Brevet FR2190518A1 — publié le 19740201

La présente invention concerne un dispositif de commande de la température d'un convertisseur catalytique ou analogue, destiné à la réduction ou à ltélimination des produits nuisibles de combustion des moteurs à combustion interne. On a déjà proposé la circulation des gaz d'échappement des moteurs à combustion interne dans un convertisseur catalytique avant 11 évacua- tionàl'atmosphère, de manière que certains gaz nocifs soient transformés en gaz inoffensifs. nes convertisseurs du type cité sont destinés à travailler à température élevée, entre environ 590 et 820OC. Ces convertisseurs catalytiques peuvent X gextre- mement bons résultats lorsqu'ils travaillent dans la plage prévue de températures, mais les conditions anormales ou transitoires de fonctionnement du moteur peuvent provoquer l1émis- sion de quantités excessives d'hydrocarbures bruts qui, lors dcns qu'elles parviennet / les convertisseurs, provoquent une surchauffe et une destruction de ceux-ci. Une température du convertisseur de l'ordre de 930OC, qui n'est pas très supérieure à la plage normale de températures de travail, peut suffir à une auto-destruction.On a essayé de limiter la température du convertisseur catalytique d'un moteur à combustion interne par détection de la température du lit de catalyseur, et déviation des gaz d'échappement autour du lit ou d'une autre manière, de sorte que la température du lit est réduite, les gaz d'échappement étant dirigés à nouveau dans le convertisseur lorsque la température a été réduite. I1 est souhaitable que le détecteur de la température du convertisseur ait une réponse rapide de manière qulil puisse fonctionner normalement aux températures proches de la température limiteimposée,et que le temps de mise en dérivation du convertisseur soit réduit, et il faut simultanément que le détecteur soit relativement peu croûteux, facile à monter, fiable et de longue durée. L'invention concerne une commande protégeant un convertisseur catalytique ou analogue des effets destructeurs d'une surchauffe. Une telle commande répond rapidement aux variations de températures du convertisseur. Une telle commande à un fonc tionnement fiable lorsqu'elle est placée dans un système d'é- happement d'une automobile dans lequel la poussière, l'eau, du sel et d'autres matières nuisibles sont présentes, et peuvent affecter le rendement de fonctionnement et la durée des constituants de la commande. Plus précisément, l'invention concerne une commande destinée à régler la température du convertisseur catalytiqueet qui peut comprendre, par exemple, une vanne de déviation du courant à l'entrée du convertisseur, cette vanne étant commandée de manière qu'elle dirige le courant de gaz d'échappement soit dans le convertisseur soit par la dérivation. L'invention concerne de plus la commande du fonctionnement suivant les températures régnant dans le convertisseur et détectées dans une zone importante de celui-ci. Lors de la mise en oeuvre de l'invention, un moteur pneumatique commande le dispositif qui-règle la température du convertisseur. Une commande fluidique règle le moteur en fonction de la température du convertisseur détectée par l'intermédiaire d'un fluide. De l'air est dirigé vers la commande du moteur,et a une pression qui varie avec les variations de la résistance opposée à l'air qui circule dans un tube capillaire passant dans une partie du convertisseur catalytique et soumis à la température de la matière du convertisseur, Lorsque la température s'élève dans le convertisseur, la viscosité de- l'air qui circule dans le tube capillaire augmente si bien que la perte de charge augmente dans ce tube.Lorsque la perte de charge atteint une valeur prédéterminée, la commande du moteur règle celui-ci de manière que le convertisseur soit refroidi. Lors du refroidissement du convertisseur catalytique, la perte de charge dans le tube capillaire diminue jusqu'à une seconde valeur prédéterminée, et la commande du moteur remet en route le moteur qui ramène la commande en vue d'un fonctionnement normal du convertisseur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en ré férence aux dessins annexes sur lesquels la figure 1 est une vue schématique partielle diun système d'échappement d'un moteur à combustion interne selon 1 'in- vention la figure 2 est une coupe d'un ensemble combiné comprenant un relais différentiel et un moteur pneumatique, destinés à la commande du convertisseur ; et la figure 3 est une coupe par un plan repéré par la ligne 3-3 de la figure 2. Sur la figure t, une tubulure 10 d'échappement d'un moteur à combustion interne non représenté comprend deux branches 17 et 12 parvenant à une section 13 d'échappement. La branche 11 comprend un convertisseur catalytique 14-qui peut être de tout type convenable. Dans le cas