FR3095010A1 - METHOD OF LIMITING THE COOLING OF A THERMAL ENGINE CATALYST - Google Patents
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Abstract
L’invention porte principalement sur un procédé de limitation d'un refroidissement d'un catalyseur (35) relié à une ligne d'échappement (33) d'un moteur thermique (10), ledit moteur thermique (10) comportant en outre un système de recirculation (30) des gaz d'échappement, ledit procédé comportant: - une étape de détection d'un arrêt d'injection de carburant dans des cylindres (12) du moteur thermique (10) pendant une durée supérieure à une durée seuil, et - une étape de pilotage d'une vanne (34) du système de recirculation (30) de façon à faire recirculer les gaz d'échappement issus d'un collecteur d'échappement (32) vers un collecteur d'admission (14) du moteur thermique (10) pour empêcher lesdits gaz d'échappement de traverser le catalyseur (35). Figure 1The invention relates mainly to a method for limiting cooling of a catalyst (35) connected to an exhaust line (33) of a heat engine (10), said heat engine (10) further comprising an exhaust gas recirculation system (30), said method comprising: - a step of detecting a stoppage of fuel injection into cylinders (12) of the heat engine (10) for a duration greater than a threshold duration , and - a step of controlling a valve (34) of the recirculation system (30) so as to recirculate the exhaust gases from an exhaust manifold (32) to an intake manifold (14) ) of the heat engine (10) to prevent said exhaust gases from passing through the catalyst (35). Figure 1
Description
La présente invention porte sur un procédé de limitation du refroidissement d'un catalyseur de moteur thermique. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, avec les moteurs thermiques à essence de véhicules automobiles.The present invention relates to a method of limiting the cooling of a heat engine catalyst. The invention finds a particularly advantageous, but not exclusive, application with gasoline thermal engines of motor vehicles.
Les émissions polluantes des moteurs thermiques équipant les véhicules automobiles sont réglementées par des normes. Les polluants réglementés sont, selon la technologie de moteur thermique considérée, le monoxyde de carbone (CO), les hydrocarbures imbrûlés (HC), les oxydes d'azote (NOx), et les particules qui sont formées lors de la combustion du carburant dans la chambre de combustion puis émises à l'échappement.The polluting emissions of heat engines equipping motor vehicles are regulated by standards. The regulated pollutants are, depending on the heat engine technology considered, carbon monoxide (CO), unburnt hydrocarbons (HC), nitrogen oxides (NOx), and particles that are formed during the combustion of fuel in the combustion chamber then emitted to the exhaust.
II est connu d'employer un certain nombre de moyens de dépollution dans la ligne d'échappement des moteurs thermiques pour limiter les émissions de ces polluants. Ainsi, il est possible d'utiliser un catalyseur réalisé à base d'un matériau aux propriétés de stockage réversibles d'oxygène en fonction de la richesse des gaz d'échappement. Le catalyseur contribue à assurer l'oxydation du monoxyde de carbone (CO) et des hydrocarbures imbrûlés (HC) et la réduction des oxydes d'azote (NOx). Le catalyseur chauffé par les gaz d'échappement s’amorce et devient fonctionnel à partir d'une certaine température comprise entre 300 et 400 degrés Celsius suivant le type de catalyseur.It is known to use a certain number of pollution control means in the exhaust line of heat engines to limit the emissions of these pollutants. Thus, it is possible to use a catalyst made from a material with reversible oxygen storage properties as a function of the richness of the exhaust gases. The catalyst helps ensure the oxidation of carbon monoxide (CO) and unburnt hydrocarbons (HC) and the reduction of nitrogen oxides (NOx). The catalyst heated by the exhaust gases ignites and becomes functional from a certain temperature between 300 and 400 degrees Celsius depending on the type of catalyst.
Lors de certaines phases de roulage, comme par exemple une descente de col, le véhicule automobile peut fonctionner sur de longues périodes de décélération ou de frein moteur. Au cours de cette phase de fonctionnement, la température des gaz d’échappement est alors beaucoup plus froide, de l’ordre d’une centaine de degrés, et peut désamorcer le catalyseur en le traversant. En conséquence, il sera nécessaire de relancer une stratégie de chauffe du catalyseur qui engendre une augmentation de la consommation en carburant et des émissions de dioxyde de carbone. De nombreuses surémissions de polluants sont émises avant que le catalyseur retrouve sa température d'amorçage lui permettant d'être efficace.During certain driving phases, such as for example a downhill pass, the motor vehicle can operate over long periods of deceleration or engine braking. During this phase of operation, the temperature of the exhaust gases is then much colder, in the order of a hundred degrees, and can deactivate the catalyst when passing through it. As a result, it will be necessary to relaunch a catalyst heating strategy that results in increased fuel consumption and carbon dioxide emissions. Numerous excess pollutant emissions are emitted before the catalyst returns to its ignition temperature allowing it to be efficient.
