Brevet FR2859501A1 — publié le 20050311

La présente invention concerne un procédé de détermination de la température avant l'entrée dans un pot catalytique d'un moteur turbocompressé. Dans un moteur catalysé, il est important de connaître la température au niveau du pot catalytique pour ne pas détruire celui-ci. Cette température est importante pour diverses fonctions: protection du catalyseur et de sa sonde oxygène amont, détection de sonde oxygène amont prête, chauffage de sonde oxygène amont ainsi que chauffage du catalyseur. Sur certains moteurs ces quatre fonctions, ou du moins une partie d'entreelles, n'existent pas. Sur d'autres moteurs, ces fonctions sont régulées en boucle ouverte. Il est également connu pour la gestion de ces fonctions de prendre en compte des paramètres moins précis que la température à l'entrée du pot catalytique. Sur un moteur atmosphérique, il est connu de modéliser la température à l'entrée et à la sortie du pot catalytique. On connaît également par cartographie 15 la température de l'échappement en sortie de moteur. La présente invention a alors pour but de fournir un procédé permettant de déterminer de manière fiable dans un moteur turbocompressé catalysé la température d'entrée des gaz d'échappement dans le pot catalytique, c'està-dire en aval du turbocompresseur. A cet effet, elle propose un procédé de détermination dans un moteur turbocompressé de la température des gaz d'échappement en aval de la turbine du turbocompresseur, qui comporte les étapes suivantes: détermination de la température en amont de la turbine du turbocompresseur, - calcul d'un terme correctif à partir de paramètres de fonctionnement du moteur, et - détermination de la température en aval de la turbine du turbocompresseur en soustrayant le terme correctif de la température en amont de la turbine du turbocompresseur. Cette détermination est très simple à réaliser mais comme il a pu être démontré, la détermination de la température obtenue par ce procédé permet 2859501 2 d'obtenir des températures sensiblement conformes à celles enregistrées à l'aide d'une sonde de température pour confirmer ce procédé. La détermination de la température en amont de la turbine du turbocompresseur peut être obtenue à l'aide d'une sonde de température mais pour minimiser le coût du moteur correspondant elle est de préférence obtenue par modélisation. II est connu de l'homme du métier de modéliser cette température et cette modélisation est déjà utilisée pour éviter la surchauffe du turbocompresseur. Cette modélisation est par exemple réalisée par un dispositif électronique intégré au dispositif de gestion et de commande du moteur. Le calcul du terme correctif peut alors avantageusement être réalisé par ce même dispositif électronique. Dans une forme de réalisation préférée, le terme correctif est obtenu tout d'abord par une courbe prédéterminée donnant une variation de température en fonction du régime moteur et du débit d'air traversant le moteur puis par la multiplication de cette variation de température par un facteur de compression adiabatique. Le facteur de compression adiabatique est avantageusement dépendant d'au moins une grandeur physique choisie dans l'ensemble comprenant la pression à l'échappement du moteur, la différence entre cette pression et la pression extérieure et l'ouverture d'une vanne de décharge du turbocompresseur. Dans la pratique, une seule grandeur permet d'obtenir d'excellents résultats. Pour alors définir la courbe tridimensionnelle donnant la variation de température, dépendant du régime moteur et du débit d'air, on fait par exemple varier ce régime moteur et le débit d'air en maintenant constante(s) la(les) grandeur(s) dont dépend le facteur de compression adiabatique. Des détails et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui suit, faite en référence au dessin schématique annexé sur lequel: La figure 1 représente schématiquement l'architecture d'un moteur 30 turbocompressé, et La figure 2 est un schéma pour expliquer le fonctionnement d'un procédé selon l'invention. 2859501 3 La figure 1 représente très schématiquement un système d'alimentation en air et d'échappement d'un moteur turbocompressé. Ce système permet d'alimenter en air frais un moteur dans lequel au moins un piston 2 se déplace dans un cylindre 4. L'air frais pénètre dans le cylindre 4 par une ouverture commandée par une soupape 6 d'admission. Une soupape 8 est quant à elle prévue pour l'échappement des gaz brûlés hors du cylindre 4. Le système d'alimentation en air représenté comporte, d'amont en aval, une entrée d'air 10, un débitmètre d'air massique 12, un turbocompresseur 14, une chambre appelée intercooler 16, un papillon 18 disposé dans un conduit dans lequel passe l'air alimentant les cylindres et permettant d'agir sur la section de débit d'air de ce conduit, ainsi qu'un collecteur d'admission appelé généralement manifold 20. Les soupapes d'admission 6 sont en liaison directe avec le collecteur d'admission 20. Les soupapes d'échappement 8 sont quant à elles en liaison directe avec un conduit d'échappement 22. Pour ne pas encombrer le dessin, ce conduit d'échappement 22 n'est représenté qu'en sortie de cylindre et au niveau du turbocompresseur 14. Ce dernier comporte deux turbines reliées entreelles par un arbre. Une première turbine est disposée dans le conduit d'échappement et est