Brevet FR2767558A1 — publié le 19990226

La présente invention concerne un procédé de vérification d'un catalyseur présentant une couche catalytique, dans lequel une grandeur de mesure est prélevée sur le catalyseur et comparée à une valeur de comparaison, la valeur de comparaison étant déterminée selon un modèle utilisant au moins un paramètre du catalyseur. Dans la demande de brevet DE 197 14 293.1, on décrit un procédé de vérification de la capacité de conversion d'un catalyseur dans lequel comme grandeur de mesure, on détermine la température de sortie du catalyseur, puis on compare la grandeur de mesure à une valeur de comparaison. La valeur de comparaison est calculée selon un modèle basé sur la température de sortie d'un catalyseur sans revêtement catalytique. Le modèle de calcul de la grandeur de comparaison est fonction du catalyseur utilisé, des conditions de fonctionnement du véhicule et de l'emplacement du catalyseur sur le véhicule. Ceci peut influer sur la précision du procédé. Par le document DE 42 11 092 Al, on connaît un procédé et un dispositif pour évaluer la capacité de fonctionnement d'un catalyseur dans lequel on utilise l'enseignement selon lequel la température initiale de conversion du catalyseur est d'autant plus élevée que le catalyseur est vieux. Selon un premier procédé on vérifie le moment o un catalyseur commence à convertir, et on le juge opérationnel lorsque la température constatée est inférieure à une température de comparaison. Le document décrit également un deuxième procédé selon lequel le catalyseur est utilisé dans des conditions de fonctionnement précises, et on vérifie combien de temps s'écoule avant qu'il commence à convertir. Si la durée mesurée est inférieure à une durée de comparaison, le catalyseur est opérationnel. Selon un troisième procédé, la température du catalyseur est estimée à l'aide d'un modèle. Dès que la température estimée a atteint une température de comparaison, on vérifie si le catalyseur a dépassé cette température. Dans ce cas, il est jugé opérationnel. L'invention a pour but de proposer un procédé plus précis de vérification d'un catalyseur. L'invention a donc pour objet un procédé tel que défini en préambule qui est caractérisé en ce que le paramètre du catalyseur utilisé dans le modèle est adapté à l'aide d'une grandeur de mesure du catalyseur à vérifier. Un avantage essentiel de l'invention est que le modèle servant à la détermination de la valeur de comparaison est adapté au catalyseur à vérifier et/ou aux conditions dans lesquelles le catalyseur à vérifier est utilisé. Selon d'autres caractéristiques: - le paramètre est déterminé en fonction du comportement thermique du catalyseur; - par le modèle, on détermine le comportement thermique d'un catalyseur de comparaison ne présentant pas de couche catalytiquement active; - en tant que paramètre, le coefficient de transfert thermique du catalyseur de comparaison vers l'environnement est adapté au coefficient de transfert thermique du catalyseur vers l'environnement; - en tant que paramètre, le coefficient de transfert thermique entre les gaz d'échappement et le catalyseur de comparaison est adapté au coefficient de transfert thermique entre les gaz d'échappement et le catalyseur; - la grandeur de mesure est déterminée dans une plage de températures spécifiée, dans laquelle le comportement thermique du catalyseur n'est pas ou peu influencé par une réaction exothermique du catalyseur; - le paramètre est déterminé avant une vérification du catalyseur, notamment après le démarrage du moteur à combustion interne; - le paramètre est adapté pendant une phase de fonctionnement en mélange riche du moteur à combustion interne; - le paramètre est adapté pendant une phase de marche sur la lancée du moteur à combustion interne. L'invention est décrite plus en détail ci-après en référence aux dessins sur lesquels: la figure 1 représente schématiquement la structure d'une installation d'épuration de gaz d'échappement, la figure 2 représente un modèle théorique de calcul de la température de sortie d'un catalyseur de comparaison, la figure 3 représente schématiquement un organigramme, pour la mise en oeuvre du procédé, la figure 4 représente des courbes de températures en fonction du temps. La figure 1 représente un moteur à combustion interne 2 comportant un dispositif à injection 7 raccordé à une ligne d'aspiration 1 et une ligne de refoulement de gaz