Brevet FR2688029A1 — publié le 19930903

La présente invention concerne un procédé de régulation de la température d'un catalyseur métallique d'un pot catalytique pour un moteur diesel et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Les catalyseurs métalliques comportent un matériau catalytique, par exemple un métal précieux tel que du platine. Les pots catalytiques sont constitués habituellement d'une enveloppe métallique contenant le catalyseur, celui-ci présentant une très grande surface de contact pour les gaz d'échappement traversant les pots. Les gaz polluants, tels que l'oxyde de carbone, les hydrocarbures et les oxydes de l'azote sont éliminés par une réaction chimique d'oxydation ou de réduction, au contact du catalyseur. Cette réaction chimique est amorcée dès que le catalyseur a été porté par les gaz d'échappement à une température suffisante. Généralement lorsque la température des gaz à l'entrée du pot catalytique est en dessous de 1500, le pot catalytique est inefficace. Lorsque cette température est comprise entre 1500 et 210 , la réaction chimique s'amorce. Au delà de 210 , l'efficacité du pot catalytique est maximale. La température des gaz d'échappement d'un moteur diesel varie selon le régime et la charge de ce moteur. Au ralenti, la température des gaz d'échappement est d'environ 100 . A haut régime pleine charge, cette température est d'environ 750". Il existe donc des conditions de fonctionnement d'un véhicule à moteur diesel pour lesquelles le catalyseur est inefficace. C'est le cas en particulier lorsque le véhicule est utilisé en parcours urbain pendant lequel le régime du moteur est faible. Par ailleurs, les pots catalytiques sont généralement intercalés sur la ligne d'échappement des gaz du moteur entre les tubulures d'échappement et le pot de détente des gaz. Dans de nombreux cas, la place disponible sous le plancher du véhicule ne permet pas de disposer le pot catalytique à proximité du moteur. Ainsi, le pot catalytique doit généralement être placé à au moins 50 cm des tubulures. Ceci a pour effet de favoriser la dissipation de la chaleur des gaz d'échappement avant que ceux-ci ne parviennent jusqu'au pot catalytique. Il en résulte un allongement du temps d'amorçage du catalyseur après un démarrage du moteur froid. De plus, conformément à des normes internationales, les essais antipollutions comprennent un fonctionnement du véhicule pendant quatre kilomètres, le moteur étant froid. Dans ces conditions, la température des gaz d'échappement d'un moteur diesel est inférieure à 200 , par conséquent le pot catalytique est très peu efficace et les matières polluantes contenues dans les gaz d'échappement sont émises dans l'atmosphère. Il n'est donc pas possible avec les pots catalytiques connus de satisfaire aux essais antipollutions dans le cas d'un moteur diesel. L'invention a pour but d'amener le pot catalytique à sa température de fonctionnement optimal, dans toutes les conditions de fonctionnement d'un moteur diesel, notamment pendant sa mise en marche, en utilisant un catalyseur métallique. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de régulation de la température d'un catalyseur métallique d'un pot catalytique pour un moteur diesel, la mise en marche du moteur comprenant une étape de préchauffage du moteur suivie d'une étape d'actionnement d'un démarreur, caractérisé par le fait que - pendant le préchauffage du moteur, on alimente électriquement le catalyseur pour le chauffer par effet Joule, - pendant l'actionnement du démarreur, on coupe l'alimentation électrique du catalyseur, - pendant le fonctionnement du moteur, lorsque la température du gaz d'échappement à la sortie du pot catalytique est inférieure à une première température de référence supérieure à la température d'amorçage du catalyseur, on alimente électriquement le catalyseur, et lorsque la température des gaz d'échappement à la sortie du pot catalytique est supérieure à une seconde température de référence, elle-même supérieure ou égale à la première température de référence, on coupe l'alimentation électrique du catalyseur. Suivant d'autres caractéristiques de l'invention: - la différence entre les seconde et première températures de référence est égale à 2E, E étant de l'ordre de quelques degrés, et la seconde température de référence est égale à eA + E, eA étant une température supérieure à la température d'amorçage du catalyseur - eA = 220 ; - après le préchauffage du moteur, on maintient l'alimentation électrique du catalyseur pendant une durée prédéterminée, ceci tant qu'on n'actionne pas le démarreur - cette durée prédéterminée est égale à 2 mn;; - lorsque la vitesse de rotation du moteur est inférieure ou égale à 1000 tr/mn et la température des gaz d'échappement à entrée du pot catalytique est inférieure