Par ailleurs, afin de réduire les rejets de polluants pénétrant dans la ligne d'échappement, il est connu d'utiliser un système dit EGR (acronyme pour "Exhaust Gas Recirculation" en anglais) permettant de faire re-circuler une partie des gaz d'échappement vers la conduite d'admission du moteur thermique.Furthermore, in order to reduce the discharges of pollutants entering the exhaust line, it is known to use a system called EGR (acronym for "Exhaust Gas Recirculation" in English) making it possible to re-circulate part of the exhaust gases. 'exhaust to the combustion engine intake pipe.
L’invention tire profit de la présence d'un tel système EGR pour limiter le refroidissement du catalyseur lors de phases de roulage pendant lesquelles l’injection de carburant dans les cylindres est coupée de sorte que l’air frais est susceptible de traverser le catalyseur.The invention takes advantage of the presence of such an EGR system to limit the cooling of the catalyst during driving phases during which the fuel injection into the cylinders is cut off so that the fresh air is able to pass through the catalyst. .
Plus précisément, l’invention a pour objet un procédé de limitation d'un refroidissement d'un catalyseur relié à une ligne d'échappement d'un moteur thermique, ledit moteur thermique comportant en outre un système de recirculation des gaz d'échappement, ledit procédé comportant:
- une étape de détection d'un arrêt d'injection de carburant dans des cylindres du moteur thermique pendant une durée supérieure à une durée seuil, et
- une étape de pilotage d'une vanne du système de recirculation de façon à faire recirculer les gaz d'échappement issus d'un collecteur d'échappement vers un collecteur d'admission du moteur thermique pour empêcher lesdits gaz d'échappement de traverser le catalyseur.More specifically, the subject of the invention is a method for limiting the cooling of a catalyst connected to an exhaust line of a heat engine, said heat engine further comprising an exhaust gas recirculation system, said process comprising:
a step of detecting a stoppage of fuel injection into cylinders of the heat engine for a period greater than a threshold period, and
a step of controlling a valve of the recirculation system so as to recirculate the exhaust gases from an exhaust manifold to an intake manifold of the heat engine to prevent said exhaust gases from passing through the catalyst.
On observe ainsi que, dans l'invention, le système de recirculation n'est pas utilisé de façon classique pour diminuer les émissions de polluants mais pour éviter le refroidissement du catalyseur lorsque des gaz d'échappement frais traversent le moteur thermique. L'invention permet d’éviter que les gaz frais générés lors des longues périodes de décélérations refroidissent le catalyseur. On fait ainsi l’économie du lancement d'une stratégie de chauffe du catalyseur lorsque ce dernier s’est désamorcé, ce qui évite une surconsommation de carburant et une surémission de particules polluantes.It is thus observed that, in the invention, the recirculation system is not used in a conventional manner to reduce pollutant emissions but to prevent the cooling of the catalyst when fresh exhaust gases pass through the heat engine. The invention makes it possible to prevent the fresh gases generated during long periods of deceleration from cooling the catalyst. This saves the launch of a catalyst heating strategy when the latter has defused, which prevents overconsumption of fuel and overemission of polluting particles.
Selon une mise en œuvre, ledit procédé comporte une étape de fermeture d'un doseur d'air, de sorte que les gaz d'échappement circulent en boucle fermée.According to one implementation, said method comprises a step of closing an air metering device, so that the exhaust gases circulate in a closed loop.
Selon une mise en œuvre, la boucle fermée est constituée par le collecteur d'échappement, une conduite de redirection des gaz d'échappement, le collecteur d'admission, et les cylindres du moteur thermique.According to one implementation, the closed loop is formed by the exhaust manifold, an exhaust gas redirection pipe, the intake manifold, and the cylinders of the heat engine.
Selon un mode de réalisation, une mise en œuvre du procédé est inhibée dès qu'une nouvelle injection de carburant dans les cylindres du moteur thermique est détectée.According to one embodiment, an implementation of the method is inhibited as soon as a new injection of fuel into the cylinders of the heat engine is detected.
Selon une mise en œuvre, la durée seuil est comprise entre 3 secondes et 10 secondes.According to one implementation, the threshold duration is between 3 seconds and 10 seconds.
Selon une mise en œuvre, le moteur thermique est un moteur à essence.According to one implementation, the heat engine is a gasoline engine.