décrit, il comprend une enveloppe tubulaire 15 ayant une entrée et une sortie pour les gaz d'échappement, à ses deux extrémités. Une masse poreuse de matière catalytique 16 remplit l'enveloppe. La branche 12 comprend une tuyauterie qui permet la dérivation des gaz d'échappement autour du convertisseur. Un papillon 17 peut pivoter à l'entrée des branches 11 et 12 et peut diriger les gaz d'échappement de la tubulure 10 dans l'une ou l'autre des branches 11 et 12.Le papillon 17 est commandé, d'une position vers l'autre, comme indiqué en trait plein et en trait interrompu, par un moteur pneumatique 18. Lorsque le papillon 17 occupe la position représentée en trait plein sur la figure 1, les gaz d'é chappement passent dans le convertisseur, et lorsqu'il est dans la position représentée en trait interrompu, les gaz passent autour du convertisseur par la branche 12. Les gaz d'échappement sont dérivés autour du convertisseur par la branche 12 pour permettre au convertisseur de se refroidir et d'éviter toute surchauffe. Sur la figure 2, le moteur pneumatique 18 comprend un bottier cylindrique 19 divisé par un diaphragme transversal 20. Une tige 21 de commande est fixée à une extrémité au diaphragme et l'autre extrémité dépasse d'une paroi d'extrémité et est fixée au papillon 17 par une tringlerie convenable 22 (figure 1). Un ressort de compression 23 repousse le diaphragme 29 et la tige 21 vers la droite, sur le dessin, de manière que le papillon 17 prenne la position de déviation des gaz d'échappement représentée en trait interrompu sur la figure 1, comme décrit dans la suite. De préférence, un manchon souple 24 forme un joint entre la tige 21 et la paroi d'extrémité du bottier. Le boîtier 19 comprend une paroi transversale rigide 25 qui, avec le diaphragme 20, forme une chambre 26. L'augmente tation et la diminution de la pression pneumatique dans la chambre 26 provoquent le déplacement du diaphragme 20, qui constitue une paroi mobile de la chambre, et la commande de la tige 21. La paroi 25 coopère aussi avec la partie extrême droite du boîtier 19 comme représenté sur les dessins, en délimitant une chambre07reliée à la sortie d'une pompe pneumatique convenable 28, entraSnée par le moteur, par un tube 30. Un orifice relativement petit 31, placé dans la paroi 25, permet un passage limité de l'air de la chambre 27 à la chambre 26. De pré férence, une matière convenable 32 de filtration d'air est logée dans la chambre 27 et empêche que la poussière, etc., ne s'ac- cumule et ne bouche l'orifice 31. La paroi 33 du bottier 19 comporte un orifice muni d'un col auquel est associé le tube 30. Le fonctionnement du moteur est commandé par une commande fluidique comprenant un ensemble 34 formant une soupape de commande qui règle la pression dans la chambre 26 en fonction de la température détectée dans le convertisseur. La soupape 34 comprend une paroi cylindrique 35 dont une extrémité est associée de façon étanche à la paroi 25, en face dtun orifice de cette paroi, le bord de l'autre extrémité de la paroi 35 formant un siège 36. La paroi 35 est entourée par une paroi cylindrique 37 dont une extrémité est associée à la paroi 25 et dont l'autre extrémité est associée à la paroi 33 du bottier. Les parois raccordées sont étanches. Un coté de la paroi 37 est tangent à l'intérieur de la paroi latérale du boîtier 19. Un diaphragme 40 ou une paroi souple est fixée de façon étanche à sa périphérie sur la paroi 37 et porte un clapet 41 qui vient coopérer avec le siège 36 lorsque le diaphragme tlé- cuit vers la gauche, comme représenté sur la figure 2. Cette position du diaphragme est telle que la pression dans la chambre 26 est relativement élevée. Lorsque le diaphragme 40 fléchit vers la droite, le clapet 41 se déplace du siège 36 et laisse s'écouler relativement librement l'air de la chambre 26 dans la chambre 42 délimitée par les parois 25, 35, 37 et 40. L'air dans la chambre 42 peut s'échapper à l'atmosphère par un orifice 43 de la paroi du boîtier 19 et de la paroi 37, et la pression dans la chambre 26 est réduite. Le diaphragme 40 et le clapet associé 41 sont disposés par rapport au siège 36 de manière qu'ils soient sensibles aux différences de pression entre les deux cotés du diaphragme. Le diaphragme 40 et la partie de la paroi 33 entourée par l'extré- mité de la paroi 37 associée forment une chambre 45. L'air pé-- nètre dans la chambre 45 par un orifice 46 muni d'un col, porté par la paroi 33, et l'air s'échappe de la chambre 45 à l'at- mosphère par llintermédiaire d'une soupapefde dégagement. Celle- ci est de préférence une soupape à pointeau réglable comprenant un pointeau 5 vissé dans un corps 51 fixé à la paroi 33 et com- muniquant avec la chambre 45 par un siège 52.La vitesse de dégagement de la soupape 47 est réglée par rotation du pointeau 50 par