ou égale à 1500 on compte un temps prédéterminé et on déclenche une alarme si après l'écoulement du temps prédéterminé la température du gaz d'échappement à la sortie du pot catalytique est inférieure à la seconde température de référence - ce temps prédéterminé est égal à 2 mn - l'alarme est un voyant lumineux disposé sur le tableau de bord d'un véhicule équipé du moteur diesel. L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, comprenant des moyens de commande d'un relais de puissance commandant l'alimentation électrique du catalyseur. Selon des caractéristiques de ce dispositif - les moyens de commande comprennent un boîtier électronique dont une première voie d'entrée est reliée à un compteur de vitesse du moteur diesel, une seconde voie d'entrée est reliée à un dispositif de mesure du courant alimentant des bougies de préchauffage du moteur, une troisième voie d'entrée est reliée à un premier thermocouple mesurant la température des gaz d'échappement à l'entrée du pot catalytique, une quatrième voie d'entrée est reliée à un second thermocouple mesurant la température des gaz d'échappement à la sortie du pot catalytique, une première voie de sortie commande le relais de puissance et une seconde voie de sortie est reliée à une alarme; ; - le boîtier de régulation comporte des premiers moyens de temporisation pour différer l'actionnement du relais de puissance et des seconds moyens de temporisation pour différer le déclenchement de l'alarme - l'alarme comprend un voyant lumineux disposé sur le tableau de bord d'un véhicule équipé du moteur diesel. Un exemple de réalisation de l'invention sera décrit ci-dessous en se référant au dessin annexé dont la figure unique est un schéma synoptique d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. On a représenté sur la figure un pot catalytique 10, de type connu, comportant une enveloppe 12 à l'intérieure de laquelle est placé un catalyseur 14. Ce pot catalytique 10 est monté sur un véhicule en étant intercalé sur la ligne d'échappement des gaz d'un moteur diesel, non représenté sur la figure. Une première extrémité 16 du pot catalytique 10, à gauche en considérant la figure, est raccordée aux tubulures d'échappement du moteur, non représentées sur la figure. Une seconde extrémité 18 du pot catalytique 10, à droite en considérant la figure, est raccordée à un pot de détente des gaz, non représenté sur la figure. Le catalyseur 14, de type connu, est constitué d'un matériau catalytique, comprenant notamment du platine, relié à la masse M du véhicule. Le fonctionnement optimal du catalyseur 14 est obtenu lorsque la température du matériau catalytique est supérieure à sa température d'amorçage, en particulier lorsqu'elle est supérieure ou égale à 210 . La température du catalyseur 14 est réglée au moyen d'un dispositif de régulation désigné par la référence générale 20. Ce dispositif de régulation 20 permet en particulier de chauffer le support métallique du catalyseur 14 par effet Joule en connectant ce catalyseur à une source d'énergie électrique. Le dispositif de régulation 20 est alimenté électriquement par la batterie 21 du véhicule dont on a représenté sur la figure la borne positive 21A et la borne 21B reliée à la masse M. Le dispositif de régulation 20 comporte un relais de puissance 22 commandant le circuit d'alimentation du catalyseur. Les contacts de ce relais 22 sont reliés, d'une part par des moyens de connexion 24 à la borne positive 21A de la batterie 21, et d'autre part par des moyens de connexion 26 au catalyseur 14. Le relais 22 est commandé par un signal délivré par un boîtier électronique 30 de régulation de la température du catalyseur. Le boîtier 30 est alimenté électriquement par l'intermédiaire d'un dispositif d'alimentation 32 commandé par la clé de contact du véhicule. Le dispositif d'alimentation 32 est relié par des moyens de connexion 34 à la borne positive de la batterie 28 et par des moyens de connexion 36 au boîtier de régulation 30. Des voies 38,40,42,44 de signaux d'entrée du boîtier de régulation 30 sont représentées sur la figure par des lignes fléchées orientées vers ce boîtier 30. Des voies 46,48 de signaux de sortie du boîtier de régulation 30 sont représentées sur la figure par des lignes fléchées orientées vers les éléments recevant les signaux de sortie. Le signal d'entrée de la voie 38 est délivré par un compte-tours 50 mesurant la vitesse de rotation N du moteur. Le signal d'entrée de la voie 40 est délivré par un dispositif 52 de mesure de l'intensité de courant I alimentant des bougies de préchauffage, de type connu, du moteur diesel. Le signal d'entrée de la voie 42 est délivré par un thermocouple 54 relevant la température eE des gaz d'échappement à l'entrée du pot catalytique 10. Le signal d'entrée de la voie 44 est délivré