Brevet FR3062161A1 — publié le 20180727

PROCEDE DE DEFINITION D'UNE FENETRE ENERGETIQUE POUR LE PILOTAGE D'UN MODE DE COMBUSTION D'UN MOTEUR THERMIQUE [0001] La présente invention porte sur un procédé de définition d'une fenêtre énergétique pour le pilotage d'un mode de combustion d'un moteur thermique. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, pour augmenter la température dans la ligne d'échappement d'un moteur de type diesel afin d'atteindre une température de fonctionnement minimale d'un système de dépollution. [0002] Dans un contexte de dépollution des gaz d'échappement d'un moteur diesel, on utilise notamment des systèmes de réduction catalytique sélective (ou SCR pour "Sélective Catalyst Réduction" en anglais) visant à réduire les oxydes d'azote (N0x) contenus dans les gaz d'échappement. Le fonctionnement du système SCR est basé sur une réaction chimique entre les oxydes d'azote et un réducteur prenant classiquement la forme d'ammoniac. L'injection de l'ammoniac dans la ligne d'échappement est généralement réalisée par l'intermédiaire d'une autre espèce chimique, telle que l'urée solubilisée dans de l'eau. [0003] Plus précisément, la solution d'urée injectée dans la ligne d'échappement se vaporise dans un premier temps pour se transformer en urée solide et en vapeur d'eau. Ensuite, l'urée se transforme en ammoniac à l'intérieur d'un catalyseur implanté sur la ligne d'échappement. L'ammoniac pourra ensuite réduire les oxydes d'azote rejetés par le moteur en azote et en eau. [0004] Il est nécessaire d'attendre que les gaz d'échappement atteignent une certaine température au niveau de l'injecteur, par exemple de l'ordre de 170 degrés, avant de pouvoir assurer dans de bonnes conditions la vaporisation de la solution d'urée dans la ligne d'échappement. Avant que cette température soit atteinte, les oxydes d'azote ne seront pas traités, ce qui pose des problèmes d'efficacité du système de dépollution. [0005] Dans certaines situations de vie, le mode de combustion dit "nominal" ne permet pas d'atteindre cette température suffisamment rapidement, notamment en phase de roulage urbain. Pour pallier à cela, il existe des modes de combustion spécifiques qui dégradent la combustion et permettent une augmentation de la thermique à l'échappement. 3062161 2 [0006] Ces modes de combustions présentent toutefois notamment l'inconvénient d'augmenter la consommation de carburant, et d'introduire du gasoil dans l'huile pouvant à terme entraîner des problématiques de dilution. Il est donc important d'utiliser ces méthodes avec parcimonie. La durée d'activation de ces modes est une durée fixe définie 5 au moment de l'activation du mode. [0007] En conséquence, ces méthodes engendrent une durée d'activation non adaptée aux conditions de roulage. Par exemple, un conducteur qui démarre avec une thermique basse puis qui effectue un court roulage urbain pour rejoindre une voie rapide active un mode spécifique pendant qu'il est sur la voie rapide. Comme ce mode est activé sur une 10 durée fixe qui ne tient pas compte de l'énergie reçue par la ligne d'échappement, le mode spécifique est activé trop longtemps par rapport à l'élévation de température nécessaire. A l'inverse, un conducteur qui effectue un roulage urbain lent risque de ne pas activer le mode spécifique suffisamment longtemps compte tenu de la dynamique de son roulage. [0008] L'invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant un 15 procédé de pilotage d'un moteur thermique équipé d'un système de dépollution des gaz d'échappement installé dans une ligne d'échappement, caractérisé en ce que, dans le cas où le système de dépollution n'a pas atteint sa température minimale de fonctionnement, le procédé comporte une étape d'activation d'un mode de combustion spécifique permettant d'augmenter la température dans la ligne d'échappement sur une durée 20 équivalente à une quantité émise de dioxyde de carbone correspondant à une élévation souhaitée de température dans la ligne d'échappement. [0009] L'invention permet ainsi de garantir une activation du mode de combustion spécifique au juste nécessaire, en dissipant une quantité d'énergie adaptée quel que soit le profil de roulage. En outre, l'invention permet une optimisation de la consommation de 25 carburant, une diminution de la dilution de carburant dans l'huile, et un meilleur amorçage du système de dépollution. [0010] Selon une mise en oeuvre, la durée d'activation du mode de combustion spécifique est définie par une ou plusieurs fenêtres énergétiques correspondant toutes à une même quantité émise de dioxyde de carbone, le nombre de fenêtres énergétiques 30 étant déterminé au moyen d'une cartographie établissant une relation entre une élévation de température souhaitée et un nombre de fenêtres énergétiques correspondant. 