comprises an internal combustion engine, for example a gasoline engine 2, an air intake line 3 intended to supply air to said engine 2, and an exhaust line 4 intended to evacuate exhaust gases coming from this engine 2. The air intake line 3 is materialized by a conduit 5 comprising an air inlet 6, followed by a filter air 7 and opening into a turbocharger compressor 8. The conduit 5 extends to connect said compressor 8 to an intake manifold 9 passing through a throttle body 10, said intake manifold 9 distributing air into combustion chambers 11 of said engine 2. An exhaust manifold 12 makes it possible to evacuate the exhaust gases coming from the combustion chambers 11 of the engine 2, towards the exhaust line 4. The exhaust manifold 12 opens into a turbine 13 of the turbocharger which is coupled to the compressor 8 by a common shaft, and the exhaust line 4 extends beyond said turbine 13 to an outlet 14, passing through a depollution device 15 comprising a three-way catalyst 16 followed by a particle filter 17. The three-way catalyst 16 is inserted between the turbine 13 and the particle filter 17. A nitrogen oxide concentration sensor 18 is placed downstream of the particle filter 17 and upstream of the outlet 14 of the exhaust line 4. The sensor 18 makes it possible to measure the concentration of nitrogen oxides NOx at the outlet of the pollution control device 15 after the catalyst 16 has.

En se référant aux figures 2a et 2b, le catalyseur 16 est efficace lorsqu’il est à sa température d’amorçage, qu’il atteint plusieurs dizaines de secondes après un démarrage à froid. En effet, à la suite d’un démarrage à froid du moteur correspondant au temps 0s sur les diagrammes, durant environ les 50 secondes suivantes, la quantité d’oxydes d’azote émise par le moteur 2 et matérialisée par la courbe 19, est équivalente à la quantité d’oxydes d’azote déterminée à la sortie du catalyseur 16 et matérialisée par la courbe 20. Par « quantité », on entend sur l’exemple de la un débit massique. Ces résultats tendent à prouver que sur les 50 premières secondes de cette première phase, le catalyseur 16 n’a pas atteint sa température d’amorçage, car il ne traite quasiment pas les oxydes d’azote provenant du moteur. En revanche, dans une deuxième phase prolongeant cette première phase, la quantité d’oxydes d’azote à la sortie du catalyseur 16 tend vers 0 comme l’illustre la courbe 20 correspondante, alors que la courbe 19 matérialisant la quantité d’oxydes d’azote à la sortie de moteur 2 et en amont du catalyseur 16, montre des pics réguliers correspondant à des émissions élevées de particules d’oxyde d’azote quand la vitesse du véhicule augmente (cf ). Durant cette deuxième phase, le catalyseur 16 se montre efficace vis-à-vis des particules d’oxyde d’azote puisqu’il n’en laisse passer quasiment aucune, laissant supposer qu’il a atteint sa température d’amorçage au début de cette deuxième phase.Referring to Figures 2a and 2b, the catalyst 16 is effective when it is at its starting temperature, which it reaches several tens of seconds after a cold start. Indeed, following a cold start of the engine corresponding to time 0s on the diagrams, for approximately the following 50 seconds, the quantity of nitrogen oxides emitted by engine 2 and materialized by curve 19, is equivalent to the quantity of nitrogen oxides determined at the outlet of catalyst 16 and materialized by curve 20. By “quantity”, we mean in the example of the a mass flow. These results tend to prove that over the first 50 seconds of this first phase, the catalyst 16 has not reached its priming temperature, because it hardly treats the nitrogen oxides coming from the engine. On the other hand, in a second phase extending this first phase, the quantity of nitrogen oxides at the outlet of the catalyst 16 tends towards 0 as illustrated by the corresponding curve 20, while curve 19 materializing the quantity of oxides d nitrogen at the outlet of engine 2 and upstream of catalyst 16, shows regular peaks corresponding to high emissions of nitrogen oxide particles when the speed of the vehicle increases (see ). During this second phase, the catalyst 16 is effective with respect to nitrogen oxide particles since it allows almost none to pass, suggesting that it has reached its initiation temperature at the start of this second phase.

Actuellement, Il arrive bien souvent que l’instant à partir duquel le catalyseur 16 a été amorcé ne soit pas connu avec précision, et que le catalyseur 16 continue d’être chauffé alors qu’il a déjà atteint sa température d’amorçage. Or, une telle situation peut engendrer certains inconvénients tels que par exemple une usure prématurée du catalyseur 16 qui risque de ne plus pouvoir assurer efficacement son rôle de traitement des oxydes d’azote.Currently, it very often happens that the moment from which the catalyst 16 was initiated is not precisely known, and that the catalyst 16 continues to be heated even though it has already reached its initiation temperature. However, such a situation can cause certain disadvantages such as, for example, premature wear of the catalyst 16 which risks no longer being able to effectively fulfill its role of treating nitrogen oxides.

