EP3004608B1 - Procédé d'estimation des émissions polluantes d'un moteur à combustion interne et procédé associé de pilotage du moteur - Google Patents

Procédé d'estimation des émissions polluantes d'un moteur à combustion interne et procédé associé de pilotage du moteur Download PDF

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EP3004608B1
EP3004608B1 EP14731713.5A EP14731713A EP3004608B1 EP 3004608 B1 EP3004608 B1 EP 3004608B1 EP 14731713 A EP14731713 A EP 14731713A EP 3004608 B1 EP3004608 B1 EP 3004608B1
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pollut
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    • F02D2250/12—Timing of calculation, i.e. specific timing aspects when calculation or updating of engine parameter is performed

Definitions

  • the object of the invention is to control the polluting emissions of an internal combustion engine.
  • the pollutant emission level of the engine depends in particular on the combustion conditions of the combustion mixture in the engine cylinders. It therefore depends on the composition of the mixture, but also on the temperature and pressure conditions at which the combustion takes place in the cylinders.
  • the aim of the invention is to propose methods for evaluating the emissions of one or more polluting species, which use sensors and estimators other than pressure sensors in the cylinders, the sensors used being in general already present on the engine for other engine control purposes, for example to optimize engine fuel consumption.
  • a method using sensors already present is known from FR2906842 .
  • the invention also aims to propose inexpensive estimation methods in computing capabilities, and methods that require, to be calibrated, a reduced number of bench tests.
  • the invention also aims to allow a reduction of the pollutant emissions of the engine, by introducing a consideration of the estimated values of polluting emissions, when controlling the engine to obtain the desired engine torque by the driver of the vehicle .
  • the invention proposes an internal combustion engine, the engine comprising a pollutant emission estimating device.
  • the engine has no pressure sensor in any cylinder of the engine, or at least the pollutant estimator does not use pressure values obtained by sensor measurement in one or more cylinders of the engine.
  • the estimation device is configured to calculate a first pollutant emission value by taking into account the rotational speed of the engine, a measured temperature of coolant circulating in the engine, a fuel consumption of the engine, an estimated indicative value. the richness of the gases entering the engine cylinders, and a level of advance ignition engine. The richness of the gases can be calculated in different ways according to the embodiments.
  • the richness can be calculated from a flow of fresh air entering the engine, and the fuel consumption of the engine.
  • the fresh air flow can itself be measured by a flow meter, or can be estimated by means of a flow map which is a function, in particular, of the engine rotation speed and a gas pressure measured in the engine. intake manifold.
  • the value extracted from the flow map can be multiplied by a measured pressure in the engine intake manifold, and can be divided by a temperature measured in the engine intake manifold.
  • the cartography can also take into account instructions for controlling intake valves and gas exhaust from the engine cylinders.
  • the richness of the gases entering the cylinders of the engine can be estimated by taking into account the mass actually trapped in the combustion chamber of the cylinders. It can then typically be calculated by reading a first value in a fill map, and a second value in a trapping map, and multiplying these two values by a constant coefficient and by a measured gas pressure in the intake manifold. of the engine and dividing the result by a measured gas temperature in the engine intake manifold.
  • the filling mapping and trapping mapping can take into account, in addition to the engine speed and the pressure of the engines. gas in the intake manifold, intake valve control instructions and gas exhaust of the engine cylinders.
  • the estimation device is configured to calculate a first pollutant emission value as the product of a first affine function of the fuel consumption, a second function affine of the advance of the fuel. ignition, a third function refines the coolant temperature, and a negative exponential term of a power of the richness of gas entering the cylinders.
  • the first emission value is used to estimate the emissions of nitrogen oxides from the engine.
  • negative exponential term we mean a term where the value under the exponential is of negative sign.
  • the negative term under the exponential function is proportional to a power function of a difference between the richness of gas entering the engine and a threshold richness.
  • the power function is a power equal to two.
  • the estimation device is configured to calculate a second emission value, as a product of an affine function of the coolant temperature by the fuel consumption. of the engine, and by a third function refines the richness of the gases entering the cylinders of the engine.
  • the second emission value is used to estimate the carbon monoxide emissions of the engine.
  • the estimation device can be configured to replace the third affine function of the richness of the gases entering the cylinders of the engine by a constant value.
  • the estimation device is furthermore connected to a pressure sensor in an intake manifold of the engine and to a gas temperature sensor in the intake manifold. the engine, and means for estimating the rotational speed of the engine and a means for estimating the air flow entering the engine.
  • the pollutant estimating device is then configured to calculate a third pollutant value, such as a product of an affine function of the ignition timing, by an affine function of the coolant temperature.
  • the third emission value is used to estimate emissions of incompletely burned hydrocarbons.
  • the motor may further comprise a regulator configured to take into account a signal of an accelerator pedal.
  • the controller is configured to develop from this signal a position setpoint of an actuator of the engine, by weighting the position setpoint with a value mapped according to at least one polluting emission value calculated by the estimator of the engine. polluting emissions.
  • the engine comprises a first mapping giving a first multiplying coefficient function of one or more pollutant values calculated by the pollutant estimator, and comprises a second mapping making it possible to read a second multiplier coefficient depending on the pedal signal and the motor rotation speed.
  • the regulator is then configured to applying the product of the first and second coefficients to a setpoint variance variable, the setpoint difference variable translating a difference between a setpoint value calculated as a function of the pedal signal, and a measured variable or a derived variable of measurements-on the engine.
  • the invention also proposes a hybrid vehicle comprising an electric machine and comprising a motor as described above.
  • the vehicle may comprise an energy management module configured to deliver an electric torque setpoint to be supplied by the electric machine and to deliver a desired value of thermal torque to be supplied by the internal combustion engine.
  • the vehicle may furthermore comprise a moderator module configured to weight the desired value of thermal torque as a function of an estimated value of pollutant emissions, and to deliver a setpoint thermal torque for developing a position setpoint of an actuator of the internal combustion engine.
  • the moderator module also returns the target thermal torque to the energy management module, which accordingly adapts the electrical torque setpoint.
  • the invention also proposes an engine equipped with a polluting species trap (s) and an estimation device configured to calculate an instantaneous value of polluting emissions corresponding to the species to be trapped.
  • the engine may include a trap monitor configured to determine the amount of pollutant species accumulated in the trap by integrating a value estimated by the estimator.
  • the pollutant species trap may for example be a nitrogen oxide trap.
  • the trap monitor is configured to trigger a purge of the trap when the amount of polluting species in the trap reaches or exceeds a threshold, which may be a function of the driving conditions of the vehicle. Purge means elimination by oxidation or reduction of polluting species. In the case of the nitrogen oxide trap, the purge can be done by modifying the operating parameters of the engine so as to heat the trap and to send reducing chemical species. These purge methods are known, for example to reduce nitrogen oxides to nitrogen.
  • the invention also applies to a method for managing an internal combustion engine, in which at least one emission value of a polluting species is estimated using engine parameters other than the gas pressure in the engine.
  • the engine cylinders at least one polluting emission value being calculated as the product of a first function affine of the fuel consumption, a second function affine of the ignition advance, a third function refining of the coolant temperature, and a negative exponential term of a power of the richness of the combustion mixture in the engine cylinders.
  • an internal combustion engine for example a gasoline type engine, comprises combustion cylinders 6, here four in number, and comprises an air supply circuit 30 extending from a fresh air intake 3 at an exhaust outlet 31.
  • the air enters through the fresh air inlet 3, passes through an air filter 4, which may or may not have a flow meter, then passes through a compressor 5a of a turbocharger 5 , for arrive in an intake manifold 32 from which it can be admitted into the cylinders 6 of the engine 1.
  • the gas circuit 30 continues downstream of the cylinders 6 by an exhaust manifold 39 which receives the burnt gases from the cylinders 6.
  • the flue gases then pass through a turbine 5b of the turbocharger 5, then eventually pass through a pollution control system 33, to be returned to the atmosphere by the exhaust outlet 31.
  • the fuel supply to each cylinder 6 from the fuel tank 19 of the vehicle is controlled by an engine control unit 8 which determines the quantity of gasoline Q carb admitted into each cylinder at each "stroke" engine, c i.e. for each engine cycle of the cylinder.
