FR2746142A1 - Monitoring system for catalytic converter fitted to vehicle exhaust - Google Patents

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Abstract

The procedure provides monitoring of the operation of a catalytic converter mounted in the exhaust system from the internal combustion engine of a car. During certain operating modes of the engine, a chemical substance is stored within the catalytic converter, whilst in other operating modes this chemical substance is consumed. At each instant a determination is effected to establish the maximum amount of the chemical substance which can be stored within the converter, and also the amount which is currently stored. This information is derived by measuring the speed of rotation of the engine (N), the pressure at the inlet of the engine (P) and the speed of the exhaust gas passing through the converter. This information is supplied to a model of the engine operation in order to monitor the operating state of the catalytic converter.

Description

L'invention se rapporte aux moteurs à combustion interne de véhicules automobiles équipés d'un pot catalytique de traitement des gaz d'échappement. The invention relates to internal combustion engines of motor vehicles equipped with a catalytic converter for treating exhaust gases.

L'invention concerne plus particulièrement un véhicule automobile, du type dans lequel le véhicule comporte un moteur à combustion interne équipé d'un pot catalytique chimique de traitement des gaz d'échappement en aval du moteur, du type dans lequel deux sondes sont agencées dans des conduites en amont et en aval du pot catalytique pour fournir chacune une information permettant de déterminer la quantité d'une substance chimique contenue dans les gaz d'échappement, respectivement en amont et en aval du pot, du type dans lequel pour certains modes de fonctionnement du moteur, la substance chimique est susceptible d'être stockée dans le pot catalytique, tandis que pour d'autres modes de fonctionnement, la substance chimique précédemment stockée est consommée au cours de réactions chimiques de catalyse. The invention relates more particularly to a motor vehicle, of the type in which the vehicle comprises an internal combustion engine equipped with a chemical catalytic converter for treating the exhaust gases downstream of the engine, of the type in which two probes are arranged in pipes upstream and downstream of the catalytic converter to each provide information to determine the amount of a chemical contained in the exhaust gas respectively upstream and downstream of the pot, the type in which for certain modes of Engine operation, the chemical is likely to be stored in the catalytic converter, while for other modes of operation, the previously stored chemical is consumed during chemical reactions of catalysis.

Les moteurs à combustion interne permettent de transformer en énergie mécanique l'énergie issue de la combustion d'un mélange air/carburant. Si le mélange initial est dosé selon le rapport stoechiométrique théorique, c'est-àdire 1 gramme de carburant pour 14,7 grammes d'air, les produits issus de la combustion sont du dioxyde de carbone (CO2) et de l'eau (H2O).  Internal combustion engines make it possible to convert the energy resulting from the combustion of an air / fuel mixture into mechanical energy. If the initial mixture is determined according to the theoretical stoichiometric ratio, ie 1 gram of fuel per 14.7 grams of air, the products of combustion are carbon dioxide (CO2) and water ( H2O).

Toutefois, dans certaines phases de fonctionnement du moteur, le mélange carburé peut être riche, c'est-à-dire comporter un excés de carburant, ou pauvre, c'est-à-dire comporter un excès d'air. However, in certain operating phases of the engine, the fuel mixture can be rich, that is to say have an excess of fuel, or poor, that is to say include an excess of air.

Dans le cas d'un mélange riche, il apparaît dans les produits issus de la combustion, en plus de l'eau et du dioxyde de carbone, des molécules réductrices telles que des hydrocarbures (oc), du monoxyde de carbone (CO) et de l'hydrogène (H2).  In the case of a rich mixture, in the products of combustion, in addition to water and carbon dioxide, reductive molecules such as hydrocarbons (oc), carbon monoxide (CO) and hydrogen (H2).

Dans le cas d'un mélange pauvre, il y a apparition dans les gaz d'échappement de molécules oxydantes telles que des oxydes d'azote (Nox), et de l'oxygène ( 2)
Pour limiter la production de ces substances polluantes, il est donc nécessaire que le moteur fonctionne le plus souvent possible en brûlant un mélange dosé selon les proportions stoechiométriques, mais cela n'est pas toujours possible, ni même souhaitable.
In the case of a lean mixture, there is appearance in the exhaust gases of oxidizing molecules such as nitrogen oxides (NOx), and oxygen (2)
To limit the production of these polluting substances, it is therefore necessary that the engine operates as often as possible by burning a mixture dosed in stoichiometric proportions, but this is not always possible, nor even desirable.