Un procédé d’optimisation selon l’invention permet de connaitre avec précision le moment où un catalyseur 16 en phase de chauffage après un démarrage à froid du véhicule, a atteint sa température d’amorçage, signifiant qu’il faut interrompre ce chauffage instantanément.An optimization method according to the invention makes it possible to know precisely the moment when a catalyst 16 in the heating phase after a cold start of the vehicle has reached its starting temperature, meaning that this heating must be interrupted instantly.

Un procédé selon l’invention, permettant d’optimiser le chauffage du catalyseur 16 après un démarrage à froid du véhicule comprend les étapes suivantes :
-une étape de chauffage du catalyseur 16,
-une étape de mesure de la concentration d’oxydes d’azote par le capteur 18 à la sortie du catalyseur 16 dès le démarrage dudit véhicule,
-une étape de détermination d’un paramètre spécifique représentatif de la quantité de particules d’oxydes d’azote à la sortie du catalyseur, qui est fonction de la mesure du capteur 18,
-une étape d’arrêt du chauffage du catalyseur 16 dès que ledit paramètre a atteint une valeur seuil prédéterminée.
A method according to the invention, making it possible to optimize the heating of the catalyst 16 after a cold start of the vehicle, comprises the following steps:
-a step of heating the catalyst 16,
-a step of measuring the concentration of nitrogen oxides by the sensor 18 at the outlet of the catalyst 16 as soon as said vehicle is started,
-a step of determining a specific parameter representative of the quantity of nitrogen oxide particles at the outlet of the catalyst, which is a function of the measurement of the sensor 18,
-a step of stopping the heating of the catalyst 16 as soon as said parameter has reached a predetermined threshold value.

L’étape de chauffage du catalyseur 16 débute juste après un démarrage à froid du véhicule. Cette étape est réalisée à partir d’une technique à choisir parmi une dégradation du rendement de combustion avec modification de la valeur de l’avance à l’allumage, et un chauffage électrique qui peut être couplé avec de l’injection d’air à l’échappement. Ces techniques de chauffage sont analogues à celles déjà existantes.The catalyst heating stage 16 begins just after a cold start of the vehicle. This step is carried out using a technique to be chosen from a degradation of the combustion efficiency with modification of the value of the ignition advance, and an electric heating which can be coupled with air injection at the exhaust. These heating techniques are similar to those already existing.

L’étape de mesure de la concentration d’oxydes d’azote par le capteur 18 à la sortie du catalyseur 16 dès le démarrage dudit véhicule, est réalisée sans apporter le moindre aménagement audit capteur 18 et audit catalyseur 16. Un procédé selon l’invention s’appuie sur la présence du capteur 18 de concentration d’oxydes d’azote déjà présent dans le véhicule, pour connaitre l’état d’amorçage du catalyseur 16.The step of measuring the concentration of nitrogen oxides by the sensor 18 at the outlet of the catalyst 16 as soon as said vehicle is started, is carried out without making the slightest adjustment to said sensor 18 and said catalyst 16. A method according to invention relies on the presence of the nitrogen oxide concentration sensor 18 already present in the vehicle, to know the priming state of the catalyst 16.