  • the engine control unit 8 also determines an ignition advance ⁇ which is the angle that remains to be traveled to the crankshaft before reaching the top dead center, at the moment when a spark is triggered in the corresponding cylinder.
  • the pollutant estimator 10 is an electronic control unit further receiving a T value of "water temperature” of the engine as measured by a sensor 34 measuring the temperature of the coolant passing through the engine.
  • the estimator 10 also receives a value of engine speed N, which can for example be expressed in revolutions per minute, and which is measured by a tachometer 35, placed for example in front of a toothed wheel integral with the crankshaft of the engine 1.
  • the pollutant estimator 10 also receives a value R of richness of the oxidant mixture entering the cylinders of the engine. This wealth value can be delivered by a wealth estimator 2.
  • the estimator 2 of oxidizing mixture richness can use in particular the flow of fuel Q carb entering the cylinders of the engine at each stroke, and the flow of air Q air entering the gas supply circuit 30.
  • L estimator 2 may, according to other embodiments, perform the estimation of wealth from other parameters, as detailed below.
  • the air flow Q air can be measured by a flowmeter, for example placed at the level of the air filter 4, or can be estimated for example using a map to determine the air flow as a function of the engine rotation speed and the gas pressure in the intake manifold 32.
  • the intake manifold 32 may be provided with a collector pressure sensor 9 and a gas temperature sensor 11 in the manifold intake.
  • the pollutant estimator may also be connected so as to receive, for the purpose of calculating some of the pollutant emissions, the air flow rate. air , the pressure of the gas P neck in the intake manifold, and the temperature of the gas T col in the intake manifold.
  • the Q air value can be delivered, instead of a flow meter at the level of the filter 4, by an estimator of the incoming air flow, using for example the mapping mentioned above, as a function of the rotational speed of the engine and the gas pressure in the intake manifold 3.
  • the pollutant estimator 10 delivers one or more values each representing a quantity of polluting species emitted per unit of time.
  • On the figure 1 there is shown the transmission of a single pollutant emission value Pollut, which is sent as an input value of a map 13.
  • the Pollut value can represent a flow rate of nitrogen oxides "NOx”, a flow rate of carbon oxides "CO”, or a flow rate of unburned hydrocarbons "HC".
  • the estimator 10 can also simultaneously deliver several values corresponding to several polluting emissions. This or these pollutant emission values can be used to adapt the regulation of the engine 1, as illustrated in FIG. figure 1 .
  • the pollutant emission value Pollut can for example correspond to a flow of oxides of nitrogen
  • the Pollut emission level is used as the input value of the map 13, in which a multiplier coefficient K Pol1 is read, which is then sent to a multiplier 16.
  • the multiplier 16 receives on another input a second coefficient K NC which is read in a second map 14.
  • the second map 14 has at least two inputs, whose rotation speed N of the engine 1 is a reference torque C, which is determined for example from the signal of an accelerator pedal 12.
  • the setpoint torque C is also used by a setpoint boost pressure calculator 15, which is configured to calculate a setpoint boost pressure P cons to obtain in the intake manifold 32 to obtain the engine 1 the torque C required.
  • the map 14 can use as a second input value another value related to the torque, for example the reference supercharging pressure P cons .
  • the multiplier 16 delivers a regulation coefficient K regul which is used by a regulator 18.
  • the regulator 18 receives as input a difference ⁇ between the pressure P neck of gas measured in the intake manifold 32, and the set pressure P cons corresponding issued by the calculator 15 setpoint pressure collector.
  • the regulator 18 converts this difference ⁇ into a correction value ⁇ sent to a conversion unit 7.
  • the regulator 18 may be of the proportional type, but may also be of proportional integral, proportional derivative or another type of regulator, of the PID type. . It is also possible to envisage other types of regulators, involving non-multiplicative type corrections and / or involving clipping functions as a function of the received regular regulation coefficients K.
  • the conversion unit 7 is configured to deliver a position command "u" to adapt the geometry of the turbine 5b in order to change the flow rate through the turbine.
  • the value "u” may for example correspond to the blade positions of a variable geometry turbine 5b.
  • the conversion unit 7 uses values other than the correction value ⁇ to calculate the position "u" of the actuator of the turbine 5b. These values correspond to calculation methods known from the literature and may in particular comprise a gas temperature measured upstream of the turbine, a flow of gas passing through the turbine and a gas pressure downstream of the turbine.
  • the internal combustion engine 1 may comprise an estimator emissions 10, which Pollut estimation is taken into account to calculate a control coefficient K Regul for calculating a position "u" of an actuator for modifying the combustion conditions of the engine 1, and in particular for changing the pressures established inside the gas circuit 30.
  • the values Q 0 , ⁇ 0 , T 0 , R 0 , s are engine-specific calibration parameters, which can be determined by bench tests for a particular engine model.
  • N being the rotational speed of the engine in revolutions / minute.
  • the values H, R 1 , M are engine-specific calibration parameters, which can be determined by bench tests for a particular engine model.
  • the value T 0 may be the same as above for the evaluation of the production of nitrogen oxides.
  • N being the rotational speed of the engine in revolutions / minute.
  • the values L, T 0 , ⁇ 1 , d, e, r, p, u, v are engine-specific calibration parameters that can be determined by bench tests for a particular engine model.
  • the value T 0 may be the same as before.
  • equations (1), (3), (4) and (6) can be replaced by equivalent equations by putting in factor differently the calibration constants.
  • the equations (1), (3), (4) can be replaced by equivalent equations, where for example the fuel flow is expressed in mg / s instead of being expressed in mg / stroke.
  • the terms relating to the fuel flow Q carb and Q 0 are then to be taken into account divided by the rotation speed N, and the calibration constants K, H, M are to be adapted, for example by dividing them by 30.
  • the air richness R of the oxidant mixture in the cylinders can be evaluated in different ways. According to a first embodiment, it can be measured by a probe of the "lambda probe" type.
  • the lambda probe is generally placed on the gas circuit 30, downstream of the cylinders and upstream of the possible pollution control system 33. It makes it possible to determine the oxygen richness of the exhaust gases and to deduce the composition of the gas entering the cylinders.
  • PCO fuel comburivore power
  • PCO 14.7 for gasoline for example.
  • Q carb and Q air are expressed here in both units of time, or both "by blow".
  • the pollutant estimator 10 using equations (1) and (2) to estimate the production of nitrogen oxide, makes it possible to introduce an additional control factor when developing the setpoint "u" for the turbine 5b. It is thus possible, for example, during a rise in power of the engine required from the pedal 12, to moderate the rise in power of the engine 1 as a function of the nitrogen oxide emission values calculated by the estimator 10: we can for example make this increase in power more progressive, limit the instantaneous emissions, and if possible the global emissions, of nitrogen oxide by the engine 1.
  • the pollutant estimator 10 may for example deliver two separate values NOX mg / s and CO mg / s giving instantaneous productions of these two pollutants. These values (or their values converted to mass / second) can be sent to two mappings (not shown on the figure 1 ) to read two correction coefficients that will multiply the coefficient K NC issued by the map 14 function of the operating point of the engine.
  • a third correction may be added, depending on the amount of unburned hydrocarbons, also calculated by the pollutant estimator, and which may be read a third time in another map (not shown). to extract a dedicated correction coefficient.
  • the figure 2 illustrates another application of the pollutant calculation methods according to the invention.
  • an engine equipped with the same sensors as that of the figure 1 the same sensors being designated by the same references.
  • the air filter 4 is not equipped with a flow meter.
  • the incoming airflow Q air and the richness R must therefore be evaluated from the data of the other sensors.
  • an air mass estimator 40 is used passing through the intake valves of the cylinders.
  • the estimator comprises a filling map 41, which gives a filling coefficient ⁇ v , as a function of the pressure P col measured in the intake manifold 32, of the rotation speed N of the engine, and of the setpoints VVTa and VVTe allowing to control respectively the intake valves and the cylinder exhaust valves.
  • These instructions may correspond for example to a position at a given moment, or to a phase shift with respect to the passage of the piston of the cylinder by its top dead center.
  • the estimator 40 may further comprise a map 42 which gives a coefficient ⁇ t of "trapping" according to the same four parameters.
  • the engine 1 is equipped with a trap 33 of nitrogen oxides and a trap monitor 20 configured to trigger "purge" phases of the trap, during which the operating conditions of the engine are such that the oxides of nitrogen accumulated in the trap are reduced, at the cost of temporary overconsumption of engine fuel.