entraînée en rotation par les gaz brûlés sortant des cylindres 4 par les soupapes d'échappement 8. La seconde turbine est disposée, comme indiqué plus haut, dans le système d'alimentation en air du moteur et met sous pression l'air se trouvant dans l'intercooler 16. De façon classique, une vanne de décharge de turbocompresseur 24 permet de court-circuiter la turbine disposée dans le conduit d'échappement 22. En sortie du turbocompresseur, les gaz d'échappement passent dans un pot catalytique 26 avant d'être rejetés à l'air libre. Le procédé décrit ci-après permet de déterminer la température des gaz d'échappement à leur entrée dans le pot catalytique 26. Comme indiqué au préambule, la connaissance de cette température est importante pour le fonctionnement du pot catalytique 26. Ce pot catalytique 26 contient une sonde oxygène amont (non représentée) qui permet de donner des indications au dispositif de gestion du moteur pour agir sur la richesse du mélange carburant/comburant envoyé par le système d'alimentation en air dans les 2859501 4 cylindres 4. La connaissance de la température en amont du pot catalytique 26, et en aval du turbocompresseur 14, permet de protéger le catalyseur et la sonde oxygène amont de températures trop élevées. Lorsqu'une température trop élevée est détectée, il est possible d'agir sur l'alimentation du moteur afin de diminuer la température des gaz d'échappement en sortie des cylindres 4. Il faut aussi à l'inverse que le catalyseur et la sonde oxygène amont correspondante soient à une température relativement élevée pour pouvoir parfaitement fonctionner. La connaissance de la température à l'entrée du pot catalytique 26 permet donc de savoir si la sonde oxygène amont est prête et donc si les informations qu'elle fournit doivent être prises en considération. On peut également prévoir un chauffage de la sonde oxygène amont et du catalyseur lorsque la température ce ceux-ci n'est pas suffisante. Dans un moteur atmosphérique ou turbocompressé, il est connu de l'homme du métier de modéliser la température dans le conduit d'échappement à la sortie des cylindres 4. De nombreux paramètres sont utilisés pour déterminer cette température comme par exemple, et non exclusivement, le régime moteur, le débit d'air, la richesse du mélange carburant/comburant envoyé dans les cylindres, l'avance à l'allumage, etc.... La présente invention propose de calculer la température à l'entrée du pot catalytique 26, c'est-à-dire en sortie de turbocompresseur, à partir de la température (modélisée) en amont du turbocompresseur. Pour ce faire, elle propose de retrancher de la cartographie de base déterminant la température avant le turbocompresseur 14 une cartographie dépendante du régime moteur et du débit d'air traversant le moteur multipliée par un facteur de compression adiabatique dépendant d'un paramètre tel la pression à l'échappement et/ou l'ouverture de la vanne de décharge du turbocompresseur 24. La figure 2 illustre un schéma expliquant la manière dont la température en aval du turbocompresseur 14, à l'entrée du pot catalytique 26, est déterminée selon l'invention. Sur cette figure 2, on remarque une courbe tridimensionnelle schématisée dans une première fenêtre 28. Un repère orthogonal est également schématisé dans cette fenêtre 28. La courbe représentée schématiquement donne une variation de température TC déterminée à partir du régime moteur N et 2859501 5 du débit d'air MAF mesuré par le débitmètre 12. Ainsi, un axe du repère correspond au régime moteur N, un second axe au débit d'air MAF tandis que le troisième axe indique la valeur de la variation de température TC. Sous la fenêtre 28 se trouve une seconde fenêtre 30 à l'intérieur de laquelle sont représentés une courbe et un repère orthogonal à deux axes. L'axe des abscisses correspond à un paramètre tandis que l'axe des ordonnées correspond à un facteur multiplicatif a. Le paramètre en abscisse peut être la pression à l'échappement PE mesurée dans le conduit d'échappement 22 à la sortie des cylindres 4. II peut également s'agir de la différence de pression entre cette pression d'échappement PE et la pression atmosphérique régnant à l'extérieur du moteur. Il peut enfin s'agir de l'ouverture (en degré ou en pourcentage) de la vanne de décharge du turbocompresseur 24. Cette ouverture est appelée WG sur la figure 2. On considère que la température dans le conduit d'échappement 22 en amont du pot catalytique 26 prend la valeur Tamont. De même, en aval du turbocompresseur 14, la température prend une valeur Taval. Soit alors AT = Tamont Taval. Selon la présente invention, on considère que AT = a. TC. On a donc Taaal = Tamont a. TC. Pour réaliser la cartographie représentée schématiquement dans la fenêtre 28, on maintient le paramètre de la fenêtre 30 (WG, PE, Patm PE) constant. On fait alors varier à la fois le régime moteur et le débit d'air dans le moteur pour obtenir une variation de température TC. Sur la figure 2, on a représenté schématiquement la construction de deux points de la cartographie de la fenêtre 28. Ces points donnent les valeurs TCo et TC1 lorsque le couple (MAF, N) prend respectivement les valeurs (MAFo, No) et (MAF, NI). Les valeurs TCo et TC1 trouvées correspondent à une ouverture de la vanne de décharge du turbocompresseur 24 correspondant à une valeur WGo. Une fois cette cartographie réalisée, on réalise la courbe de la fenêtre 30. Pour ce faire, on fait alors varier la valeur du paramètre WG. On a schématisé sur la figure 2 l'obtention de deux points de la courbe de la fenêtre 30 avec les valeurs du paramètre WG valant WG1 et WG2. On obtient alors respectivement des coefficients al et a2. 