par un autre thermocouple 56 relevant la température es des gaz d'échappement à la sortie du pot catalytique 10. Le signal de sortie de la voie 46 est un signal de commande du relais 22. Le signal de sortie de la voie 48 est un signal de commande d'une alarme 58 qui sera décrite ultérieurement. Le boîtier de régulation 30 comporte de plus des premiers moyens 60 de temporisation permettant de différer l'actionnement du relais 22 et des seconds moyens 62 de temporisation permettant de différer le déclenchement de l'alarme 58. Le boîtier de régulation 30 comporte des moyens connus permettant de régler la température du catalyseur 14 selon le procédé que l'on va décrire ci-dessous. On décrira d'abord le fonctionnement du boîtier de régulation 30 pendant le démarrage du moteur diesel, le véhicule étant équipé d'un démarreur de type connu. L'actionnement de la clé de contact provoque, d'une part l'alimentation du boîtier de régulation 30 par l'intermédiaire du dispositif d'alimentation 32, et d'autre part l'alimentation électrique des bougies de préchauffage du moteur diesel. Selon un procédé connu, les bougies de préchauf- fage réchauffent la partie d'admission des cylindres du moteur jusqu'à une température minimale nécessaire au démarrage du moteur. Pendant le préchauffage du moteur, on a les relations suivantes N=O I > O Dans ces conditions le boîtier de régulation 30 commande la fermeture du relais 22 de façon à alimenter électriquement le catalyseur 14 pour qu'il s'échauffe par effet Joule. La durée du préchauffage du moteur diesel est réglée par des moyens connus. A la fin du préchauffage on a les relations suivantes N=0 I=O Dans ces conditions, les premiers moyens de temporisation 60 comptent un temps T1 égal à 2 mn. Si après l'écoulement de ce temps T1 le démarreur n'a pas été actionné, le boîtier de régulation 30 commande l'ouverture du relais 22 de façon à couper l'alimentation électrique du catalyseur. Si avant l'écoulement du temps T1 on actionne le démarreur du moteur diesel, la vitesse N du moteur vérifie la relation 0 Dans cette condition le boîtier de régulation 30 commande l'ouverture du relais 22 de manière à couper l'alimentation électrique du catalyseur 14. Après l'actionnement du démarreur, le moteur est lancé et on a la relation suivante N 2 Nr, Nr étant la vitesse minimale au ralenti du moteur diesel. Dans l'exemple décrit : Nr = 700 tr/mn. Dans ces conditions le boîtier 30 commande la fermeture du relais 22 de façon à alimenter électriquement le catalyseur 14 pour qu'il chauffe à nouveau. On décrira maintenant le fonctionnement du boîtier de régulation 30 pendant le fonctionnement du moteur diesel. Lorsque la température es du gaz d'échappement à la sortie du pot catalytique 10 est inférieure à une première température de référence eî vérifiant la relation eî = eA - E, eA ayant une valeur supérieure à la température d'amorçage du catalyseur, E étant égal à quelques degrés, le boîtier de régulation 30 maintient le relais 22 fermé de façon à alimenter électriquement le catalyseur 14. Lorsque la température OS est supérieure à une seconde température de référence e2 vérifiant la relation suivante e2 = eA + E, le boîtier de régulation 30 commande l'ouverture du relais 22 de façon à arrêter l'alimentation électrique du catalyseur 14. Dans l'exemple décrit, eA = 220". L'écart de 2E entre eî et e2 permet d'éviter un battement du relais 22 entre ses positions d'ouverture et de fermeture. Le dispositif de régulation 20 de la température du catalyseur permet également de détecter des défauts de chauffage du catalyseur 14. La détection de défauts se fait selon les étapes suivantes. Tant qu'on a les relations suivantes, N 1000 tr/mn eE 1500 les moyens de temporisation 62 du boîtier de régulation 30 comptent un temps T2 égal à 2 mn. Si après l'écoulement de ce temps T2, la température es du gaz d'échappement à la sortie du pot catalytique n'est pas au moins égale à la seconde température de référence e2 (02 = 220 + E), alors le boîtier de régulation 30 commande l'actionnement de l'alarme 58. Dans l'exemple décrit, l'alarme comprend un voyant lumineux 58 disposé sur le tableau de bord du véhicule. De cette façon le conducteur du véhicule est immédiatement averti d'un défaut de température du pot catalytique. Le conducteur peut ainsi s'assurer du bon fonctionnement du pot catalytique au cours du fonctionnement à bas régime du moteur diesel. L'invention ne se limite pas à l'exemple qu'on vient de décrire. En particulier le moteur diesel peut être suralimenté. On peut d'autre part équiper le véhicule d'une injection électronique ou d'une vanne de commande de recirculation des gaz d'échappement. Le catalyseur muni de moyens de régulation de la température qu'on vient de décrire peut être monté en série dans la ligne