Fuel Penalty Comparison for (Electrically) Heated Catalyst Technology Comparaison de l’augmentation de consommation de carburant pour la technologie de catalyseurs chauffés à l’électricité

• Main Authors: Kessels J. T.B.A., Foster D. L., Bleuanus W. A.J.
• Format: Article
• Language: English
• Published: EDP Sciences 2010-03-01
• Series: Oil & Gas Science and Technology
• Online Access: http://dx.doi.org/10.2516/ogst/2009078
• ISSN: 1294-4475; 1953-8189

The conversion efficiency of three way catalytic converters is mainly defined by the temperature range wherein they are operating. Traditionally, ignition retard has been used to reduce the light-off time of the catalyst. This is however associated with a fuel penalty. With increasing vehicle electrification, electrically heating facilities present an alternative, especially for hybrid vehicles. Nevertheless, system complexity of hybrid vehicles prevents engineers to evaluate possible heating technologies and their corresponding fuel penalty with respect to traditional solutions. This paper evaluates the application of an electrically heated catalyst on a hybrid vehicle equipped with a Natural Gas (NG) engine. The effect of heating power on light-off time and fuel penalty is determined, using analysis techniques emerging from integrated powertrain control. By means of a case study, the importance of an integral approach is explained by comparing the fuel penalty and conversion efficiency improvement of electric heating with that of ignition retard. In this process, a mix of simulation and test data were combined, forming the foundations for future control developments of a suitable light-off strategy. <br> L’efficacité de conversion des catalyseurs est principalement définie par la gamme de température dans laquelle ils fonctionnent. Un retard du point d’allumage a traditionnellement été utilisé pour réduire le temps d’amorçage du catalyseur. Ceci est cependant associé à une augmentation de la consommation de carburant. Avec l’électrification des véhicules, la possibilité de chauffage électrique représente véritablement une alternative, tout particulièrement pour les véhicules hybrides. Cependant, la complexité des véhicules hybrides rend difficile l’évaluation des technologies de chauffage éventuelles ainsi que l’augmentation de la consommation de carburant associée ; il est aussi difficile de comparer ces résultats à ceux des solutions traditionnelles. Cette étude évalue l’installation d’un catalyseur chauffé à l’électricité dans un véhicule hybride, équipé d’un moteur au Gaz Naturel (GN). L’effet du chauffage sur le temps d’amorçage et la consommation de carburant est déterminé en utilisant des techniques d’analyse issues de la commande intégrée du groupe motopropulseur. L’importance de cette approche intégrale est illustrée par un cas exemplaire : l’impact d’une stratégie avec chauffage électrique sur la consommation de carburant et sur l’amélioration de l’efficacité de conversion catalytique est comparé à celui d’une stratégie de retard du point d’allumage. Au cours de cette comparaison, données de simulation et d’analyse ont été combinées, créant la base de développements de commandes futurs pour une stratégie d’amorçage adaptée.