  • the nitric oxide production value is sent to the trap monitor 20, which is a cumulative calculating unit, for example using an integrator 21 calculated nitrogen oxide production values. by the estimator 10.
  • the monitor 20 comprises a comparator 22 which detects when the total amount of nitrogen oxides accumulated in a decontamination system 33 exceeds a threshold designated herein as "ThresholdCumul".
  • Procedure 23 triggered by a purge control unit, may for example consist of modifying the air / fuel ratios sent to the cylinder as well as the pressures in the gas supply circuit 30, so as to obtain at the cylinder outlet reducing chemical species which will reduce the nitrogen oxides stored in the pollution control system 33.
  • the trigger threshold indicated in step 22 may therefore be a function of the instantaneous driving conditions of the vehicle.
  • FIG 3 illustrates yet another example of application of an engine equipped with a system 10 for estimating pollutant emissions according to the invention.
  • the vehicle on which is mounted the gasoline engine 1 is also provided with a second motor group 38, electric, comprising for example an electric motor 36 and a battery 37.
  • a second motor group 38 electric, comprising for example an electric motor 36 and a battery 37.
  • the vehicle is equipped with a 25 energy management module "LGE" referenced 25.
  • the set torque C tot emanating from the pedal 12 is thus transmitted to the energy management module 25 which, depending on the requested torque level, the instantaneous speed of the vehicle, and possibly other parameters, sends a first setpoint of torque C elec to the electric motor group 38 and a second set of torque C therm to a calculation module 24 involved in the regulation of the heat engine 1.
  • the arbitration between the amount of torque to be supplied by the electric motor and the amount of torque to be supplied by the heat engine can take into account, for example, the low efficiency of the engine at moderate torques and reduced speeds, for example when the vehicle is started. , which is preferably done using the electric motor 36.
  • the energy management module 25 can thus take into account this modified setpoint to compensate the differential between the initial setpoint C therm and the modified setpoint C cons by increasing or decreasing accordingly the setpoint C elec sent to the electric motor 36.
  • the pollutant estimator 10 can calculate one or more quantities of polluting species which make it possible to read, in one or more maps 26, the correction coefficients, of which here a only one shown pol2 K.
  • This corrective coefficient may, for example, multiply the setpoint torque C thermally sent by the management module 25 to the moderator module 24.
  • a multiplier 27 may thus deliver the modified torque setpoint C cons , on the one hand to the module energy management 25, and secondly, to a calculator 15 supercharging pressure setpoint P cons -P cons corresponding to the gas pressure to be reached in the intake manifold 32. This The set pressure can then be subtracted at a subtractor 29 from the measured pressure P col delivered by the pressure sensor 9.
  • the deviation from the setpoint ⁇ can be sent to a regulator 8 which can be a regulator. PID type or another type of regulator and which delivers a regulation value ⁇ to the conversion unit 7 which, using other control parameters as well as the value ⁇ then develops the position command "u" of the blades of the turbine 5b.
  • the pollutant estimator 10 thus makes it possible to optimize the distribution of couples between thermal engines and electric motors, not only on consumption criteria, which are taken into account at the level of the energy management module 25, but also in order to limit the instantaneous emission, and if possible the global emissions, of one or more polluting species.
  • sensors that are generally already present for other aspects of the control of the heat engine 1.
  • these sensors may comprise a flowmeter placed to measure the flow of incoming fresh air, or may not include such a flow meter, the estimates of the incoming air flow and of the richness being then, for example, as in the embodiment illustrated in figure 2 .
  • the sensors used are already present for other stages of engine control, and are usually already subject to control procedures as the vehicle rolls, which ensures the reliability of the data transmitted to the estimator polluting emissions 10.
  • the invention is not limited to the embodiments described, and can be declined in many variants.
  • the richness and flow rates of air entering the cylinders and trapped in the cylinders can be estimated in various ways, corresponding to the embodiment of the invention.
  • figure 1 in the embodiment of the figure 2 , or to other embodiments.
  • Filling coefficient mapping 41 can be used and no trapping coefficient mapping can be used, considering that it is equal to 1 in first approximation. Only mapping that is already the product of filler mapping and trapping mapping can be used, omitting the multiplier 44, if for example there is no need to calculate HC production of unburnt hydrocarbons, and therefore no need to know the total flow of air entering the air cylinders.

Description

  • L'invention a pour objet le contrôle des émissions polluantes d'un moteur à combustion interne. Le niveau d'émissions polluantes du moteur dépend en particulier des conditions de combustion du mélange comburant dans les cylindres du moteur. Il dépend donc de la composition du mélange, mais également des conditions de température et de pression auxquelles la combustion s'effectue dans les cylindres.
  • Une des variables connues pour permettre d'évaluer le niveau de production de diverses émissions polluantes, est la pression développée dans les cylindres au moment de la combustion. La connaissance de cette pression nécessite cependant l'utilisation de capteurs spécifiques, qui entraîne un surcoût du prix de revient du moteur. Le capteur peut en outre facilement être endommagé du fait des pressions et des températures mises en oeuvre.
  • L'invention a pour but de proposer des méthodes d'évaluation des émissions d'une ou plusieurs espèces polluantes, qui utilisent des capteurs et des estimateurs autres que des capteurs de pression dans les cylindres, les capteurs utilisés étant en général déjà présents sur le moteur à d'autres fins de contrôle moteur, par exemple pour optimiser la consommation en carburant du moteur. Une méthode utilisant des capteurs déjà présents est connue de FR2906842 . L'invention a également pour but de proposer des méthodes d'estimation peu onéreuses en capacités de calcul, et des méthodes qui nécessitent, pour être calibrées, un nombre réduit d'essais sur banc.
  • L'invention a également pour but de permettre une réduction des émissions polluantes du moteur, en introduisant une prise en compte les valeurs estimées d'émissions polluantes, lors du pilotage du moteur en vue d'obtenir le couple moteur souhaité par le conducteur du véhicule.
  • A cette fin, l'invention propose un moteur à combustion interne, le moteur comportant un dispositif d'estimation d'émissions polluantes. De préférence, le moteur ne comporte aucun capteur de pression dans aucun cylindre du moteur, ou du moins l'estimateur d'émissions polluantes n'utilise pas de valeurs de pression obtenues par mesure par capteur dans un ou plusieurs cylindres du moteur. Le dispositif d'estimation est configuré pour calculer une première valeur d'émissions polluantes en prenant en compte le régime de rotation du moteur, une température mesurée de liquide de refroidissement circulant dans le moteur, une consommation en carburant du moteur, une valeur estimée indicative de la richesse des gaz entrant dans les cylindres du moteur, et un niveau d'avance à l'allumage du moteur. La richesse des gaz peut être calculée de différentes manières selon les modes de réalisation. Selon un premier mode de réalisation, la richesse peut être calculée à partir d'un débit d'air frais entrant dans le moteur, et de la consommation en carburant du moteur. Le débit d'air frais peut lui-même être mesuré par un débitmètre, ou peut être estimé à l'aide d'une cartographie de débit qui est fonction notamment du régime de rotation du moteur et d'une pression des gaz mesurée dans le collecteur d'admission. La valeur extraite de la cartographie de débit peut être multipliée par une pression mesurée dans le collecteur d'admission du moteur, et peut être divisée par une température mesurée dans le collecteur d'admission du moteur. La cartographie peut également prendre en compte des consignes de pilotage de soupapes d'admission et d'échappement de gaz des cylindres du moteur.
  • Selon un autre mode de réalisation, la richesse des gaz entrant dans les cylindres du moteur peut être estimée en prenant en compte la masse réellement piégée dans la chambre de combustion des cylindres. Elle peut alors typiquement être calculée en lisant une première valeur dans une cartographie de remplissage, et une seconde valeur dans une cartographie de piégeage, et en multipliant ces deux valeurs par un coefficient constant et par une pression de gaz mesurée dans le collecteur d'admission du moteur et en divisant le résultat par une température de gaz mesurée dans le collecteur d'admission du moteur. Dans le cas où le moteur est équipé d'un système de déphasage des ouvertures des soupapes d'admission et d'échappement des cylindres, la cartographie de remplissage et la cartographie de piégeage peuvent prendre en compte, outre le régime moteur et la pression des gaz dans le collecteur d'admission, des consignes de pilotage de soupapes d'admission et d'échappement de gaz des cylindres du moteur.