d'échappement 3. Dans la ligne de refoulement 3 sont prévus un pré-catalyseur 4 et, séparément et en aval de celui-ci, un catalyseur principal 5. Dans la ligne de refoulement 3, en amont du pré-catalyseur 4, est disposée une première sonde de température 11 et, entre le pré- catalyseur 4 et le catalyseur principal 5, une deuxième sonde de température 12. En aval du catalyseur principal est disposée une sonde lambda 13 dans la ligne de refoulement 3 des gaz d'échappement. Entre le moteur à combustion interne 2 et le pré- catalyseur 4, un conduit d'amenée d'air secondaire 16 débouche dans la ligne de refoulement 3. Dans le conduit d'amenée d'air secondaire 16 sont disposés une soupape 8, une pompe à air secondaire 9 et un second débitmètre de masse d'air 10. La ligne d'aspiration 1 comprend un premier débitmètre de masse d'air 6 qui, par l'intermédiaire d'un conducteur de signaux, est relié à un appareil de commande 15 comportant une mémoire de données 14. L'appareil de commande 15 est relié au moteur à combustion interne 2 et au dispositif d'injection 7 par l'intermédiaire d'un bus de données 17. En outre, l'appareil de commande 15 est relié, par l'intermédiaire de conducteurs de signaux, au deuxième débitmètre de masse d'air 10, à la première sonde de température 11, à la deuxième sonde de température 12 et à la sonde lambda 13. La pompe à air secondaire 9 et la soupape 8 sont reliées à l'appareil de commande 15 à l'aide de conducteurs de commande. En fonction de la masse d'air introduite dans le moteur et de la composition des gaz d'échappement après le catalyseur principal 5, l'appareil de commande 15 commande l'injection du moteur à combustion interne 2 et l'amenée de l'air secondaire dans la ligne de refoulement des gaz d'échappement. L'appareil de commande 15 mesure la température d'entrée en amont et la température de sortie en aval du pré-catalyseur 4. Ensuite, l'appareil de commande 15 calcule à partir de la température d'entrée, selon un modèle de températures, une deuxième température de sortie, qui serait présente en aval d'un catalyseur à émission brute qui est traversé par le débit de masse de gaz d'échappement avec la même température d'entrée, comme pour le pré-catalyseur 4. Le catalyseur à émission brute est réalisé selon la même structure que le pré- catalyseur 4, mais ne présente pas de couche catalytique et ne génère donc pas catalytiquement d'énergie calorifique exothermique. A partir de la première et de la deuxième températures de sortie, l'appareil de commande 15 calcule ensuite l'énergie calorifique générée de façon exothermique dans le pré-catalyseur 4. L'énergie calorifique exothermique est une mesure du degré de la capacité de conversion du pré-catalyseur 4. La figure 2 représente schématiquement le modèle selon lequel est calculée la température de sortie du catalyseur à émission brute. Le bilan d'énergie d'un catalyseur résulte de la puissance calorifique E1 qui est transmise au catalyseur par le courant de masse des gaz d'échappement MA présentant la température d'entrée TVK. Dans le catalyseur se produit un transfert d'énergie depuis les gaz d'échappement au catalyseur. Le catalyseur s'échauffe alors à la température de catalyseur TK. Ceci est représenté symboliquement sur la figure 2 comme transfert de puissance EGas-Kat' En outre, le catalyseur émet dans l'environnement une puissance de convection EÉ et une puissance de rayonnement ER. En même temps que les gaz d'échappement, une puissance énergétique EA est évacuée du catalyseur. Selon ce modèle de températures est calculée la température de sortie des gaz d'échappement TNR, régnant en aval du catalyseur à émission brute. La structure du catalyseur à émission brute correspond à celle du pré- catalyseur 4, mais, contrairement à celui-ci, il ne présente pas de revêtement catalytique. A partir de l'équation du bilan d'énergie du catalyseur à émission brute non revêtu, on calcule, à partir de la température d'entrée TVK et du courant de masse des gaz d'échappement MA, la température de sortie TNR que présente le courant des gaz d'échappement après le catalyseur à émission brute. La température d'entrée TVK est mesurée avec la première sonde de température 11 en amont du pré- catalyseur 4. Le courant de masse des gaz d'échappement MA est déterminé à l'aide de l'air aspiré par le moteur et de l'air secondaire amené, qui est déterminé respectivement avec le premier débitmètre 6 et