3062161 3 [0011] Selon une mise en oeuvre, un calcul de la quantité émise de dioxyde de carbone sur une fenêtre énergétique est effectué à l'aide d'un intégrateur intégrant une quantité de carburant injecté. [0012] Selon une mise en oeuvre, dès que la quantité émise de dioxyde de carbone est 5 atteinte pour une fenêtre énergétique, un signal marque la fin d'une fenêtre énergétique et le début d'une fenêtre énergétique suivante, l'intégrateur étant remis à zéro au début de la nouvelle fenêtre énergétique. [0013] Selon une mise en oeuvre, une fenêtre énergétique présente une taille comprise entre 50g à 100g de dioxyde de carbone. 10 [0014] Selon une mise en oeuvre, le système de dépollution des gaz d'échappement est un système de réduction sélective catalytique. [0015] L'invention a également pour objet un calculateur comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé tel que précédemment défini. 15 [0016] 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'a titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. [0017] La figure 1 est une représentation schématique d'une ligne d'échappement comportant un système de dépollution des gaz d'échappement piloté suivant 20 le procédé selon la présente invention; [0018] La figure 2a est une représentation graphique illustrant un profil de roulage d'un véhicule automobile défini par une vitesse du véhicule en fonction du temps; [0019] La figure 2b est une représentation graphique illustrant l'énergie thermique générée par le moteur respectivement sur un pas de temps fixe et sur un pas de temps 25 équivalent à une quantité de dioxyde de carbone émise pour le profil de roulage de la figure 2a. [0020] La figure 1 représente une ligne d'échappement 1 d'un moteur thermique 2 sur laquelle est implanté un bloc de dépollution 5 intégrant par exemple un catalyseur 51 de système de réduction catalytique (SCR) et un filtre à particules 52. Un injecteur 6 d'agent 30 réducteur est positionné en amont du bloc de dépollution 5. 3062161 4 [0021] Une boîte de mélange 4 pourra être positionnée de préférence en amont du catalyseur 51. Cette boîte de mélange 4 permet d'augmenter la distance parcourue par les gaz d'échappement entre le point d'injection et le catalyseur 51 via l'établissement d'une trajectoire en forme de spirale. Cela facilite le mélange avec les gaz d'échappement ainsi 5 que l'évaporation des gouttelettes de la solution d'agent réducteur. [0022] Le système SCR est adapté à injecter une solution d'agent réducteur dans la ligne d'échappement 1 afin de transformer les oxydes d'azote (N0x) rejetés par le moteur en azote et en eau. La solution d'agent réducteur est constituée d'urée solubilisée dans de l'eau. 10 [0023] Un calculateur 8 assure notamment la commande du moteur thermique, ainsi qu'une gestion des différents éléments de post-traitement des gaz d'échappement. En particulier, le calculateur 8 gère l'injection de la quantité de réducteur dans la ligne d'échappement 1 en fonction des conditions de fonctionnement du moteur ainsi que les différents modes de combustion du moteur thermique 2. Le calculateur 8 comporte une 15 mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention décrit ci-après. [0024] Dans le cas où le système de dépollution n'a pas atteint sa température minimale de fonctionnement, le procédé comporte une étape d'activation d'un mode de combustion spécifique permettant d'augmenter la température dans la ligne d'échappement 1 sur une 20 durée équivalente à une quantité émise de dioxyde de carbone correspondant à une élévation souhaitée de température dans la ligne d'échappement 1. Ce mode de combustion connu par l'homme du métier pourra consister en un mode qui dégrade la combustion pour permettre une augmentation de la thermique à l'échappement. [0025] Les deux graphiques des figures 2a et 2b permettent d'illustrer les avantages du 25 procédé selon l'invention. En figure 2a, la courbe C représente un profil de roulage correspondant à une vitesse V du véhicule en fonction du temps t. En figure 2b, une première courbe Cl représente l'énergie thermique E sur un pas de temps fixe t, de l'ordre de 50 secondes pour cet exemple. Une deuxième courbe C2 représente l'énergie thermique E sur un pas de temps t équivalent à une quantité de dioxyde de carbone 30 émise. Le pas de temps t est donc variable en fonction du profil du roulage. [0026] On observe qu'avec une durée fixe, il existe de grandes disparités d'énergie E. En effet, l'énergie E est faible sur la plage P1 correspondant à un roulage urbain et est très 3062161 5 élevée sur la plage P2 correspondant à un roulage sur voie rapide. En revanche, lorsque le pas de temps t correspond à une quantité de dioxyde de carbone, les niveaux d'énergie E sont du même ordre de grandeur sur les plages P1 et P2, ce qui signifie que ces niveaux d'énergie E sont sensiblement identiques sur une fenêtre énergétique donnée 5 quel