Selon un mode de réalisation, ledit procédé est mis en œuvre lors d'une phase de roulage d'un véhicule automobile.According to one embodiment, said method is implemented during a running phase of a motor vehicle.
L'invention a également pour objet un calculateur comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en œuvre du procédé tel que précédemment défini.The subject of the invention is also a computer comprising a memory storing software instructions for implementing the method as defined above.
L'invention concerne en outre un véhicule automobile comportant un calculateur tel que précédemment défini.The invention further relates to a motor vehicle comprising a computer as defined above.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.The invention will be better understood from reading the following description and examining the accompanying figures. These figures are given only by way of illustration but in no way limit the invention.
La figure 1 représente un moteur thermique 10 de véhicule automobile muni d'injecteurs 11 pour injecter du carburant dans des cylindres 12 du moteur 10. Le moteur thermique 10 pourra être de type essence.FIG. 1 represents a heat engine 10 of a motor vehicle provided with injectors 11 for injecting fuel into cylinders 12 of the engine 10. The heat engine 10 may be of the gasoline type.
La ligne d'admission 13 du moteur 10 reliée au collecteur d'admission 14 comporte un filtre à air 15, un débitmètre 16, ainsi qu'un doseur d'air 17, dit boîtier papillon, permettant de doser une quantité d'air pénétrant à l'intérieur des cylindres 12 afin d'obtenir un mélange combustible air-carburant.The intake line 13 of the engine 10 connected to the intake manifold 14 comprises an air filter 15, a flowmeter 16, as well as an air metering device 17, called a throttle body, making it possible to dose a quantity of penetrating air. inside the cylinders 12 in order to obtain a combustible air-fuel mixture.
En outre, le moteur 10 est suralimenté par un turbocompresseur 19 comprenant un compresseur 20 et une turbine 21. Le compresseur 20 permet de comprimer l'air d'admission de manière à optimiser le remplissage des cylindres 12. A cet effet, le compresseur 20 est disposé sur la ligne d’admission 13 en amont du collecteur d'admission 14. L'écoulement des gaz d'échappement entraîne en rotation la turbine 21, laquelle entraîne alors en rotation le compresseur 20 par l'intermédiaire d'un arbre d'accouplement 22. Une vanne de commande 24 située en amont de la turbine 21 permet de gérer la quantité de gaz d'échappement circulant à travers la turbine 21 et la quantité de gaz passant par une conduite de décharge 25 court-circuitant la turbine 21.In addition, the engine 10 is supercharged by a turbocharger 19 comprising a compressor 20 and a turbine 21. The compressor 20 makes it possible to compress the intake air so as to optimize the filling of the cylinders 12. For this purpose, the compressor 20 is arranged on the intake line 13 upstream of the intake manifold 14. The flow of exhaust gases drives the turbine 21 in rotation, which then drives the compressor 20 in rotation via a shaft d 'coupling 22. A control valve 24 located upstream of the turbine 21 makes it possible to manage the quantity of exhaust gas flowing through the turbine 21 and the quantity of gas passing through a discharge pipe 25 bypassing the turbine 21 .
De manière à maintenir la densité de l’air acquise en sortie du compresseur 20, on utilise un échangeur de chaleur 27 dit RAS (pour "Refroidisseur d'Air de Suralimentation") apte à refroidir l’air circulant dans la ligne d’admission 13. L'échangeur 27 est monté en aval du compresseur 20 et en amont du doseur d'air 17. En variante, le moteur thermique 10 est dépourvu de système de suralimentation, le procédé selon l'invention pouvant également être mis en œuvre avec un moteur atmosphérique.In order to maintain the density of the air acquired at the outlet of the compressor 20, a heat exchanger 27 called RAS (for “Boost Air Cooler”) is used, capable of cooling the air circulating in the intake line. 13. The exchanger 27 is mounted downstream of the compressor 20 and upstream of the air metering device 17. As a variant, the heat engine 10 does not have a supercharging system, the method according to the invention also being able to be implemented with a naturally aspirated engine.
Par ailleurs, un système de recirculation 30 des gaz d'échappement (dit "EGR" pour "Exhaust Gaz Recirculation" en anglais) comporte une conduite de redirection 31 des gaz d'échappement apte à rediriger une partie des gaz d'échappement issus du collecteur d'échappement 32 vers le collecteur d'admission 14 du moteur 10. Si besoin, un échangeur thermique (non représenté) pourra être disposé sur la conduite de redirection 31 afin de refroidir les gaz avant leur entrée dans le collecteur d'admission.Furthermore, an exhaust gas recirculation system 30 (called "EGR" for "Exhaust Gas Recirculation" in English) comprises a redirection pipe 31 of the exhaust gases capable of redirecting part of the exhaust gases from the exhaust gas. exhaust manifold 32 to the intake manifold 14 of the engine 10. If necessary, a heat exchanger (not shown) can be placed on the redirection pipe 31 in order to cool the gases before they enter the intake manifold.