  • Selon un premier mode de réalisation, le dispositif d'estimation est configuré pour calculer une première valeur d'émission polluantes comme le produit d'une première fonction affine de la consommation de carburant, d'une seconde fonction affine de l'avance à l'allumage, d'une troisième fonction affine de la température de liquide de refroidissement, et d'un terme d'exponentielle négative d'une puissance de la richesse de gaz entrant dans les cylindres. Avantageusement, la première valeur d'émissions polluantes est utilisée pour estimer les émissions en oxydes d'azote du moteur. Par terme d'exponentielle négative on entend un terme où la valeur sous l'exponentielle est de signe négatif.
  • De manière préférentielle, le terme négatif sous la fonction exponentielle est proportionnel à une fonction puissance d'un écart entre la richesse de gaz entrant dans le moteur et une richesse seuil. Selon un mode de réalisation préféré, la fonction puissance est une puissance égale à deux.
  • Selon un second mode de réalisation qui peut se combiner au précédent, le dispositif d'estimation est configuré pour calculer une seconde valeur d'émissions polluantes, comme un produit d'une fonction affine de la température de liquide de refroidissement par la consommation en carburant du moteur, et par une troisième fonction affine de la richesse des gaz entrant dans les cylindres du moteur. Avantageusement, la seconde valeur d'émissions polluantes est utilisée pour estimer les émissions en monoxyde de carbone du moteur.
  • Au dessous d'une richesse seuil, le dispositif d'estimation peut être configuré pour remplacer la troisième fonction affine de la richesse des gaz entrant dans les cylindres du moteur par une valeur constante.
  • Selon un troisième mode de réalisation qui peut se combiner aux deux précédents, le dispositif d'estimation est en outre relié à un capteur de pression dans un collecteur d'admission du moteur et à un capteur de température des gaz dans le collecteur d'admission du moteur, ainsi qu'à un moyen d'estimation de la vitesse de rotation du moteur et à un moyen d'estimation du débit d'air entrant dans le moteur. Le dispositif d'estimation d'émissions polluantes est alors configuré pour calculer une troisième valeur d'émissions polluantes, comme un produit d'une fonction affine de l'avance à l'allumage, par une fonction affine de la température de liquide de refroidissement, multipliées par un premier polynôme du second degré fonction de l'inverse de la vitesse de rotation du moteur, par un second polynôme du second degré fonction de la richesse, et par un troisième polynôme du second degré fonction d'une variable réduite. La variable réduite est proportionnelle au débit d'air entrant dans le moteur et à la température des gaz dans le collecteur d'admission, et inversement proportionnelle à la pression des gaz dans le collecteur d'admission du moteur. Avantageusement, la troisième valeur d'émissions polluantes est utilisée pour estimer les émissions en hydrocarbures incomplètement brûlés.
  • Selon un mode de réalisation avantageux, le moteur peut comprendre en outre un régulateur configuré pour prendre en compte un signal d'une pédale d'accélération. Le régulateur est configuré pour élaborer à partir de ce signal une consigne de position d'un actionneur du moteur, en pondérant la consigne de position par une valeur cartographiée en fonction d'au moins une valeur d'émission polluante calculée par l'estimateur d'émissions polluantes.
  • Selon un mode de réalisation avantageux, le moteur comprend une première cartographie donnant un premier coefficient multiplicateur fonction d'une ou de plusieurs valeurs d'émissions polluantes calculées par l'estimateur d'émissions polluantes, et comprend une seconde cartographie permettant de lire un second coefficient multiplicateur en fonction du signal de la pédale et de la vitesse de rotation du moteur. Le régulateur est alors configuré pour appliquer le produit du premier et du second coefficients à une variable d'écart de consigne, la variable d'écart de consigne traduisant un écart entre une valeur de consigne calculée en fonction du signal de pédale, et une variable mesurée -ou une variable déduite de mesures-sur le moteur.
  • L'invention propose également un véhicule hybride comprenant une machine électrique et comprenant un moteur tel que décrit précédemment. Le véhicule peut comprendre un module de gestion d'énergie configuré pour délivrer une consigne de couple électrique à fournir par la machine électrique et pour délivrer une valeur souhaitée de couple thermique à fournir par le moteur à combustion interne. Le véhicule peut comprendre en outre un module modérateur configuré pour pondérer la valeur souhaitée de couple thermique en fonction d'une valeur estimée d'émissions polluantes, et pour délivrer un couple thermique de consigne servant à élaborer une consigne de position d'un actionneur du moteur à combustion interne. Selon un mode de réalisation préféré, le module modérateur renvoie en outre le couple thermique de consigne vers le module de gestion d'énergie, qui adapte en conséquence la consigne de couple électrique.
  • L'invention propose également un moteur équipé d'un piège à espèce(s) polluante(s) et d'un dispositif d'estimation configuré pour calculer une valeur instantanée d'émissions polluantes correspondant à l'espèce à piéger. Le moteur peut comporter un moniteur de piège configuré pour déterminer la quantité d'espèces polluantes accumulées dans le piège par intégration d'une valeur estimée par le dispositif d'estimation. Le piège à espèces polluantes peut par exemple être un piège à oxydes d'azote. Selon un mode de réalisation préférentiel, le moniteur de piège est configuré pour déclencher une purge du piège lorsque la quantité d'espèces polluantes dans le piège atteint ou dépasse un seuil, qui peut être fonction des conditions de roulage du véhicule. Par purge, on entend une élimination par oxydation ou par réduction des espèces polluantes. Dans le cas du piège à oxydes d'azote, la purge peut se faire en modifiant les paramètres de fonctionnement du moteur de manière à chauffer le piège et à y envoyer des espèces chimiques réductrices. Ces méthodes de purge sont connues, par exemple pour réduire des oxydes d'azote en azote.
  • L'invention s'applique également à un procédé de gestion d'un moteur à combustion interne, dans lequel on estime au moins une valeur d'émission d'une espèce polluante à l'aide de paramètres moteur autres que la pression des gaz dans les cylindres du moteur, au moins une valeur d'émission polluantes étant calculée comme le produit d'une première fonction affine de la consommation de carburant, d'une seconde fonction affine de l'avance à l'allumage, d'une troisième fonction affine de la température de liquide de refroidissement, et d'un terme d'exponentielle négative d'une puissance de la richesse du mélange comburant dans les cylindres du moteur.
  • D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
    • la figure 1 est une représentation schématique d'un moteur à combustion interne équipé d'un dispositif d'estimation d'émissions polluantes selon l'invention,
    • la figure 2 est une représentation schématique d'un moteur à combustion interne muni d'un piège à monoxyde d'azote ainsi que d'un dispositif d'estimation d'émissions polluantes selon l'invention,
    • la figure 3 est une représentation schématique d'un système de motorisation hybride thermique-électrique, muni d'un dispositif d'estimation d'émissions polluantes selon l'invention.
  • Comme illustré sur la figure 1, un moteur 1 à combustion interne, par exemple un moteur de type essence, comprend des cylindres 6 de combustion ici au nombre de quatre, et comprend un circuit d'alimentation en air 30 s'étendant d'une entrée d'air frais 3 à une sortie d'échappement 31. L'air entre par l'entrée d'air frais 3, traverse un filtre à air 4, qui peut être ou non muni d'un débitmètre, traverse ensuite un compresseur 5a d'un turbocompresseur 5, pour arriver dans un collecteur d'admission 32 à partir duquel il peut être admis dans les cylindres 6 du moteur 1.
  • Le circuit de gaz 30 se poursuit en aval des cylindres 6 par un collecteur d'échappement 39 qui reçoit les gaz brûlés issus des cylindres 6. Les gaz brûlés traversent ensuite une turbine 5b du turbocompresseur 5, puis traversent éventuellement un système de dépollution 33, pour être renvoyés à l'atmosphère par la sortie d'échappement 31.