Le paramètre spécifique peut revêtir différentes formes, et peut par exemple correspondre :
- à un niveau absolu d’émission de particules d’oxyde d’azote en sortie de catalyseur 16, c’est-à-dire, à un débit massique (exprimé par exemple en mg/s), qui est égal au produit du débit des gaz d’échappement et de la concentration d’oxydes d’azote mesurée par le capteur 18.
- à la concentration (mesurée en ppm) d’oxydes d’azote directement déterminée par le capteur 18.
- un niveau d’efficacité de post-traitement des oxydes d’azote correspondant au calcul du rapport entre la concentration d’oxydes d’azote à la sortie du catalyseur 16, divisée par la concentration d’oxydes d’azote à l’entrée du catalyseur 16. Selon une variante de réalisation de l’invention, la concentration d’oxydes d’azote à l’entrée du catalyseur 16 correspond à la concentration d’oxydes d’azote à la sortie du moteur 2, et elle est mesurée par un capteur de concentration d’oxydes d’azote amont, ledit capteur amont étant placé sur la ligne d’échappement entre le moteur 2 et le catalyseur 16. Selon une autre variante de réalisation de l’invention, la concentration d’oxydes d’azote à l’entrée du catalyseur, correspondant à la concentration d’oxydes d’azote à la sortie du moteur 2 est déterminée à partir d’un modèle donnant cette concentration en fonction du point de fonctionnement du moteur 2, ledit modèle étant calibré à l’avance au moyen d’essais au banc. Le point de fonctionnement du moteur 2 dépend d’un ensemble de paramètres comprenant au moins le régime du moteur, le couple du moteur et la température d’eau.
The specific parameter can take different forms, and can for example correspond to:
- at an absolute level of emission of nitrogen oxide particles at the outlet of catalyst 16, that is to say, at a mass flow rate (expressed for example in mg/s), which is equal to the product of flow rate of exhaust gases and the concentration of nitrogen oxides measured by sensor 18.
- to the concentration (measured in ppm) of nitrogen oxides directly determined by the sensor 18.
- a level of post-treatment efficiency of nitrogen oxides corresponding to the calculation of the ratio between the concentration of nitrogen oxides at the outlet of catalyst 16, divided by the concentration of nitrogen oxides at the inlet of the catalyst 16. According to a variant embodiment of the invention, the concentration of nitrogen oxides at the inlet of the catalyst 16 corresponds to the concentration of nitrogen oxides at the outlet of the engine 2, and it is measured by an upstream nitrogen oxide concentration sensor, said upstream sensor being placed on the exhaust line between the engine 2 and the catalyst 16. According to another alternative embodiment of the invention, the nitrogen oxide concentration nitrogen at the inlet of the catalyst, corresponding to the concentration of nitrogen oxides at the outlet of the engine 2 is determined from a model giving this concentration as a function of the operating point of the engine 2, said model being calibrated in advance by means of bench tests. The operating point of the engine 2 depends on a set of parameters including at least the engine speed, the engine torque and the water temperature.

En fonction du paramètre spécifique considéré, une valeur seuil est prédéterminée, à partir de laquelle il peut être estimé que le catalyseur 16 a été amorcé. Dès que ledit paramètre spécifique a atteint cette valeur seuil, le chauffage du catalyseur cesse instantanément pour ne plus chauffer inutilement ledit catalyseur 16.Depending on the specific parameter considered, a threshold value is predetermined, from which it can be estimated that the catalyst 16 has been initiated. As soon as said specific parameter has reached this threshold value, the heating of the catalyst stops instantly so as to no longer unnecessarily heat said catalyst 16.

Un procédé selon l’invention est géré par un ordinateur embarqué possédant un logiciel dont la donnée d’entrée est la concentration d’oxydes d’azote mesurée par le capteur 18. A partir de cette concentration d’oxydes d’azote mesurée par le capteur 18, le logiciel calcule le paramètre spécifique considéré, qui est comparé à une valeur seuil prédéterminée qui a été préalablement entrée dans ledit logiciel, et qui correspond au paramètre spécifique considéré. Dès que cette valeur seuil est atteinte, l’ordinateur ordonne un arrêt immédiat du chauffage du catalyseur 16.A method according to the invention is managed by an on-board computer having software whose input data is the concentration of nitrogen oxides measured by the sensor 18. From this concentration of nitrogen oxides measured by the sensor 18, the software calculates the specific parameter considered, which is compared to a predetermined threshold value which has been previously entered into said software, and which corresponds to the specific parameter considered. As soon as this threshold value is reached, the computer orders an immediate shutdown of the heating of catalyst 16.

Claims (9)