que soit le mode de roulage. [0027] La durée d'activation du mode de combustion spécifique est définie par une ou plusieurs fenêtres énergétiques correspondant toutes à une même quantité émise de dioxyde de carbone. Autrement dit, une fenêtre énergétique correspond à une fenêtre sur laquelle une énergie donnée est consommée par le véhicule. La durée d'une fenêtre 10 énergétique est donc variable en fonction des conditions de fonctionnement du moteur thermique. Le nombre de fenêtres est déterminé au moyen d'une cartographie établissant une relation entre une élévation de température souhaitée et un nombre de fenêtres correspondant. Une fenêtre énergétique présente par exemple une taille d'environ 50g à 100g de dioxyde de carbone, ce qui correspond à un volume de gasoil brûlé de 20 ml à 40 15 ml environ. [0028] Pour calculer ces fenêtres énergétiques, on peut par exemple intégrer la quantité de carburant injecté qui est directement proportionnelle à la quantité de dioxyde de carbone émise. Dès que la quantité émise de dioxyde de carbone est atteinte pour une fenêtre énergétique, un signal marque la fin de la fenêtre énergétique et le début d'une 20 fenêtre énergétique suivante. L'intégrateur est alors remis à zéro. [0029] L'utilisation de ces fenêtres énergétiques pour définir la durée d'activation du mode de combustion spécifique permet d'obtenir une activation du mode cohérent avec le profil de roulage. Par exemple, au moment de l'activation du mode spécifique, il y a un déficit de thermique de X°C à rattraper. 25 [0030] Le procédé de l'état de l'art est basé sur la définition d'une durée forfaitaire fixe de l'ordre de 200 secondes, soit quatre fenêtres énergétiques de 50 secondes par exemple. Si la suite du roulage, qui n'est pas connue a priori, est dynamique, alors cette durée sera plus longue que nécessaire pour atteindre la température cible. Si la suite du roulage est lente, alors cette durée sera trop courte pour atteindre la température cible. 30 [0031] Le procédé selon l'invention est basé sur la relation entre la masse de dioxyde de carbone rejetée et l'apport d'énergie correspondant à l'augmentation de température souhaitée. En effet, une augmentation de thermique de X °C correspond à un apport 3062161 6 d'énergie de Y joules. Or, on sait que ces Y joules correspondent à Z g de dioxyde de carbone. Par exemple, une augmentation de la thermique du système de réduction catalytique de 30 à 50 degrés correspond à un apport d'énergie d'environ 20 kJ à 40 kJ, ce qui correspond à environ 50 à 100g de dioxyde de carbone. On peut donc définir le 5 nombre de fenêtres énergétiques pour le rejet de Z g de dioxyde de carbone à l'aide de la cartographie stockée en mémoire du calculateur moteur pour obtenir l'élévation de température souhaitée de X °C. De cette façon, il nest pas nécessaire de connaître la suite du trajet pour définir une durée d'activation optimale. 10 REVENDICATIONS: 1. Procédé de pilotage d'un moteur thermique (2) équipé d'un système de dépollution des gaz d'échappement installé dans une ligne d'échappement (1), caractérisé en ce que, dans le cas où ledit système de dépollution n'a pas atteint sa température minimale de fonctionnement, ledit procédé comporte une étape d'activation d'un mode de combustion spécifique permettant d'augmenter la température dans ladite ligne d'échappement (1) sur une durée équivalente à une quantité émise de dioxyde de carbone correspondant à une élévation souhaitée de température dans ladite ligne d'échappement (1). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la durée d'activation du mode de combustion spécifique est définie par une ou plusieurs fenêtres énergétiques correspondant toutes à une même quantité émise de dioxyde de carbone, le nombre de fenêtres énergétiques étant déterminé au moyen d'une cartographie établissant une relation entre une élévation de température souhaitée et un nombre de fenêtres énergétiques correspondant. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un calcul de la quantité émise de dioxyde de carbone sur une fenêtre énergétique est effectué à l'aide d'un intégrateur intégrant une quantité de carburant injecté. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que, dès que la quantité émise de dioxyde de carbone est atteinte pour une fenêtre énergétique, un signal marque la fin d'une fenêtre énergétique et le début d'une fenêtre énergétique suivante, l'intégrateur étant remis à zéro au début de la nouvelle fenêtre énergétique. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'une fenêtre énergétique présente une taille comprise entre 50g à 100g de dioxyde de carbone. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit système de dépollution des gaz d'échappement est un système de réduction sélective catalytique. 7. Calculateur comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.