En effet, lorsque le moteur est froid ou lorsque l'on désire obtenir une puissance maximale, par exemple au cours d'une accélération du véhicule, il est nécessaire de faire fonctionner le moteur avec un mélange riche. Indeed, when the engine is cold or when it is desired to obtain maximum power, for example during an acceleration of the vehicle, it is necessary to operate the engine with a rich mixture.

Au contraire, lors des phases de décélération ou lorsque le besoin de puissance est faible, on a intérêt à faire fonctionner le moteur à l'aide d'un mélange pauvre pour réduire la consommation de carburant. On the contrary, during deceleration phases or when the need for power is low, it is advantageous to operate the engine with a lean mixture to reduce fuel consumption.

Depuis plusieurs années déjà, des normes de dépollution imposent de munir les véhicules automobiles d'un pot catalytique destiné à traiter chimiquement les gaz d'échappement pour les débarrasser de la majeure partie des substances polluantes qu'ils contiennent. For several years now, pollution control standards have required motor vehicles to use a catalytic converter designed to chemically treat exhaust gases to rid them of most of the polluting substances they contain.

Les pots catalytiques généralement utilisés ont pour première fonction d'achever la combustion du mélange carburé qui n'est qu'incomplète à l'intérieur du moteur. II s'agit alors de regrouper sur des sites catalytiques des molécules oxydantes et des molécules réductrices présentes dans les gaz d'échappement pour qu'elles se combinent afin de produire de l'eau et du dioxyde de carbone. Ces sites sont formés sur un monolithe qui est une structure poreuse présentant une grande superficie de contact avec les gaz d'échappement traversant le pot, et qui est revêtue de diverses substances chimiques comportant des propriétés catalytiques. The catalytic converters generally used have the primary function of completing the combustion of the fuel mixture which is only incomplete within the engine. It is then a question of grouping on catalytic sites oxidizing molecules and reducing molecules present in the exhaust gases so that they combine in order to produce water and carbon dioxide. These sites are formed on a monolith which is a porous structure having a large area of contact with the exhaust gas passing through the pot, and which is coated with various chemical substances having catalytic properties.

Cette fonction permet de pallier la combustion incomplète à l'intérieur des cylindres du moteur mais ne permet d'éliminer les substances polluantes que lorsque le mélange carburé initial est un mélange stoechiométrique. This function makes it possible to overcome the incomplete combustion inside the engine cylinders but only allows the polluting substances to be eliminated when the initial fuel mixture is a stoichiometric mixture.

Aussi, les pots catalytiques possèdent également la faculté de "stocker" des atomes d'oxygène par oxydation de substances chimiques présentes dans le catalyseur, telles que le cérium. Also, the catalytic converters also have the ability to "store" oxygen atoms by oxidation of chemicals present in the catalyst, such as cerium.

Ainsi, lorsque les gaz d'échappement qui entrent dans le pot catalytique sont issus de la combustion d'un mélange pauvre, ils comportent des atome d'oxygène en excès et ceuxci sont stockés dans le pot catalytique. Lorsque le mélange brûlé dans le moteur est riche, les gaz d'échappement qui arrivent dans le pot contiennent des molécules réductrices, mais celles-ci peuvent se combiner avec les atomes d'oxygène, précédemment stockés dans le pot catalytique au cours d'une phase de fonctionnement avec un mélange pauvre, pour produire de l'eau et du dioxyde de carbone. Thus, when the exhaust gases entering the catalytic converter are from the combustion of a lean mixture, they comprise excess oxygen atoms and these are stored in the catalytic converter. When the mixture burned in the engine is rich, the exhaust gases that arrive in the pot contain reducing molecules, but these can combine with the oxygen atoms, previously stored in the catalytic converter during a operating phase with a lean mixture, to produce water and carbon dioxide.

Le pot catalytique a donc pour fonction non seulement de favoriser des réactions chimiques entre des substances contenues dans les gaz d'échappement, mais il a également pour fonction d'être un stock-tampon de molécules d'oxygène qui permet de réguler la composition des gaz émis dans l'atmosphère à la sortie du pot. The catalytic converter therefore has the function not only of promoting chemical reactions between substances contained in the exhaust gas, but it also has the function of being a buffer stock of oxygen molecules which makes it possible to regulate the composition of the gas emitted into the atmosphere at the outlet of the pot.