2859501 6 Pour ainsi connaître dans un moteur turbocompressé la température à l'entrée du pot catalytique 26, on détermine tout d'abord, de manière connue, la température en amont du turbocompresseur 14. Cette fonction est déjà connue et réalisée sur certains moteurs. Il convient alors en fonction du régime moteur N et du débit d'air MAF mesuré par le débitmètre 12 de déterminer la valeur TC. De même, en fonction de la variable choisie, WG, PE ou Patm PE, de déterminer à l'aide de la courbe correspondante le facteur correctif a. En multipliant le coefficient TC par a on obtient AT le terme correctif permettant de déterminer immédiatement la valeur Tava,. Ce procédé a été validé sur des moteurs et permet d'obtenir de manière assez précise la température en aval du turbocompresseur, à l'entrée du pot catalytique 26. Il est donc ainsi possible de connaître précisément cette température sans utiliser de capteur. En outre, il n'est pas nécessaire de mettre des moyens électroniques supplémentaires en oeuvre pour déterminer cette température. En effet, lorsqu'un véhicule est équipé de moyens permettant de connaître la température en amont du turbocompresseur, les mêmes moyens peuvent déterminer la température en aval de ce turbocompresseur à l'aide d'un procédé selon l'invention. Le surcoût lié à la détermination de cette température à l'entrée du pot catalytique 26 est donc très faible tout en apportant de grands avantages en ce qui concerne la durée de vie du catalyseur et de la sonde oxygène amont qui l'équipe. Pour illustrer l'avantage apporté par la détermination de la température à l'entrée du pot catalytique 26 un exemple numérique est indiqué ci- après. On considère généralement que la température d'entrée des gaz d'échappement dans le turbocompresseur ne doit pas dépasser environ 1000 C. En ce qui concerne la sonde oxygène amont, il est préférable de ne pas dépasser des températures de l'ordre de 750 C. Dans le cas où des températures proches de 1000 C sont obtenues en amont de la turbine d'échappement du turbocompresseur 14, par exemple 950 C, on arrive en aval du turbocompresseur à des températures pouvant atteindre 850 C. Dans le cas où la sonde oxygène est proche de la turbine du turbocompresseur, il est alors nécessaire de déclencher un enrichissement en carburant du mélange brûlé pour abaisser la température à l'entrée du pot catalytique 26. Dans les moteurs de l'art antérieur, 2859501 7 aucun enrichissement n'est prévu pour protéger la turbine puisque la valeur limite de 1000 C n'est pas atteinte. La présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation du procédé ci-dessus décrite à titre d'exemple non limitatif. Elle concerne également toutes les variantes de réalisation à la portée de l'homme du métier dans le cadre des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination dans un moteur turbocompressé de la température des gaz d'échappement en aval de la turbine du turbocompresseur (14), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - détermination de la température en amont de la turbine du turbocompresseur (14), - calcul d'un terme correctif à partir de paramètres de fonctionnement du moteur, et - détermination de la température en aval de la turbine du 10 turbocompresseur (14) en soustrayant le terme correctif de la température en amont de la turbine du turbocompresseur (14). 2. Procédé de détermination selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détermination de la température en amont de la turbine du turbocompresseur (14) est obtenue par modélisation. 3. Procédé de détermination selon la revendication 2, caractérisé en ce que la modélisation est réalisée par un dispositif électronique intégré au dispositif de gestion et de commande du moteur. 4. Procédé de détermination selon la revendication 3, caractérisé en ce que le calcul du terme correctif est réalisé par le dispositif électronique réalisant la 20 modélisation. 5. Procédé de détermination selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le terme correctif est obtenu tout d'abord par une courbe prédéterminée donnant une variation de température (TC) en fonction du régime moteur (N) et du débit d'air (MAF) traversant le moteur puis par la multiplication de cette variation de température (TC) par un facteur de compression adiabatique (a). 6. Procédé de détermination selon la revendication 5, caractérisé en ce que le facteur de compression adiabatique (a) est dépendant d'au moins une grandeur physique choisie dans l'ensemble comprenant la pression à l'échappement (PE) du moteur, la différence entre cette pression et la pression extérieure et l'ouverture (WG) d'une vanne de décharge du turbocompresseur (24). 2859501 9 7. Procédé de détermination selon la revendication 6, caractérisé en ce que pour définir la courbe tridimensionnelle donnant la variation de température, dépendant du régime moteur (N) et du débit d'air (MAF), on fait varier ce régime moteur (N) et le débit d'air (MAF) en maintenant constante(s) la(les) grandeur(s) dont dépend le facteur de compression adiabatique (a).