Brevet FR2735527A1 — publié le 19961220

La présente invention est relative à un procédé d'évaluation et de surveillance de la température d'un pot catalytique réchauffé par effet Joule, au démarrage d'un moteur à combustion interne débitant des gaz d'échappement dans ce pot. On connaît un dispositif de traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne qui comprend, comme représenté à la figure 1 du dessin annexé, deux pots catalytique 1 et 2 disposés dans la ligne 3 d'échappement du moteur. Le pot catalytique 1 est réchauffé par effet Joule, au démarrage à froid du moteur, grâce à une source d'énergie électrique 5 tel qu'une batterie connectée au pot 1 à travers un module de puissance 6 commandé par un calculateur 7. Le pot réchauffé 1 comprend un support métallique recouvert d'un dépôt en métal précieux, tel que le platine, susceptible de catalyser l'oxydation d'hydrocarbures imbrûlés et de l'oxyde de carbone pour les transformer en espèces chimiques moins nocives.Le passage d'un courant électrique dans ce support ainsi recouvert provoque un échauffement par effet Joule du pot propre à porter rapidement les gaz d'échappement qui le traversent à une température autorisant ces réactions d'oxydation. Les réactions d'oxydation ainsi déclenchées sont exothermiques et contribuent à réchauffer le pot catalytique 2 placé en aval du pot catalytique 1, de manière que celui-ci puisse, après la période de démarrage à froid du moteur, prendre en charge l'essentiel du traitement de toute les espèces nocives contenues dans les gaz d'échappement du moteur c'est-à-dire, outre les hydrocarbures imbrûlés et l'oxyde de carbone déjà mentionnés, les oxydes d'azote qui doivent être réduits en espèces moins nocives. I1 convient de réchauffer le pot 1 jusqu'à une température qui active le catalyseur qu'il porte, soit jusqu'à 350 C par exemple. Un capteur de température 4 est alors couramment installé dans le pot 1 pour émettre un signal représentatif de la température du pot, signal exploité par le calculateur 7 pour couper l'alimentation électrique du pot par la batterie 5 quand la température d'activation est atteinte. La présence d'un tel capteur 4 dans le pot 1 en accroît sensiblement le coût. Par ailleurs ce capteur est susceptible de tomber en panne, ce qui diminue la fiabilité du système. On peut penser à supprimer le capteur de température et à limiter le temps de réchauffage du pot à la durée juste nécessaire pour atteindre la température d'activation. Cependant une durée de chauffage choisie pour porter le pot à la température d'activation en l'absence de passage de gaz d'échappement dans le pot ne convient plus quand ces gaz commencent à traverser le pot en le refroidissant. Inversement, une durée prévue en présence d'un flux de gaz d'échappement peut, en l'absence de celuici, conduire à la destruction du pot. En effet le support métallique du pot est de volume (environ 0,2 litre) et de masse (environ 25 g) faibles donc de résistance faible (environ 0,5 fol). En quelques secondes une batterie classique de 12 volts débitant une centaine d'ampères porte un tel pot à sa température limite, de l'ordre de 900 à 10000 C. La présente invention a donc pour but de fournir un procédé d'évaluation et de surveillance de la température d'un pot catalytique réchauffé par effet Joule au démarrage d'un moteur à combustion interne, qui permet de s'affranchir des inconvénients évoqués ci-dessus et, en particulier, de réaliser un dispositif de traitement des gaz d'échappement de coût de fabrication abaissé et de fiabilité accrue. On atteint ce but de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un procédé d'évaluation et de surveillance de la température d'un pot catalytique réchauffé par effet Joule au démarrage d'un moteur à combustion interne débitant des gaz d'échappement dans ce pot, ce procédé étant remarquable en ce qu'on calcule itérativement la température atteinte par le pot lors d'incréments successifs de la quantité de chaleur fournie au pot, en fonction de la capacité thermique du pot et de celle de la masse de gaz réchauffée par le pot pendant l'incrément considéré, et en se qu'on identifie la température calculée