Ainsi, une partie des gaz d'échappement du moteur 10 est rejetée vers l'extérieur du véhicule automobile via une ligne d'échappement 33 reliée au collecteur d'échappement 32 et une autre partie des gaz est recyclée vers le collecteur d'admission 14. La quantité de gaz d'échappement devant être remise en circulation est contrôlée par une vanne 34, dite vanne EGR.Thus, part of the exhaust gases from the engine 10 is rejected to the outside of the motor vehicle via an exhaust line 33 connected to the exhaust manifold 32 and another part of the gases is recycled to the intake manifold 14. The quantity of exhaust gas to be recirculated is controlled by a valve 34, called an EGR valve.
Un catalyseur 35 est connecté sur la ligne d'échappement 33. Le catalyseur 35 est réalisé à base d'un matériau aux propriétés de stockage réversibles d'oxygène en fonction de la richesse des gaz d'échappement. Le catalyseur 35 présente une capacité de stockage en oxygène, dite "OSC" pour "Oxygen Storage Capacity" en anglais. Il permet de stocker l'oxygène lorsque le moteur 10 fonctionne en régime pauvre (rapport air/carburant supérieur à 1) pour le restituer en régime riche (rapport air/carburant inférieur ou égal à 1). Le catalyseur 35 contribue à assurer l'oxydation du monoxyde de carbone (CO) et des hydrocarbures imbrûlés (HC) et la réduction des oxydes d'azote (NOx). La capacité de stockage en oxygène du catalyseur 35 est un indicateur de son vieillissement car plus le catalyseur 35 vieillit, moins il est capable de stocker de l'oxygène.A catalyst 35 is connected to the exhaust line 33. The catalyst 35 is made from a material with reversible oxygen storage properties depending on the richness of the exhaust gases. The catalyst 35 has an oxygen storage capacity, called “OSC” for “Oxygen Storage Capacity” in English. It makes it possible to store oxygen when the engine 10 is operating in lean mode (air / fuel ratio greater than 1) in order to restore it in rich mode (air / fuel ratio less than or equal to 1). The catalyst 35 helps to ensure the oxidation of carbon monoxide (CO) and unburnt hydrocarbons (HC) and the reduction of nitrogen oxides (NOx). The oxygen storage capacity of catalyst 35 is an indicator of its aging because the older the catalyst 35 is, the less capable it is of storing oxygen.
Une sonde 36.1 et une sonde 36.2 sont disposées respectivement en amont et en aval du catalyseur 35. Ces sondes 36.1, 36.2 de type connu pourront prendre par exemple la forme de sondes de type linéaire ou stœchiométrique.A probe 36.1 and a probe 36.2 are arranged respectively upstream and downstream of the catalyst 35. These probes 36.1, 36.2 of known type may for example take the form of probes of the linear or stoichiometric type.
Un calculateur moteur 37 pilote les différents organes du moteur thermique 10: injecteurs 11, doseur d'air 17, vanne du turbocompresseur 24, vanne EGR 34. Ce calculateur moteur 37 comporte une mémoire stockant des instructions logicielle pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention de limitation du refroidissement du catalyseur 35. Ce procédé dont les étapes sont décrites en référence avec la figure 2 est mis en œuvre lors de phase de roulage du véhicule automobile, notamment lors d'une phase de roulage en descente de col.An engine computer 37 controls the various components of the heat engine 10: injectors 11, air metering device 17, turbocharger valve 24, EGR valve 34. This engine computer 37 includes a memory storing software instructions for implementing the method according to the invention of limiting the cooling of the catalyst 35. This method, the steps of which are described with reference to FIG. 2, is implemented during the rolling phase of the motor vehicle, in particular during a rolling phase downhill from the neck.
Le calculateur 37 détecte, au cours d'une étape 101, un arrêt d'injection de carburant dans des cylindres 12 du moteur thermique 10 pendant une durée supérieure à une durée seuil. La durée seuil est par exemple comprise entre 3 secondes et 10 secondes.The computer 37 detects, during a step 101, a stoppage of fuel injection into the cylinders 12 of the heat engine 10 for a period greater than a threshold period. The threshold duration is for example between 3 seconds and 10 seconds.