rapport au corps 51, dans un sens ou dans l'autre. Le pointeau 50 est réglé de manière qu'il limite notablement le passage de l'air de la chambre 45, pour des débits supérieurs à une valeur prédéterminée. Le débit d'air passant dans la chambre 45 dépend de la température du convertisseur. L'air pénètre de la chambre 27 a la chambre 45 par un passage comprenant un tube capillaire 53. Celui-ci a un coude à 1800, une partie étant enroulée en spira- le autour d'une partie rectiligne, comme représenté, et le tube est enfoui dans la matière catalytique 16, dans le mode de réa- lisation représenté. Les parties d'extrémité du tube 53 passent par deux orifices d'un bouchon fileté 54 qui est vissé dans un orifice de la partie latérale de l'enveloppe 15 du convertisseur.Le bouchon 54 supporte le tube 53 dans ltenveloppe. Les extrémités du tube 53 dépassent du bouchon 54 et sont reliées à une extrémité des tuyauteries souples 55 et 56. L'autre extrémité de la tuyauterie 55 est reliée à un orifice 57 muni d'un col, porté par la paroi 33, si bien qutil communique avec la chambre 27. L'autrWextrémité de la tuyauterie 56 est reliée à un orifice 46 muni d'un col, relié à la chambre 45. Les orifices 46 et 57 permettent le passage relativement libre de l'air de la chambre 27 à la chambre 45. Cependant, le passage de l'air dans le capillaire 53 est plus ou moins limité, suivant la température du tube capillaire.Etant donné les variations de la viscosité de l'air passant dans le capillaire avec la température, la résistance à ltécoulement dans le tube ca pillairessugmente lorsque la température du tube croît et inversement. Comme décrit précédemment, de l'air sous pression pénè- tre dans la chambre 27, sous la commande de la pompe 28. Celleci peut être entrainée de toute manière convenable et elle est destinée à transmettre de ltair à pression constante. Par exemple, la pompe peut être entraînée par le moteur de l'automobile qui comprend le convertisseur. De préférence, une vanne régulatrice de pression 60 est montée à la sortie de la pompe de manière qu'elle règle à une valeur constante la pression de l'air passant dans le tube 30, quelle que soit la vitesse de la pompe. Lorsque le moteur de l'automobile, associé au convertisseur, fonctionne et que la température du tube 53 se trouve dans la plage normale de travail du convertisseur, la pression réglée de l'air circulant dans le tube 30 parvient dans la chambre 27, la chambre 26 et dans la région voisine du clapet 21, au niveau du siège 36. Comme la soupape 34 est fermée, il ne passe pratiquement pas d'air dans les chambres 26 et 27. L'air circule de la chambre 27 dans la tuyauterie 55, le tube 53, la tuyauterie 56, la chambre 45 et à l'atmosphère par l'intermédiaire de la soupape 47. Celle-ci est réglée de manière que, lorsque le convertisseur travaille à une température prédéterminée ou audessous, il assure une limitation notable du débit d'air provenant de la chambre 45.En conséquence, la chambre 45 est mainte nue à une pression qui suffit au maintien du diaphragme 40 vers la gauche et à la fermeture du clapet 41 de la soupape 34 sur le siège 36. Comme la soupape 34 est fermée, la pression dans la chambre 26 est suffisamment élevée pour que le dia phragme 20, la tige 21 et la tringlerie 22 soient repoussés vers la gauche et pour que le papillon 17 établisse un trajet normal d'échappement par l'intermédiaire du convertisseur comme représenté en trait plein sur la figure 1. Il faut noter que la pression dans la chambre 26, qui a tendance à ouvrir la soupape 34, n'agit que sur la surface entourée par le siège 36 alors que la pression dans la chambre 45 a tendance à fermer la soupape en agissant sur la totalité de la surface du diaphragme 40. Ainsi, la force globale qui agit sur le diaphragme 40 maintient la soupape 34 en position de fermeture, même lorsque la pression de l'air dans la chambre 45 est nettement inférieure à celle qui règne dans la chambre 26. Dans le cas où la température du tube 53 augmente jus qu'a une valeur qui peut être nuisible au fonetionnement du convertisseur 11, la résistance au courant d'air dans le tube augmente. Cette augmentation de la résistance à l'écoulement de l'air dans la chambre 45 réduit la pression dans la chambre car le débit d'échappement d'air de la chambre est pratiquement maintenu par l'intermédiaire de la soupape 47, c'est-à-dire que la soupape 47 ne limite plus notablement le passage de l'air de la chambre 45. Lorsque le tube capillaire atteint une température prédéterminée, la force globale agissant sur le dia phragme 40 est telle que le clapet 41 et le diaphragme 40 se déplacent en s'éloignant du siège 36 et en ouvrant la soupape 34. L'ouverture de la soupape 34 fait communiquer la chambre 26 à l'atmosphère par l'orifice 43. De cette manière est formé un courant d'air