le deuxième débitmètre 10. Le courant d'énergie E, amené au pré-catalyseur 4 est calculé selon l'équation 1 comme suit: El = MA. TVK * CA o MA est le courant de masse des gaz d'échappement, TVR la température d'entrée mesurée des gaz d'échappement en amont du pré- catalyseur 4 et CA la capacité calorifique spécifique des gaz d'échappement à pression constante. Le courant de masse des gaz d'échappement MA est calculé selon l'équation 2 par la formule suivante: MA = (1 + 1 / CI) * MLM + MLMt o MSLM est le courant de masse d'air secondaire, Mm le courant de masse d'air du moteur et Cs un coefficient représentant la quantité de carburant amenée, qui pour X = 1 présente une valeur de 14,3. Le transfert de puissance EAb à partir des gaz d'échappement vers le monolithe du catalyseur est décrit par l'équation 3: EAb = MA * k1. AM (TVK TK) (3) o k1 est le coefficient de transfert thermique des gaz d'échappement au monolithe du catalyseur, AM la surface du monolithe du catalyseur balayée par les gaz d'échappement, et TK la température du monolithe du catalyseur. -7 Selon la loi de rayonnement de Bolzmann, le courant calorifique ÉR rayonné par le catalyseur à émission brute résulte de l'équation 4: E=A- (4) ER = Ao * K '(Tu Tu) o Ao est l'aire de la surface externe du catalyseur, kB la constante de Bolzmann, Tu la température ambiante et TK la température du catalyseur. Par la convection, le catalyseur à émission brute émet un courant de convection décrit par l'équation 5: EK = AO K, 2(v).(T - Tu) (5) O EK est la puissance de convection, Ao l'aire de la surface externe du catalyseur, et la constante k2 (v) est le coefficient de transfert thermique de la surface externe du catalyseur vers l'air ambiant en fonction de la vitesse v du véhicule. La constante k2 est appliquée en fonction de la vitesse du véhicule. De l'équation du bilan de puissance résulte une équation différentielle de premier ordre pour la température TK du catalyseur à émission brute selon l'équation 6: T= (È Ab R K (6) mk CK o mK est la masse du monolithe du catalyseur à émission brute et CK la capacité calorifique spécifique du monolithe du catalyseur à émission brute. A l'aide des équations 6 et 3, on calcule finalement la température de sortie TNR en aval du catalyseur à émission brute selon l'équation 7: È-È TNR = A (7) CA -Mf Pour obtenir un modèle de températures optimum pour le calcul de la deuxième température de sortie TNR en aval du catalyseur à émission brute, des courbes de températures du catalyseur à émission brute sont mesurées sur le banc d'essai de moteurs et utilisées pour adapter les paramètres de modèle k1, k2, kb et CK de manière à minimiser l'écart entre le modèle de température et l'échauffement réel du catalyseur à émission brute. En utilisant la deuxième température de sortie TNR calculée en aval du catalyseur à émission brute et la première température de sortie TNK mesurée par la deuxième sonde de température 12 en aval du pré- catalyseur 4, on calcule la puissance exothermique EE générée dans le pré-catalyseur selon l'équation 8 comme suit: EE(t) = (T} - TNR) MA CAA (8) o CA est la capacité calorifique spécifique des gaz d'échappement. La puissance exothermique EE est une mesure de la capacité de conversion du pré-catalyseur, la puissance exothermique étant d'autant plus grande que le pré- catalyseur est catalytiquement actif. Une simple comparaison pour l'évaluation de la capacité de conversion du pré-catalyseur 4 consiste à comparer la première et la deuxième températures de sortie et à déterminer la capacité de conversion du pré- catalyseur 4, par exemple à l'aide de la différence (TNK - TNR) entre les températures de sortie. Pour la comparaison, on peut également utiliser une température de sortie que présente un catalyseur de référence fonctionnant encore correctement dans les mêmes conditions. La figure 3 est l'organigramme du programme pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Au point de programme 10, le moteur à combustion interne 2 est démarré. Ensuite, on mesure au point de programme 11 la température en amont du pré-catalyseur 4 et la température en aval de celui-ci. Au point de programme 12, le coefficient de transfert thermique k1 des gaz d'échappement vers le monolithe du catalyseur et le coefficient de transfert thermique k2 (v) de la surface du catalyseur vers l'air ambiant sont adaptés individuellement au catalyseur en cours de vérification. L'adaptation