à la température à surveiller. Comme on le verra dans la suite, le calcul réalisé permet d'évaluer à chaque instant, avec une précision suffisante, la température atteinte par le pot pendant son réchauffage, grâce à la prise en compte des transferts de chaleur qui s'opèrent dans ce pot et, éventuellement, dans la ligne d'échappement et dans le moteur lui-même. Suivant l'invention, la température T1 du pot calculée lors de l'incrément courant (i) est tirée de l'expression où Ti1 est la température calculée lors de l'incrément (i-l) précédent, K et K' sont des constantes, NTCRT, une fonction linéaire du produit n.Tg de la masse de gaz d'échappement (mg) soumise à l'incrément courant de quantité de chaleur, par la température (Tg) du gaz, NCRT, une fonction linéaire de ladite masse de gaz (m9). Suivant une autre caractéristique de l'invention, les fonctions MCRT et MTCRT sont tirées de tables à deux entrées constituées par le régime et la charge du moteur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel - la figure 1 représente schématiquement un dispositif de traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne de la technique antérieure, décrit en préambule de la présente description, - la figure 2 est un schéma d'un dispositif de traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne mettant en oeuvre le procédé d'évaluation et de surveillance de la température d'un pot catalytique réchauffé suivant la présente invention, et - la figure 3 est un organigramme qui illustre le procédé suivant l'invention, d'évaluation et de surveillance de cette température. On se réfère à la figure 2 du dessin annexé où on retrouve les pots 1 et 2, la ligne d'échappement 3, la batterie 5, le module de puissance 6 et le calculateur 7 du dispositif de la figure 1, la ligne 3 évacuant les gaz d'échappement d'un moteur 8. Le calculateur 7 comprend essentiellement une unité de commande électronique UCE dûment programmée pour exécuter diverses phases du procédé suivant l'invention, telles qu'illustrées par ltorgani- gramme de la figure 3. Au démarrage du moteur 8, le calculateur 7 commande l'alimentation du pot 1 avec de l'énergie électrique venue de la batterie 5, cette énergie électrique présentant une tension U et une intensité I. Pendant un intervalle de temps At la batterie fournit ainsi au pot 1 un incrément de quantité de chaleur (U.I.At) qui sert à chauffer, d'une part, la masse métallique mp du pot 1 et d'autre part, la masse de gaz d'échappement m9 qui traverse le pot pendant cet intervalle de temps. En écrivant l'égalité de la quantité de chaleur fournie et des quantités de chaleur absorbées par le pot et cette masse de gaz on obtient U.I.At = mp.cp(Ti - Ti1) + mg.cg(Ti -Tg) (1) où Ti, Ti1 sont les température du pot atteintes pendant l'incrément courant de quantité de chaleur et pendant l'incrément précédent, de même durée At, respectivement, Tg, est la température courante des gaz d'échappement, et - cp et c9 sont les chaleurs spécifiques du métal du pot et des gaz d'échappement, respectivement. On tire de l'équation (1) ou où K = U.I.At, est une constante, quand U,I et At sont fixés, K' = mp.cp, est la capacité thermique du pot, constante, MTCRT = m9. c9. T9 est une fonction linéaire du produit de la température courante T9 des gaz par la capacité thermique mg.cg de la masse des gaz d'échappement débités pendant l'intervalle de temps At, produit donc variable en fonction du régime et de la charge du moteur, MCRT = mp.cp + mg.cg, est une fonction linéaire de m9 et donc également variable en fonction du régime et de la charge du moteur. La formule récurrente (2) permet ainsi de calculer itérativement, suivant l'invention, la température Ts atteinte lors d'intervalles de temps successifs de durée fixe At, pendant lesquels des incréments de quantité de chaleur (U.I.At) sont fournis au pot 1 par effet Joule. Pour exécuter ce calcul, l'unité de commande UCE mémorise le résultat Ti1 du calcul précédent et tire, suivant l'invention, les valeurs des quantités MTCRT et MCRT de tables ou "cartographies" à deux entrées, le régime (N) et la charge du moteur, représentée par la pression d'admission p. du moteur par exemple, ou