Le calculateur 37 pilote ensuite, au cours d'une étape 102, la vanne EGR 34 de façon à faire recirculer les gaz d'échappement issus du collecteur d'échappement 32 vers le collecteur d'admission 14 pour empêcher lesdits gaz d'échappement de traverser le catalyseur 35.The computer 37 then controls, during a step 102, the EGR valve 34 so as to recirculate the exhaust gases from the exhaust manifold 32 to the intake manifold 14 to prevent said exhaust gases from pass through catalyst 35.
Le calculateur 37 pilote également, dans une étape 103, une fermeture du doseur d'air 17 pour empêcher une arrivée d'air frais dans les cylindres 12 du moteur thermique 10. Les gaz d'échappement circulent alors en boucle fermée suivant les flèches F1. La boucle fermée est constituée par le collecteur d'échappement 32, la conduite de redirection des gaz d'échappement vers le collecteur d'admission 14, le collecteur d'admission 14, et les cylindres 12 du moteur thermique 10. Les étapes 102 et 103 pourront être réalisées simultanément ou tout au moins très proches dans le temps l'une de l'autre.The computer 37 also controls, in a step 103, a closing of the air metering device 17 to prevent fresh air from entering the cylinders 12 of the heat engine 10. The exhaust gases then circulate in a closed loop following the arrows F1 . The closed loop is formed by the exhaust manifold 32, the pipe for redirecting the exhaust gases to the intake manifold 14, the intake manifold 14, and the cylinders 12 of the heat engine 10. Steps 102 and 103 could be carried out simultaneously or at least very close in time to one another.
La mise en œuvre du procédé est inhibée dès qu'une nouvelle injection de carburant dans les cylindres 12 du moteur thermique 10 est détectée. Ainsi, le système EGR 30 sera coupé, de sorte que les gaz d'échappement générés par une combustion de carburant et passant par le collecteur d'échappement 32 seront autorisés à traverser le catalyseur 35 avant d'être évacués vers l'extérieur.The implementation of the method is inhibited as soon as a new injection of fuel into the cylinders 12 of the heat engine 10 is detected. Thus, the EGR system 30 will be shut off, so that the exhaust gases generated by combustion of fuel and passing through the exhaust manifold 32 will be allowed to pass through the catalyst 35 before being discharged to the outside.
Il sera possible de tenir compte d'autres paramètres pour déclencher la mise en œuvre du procédé, comme par exemple la température du catalyseur 35. Dans ce cas, le procédé pourra être mis en œuvre lorsque la température du catalyseur 35 mesurée ou estimée diminue et se rapproche de sa température d'amorçage comprise entre 300 et 400 degrés Celsius. Par exemple, le procédé pourra être déclenché lorsque la température du catalyseur 35 diminue jusqu'à une température égale à la température d'amorçage plus une dizaine de degrés. Il est également possible de tenir compte de mesures issues de capteurs d'altitude mettant en évidence que le véhicule automobile se trouve dans une phase de descente de col. D'autres paramètres pourront également être pris en compte pour sécuriser l'activation et la désactivation du procédé selon l'invention.It will be possible to take into account other parameters to trigger the implementation of the process, such as for example the temperature of the catalyst 35. In this case, the process can be implemented when the temperature of the catalyst 35 measured or estimated decreases and approaches its priming temperature of between 300 and 400 degrees Celsius. For example, the process could be started when the temperature of the catalyst 35 decreases to a temperature equal to the initiation temperature plus about ten degrees. It is also possible to take into account measurements from altitude sensors showing that the motor vehicle is in a downhill pass phase. Other parameters could also be taken into account to secure the activation and deactivation of the method according to the invention.
Claims (9)
- une étape de détection d'un arrêt d'injection de carburant dans des cylindres (12) du moteur thermique (10) pendant une durée supérieure à une durée seuil, et
- une étape de pilotage d'une vanne (34) du système de recirculation (30) de façon à faire recirculer les gaz d'échappement issus d'un collecteur d'échappement (32) vers un collecteur d'admission (14) du moteur thermique (10) pour empêcher lesdits gaz d'échappement de traverser le catalyseur (35).Process for limiting cooling of a catalyst (35) connected to an exhaust line (33) of a heat engine (10), said heat engine (10) further comprising a recirculation system (30) of exhaust gas, characterized in that said method comprises:
- a step of detecting a stoppage of fuel injection into cylinders (12) of the heat engine (10) for a period greater than a threshold period, and
- a step of controlling a valve (34) of the recirculation system (30) so as to recirculate the exhaust gases from an exhaust manifold (32) to an intake manifold (14) of the heat engine (10) to prevent said exhaust gases from passing through the catalyst (35).
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2019
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