des paramètres est réalisée à la température de service, étant donné que dans cette plage de températures aucune réaction exothermique n'a lieu dans le pré-catalyseur 4 et que par conséquent, le pré-catalyseur 4 présente un comportement thermique servant de référence au catalyseur à émission brute. A cet effet, les coefficients de transfert thermique k1, k2 (v) sont optimisés par exemple par itération de manière que le modèle servant au calcul de la température du catalyseur à émission brute corresponde précisément à la courbe temporelle de la première température de sortie TNK mesurée en aval du pré- catalyseur 4. Un autre procédé préféré d'optimisation des deux coefficients de transfert thermique k1, k2 (v) consiste à déterminer les coefficients de transfert thermique k1, k2 (v) à l'aide d'un calcul de compensation de manière à réduire au minimum la somme des carrés des écarts apparents caractérisant la différence entre l'évolution dans le temps de la deuxième température de sortie TNK calculée en aval du catalyseur à émission brute et l'évolution dans le temps de la deuxième température de sortie TNK mesurée en aval du pré-catalyseur 4. Ce procédé est par exemple décrit dans " Mathematik fur Ingenieure ", Brauch et al., B. G. Tenbner Stuttgart, 1985. En fonction de l'application, l'homme du métier utilisera toutefois également d'autres procédés pour l'adaptation individuelle des coefficients de transfert thermique k, et k2 (v). Au point de programme 13, l'appareil de commande 15 calcule selon l'équation 7, avec les coefficients de transfert thermique k1 k2 (v) individuellement adaptés, la deuxième température de sortie TNR du catalyseur à émission brute. La température de sortie TNR du catalyseur à émission brute est appliquée en fonction du temps, comme représenté sur la figure 4. Au point de programme 14, l'appareil de commande 15 compare la deuxième température de sortie TNR calculée du catalyseur à émission brute à la première température de sortie TNK mesurée du pré-catalyseur 4. Ensuite, au point de programme 15, l'appareil de commande 15 évalue la capacité de fonctionnement du catalyseur 4 à l'aide de la comparaison entre la première température de sortie TNK mesurée en aval du catalyseur 4 et la deuxième température de sortie TNR calculée du catalyseur à émission brute. Une évaluation plus précise de la capacité de conversion du précatalyseur est obtenue en calculant la puissance exothermique EE, qui est décrite dans la formule 8, et en évaluant le pré-catalyseur 4 à l'aide des différences entre la puissance exothermique du pré- catalyseur 4 et des valeurs de comparaison pour la puissance exothermique de catalyseurs de comparaison. La figure 4 représente la courbe temporelle de la température de sortie TNK, qui est mesurée en aval du pré-catalyseur 4. A partir d'une température de mise en oeuvre de 150 et le moment de mise en oeuvre t3, la température de sortie TNR calculée selon le modèle pour Zl le catalyseur à émission brute est également indiquée. La comparaison entre la première température de sortie TNK et la deuxième température de sortie TNR montre qu'à partir de la température de 150 C, la première température de sortie en aval du pré-catalyseur 4 est supérieure à la deuxième température de sortie calculée. La raison en est que le pré-catalyseur 4 présentant un revêtement catalytique démarre dans la plage de la température de mise en oeuvre pour commencer une conversion des éléments polluants consistant en une réaction exothermique. Sur la figure 4, dans la plage de températures comprises entre 90 C et 110 C, correspondant à une durée comprise entre 21 secondes et 24 secondes après le démarrage, la première température de sortie TNK du pré- catalyseur 4 est représentée de façon particulièrement large. Dans cette plage de températures retenue ou cette plage de temps retenue est réalisée l'adaptation des paramètres des coefficients thermiques K2 (v) et K1 décrite au point de programme 13 de la figure 4. Il est fondamentalement avantageux de réaliser l'adaptation des paramètres dans une plage de températures inférieures à la température de mise en oeuvre, de préférence inférieures à 150 C. La plage de températures préférée se situe entre 20 C et 120 C. Des résultats particulièrement bons sont obtenus dans la plage de températures comprises entre 80 C et 120 C. Les températures sont indiquées par rapport à la première température