par une mesure classique de débit d'air entrant dans le moteur. Ces tables sont établies à partir de mesures réalisées sur le moteur au banc. On remarquera que les entrées en régime N et en charge p. sont couramment fournies par des capteurs spécialisés aux calculateurs actuels de commande de moteur et que, par conséquent, l'invention peut être mise en oeuvre seulement à l'aide d'un logiciel, exécuté par des moyens de calcul déjà présents dans la plupart des véhicules modernes propulsés par un moteur à combustion interne. Comme cela apparaît dans l'expression de Ti figurant dans l'organigramme de la figure 3, la quantité MTCRT tirée de la table à deux entrées évoquée ci-dessus, peut être pondérée par un facteur multiplicatif (CFT-CFT1) ou, plus simplement, par un facteur CFT seulement. Ce dernier a pour objet de tenir compte de la température T.u de l'eau ou autre liquide de refroidissement du moteur à combustion interne. Cette eau a une forte influence sur la température des parois des chambres de combustion du moteur ainsi que sur celle des conduits d'échappement de ces chambres, dans la culasse du moteur. La température de l'eau de refroidissement affecte ainsi celle des gaz d'échappement du moteur.On en tient compte, suivant l'invention, en pondérant la quantité MTCRT par un coefficient multiplicatif CFT, lui aussi tiré d'une table constituée à partir d'essais dynamiques sur un véhicule équipé du moteur, cette table présentant une seule entrée, la température de l'eau. L'influence du coefficient CFT sur le produit (MTCRT.CFT) décroît évidemment quand la température de l'eau croît. On peut raffiner encore la correction en remplaçant le coefficient multiplicateur CFT par un coefficient (CFT-CFT1), le coefficient soustractif CFT1 ainsi ajouté ayant pour but d'introduire l'influence de la quantité de chaleur absorbée par la ligne d'échappement 3 du moteur, pendant la montée en température de celle-ci. Le coefficient CFT1 est aussi tabulé en fonction de la température de l'eau de refroidissement, lors d'essais dynamiques. Son influence s'atténue progressivement au fur et à mesure de la montée en température de cette eau, sensiblement parallèle à celle de la ligne d'échappement. Le calcul itératif et récurrent de T; exige une initialisation de la valeur de Ti au commencement du calcul lancé par le démarrage du moteur. Suivant l'invention la température To du pot 1 au démarrage du moteur est initialisée à celle du liquide de refroidissement du moteur, si la différence entre la température actuelle de ce liquide et celle enregistrée lors du précédent arrêt du moteur est supérieure à un seuil prédéterminé. Si cette différence est inférieure audit seuil prédéterminé, on initialise la température To du catalyseur à une valeur tirée d'une table dont l'entrée est la température de l'eau de refroidissement. Ainsi, au démarrage du moteur, la température de l'eau de refroidissement est comparée à la température d'eau gardée en mémoire dans le calculateur à l'instant de l'arrêt précédent. Si la différence est supérieure à un seuil programmable (par exemple 2O'C) cela signifie que le redémarrage du moteur a été précédé par un long temps d'arrêt qui a permis à la ligne d'échappement 3 et aux pots 1 et 2 de se refroidir sensiblement jusqu'à la température ambiante. On en déduit que l'on peut initialiser la température To du pot 1 à la température de l'eau de refroidissement au démarrage, sensiblement représentative de la température ambiante. Si, on contraire, la différence calculée est inférieure au seuil évoqué plus haut, on initialise To à une valeur tirée par interpolation, d'une table TO à une entrée: Tenu, To étant alors initialisée à une valeur d'autant plus élevée que Tu au redémarrage du moteur est élevée. Cette table est constituée à partir d'essais statiques. A titre d'exemple illustratif seulement, une telle table peut faire correspondre, à des valeurs Tu variant de 20 à 100 C, des valeurs initiales To variant de 20 à 350 C. L'organigramme de la figure 3 formalise la succession des diverses étapes du procédé suivant l'invention. Au redémarrage du moteur, le calculateur 7 est initialisé. La température de l'eau