d'échappement du véhicule avec une autre catalyseur de type connu. Par ailleurs, le catalyseur selon l'invention peut être monté en série avec un filtre à particules. Le procédé de l'invention permet d'assurer un fonctionnement efficace du pot catalytique quelles que soient les conditions de fonctionnement du moteur diesel, en particulier pendant le démarrage du moteur et pendant le fonctionnement au ralenti de ce moteur. L'écart de quelques degrés entre les valeurs prédéterminées eî et e2 de la température du gaz d'échappement à la sortie du pot catalytique permet d'éviter le battement du relais de puissance entre ses positions d'ouverture et de fermeture. Par ailleurs l'invention permet au conducteur de déceler les défauts de fonctionnement du dispositif de régulation de la température du catalyseur, notamment lorsque le moteur diesel tourne au ralenti. REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation de la température d'un catalyseur (14) métallique d'un pot catalytique (10) pour un moteur diesel, la mise en marche du moteur comprenant une étape de préchauffage du moteur suivie d'une étape d'actionnement d'un démarreur, caractérisé par le fait que - pendant le préchauffage du moteur, on alimente électriquement le catalyseur (14) pour le chauffer par effet Joule, - pendant l'actionnement du démarreur, on coupe l'alimentation électrique du catalyseur (14), - pendant le fonctionnement du moteur, lorsque la température (0S) du gaz d'échappement à la sortie du pot catalytique (10) est inférieure à une première température (01) de référence supérieure à la température d'amorçage du catalyseur, on alimente électriquement le catalyseur, et lorsque la température (0S) des gaz d'échappement à la sortie du pot catalytique (10) est supérieure à une seconde température (02) de référence, elle même supérieure ou égale à la première température (01) de référence, on coupe l'alimentation électrique du catalyseur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la différence entre les seconde et première températures (el,e2) de référence est égale à 2E, E étant de l'ordre de quelques degrés, et en ce que la seconde température (02) de référence est égale à eA + E, eA étant une température supérieure à la température d'amorcage du catalyseur. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que 6A = 220". 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu' après le préchauffage du moteur, on maintient l'alimentation électrique du catalyseur pendant une durée prédéterminée (tu), ceci tant qu'on n'actionne pas le démarreur. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que cette durée prédéterminée (T1) est égale à 2 mn. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lorsque la vitesse de rotation (N) du moteur est inférieure ou égale à 1000 tr/mn et la température (0E) des gaz d'échappement à l'entrée du pot catalytique est inférieure ou égale à 1500 on compte un temps (T2) prédéterminé et on déclenche une alarme si après l'écoulement du temps prédéterminé (T2) la température (0S) du gaz d'échappement à la sortie du pot catalytique est inférieure à la seconde température (02) de référence. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ce temps prédéterminé (T2) est égal à 2 mn. 8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que l'alarme est un voyant lumineux disposé sur le tableau de bord d'un véhicule équipé du moteur diesel. 9. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande (30) d'un relais de puissance (22) commandant l'alimentation électrique du catalyseur (14). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de commande comprennent un boîtier électronique (30) dont une première voie d'entrée (38) est reliée à un compteur de vitesse (50) du moteur diesel, une seconde voie d'entrée (40) est reliée à un dispositif (52) de mesure du courant alimentant des bougies de préchauffage du moteur, une troisième voie d'entrée (42) est reliée à un premier thermocouple (54) mesurant la température (0E) des gaz d'échappenent à l'entrée du pot catalytique (10), une quatrième voie d'entrée (44) est reliée à un second thermocouple (56) mesurant la température (bus) des gaz d'échappement à la sortie du pot catalytique (10), une première voie de sortie (46) commande le relais de puissance (22) et une seconde voie de sortie (48) est reliée à une alarme (58). 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le boîtier de régulation (30) comporte des premiers moyens (60) de temporisation pour différer l'actionnement du relais de puissance (22) et des seconds moyens (62) de temporisation pour différer le déclenchement de l'alarme (58). 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'alarme (58) comprend un voyant lumineux disposé sur le tableau de bord d'un véhicule équipé du moteur diesel.