de sortie TNK- Dans un développement préféré de l'invention, l'adaptation des paramètres est réalisée pendant une phase de fonctionnement en mélange riche ou une phase de fonctionnement sur la lancée, aucune conversion d'énergie exothermique n'ayant lieu dans le pré-catalyseur 4 dans ces états de fonctionnement. Fondamentalement, l'adaptation des paramètres est d'autant meilleure que l'adaptation est précise, c'est-à- dire que la plage de températures dans laquelle l'adaptation des paramètres a lieu est grande, la température devant toutefois être inférieure à la température de mise en oeuvre, à laquelle une réaction exothermique commence. Un développement de l'invention consiste en ce que la température des gaz d'échappement en amont du pré- catalyseur 4 est calculée à l'aide d'un modèle de températures propre en fonction de la vitesse, de la masse de carburant amenée, de l'angle d'allumage et de la valeur lambda. La température calculée des gaz d'échappement est utilisée comme température d'entrée en amont du pré-catalyseur 4 pour calculer la deuxième température de sortie TNR. Dans ce cas également, une adaptation des paramètres est réalisée, comme décrit. L'idée essentielle de l'invention est de prélever, lors de la vérification d'un catalyseur, une valeur de mesure du catalyseur et de comparer celle-ci à une valeur de comparaison calculée selon un modèle. Le modèle est, au moins partiellement en utilisant une valeur de mesure du catalyseur à vérifier, adapté aux conditions données. L'avantage est notamment qu'une adaptation individuelle des paramètres est réalisée en tenant compte des conditions de fonctionnement et/ou conditions respectives du catalyseur. De préférence, l'adaptation individuelle des paramètres est réalisée avant chaque vérification du catalyseur. Les paramètres essentiels sont les coefficients de transfert thermique k1 et k2 (v), o k1 décrit le transfert thermique entre les gaz d'échappement et le catalyseur, et k2 (v) le transfert thermique entre le carter du catalyseur et l'air ambiant. L'idée de base est d'adapter les paramètres du pré- catalyseur 4 qui décrivent son comportement thermique, pour obtenir un modèle plus précis pour le calcul d'une valeur de comparaison. Par analogie, l'homme du métier appliquera ce procédé également à d'autres paramètres et/ou d'autres procédés. REVENDICATIONS 1. Procédé de vérification d'un catalyseur (4) présentant une couche catalytique, dans lequel une grandeur de mesure est prélevée sur le catalyseur (4) et comparée à une valeur de comparaison, la valeur de comparaison étant déterminée selon un modèle utilisant au moins un paramètre du catalyseur (4), caractérisé en ce que le paramètre du catalyseur (4) utilisé dans le modèle est adapté à l'aide d'une grandeur de mesure du catalyseur à vérifier. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le paramètre est déterminé en fonction du comportement thermique du catalyseur (4). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que par le modèle, on détermine le comportement thermique d'un catalyseur de comparaison ne présentant pas de couche catalytiquement active. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'en tant que paramètre, le coefficient de transfert thermique (k2 (v)) du catalyseur de comparaison vers l'environnement est adapté au coefficient de transfert thermique du catalyseur (4) vers l'environnement. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'en tant que paramètre, le coefficient de transfert thermique entre les gaz d'échappement et le catalyseur de comparaison est adapté au coefficient de transfert thermique entre les gaz d'échappement et le catalyseur (4). 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la grandeur de mesure est déterminée dans une plage de températures spécifiée, dans laquelle le comportement thermique du catalyseur (4) n'est pas ou peu influencé par une réaction exothermique de celui-ci. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le paramètre est déterminé avant une vérification du catalyseur (4), notamment après le démarrage du moteur à combustion interne. 8. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le paramètre est adapté pendant une phase de fonctionnement en mélange riche du moteur à combustion interne. 9. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le paramètre est adapté pendant une phase de fonctionnement sur la lancée du moteur à combustion interne.