  • L'arrivée d'essence vers chaque cylindre 6 à partir du réservoir d'essence 19 du véhicule est commandée par une unité de contrôle moteur 8 qui détermine la quantité d'essence Qcarb admise dans chaque cylindre à chaque "coup" moteur, c'est-à-dire pour chaque cycle moteur du cylindre. L'unité de contrôle moteur 8 détermine également une avance à l'allumage ϕ qui est l'angle qu'il reste à parcourir au vilebrequin avant d'atteindre le point mort haut, au moment où est déclenchée une étincelle dans le cylindre correspondant.
  • La quantité de carburant Qcarb envoyée dans chaque cylindre à chaque « coup » ou cycle moteur, ainsi que l'avance à l'allumage ϕ, sont envoyées vers un estimateur 10 d'émissions polluantes. L'estimateur 10 d'émissions polluantes est une unité de contrôle électronique recevant en outre une valeur T de "température d'eau" du moteur, mesurée par un capteur 34 mesurant la température du liquide de refroidissement traversant le moteur. L'estimateur 10 reçoit également une valeur de régime moteur N, qui peut par exemple être exprimée en tours par minute, et qui est mesurée par un compte-tours 35, placé par exemple face à une roue dentée solidaire du vilebrequin du moteur 1.
  • L'estimateur d'émissions polluantes 10 reçoit également une valeur R de richesse du mélange comburant entrant dans les cylindres du moteur. Cette valeur de richesse peut être délivrée par un estimateur 2 de richesse. L'estimateur 2 de richesse de mélange comburant, peut utiliser en particulier le débit de carburant Qcarb entrant dans les cylindres du moteur à chaque coup, et le débit d'air Qair entrant dans le circuit d'alimentation en gaz 30. L'estimateur 2 peut, selon d'autres variantes de réalisation, effectuer l'estimation de la richesse à partir d'autres paramètres, comme détaillé plus loin.
  • Le débit d'air Qair peut être mesuré par un débitmètre, par exemple placé au niveau du filtre à air 4, ou peut être estimé par exemple à l'aide d'une cartographie permettant de déterminer le débit d'air en fonction du régime de rotation du moteur et de la pression des gaz dans le collecteur d'admission 32. Le collecteur d'admission 32 peut être muni d'un capteur 9 de pression collecteur ainsi que d'un capteur 11 de température des gaz dans le collecteur d'admission.
  • Selon les variantes de réalisation et en fonction des espèces polluantes que l'on souhaite quantifier, l'estimateur 10 d'émissions polluantes peut également être connecté de manière à recevoir, en vue de calculer certaines des émissions polluantes, le débit d'air Qair, la pression des gaz Pcol dans le collecteur d'admission, et la température des gaz Tcol dans le collecteur d'admission.
  • La valeur Qair peut être délivrée, au lieu d'un débitmètre au niveau du filtre 4, par un estimateur de débit d'air entrant, utilisant par exemple la cartographie mentionnée plus haut, en fonction du régime de rotation du moteur et de la pression des gaz dans le collecteur d'admission 3.
  • L'estimateur 10 d'émissions polluantes délivre une ou plusieurs valeurs représentant chacune une quantité d'espèces polluantes émise par unité de temps. Sur la figure 1, on a représenté la transmission d'une seule valeur d'émission d'espèces polluantes « Pollut », qui est envoyée comme valeur d'entrée d'une cartographie 13. Selon les variantes de réalisation, la valeur Pollut peut représenter un débit d'oxydes d'azote « NOx », un débit d'oxydes de carbone « CO », ou un débit d'hydrocarbures imbrûlés « HC ». L'estimateur 10 peut également délivrer simultanément plusieurs valeurs correspondant à plusieurs émissions polluantes. Cette ou ces valeurs d'émissions polluantes peuvent être utilisées pour adapter la régulation du moteur 1, comme illustré sur la figure 1.
  • Dans l'exemple illustré de la figure 1, où la valeur d'émissions polluantes Pollut peut par exemple correspondre à un débit d'oxydes d'azote, le niveau d'émission Pollut est utilisé comme valeur d'entrée de la cartographie 13, dans laquelle est lu un coefficient multiplicateur KPol1 qui est ensuite envoyé vers un multiplicateur 16.
  • Le multiplicateur 16 reçoit sur une autre entrée un second coefficient KNC qui est lu dans une seconde cartographie 14. La seconde cartographie 14 possède au moins deux entrées, dont le régime de rotation N du moteur 1 est un couple de consigne C, qui est déterminé par exemple à partir du signal d'une pédale d'accélération 12. Le couple de consigne C est également utilisé par un calculateur 15 de pression de suralimentation de consigne, qui est configuré pour calculer une pression de suralimentation de consigne Pcons à obtenir dans le collecteur d'admission 32 en vue d'obtenir du moteur 1 le couple C demandé.
  • La cartographie 14 peut utiliser comme seconde valeur d'entrée une autre valeur liée au couple, par exemple la pression de suralimentation de consigne Pcons.
  • Le multiplicateur 16 délivre un coefficient de régulation Krégul qui est utilisé par un régulateur 18. Le régulateur 18 reçoit en entrée une différence ε entre la pression Pcol de gaz mesurée dans le collecteur d'admission 32, et la pression de consigne Pcons correspondante délivrée par le calculateur 15 de pression collecteur de consigne.
  • Le régulateur 18 transforme cet écart ε en valeur de correction δ envoyée vers une unité de conversion 7. Le régulateur 18 peut être de type proportionnel, mais peut également être de type proportionnel intégral, proportionnel dérivé ou un autre type de régulateur, de type PID. On peut également envisager d'autres types de régulateurs, faisant intervenir des corrections de type non multiplicatif et/ou faisant intervenir des fonctions d'écrêtage en fonction des coefficients de régulation Krégul reçus.
  • On ne s'éloigne pas du cadre de l'invention si la combinaison des coefficients issus des cartographies 13 et 14 se fait autrement que par une simple multiplication. Le coefficient issu de la cartographie 13 peut par exemple imposer une borne au coefficient issu de la cartographie 14.
  • L'unité de conversion 7 est configurée pour délivrer une commande de position « u » permettant d'adapter la géométrie de la turbine 5b afin de modifier le débit traversant la turbine. La valeur « u » peut par exemple correspondre à des positions d'ailettes d'une turbine à géométrie variable 5b. L'unité de conversion 7 utilise bien sûr d'autres valeurs que la valeur de correction δ pour calculer la position « u » de l'actionneur de la turbine 5b. Ces valeurs correspondent à des méthodes de calcul connues de la littérature et peuvent notamment comprendre une température de gaz mesurée en amont de la turbine, un débit de gaz traversant la turbine et une pression de gaz en aval de la turbine.
  • De manière générale, le moteur à combustion interne 1 peut comprendre un estimateur d'émissions polluantes 10, dont l'estimation Pollut est prise en compte pour le calcul d'un coefficient de régulation Krégul permettant de calculer une position « u » d'un actionneur permettant de modifier les conditions de combustion du moteur 1, et en particulier permettant de faire évoluer les pressions établies à l'intérieur du circuit de gaz 30.
  • Dans un premier mode de réalisation, l'estimateur 10 calcule une production d'oxyde d'azote -par coup de cylindre- en utilisant la richesse R, le débit de carburant Qcarb, l'avance à l'allumage ϕ, la température d'eau T et le régime du moteur N, suivant l'équation (1) : N O X m g c = K Q c a r b + Q 0 ϕ + ϕ 0 T + T 0 exp − R − R 0 s 2
    Figure imgb0001
     Avec :
    • Qcarb : débit en carburant mg/coup
    • ϕ : avance à l'allumage (position du vilebrequin en degrés)
    • T : température de liquide de refroidissement moteur (degrés Celsius)
    • R : richesse dans les cylindres (sans dimensions)
  • Les valeurs Q0, ϕ0, T0, R0, s sont des paramètres de calibration spécifiques au moteur, qui peuvent être déterminés par essais sur banc pour un modèle de moteur particulier.
  • La valeur obtenue NOXmgc est exprimée pour un tour de vilebrequin. Si on souhaite convertir la production en masse par unité de temps, on peut utiliser la formule de conversion (valable pour un moteur à quatre temps et à quatre cylindres): N O X m g / s = 2. N O X m g c . N 60
    Figure imgb0002
  • N étant le régime de rotation du moteur en tours/minute.