Procédé d’optimisation du chauffage d’un catalyseur (16) de dépollution des gaz d’échappement d’un moteur à combustion interne (2) après un démarrage à froid d’un véhicule comprenant ledit moteur (2), ledit véhicule comportant une ligne d’échappement (4) doté dudit catalyseur (16) et d’un capteur (18) de concentration d’oxydes d’azote à la sortie dudit catalyseur (16), caractérisé en ce que ledit procédé comprend les étapes suivantes :
-une étape de chauffage du catalyseur (16),
-une étape de mesure de la concentration d’oxydes d’azote par le capteur (18) à la sortie du catalyseur (16) dès le démarrage dudit véhicule,
-une étape de détermination d’un paramètre spécifique représentatif de la quantité de particules d’oxydes d’azote à la sortie du catalyseur, qui est fonction de la mesure du capteur (18),
-une étape d’arrêt du chauffage du catalyseur (16) dès que ledit paramètre spécifique a atteint une valeur seuil prédéterminée.
Method for optimizing the heating of a catalyst (16) for depolluting the exhaust gases of an internal combustion engine (2) after a cold start of a vehicle comprising said engine (2), said vehicle comprising a exhaust line (4) provided with said catalyst (16) and a sensor (18) for the concentration of nitrogen oxides at the outlet of said catalyst (16), characterized in that said method comprises the following steps:
-a step of heating the catalyst (16),
-a step of measuring the concentration of nitrogen oxides by the sensor (18) at the outlet of the catalyst (16) as soon as said vehicle is started,
-a step of determining a specific parameter representative of the quantity of nitrogen oxide particles at the outlet of the catalyst, which is a function of the measurement of the sensor (18),
-a step of stopping the heating of the catalyst (16) as soon as said specific parameter has reached a predetermined threshold value.
Procédé d’optimisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le paramètre spécifique est une concentration d’oxydes d’azote directement déterminée par le capteur (18).Optimization method according to claim 1, characterized in that the specific parameter is a concentration of nitrogen oxides directly determined by the sensor (18). Procédé d’optimisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le paramètre spécifique est un débit massique d’oxydes d’azote à la sortie du catalyseur (16), correspondant au produit de la concentration d’oxydes d’azote et du débit des gaz d’échappement à la sortie du catalyseur (16).Optimization method according to claim 1, characterized in that the specific parameter is a mass flow rate of nitrogen oxides at the outlet of the catalyst (16), corresponding to the product of the concentration of nitrogen oxides and the flow rate exhaust gases at the outlet of the catalyst (16). Procédé d’optimisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le paramètre spécifique est un niveau d’efficacité de post-traitement des oxydes d’azote par le catalyseur (16), calculé comme le rapport entre la concentration d’oxydes d’azote à la sortie du catalyseur et la concentration d’oxydes d’azote à l’entrée du catalyseur.Optimization method according to claim 1, characterized in that the specific parameter is a level of post-treatment efficiency of nitrogen oxides by the catalyst (16), calculated as the ratio between the concentration of nitrogen oxides nitrogen at the catalyst outlet and the concentration of nitrogen oxides at the catalyst inlet. Procédé d’optimisation selon la revendication 4, caractérisé en ce que la concentration d’oxydes d’azote à l’entrée du catalyseur (16) est mesurée par un capteur amont de concentration d’oxydes d’azote, ledit capteur amont étant placé sur la ligne d’échappement (4) entre le moteur (2) et le catalyseur (16).Optimization method according to claim 4, characterized in that the concentration of nitrogen oxides at the inlet of the catalyst (16) is measured by an upstream nitrogen oxide concentration sensor, said upstream sensor being placed on the exhaust line (4) between the engine (2) and the catalyst (16). Procédé d’optimisation selon la revendication 4, caractérisé en ce que la concentration d’oxydes d’azote à l’entrée du catalyseur (16), correspondant à la concentration d’oxydes d’azote à la sortie de moteur (2) est déterminée à partir d’un modèle donnant cette concentration en fonction du point de fonctionnement du moteur (2), ledit modèle étant calibré à l’avance au moyen d’essais au banc.Optimization method according to claim 4, characterized in that the concentration of nitrogen oxides at the inlet of the catalyst (16), corresponding to the concentration of nitrogen oxides at the engine outlet (2) is determined from a model giving this concentration as a function of the operating point of the engine (2), said model being calibrated in advance by means of bench tests. Procédé d’optimisation selon la revendication 6, caractérisé en ce que le point de fonctionnement du moteur (2) dépend d’un ensemble de paramètres comprenant au moins le régime du moteur, le couple du moteur, et la température d’eau.Optimization method according to claim 6, characterized in that the operating point of the engine (2) depends on a set of parameters comprising at least the engine speed, the engine torque, and the water temperature. Procédé d’optimisation selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le chauffage du catalyseur (16) est réalisé à partir d’une technique à choisir parmi une dégradation du rendement de combustion avec modification de la valeur de l’avance à l’allumage, et un chauffage électrique qui peut être couplé avec de l’injection d’air à l’échappement.Optimization method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the heating of the catalyst (16) is carried out using a technique to be chosen from a degradation of the combustion efficiency with modification of the value of l ignition advance, and electric heating which can be coupled with air injection at the exhaust. Procédé d’optimisation selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le catalyseur (16) est un catalyseur trois voies.Optimization method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the catalyst (16) is a three-way catalyst.
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Citations (4)

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EP0639708B1 (en) 1993-08-19 1998-03-25 Ekkardt Czub Method for operating a vehicular internal combustion engine
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