de refroidissement mémorisée lors du dernier arrêt du véhicule est comparée à la température actuelle de cette eau et To est initialisée comme indiqué ci-dessus. Si To est déjà supérieure à la température maximum Tx d'activation du pot 1 du fait, par exemple, d'un redémarrage suivant immédiatement un arrêt du moteur, le programme s'arrête là. Si To est plus petit que T x, le calculateur 7 tire des tables les valeurs de MTCRT, MCRT, et, éventuellement CFT et CFT1 et commande le module de puissance 6 pour déclencher le réchauffage électrique du pot 1.Le calculateur calcule ensuite itérativement lors d'incréments temporels successifs de durée At fixe (At = 1 seconde par exemple), la température instantanée Ti du pot 1 et compare la température calculée à la température Quand cette dernière est dépassée, le calculateur arrête le chauffage du pot 1 en agissant sur le module de puissance 6. I1 apparaît maintenant que l'invention permet bien d'atteindre les buts que l'on s'était fixés, à savoir arrêter le chauffage du pot réchauffé à une température optimale, sans recouvrir à l'installation d'un capteur de température coûteux dans ledit pot. On élimine ainsi du même coup les conséquences dommageables d'une défaillance dudit capteur. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté, qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que l'invention pourrait aussi trouver application dans un dispositif de mesure et de surveillance de la température d'un pot catalytique équipé d'un capteur de température, pour assurer la surveillance de cette température en cas de défaillance du capteur. REVENDICATIONS l.Procédé d'évaluation et de surveillance de la température d'un pot catalytique (1) réchauffé par effet Joule au démarrage d'un moteur à combustion interne (8) débitant des gaz d'échappement dans ce pot, caractérisé en qu'on calcule itérativement la température (tri) atteinte par le pot lors d'incréments successifs (U.I.At) de la quantité de chaleur fournie au pot (1), en fonction de la capacité thermique (mp.cp) du pot et de celle (m9.c9) de la masse de gaz réchauffée par le pot pendant l'incrément considéré, et en ce qu'on identifie la température calculée (tri) à la température à surveiller. 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la température (T) du pot calculée lors de l'incrément courant (i) est tirée de l'expression où Til est la température calculée lors de l'incrément (i-l) précédent, K et K' sont des constantes, MTCRT une fonction linéaire du produit mg.Tg de la masse de gaz d'échappement (m9) soumise à l'incrément courant de quantité de chaleur, par la température (T9) du gaz, MCRT une fonction linéaire de ladite masse de gaz (m9). 3. Procédé conforme à la revendication 2, caractérisé en ce qu'on pondère la valeur de la fonction MTCRT par un coefficient multiplicateur (CFT) représentatif de l'influence de la température (Tu) du liquide de refroidissement du moteur sur celle des gaz d'échappement. 4. Procédé conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que ledit coefficient multiplicateur CFT est minoré soustractivement par un coefficient (CFT1) représentatif de la quantité de chaleur absorbée par la ligne d'échappement (3) du moteur pendant la montée en température de celle-ci. 5. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les fonctions (MCRT) et (MTCRT) sont tirées de tables à deux entrées constituées par le régime (N) et la charge (p) du moteur. 6. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 3 et 5, caractérisé en ce que, au démarrage du moteur, on initialise la température (T) du pot (1) à celle (Tu) du liquide de refroidissement du moteur si la différence de la température actuelle de ce liquide à celle enregistrée lors du précédent arrêt du moteur est supérieure à un seuil prédéterminé et on initialise la température (To) du catalyseur à une valeur tirée d'une table (TO) dont l'entrée est la température (T..u) du liquide de refroidissement, si ladite différence est inférieure audit seuil prédéterminé. 7. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on coupe le chauffage du pot (1) quand sa température courante (Ti) atteint un seuil prédéterminé (tex).