passant du tube 30 et de la--chambre 27 à la chambre 26 par l'intermédiaire de l'orifice 31. Celui-ci crée une perte de charge qui réduit efficacement et sensiblement la pression dans la chambre 26. En conséquence, le ressort 23 repousse le diaphragme 20 et la tige 21 vers la droite si bien que le papillon 17 prend la position représentée en trait in interrompu sur la figure 1 et que les gaz d'échappement sont dérivés autour du convertisseur 11. La soupape 34 est bistable, car une fois qu'elle est ouverte, à une température prédéterminée détectée dans le convertisseur, elle reste ouverte jusqu a ce que la température détectée atteigne une seconde valeur prédéterminée plus faible que la première. Ainsi, le pa-pillon 17 maintient la dérivation du convertisseur jusqu'à ce que la température de celui-ci soit notablement réduite, à une valeur de sécurité. Ce fonctionnement de la soupape 34 est permis par l'orifice 43 qui limite le débit d'air passant par la soupape 34 et à l'atmosphère. Lorsque la soupape 34 est ouverte, la surface totale du diaphragme 40 est exposée à l'air circulant de la chambre 26 à l'orifice 43.Le rétrécissement assuré par l'orifice 43 maintient l'action de la pression de l'air sur le diaphragme 40, à une valeur supérieure à la pression atmosphérique, qui est supérieure à la pression agissant sur le diaphragme dans la chambre 45. En conséquence, la force globale agissant sur le diaphragme 40 suffit au maintien en position d'ouverture de la soupape 34. Lorsque la température du tube 53 diminue jusqu'à une valeur prédéterminée de sécurité, la résistance à l'écoulement de l'air diminue et la pression dans la chambre 45 augmente en dépassant la pression antagoniste qui agit sur le diaphragme 40. En conséquence, le clapet 41 vient coopérer avec le siège 36. La pression dans la chambre 26 augmente alors si bien que le diaphragme 20 se déplace et déplace le papillon 17 vers la position représentée en trait plein dans laquelle les gaz d'échappement sont à nouveau dirigés dans le convertisseur. Il faut noter que les parois du tube 53 peuvent être relativement minces et légères, si bien que la température du tube change rapidement et suit la température du catalyseur 16. La construction du mécanisme placé dans le boîtier 19 est tel est le que l'ensemble/peu encombrant et peut être monté à tout emplacement commode, les connexions destinées au passage de l'air étant réalisées rapidement par les tuyauteries souples 30, 55 et 56. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence teclmique dans ses éléments cons titutifs sans pour autant sor-tir du cadre deol'invention, qui est défini dans les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Commande fluidique sensible à la température et destinée à régler la température d'un convertisseur catalytique, caractérisée en ce qu'elle comprend un organe de commande destiné à se déplacer entre deux positions et disposé de manière que, dans l'une de ces deux positions, le convertisseur catalytique puisse7erefroidir alors que, dans l'autre de ces positions, le catalyseur fonctionne normalement, une réserve de fluide sous pression, un moteur à fluide destiné à déplacer l'organe de commande entre ses deux positions, et une commande sensible à la température est destinée à régler le fonctionnement du moteur à fluide, ladite commande comprenant une soupape de commande ayant une première condition dans laquelle le moteur à fluide est tel que l'organe de commande occupe sa première position et une seconde condition dans laquelle le moteur déplace l'organe de commande vers la seconde position, et un circuit fluidique communiquant avec la réserve de fluide sous pression et la soupape de commande et réglant celle-ci entre ces deux conditions, le circuit fluidique comprenant au moins un élément limitant le débit et commandé par la température, cet élément étant destiné à être placé en relation d'échange thermique avec le convertisseur catalytique et créant une im s ' pprogant pédance/a du du fluide dans le circuit, cette impé- dance variant avec la température du convertisseur, le circuit fluidique commandant la soupape de commande dans la première condition lorsque la température détectée par l'élément limitant le débit atteint une valeur prédéterminée, si bien que l'organe de commande occupe la position permettant le refroidissement du convertisseur, et le circuit de commande réglant la soupape de commande dans la seconde condition lorsque la température détectée par l'élément limitant le débit atteint une deuxième valeur prédéterminée inférieure à la première valeur prédéterminée. 2. Commande selon la revendication 1, caractérisée en ce que le circuit fluidique comprend de plus un dispositif commandé par une pression différentielle et destiné à maintenir la soupape de commande dans sa première condition lorsque la température détectée par l'élément limitant le débit est comprise entre les deux niveaux prédéterminés. 