  • Selon un autre mode de réalisation qui peut se combiner au précédent, l'estimateur d'émissions polluantes calcule les émissions de monoxyde de carbone COmgc, suivant une formule du type :
    • Si R < Rℓ CO mgc = H . Q c a r b . T + T 0
      Figure imgb0003
    • Si R > Rℓ CO mgc = M R + R 1 . Q carb . T + T 0
      Figure imgb0004
  • Les valeurs H, R1, M sont des paramètres de calibration spécifiques au moteur, qui peuvent être déterminés par essais sur banc pour un modèle de moteur particulier. La valeur T0 peut être la même que ci-dessus pour l'évaluation de la production d'oxydes d'azotes.
  • La valeur obtenue COmgc est exprimée pour un tour de vilebrequin. Si on souhaite convertir la production masse par unité de temps, on peut utiliser la formule de conversion : C O m g / s = 2. C O m g c . N 60
    Figure imgb0005
  • N étant le régime de rotation du moteur en tours/minute.
  • Selon un troisième mode de réalisation qui peut se combiner au premier et/ou au second mode de réalisation, l'estimateur d'émissions polluantes calcule les émissions d'hydrocarbures imbrûlés HCmgc , suivant une formule du type : H C m g c = L ϕ + ϕ 1 T + T 0 1 N 2 + d N + e . R 2 + r ⋅ R + p . X 2 + u X + v
    Figure imgb0006
    • Où T : température de liquide de refroidissement moteur (degrés Celsius)
    • R : richesse dans les cylindres (sans dimensions)
    • N : le régime de rotation du moteur en tours/minute
  • La valeur X est une variable réduite définie comme suit : X = Q a i r ⋅ T c o l N ⋅ P c o l = 0,13 Q a i r _ m g c ⋅ T c o l P c o l
    Figure imgb0007
     avec
    • Qair : débit d'air en kg/h
    • Qair_mgc : débit d'air en mg/coup
    • Pcol : pression dans le collecteur [Pa]
    • Tcol : température collecteur admission en [K]
  • Les valeurs L, T 0, ϕ1, d, e, r, p, u, v sont des paramètres de calibration spécifiques au moteur qui peuvent être déterminés par essais sur banc pour un modèle de moteur particulier. La valeur T 0 peut être la même que précédemment.
  • Bien sûr, les équations (1), (3), (4) et (6) peuvent être remplacées par des équations équivalentes en mettant en facteur de manière différente les constantes de calibration.
  • La valeur obtenue HCmgc est exprimée pour un tour de vilebrequin. Si on souhaite convertir la production masse par unité de temps, on peut utiliser la formule de conversion : H C m g / s = 2. H C m g c . N 60
    Figure imgb0008
  • La valeur obtenue HCmgc est exprimée pour un tour de vilebrequin. Si on souhaite convertir la production masse par unité de temps, on peut utiliser la formule de conversion : H C m g / s = 2. H C m g c . N 60
    Figure imgb0009
  • Les équations (1), (3), (4) peuvent être remplacées par des équations équivalentes, où par exemple le débit de carburant est exprimé en mg/s au lieu d'être exprimé en mg/coup. Les termes relatifs au débit de carburant Qcarb et Q0 sont alors à prendre en compte divisés par le régime de rotation N, et les constantes de calibrations K, H, M sont à adapter, par exemple en les divisant par 30.
  • Dans tous les calculs précédents, la richesse d'air R du mélange comburant dans les cylindres peut être évaluée de différentes manières. Selon un premier mode de réalisation, elle peut être mesurée par une sonde de type "sonde lambda". La sonde lambda est généralement placée sur le circuit de gaz 30, en aval des cylindres et en amont de l'éventuel système de dépollution 33. Elle permet de déterminer la richesse en oxygène des gaz d'échappement et d'en déduire la composition des gaz entrant dans les cylindres.
  • Selon un autre mode de réalisation, la richesse R des gaz dans les cylindres est calculée en prenant en compte le débit d'air entrant et le débit de carburant entrant dans les cylindres. Selon le modèle le plus simple, on peut calculer la richesse R des gaz enfermés dans les cylindres au moment de la combustion par R = Q carb / Q air * PCO
    Figure imgb0010
  • Avec PCO = pouvoir comburivore du carburant, PCO = 14.7 pour de l'essence par exemple.
  • Qcarb et Qair sont exprimés ici tous les deux par unité de temps, ou tous les deux "par coup".
  • On voit que l'estimateur d'émissions polluantes 10, en utilisant les équations (1) et (2) pour estimer la production d'oxyde d'azote, permet d'introduire un facteur de contrôle supplémentaire lors de l'élaboration de la consigne « u » destinée à la turbine 5b. On peut ainsi, par exemple, lors d'une montée en puissance du moteur requise à partir de la pédale 12, modérer la montée en puissance du moteur 1 en fonction des valeurs d'émissions d'oxyde d'azote calculées par l'estimateur 10 : on peut par exemple rendre cette montée en puissance plus progressive, limiter les émissions instantanées, et si possible les émissions globales, d'oxyde d'azote par le moteur 1.
  • Le même type de limitation peut être appliqué, de manière indépendante ou simultanée, à partir de valeurs d'émissions de monoxyde de carbone calculées à partir des équations (3), (4) et (5).
  • L'estimateur d'émissions polluantes 10 peut par exemple délivrer deux valeurs séparées NOXmg/s et COmg/s donnant des productions instantanées de ces deux polluants. Ces valeurs (ou leurs valeurs converties en masse/seconde) peuvent être envoyées vers deux cartographies (non représentées sur la figure 1) permettant de lire deux coefficients correcteurs qui viendront multiplier le coefficient KNC délivré par la cartographie 14 fonction du point de fonctionnement du moteur.
  • On peut éventuellement cumuler une troisième correction qui serait fonction de la quantité d'hydrocarbures imbrûlés, également calculée par l'estimateur 10 d'émissions polluantes, et qui peut faire l'objet d'une troisième lecture dans une autre cartographie (non représentée) pour en extraire un coefficient correcteur dédié.
  • La figure 2 illustre une autre application des méthodes de calcul d'émissions polluantes selon l'invention. On retrouve sur la figure 2 un moteur équipé des mêmes capteurs que celui de la figure 1, les mêmes capteurs étant désignés par les mêmes références. Sur la figure 2 cependant, le filtre à air 4 n'est pas muni de débitmètre. Le débit d'air entrant Qair et la richesse R doivent donc être évalués à partir des données des autres capteurs. A cette fin on utilise un estimateur 40 de masse d'air passant par les soupapes d'admission des cylindres. L'estimateur comprend une cartographie 41 de remplissage, qui donne un coefficient de remplissage ηv , en fonction de la pression Pcol mesurée dans le collecteur d'admission 32, du régime de rotation N du moteur, et des consignes VVTa et VVTe permettant de piloter respectivement les soupapes d'admission et les soupapes d'échappement des cylindres. Ces consignes peuvent correspondre par exemple à une position à un moment donné, ou à un déphasage par rapport au passage du piston du cylindre par son point mort haut. L'estimateur 40 peut en outre comprendre une cartographie 42 qui donne un coefficient ηt de "piégeage" en fonction des quatre mêmes paramètres.