3. Commande selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'élément limitant le débit comprend un tube capillaire. 4. Commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la réserve de fluide sous pression comprend une pompe assurant une compression. 5. Commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le moteur à fluide comprend une première chambre ayant une paroi mobile et sensible aux variations de la pression du fluide dans la chambre, cette paroi étant associée à l'organe de commande, un dispositif limitant le débit et reliant la première chambre à ladite réserve de fluide sous pression de manière qu'elle reçoive un courant limité de fluide, la soupape de commande mettant à l'atmosphère la première chambre, dans une de ces conditions, par l'interne diaire d'un dispositif supplémentaire limitant le débit de manière que la pression dans la première chambre soit modifiée et que la paroi mobile déplace l'organe de commande. 6. Commande selon la revendication 5, caractérisée en ce que le circuit fluidique comprend une sec-onde chambre destinée à recevoir un courant de fluide de la réserve de fluide sous pression par l'intermédiaire dudit élément limitant le débit et sensible à la température, la seconde chambre ayant une paroi mobile exposée d'un caté à la pression régnant dans la seconde chambre et de l'autre coté à la pression régnant dans la première chambre, la paroi mobile étant associée à la soupape de commande, un dispositif limitant le débit du fluide quittant la seconde chambre. 7. Commande selon la revendication 6, caractérisée en ce que la soupape de commande comprend un canal tubulaire communiquant avec l'intérieur de la première chambre, et un clapet porté par la paroi mobile de la seconde chambre et destiné à fermer ledit canal, la surface de la paroi mobile de la seconde chambre, exposée à la pression du fluide dans cette chambre étant nettement supérieure à la surface du canal. 8. Commande selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comprend un bottier cylindrique formant les côtés de la première chambre et une.paroi formant la seconde chambre dans le bottier, le canal comprenant une paroi cylindrique placée à l'intérieur de la paroi et formant la seconde chambre, une extrémité débouchant dans la première chambre. 9. Commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qui elle comprend un dispositif repoussant l'organe de commande dans sa première position, le moteur à fluide étant destiné à déplacer l'organe de commande vers sa seconde position. 10. Commande fluidique, sensible à la température et destinée à contrôler le débit d'un gaz dans un convertisseur catalytique en fonction de la température détectée, ladite commande étant caractérisée en ce qu'elle comprend un organe de contrôle de la température destiné à se déplacer entre deux positions et permettant le refroidissement du convertisseur dans une de ces positions et le fonctionnement normal du convertisseur dans l'autre de ces positions, ledit organe de con -trôle de la température étant repoussé vers sa première position, une réserve de fluide sous pression, un moteur à fluide destiné à déplacer l'organe de commande entre ces deux positions, une commande de moteur, sensible à la température et contrôlant le fonctionnement du moteur à fluide et comprenant d'une part une soupape de commande ayant une première condition dans laquelle le moteur à fluide ne déplace pas l'organe de contrôle de la température et une seconde condition dans laquelle le moteur à fluide déplace organe de contrôle de la température vers sa seconde position, et d'autre part un circuit fluidique communiquant avec ladite réserve et avec la soupape de commande, le circuit fluidique comprenant au moins un élément limitant le débit et sensible à la température, dont l'impédance opposée à la circulation du fluide varie en fonction de la température dudit élément sensible à la température,+celui-ci étant placé en relation de transfert thermique avec le convertisseur et commandant le fonctionnement de la soupape de commande vers l'une de ces conditions lorsque la température détectée par l'élément limitant le débit atteint une première valeur prédéterminée, si bien que l'organe de contrôle de la température permet le refroidissement du convertisseur, et un dispositif créant une pression de fluide destinée à maintenir la soupape de commande dans l'une de ces conditions lorsque le convertisseur se refroidit, l'élément limitant le débit et sensible à la température commandant la soupape de commande vers son autre condition lorsque la température détectée du convertisseur atteint un niveau prédéterminé inférieur au premier niveau prédéterminé.