  • Ainsi, l'estimateur 40 lit dans la cartographie 41 : η v = f v N , P c o l , V V T a , V V T e
    Figure imgb0011
     ηv : coefficient de remplissage
    et lit éventuellement dans la cartographie 42 η t = f t N , P c o l , V T T a , V V T e
    Figure imgb0012
     ηt : coefficient de piégeage (cartographié)
  • Une estimation du débit d'air entrant Qair_mgc peut alors être obtenue par l'équation suivante : Q a i r _ m g c = P c o l 287 T c o l . η v . C y l
    Figure imgb0013
     avec
    • Qair_mgc: masse d'air estimée traversant les soupapes d'admission, en mg "par coup"
    • Cy1 : volume intérieur maximal d'un cylindre du moteur ("cylindrée")
  • Et la masse d'air effectivement piégée dans les cylindres et disponible pour la combustion peut être estimée par Q air _ piégé = Q air _ m g c . η t
    Figure imgb0014
  • Sur la figure 2, ces estimations sont obtenues au moyen d'un diviseur 43, envoyant le rapport Pcol/Tcol vers un multiplicateur 44 recevant sur son autre entrée le coefficient de remplissage entrée ηv. Le résultat Qair_mgc est alors envoyé, au besoin, vers l'estimateur 10 d'émissions polluantes, et est envoyé sur un autre multiplicateur 45 recevant sur son autre entrée le coefficient de piégeage ηt. Le résultat Qair_piégé est envoyé vers l'estimateur de richesse 2 qui estime alors la richesse R par exemple suivant la formule : Richesse R = Q c a r b Q a i r _ p i é g é . PCO
    Figure imgb0015
     Avec
    PCO : pouvoir comburivore du carburant (par exemple 14,7 pour l'essence)
  • Le moteur 1 de la figure 2 équipé de l'estimateur 10 d'émissions polluantes, utilisant les mêmes types d'équations que celles mentionnées plus haut pour estimer le niveau de production d'une ou plusieurs espèces polluantes. Le moteur 1 est équipé d'un piège 33 à oxydes d'azote et d'un moniteur de piège 20 configuré pour déclencher des phases de "purge" du piège, pendant lesquelles les conditions de fonctionnement du moteur sont telles que les oxydes d'azote accumulés dans le piège sont réduits, au prix d'une surconsommation temporaire en carburant du moteur. Dans l'exemple illustré à la figure 2, la valeur de production de monoxyde d'azote est envoyée au moniteur de piège 20, qui est une unité de calcul effectuant un cumul, par exemple à l'aide d'un intégrateur 21 des valeurs de production d'oxyde d'azote calculées par l'estimateur 10.
  • Le moniteur 20 comprend un comparateur 22 qui détecte le moment où la quantité totale d'oxydes d'azote accumulée dans un système de dépollution 33, dépasse un seuil désigné ici par « SeuilCumul ».
  • Tant que ce seuil n'est pas atteint, le moniteur 20 continue à calculer chaque accroissement de la quantité totale stockée dans le système de dépollution 33. Lorsque le seuil est atteint, le moniteur de piège 20 lance une procédure 23 qui permet de réduire les oxydes d'azote présents dans le système de dépollution 33. La procédure 23, déclenchée par une unité de pilotage de purge, peut consister par exemple à modifier les rapports air/carburant envoyés au cylindre ainsi que les pressions dans le circuit d'alimentation en gaz 30, de manière à obtenir en sortie de cylindre des espèces chimiques réductrices qui viendront réduire les oxydes d'azote stockés dans le système de dépollution 33.
  • Ce mode de fonctionnement de "purge" peut typiquement impliquer une combustion à plus haute température, et être de ce fait moins coûteux à déclencher pour certains modes de roulage que pour d'autres. Le seuil déclencheur indiqué à l'étape 22 peut donc être fonction des conditions de roulage instantané du véhicule.
  • Dans l'exemple illustré en figure 2, l'estimation de la quantité totale de polluants accumulés dans le système de dépollution 33 permet de ne déclencher les phases d'élimination de ces polluants, qui sont coûteuses en énergie, que quand ces phases sont vraiment devenues nécessaires.
  • La figure 3 illustre encore un autre exemple d'application d'un moteur équipé d'un système 10 d'estimation d'émissions polluantes selon l'invention. On retrouve sur la figure 3 des éléments communs aux figures 1 et 2, les mêmes éléments étant désignés par les mêmes références.
  • Dans l'exemple illustré à la figure 3, le véhicule sur lequel est monté le moteur à essence 1 est également muni d'un second groupe moteur 38, électrique, comprenant par exemple un moteur électrique 36 et une batterie 37. Pour arbitrer sur la répartition des couples à fournir par le moteur à combustion interne 1 et par le moteur électrique 36, le véhicule est équipé d'un module 25 de gestion d'énergie « LGE » référencé 25.
  • La consigne de couple Ctot émanant de la pédale 12 est ainsi transmise au module de gestion d'énergie 25 qui, en fonction du niveau de couple demandé, de la vitesse instantanée du véhicule, et éventuellement d'autres paramètres, envoie une première consigne de couple Célec au groupe moteur électrique 38 et une seconde consigne de couple Ctherm à un module de calcul 24 intervenant dans la régulation du moteur thermique 1.
  • L'arbitrage entre la quantité de couple à fournir par le moteur électrique et la quantité de couple à fournir par le moteur thermique peut prendre par exemple en compte le faible rendement du moteur thermique aux couples modérés et vitesses réduites, par exemple au démarrage du véhicule, qui se fait de préférence à l'aide du moteur électrique 36.
  • D'autres éléments peuvent bien sûr intervenir dans l'arbitrage, tels que le niveau de charge de la batterie 37 et/ou les réserves d'énergie disponible dans la batterie 37 et dans le réservoir d'essence 19.
  • L'unité de calcul 24, qui peut jouer le rôle d'un module modérateur, peut renvoyer une valeur de consigne Ccons modifiée vers le module de gestion d'énergie 25, cette consigne modifiée Ccons étant celle que les systèmes de régulation du moteur 1 vont effectivement chercher à atteindre en agissant sur divers paramètres de fonctionnement, notamment sur la consigne de position « u » de la turbine 5b. Le module de gestion d'énergie 25 peut ainsi prendre en compte cette consigne modifiée pour compenser le différentiel entre la consigne initiale Ctherm et la consigne modifiée Ccons en augmentant ou en diminuant en conséquence la consigne Célec envoyée vers le moteur électrique 36.
  • L'estimateur d'émissions polluantes 10, toujours à l'aide des jeux d'équations décrits précédemment, peut calculer une ou plusieurs quantités d'espèces polluantes qui permettent de lire, dans une ou plusieurs cartographies 26, les coefficients correcteurs dont ici un seul est représenté Kpol2. Ce coefficient correcteur peut par exemple venir multiplier le couple de consigne Ctherm envoyé a priori par le module de gestion 25 vers le module modérateur 24. Un multiplicateur 27 peut ainsi délivrer la consigne de couple modifiée Ccons, d'une part au module de gestion d'énergie 25, et d'autre part, à un calculateur 15 de pression de suralimentation de consigne Pcons -Pcons correspondant à la pression de gaz à atteindre dans le collecteur d'admission 32. Cette pression de consigne peut alors être soustraite, au niveau d'un soustracteur 29, de la pression mesurée Pcol délivrée par le capteur de pression 9. L'écart à la consigne ε peut être envoyé à un régulateur 8 qui peut être un régulateur de type PID ou un autre type de régulateur et qui délivre une valeur de régulation δ à l'unité de conversion 7 qui à l'aide d'autres paramètres de contrôle ainsi que de la valeur δ élabore alors la consigne de position « u » des ailettes de la turbine 5b.
  • Dans l'exemple illustré en figure 3, l'estimateur 10 d'émissions polluantes permet donc d'optimiser la répartition de couples entre moteurs thermiques et moteurs électriques, non seulement sur des critères de consommation, qui sont pris en compte au niveau du module de gestion d'énergie 25, mais également de manière à limiter l'émission instantanée, et si possible les émissions globales, d'une ou de plusieurs espèces polluantes.
  • Dans les exemples d'application décrits en figures 1, 2, ou 3, qui ne sont nullement limitatifs, on utilise donc un nombre limité de capteurs, capteurs qui sont généralement déjà présents pour d'autres aspects du contrôle du moteur thermique 1. On extrait des mesures de ces capteurs, à l'aide de l'estimateur 10, une information permettant d'adapter le contrôle du moteur à combustion interne 1 afin de limiter les rejets polluants de celui-ci. Suivant les variantes de réalisation, ces capteurs peuvent comprendre un débitmètre placé pour mesurer le flux d'air frais entrant, ou peuvent ne pas comprendre un tel débitmètre, les estimations de débit d'air entrant et de richesse se faisant alors par exemple comme dans le mode de réalisation illustré en figure 2.
  • On réduit donc l'empreinte écologique du véhicule, en ne modifiant quasiment pas l'architecture du moteur, et sans augmenter le prix de revient du véhicule. Les capteurs utilisés sont déjà présents pour d'autres étapes de contrôle moteur, et font généralement déjà l'objet de procédures de contrôle au fur et à mesure du roulage du véhicule, ce qui permet de garantir la fiabilité des données transmises à l'estimateur d'émissions polluantes 10.
  • L'invention ne se limite pas aux exemples de réalisation décrits, et peut se décliner en de nombreuses variantes. Ainsi la richesse et les débits d'air entrant dans les cylindres et piégés dans les cylindres peuvent être estimés de diverses manières, correspondant au mode de réalisation de la figure 1, au mode de réalisation de la figure 2, ou à d'autres modes de réalisation. On peut utiliser une cartographie 41 de coefficient de remplissage et ne pas utiliser de cartographie de coefficient de piégeage, en considérant que ce dernier est égal à 1 en première approximation. On peut utiliser seulement une cartographie qui est déjà le produit d'une cartographie de remplissage et d'une cartographie de piégeage, et omettre le multiplicateur 44, si on n'a par exemple pas besoin de calculer la production HC d'hydrocarbures imbrûlés, et donc pas besoin de connaître le débit total d'air entrant dans les cylindres Qair.

Claims (10)

  1. Moteur (1) à combustion interne, comportant un dispositif (10) d'estimation d'émissions polluantes, le dispositif d'estimation étant configuré pour calculer une première valeur (Pollut) d'émissions polluantes en prenant en compte le régime (N) de rotation du moteur (1), une température mesurée (T) de liquide de refroidissement circulant dans le moteur (1), une consommation (Qcarb) en carburant du moteur, une valeur (R) estimée indicative de la richesse des gaz entrant dans les cylindres (6) du moteur, et un niveau d'avance à l'allumage (ϕ) du moteur, ledit dispositif d'estimation (10) étant configuré pour calculer au moins une valeur (Pollut) choisie parmi :
    - une première valeur (Pollut) d'émissions en oxydes d'azote comme le produit d'une première fonction affine de la consommation de carburant (Qcarb), d'une seconde fonction affine de l'avance à l'allumage (ϕ), d'une troisième fonction affine de la température (T) de liquide de refroidissement, et d'un terme d'exponentielle négative d'une puissance de la richesse (R) de gaz entrant dans les cylindres,
    - une seconde valeur (Pollut) d'émissions en monoxyde de carbone, comme un produit d'une fonction affine de la température (T) de liquide de refroidissement par la consommation en carburant (Qcarb) du moteur, et par une fonction affine de la richesse (R) des gaz entrant dans les cylindres du moteur, et
    - une troisième valeur (Pollut) d'émissions en hydrocarbures incomplètement brûlés, comme un produit d'une fonction affine de l'avance à l'allumage (ϕ), par une fonction affine de la température (T) de liquide de refroidissement, multipliées par un premier polynôme du second degré fonction de l'inverse de la vitesse (N) de rotation du moteur, par un second polynôme du second degré fonction de la richesse (R), et par un troisième polynôme du second degré fonction d'une variable réduite, la variable réduite étant proportionnelle au débit d'air (Qair, Qair_mgc) entrant dans le moteur et à la température (Tcol) des gaz dans le collecteur d'admission, et inversement proportionnelle à la pression (Pcol) des gaz dans le collecteur d'admission (32) du moteur,
    et dans lequel, si ledit dispositif d'estimation (10) est configuré pour calculer ladite troisième valeur (Pollut), le dispositif d'estimation (10) est en outre relié à un capteur (9) de pression (Pcol) dans un collecteur d'admission (32) du moteur (1) et à un capteur (11) de température (Tcol) des gaz dans le collecteur d'admission (32) du moteur, ainsi qu'à un moyen d'estimation (35) de la vitesse de rotation (N) du moteur (1) et à un moyen d'estimation (44) du débit d'air (Qair, Qair_mgc) entrant dans le moteur (1).
  2. Moteur selon la revendication 1, dans lequel le dispositif d'estimation (10) est configuré pour calculer une première valeur (Pollut) d'émissions en oxydes d'azote comme le produit d'une première fonction affine de la consommation de carburant (Qcarb), d'une seconde fonction affine de l'avance à l'allumage (cp), d'une troisième fonction affine de la température (T) de liquide de refroidissement, et d'un terme d'exponentielle négative d'une puissance de la richesse (R) de gaz entrant dans les cylindres.
  3. Moteur selon la revendication 2, le terme négatif sous la fonction exponentielle étant proportionnel à une fonction puissance d'un écart entre la richesse (R) de gaz entrant dans le moteur et une richesse seuil.
  4. Moteur selon la revendication 3, dans lequel le dispositif d'estimation (10) est configuré pour calculer une seconde valeur (Pollut) d'émissions en monoxyde de carbone, comme un produit d'une fonction affine de la température (T) de liquide de refroidissement par la consommation en carburant (Qcarb) du moteur, et par une fonction affine de la richesse (R) des gaz entrant dans les cylindres du moteur.
  5. Moteur selon la revendication 4, dans lequel, au dessous d'une richesse seuil, le dispositif d'estimation (10) est configuré pour remplacer la troisième fonction affine de la richesse (R) des gaz entrant dans les cylindres du moteur par une valeur constante.
  6. Moteur selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel le dispositif d'estimation (10) est en outre relié à un capteur (9) de pression (Pcol) dans un collecteur d'admission (32) du moteur (1) et à un capteur (11) de température (Tcol) des gaz dans le collecteur d'admission (32) du moteur, ainsi qu'à un moyen d'estimation (35) de la vitesse de rotation (N) du moteur (1) et à un moyen d'estimation (44) du débit d'air (Qair, Qair_mgc) entrant dans le moteur (1), et dans lequel le dispositif (10) d'estimation d'émissions polluantes est configuré pour calculer une troisième valeur (Pollut) d'émissions en hydrocarbures incomplètement brûlés, comme un produit d'une fonction affine de l'avance à l'allumage (ϕ), par une fonction affine de la température (T) de liquide de refroidissement, multipliées par un premier polynôme du second degré fonction de l'inverse de la vitesse (N) de rotation du moteur, par un second polynôme du second degré fonction de la richesse (R), et par un troisième polynôme du second degré fonction d'une variable réduite, la variable réduite étant proportionnelle au débit d'air (Qair, Qair_mgc) entrant dans le moteur et à la température (Tcol) des gaz dans le collecteur d'admission, et inversement proportionnelle à la pression (Pcol) des gaz dans le collecteur d'admission (32) du moteur.
  7. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un régulateur (18) configuré pour prendre en compte un signal d'une pédale d'accélération, et configuré pour élaborer à partir de ce signal une consigne de position (u) d'un actionneur du moteur (1), en pondérant la consigne de position (u) par une valeur cartographiée (Kpol1) en fonction d'au moins une valeur d'émission polluante (Pollut) calculée par l'estimateur (10) d'émission polluantes.
  8. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant un piège (33) à espèces polluantes et un dispositif d'estimation (10) configuré pour calculer une valeur instantanée (Pollut) d'émissions polluantes correspondant à l'espèce à piéger, le moteur (1) comportant en outre un moniteur de piège (20) configuré pour déterminer la quantité (Cumul) d'espèces polluantes accumulées dans le piège (33) par intégration d'une valeur estimée (Pollut) par le dispositif d'estimation (10).
  9. Véhicule hybride comprenant une machine électrique (36) et comprenant un moteur à combustion interne (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, le véhicule comprenant un module (25) de gestion d'énergie configuré pour délivrer une consigne (Celec) de couple électrique à fournir par la machine électrique (36) et pour délivrer une valeur souhaitée (Ctherm) de couple thermique à fournir par le moteur (1) à combustion interne, le véhicule comprenant en outre un module modérateur (24) configuré pour pondérer la valeur souhaitée (Ctherm) de couple thermique en fonction d'une valeur estimée (Pollut) d'émissions polluantes, et pour délivrer un couple thermique (Ccons) de consigne servant à élaborer une consigne de position (u) d'un actionneur du moteur (1) à combustion interne.
  10. Procédé de gestion d'un moteur (1) à combustion interne, dans lequel on estime au moins une valeur (Pollut) d'émission d'une espèce polluante à l'aide de paramètres moteur autres que la pression des gaz dans les cylindres (6) du moteur (1), au moins une valeur d'émission en oxydes d'azote étant calculée comme le produit d'une première fonction affine de la consommation (Qcarb) de carburant, d'une seconde fonction affine de l'avance (ϕ) à l'allumage du moteur, d'une troisième fonction affine de la température (T) de liquide de refroidissement du moteur, et d'un terme d'exponentielle négative d'une puissance de la richesse (R) du mélange comburant dans les cylindres (6) du moteur.
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