Toutefois, la taille de ce stock-tampon n'est pas illimitée. Si le moteur fonctionne pendant une trop longue période en brûlant un mélange pauvre, le pot catalytique devient saturé en oxygène, c'est-à-dire par exemple que la totalité des atomes de cérium auront été oxydés. Les atomes d'oxygène excédentaires issus de la combustion seront alors émis dans l'atmosphère, combinés à des atomes d'azote sous la forme d'oxydes d'azote (NOx) du fait de la haute température de ces gaz. However, the size of this buffer stock is not unlimited. If the engine runs for a long time burning a lean mixture, the catalytic converter becomes saturated with oxygen, that is to say, for example that all the cerium atoms have been oxidized. Excess oxygen atoms from the combustion will then be emitted into the atmosphere, combined with nitrogen atoms in the form of nitrogen oxides (NOx) due to the high temperature of these gases.

Au contraire, si le moteur fonctionne pendant trop longtemps en brûlant un mélange riche, le stock d'atomes d'oxygène du pot catalytique s'épuise et il y a alors émission, dans l'air, de molécules d'hydrocarbures (HC) et de monoxyde de carbone (CO). On the other hand, if the engine runs for too long while burning a rich mixture, the oxygen atom storage of the catalytic converter is exhausted and there is then emission, in the air, of hydrocarbon molecules (HC) and carbon monoxide (CO).

Ainsi, pour limiter l'émission de polluants et pour utiliser au mieux les capacités du pot catalytique, il est nécessaire de contrôler le plus précisément possible le rapport air/carburant du mélange carburé qui est brûlé dans le moteur. Thus, to limit the emission of pollutants and to make the best use of the capacities of the catalytic converter, it is necessary to control as precisely as possible the air / fuel ratio of the fuel mixture which is burned in the engine.

II est connu pour cela d'utiliser une sonde agencée dans le circuit des gaz d'échappement entre le moteur et le pot catalytique. Une telle sonde, généralement du type "EGO" ou "lambda", ou du type "UEGO" permet de déterminer la teneur en oxygène des gaz d'échappement. It is known for this purpose to use a probe arranged in the exhaust gas circuit between the engine and the catalytic converter. Such a probe, generally of the "EGO" or "lambda" type, or of the "UEGO" type makes it possible to determine the oxygen content of the exhaust gases.

Une telle sonde permet de déterminer si le mélange carburé introduit dans le cylindre est riche ou pauvre et cette information est transmise à un calculateur qui commande les injecteurs du moteur pour modifier en conséquence la quantité de carburant injecté. Such a probe makes it possible to determine whether the fuel mixture introduced into the cylinder is rich or poor and this information is transmitted to a computer which controls the injectors of the engine to modify the amount of fuel injected accordingly.

Toutefois, ce procédé correctif ignore les réactions chimiques qui ont lieu dans le catalyseur. However, this corrective process ignores the chemical reactions that take place in the catalyst.

Or, le catalyseur, comme tout système chimique, possède des caractéristiques qui varient avec le temps et la température. However, the catalyst, like any chemical system, has characteristics that vary with time and temperature.

En effet, les pots catalytiques utilisés ne permettent d'obtenir une action efficace qu'à partir d'une température de seuil. Le pot catalytique est également sujet à un vieillissement qui correspond à une baisse de la capacité de stockage en oxygène et à une baisse du nombre de sites catalytiques sur lesquels les substances chimiques nocives peuvent réagir entre elles. In fact, the catalytic converters used only make it possible to obtain an effective action only from a threshold temperature. The catalytic converter is also subject to aging which corresponds to a decrease in the oxygen storage capacity and a decrease in the number of catalytic sites on which the harmful chemical substances can react with each other.

Ainsi, les dispositifs de commande du rapport air/carburant ne comportant qu'une sonde agencée en amont du pot catalytique ne peuvent tenir compte de ces phénomènes et il a été proposé de disposer une seconde sonde en aval du catalyseur dans le circuit d'échappement. Thus, the air / fuel ratio control devices having only one probe arranged upstream of the catalytic converter can not take into account these phenomena and it has been proposed to have a second probe downstream of the catalyst in the exhaust system .

Une telle sonde mesure également la richesse des gaz d'échappement à la sortie du pot catalytique, c'est-à-dire en fait la comparaison entre le rapport réel entre molécules oxydante et molécules réductrices et le rapport stoechiométrique. Cette information est généralement utilisée pour corriger la boucle de régulation de la première sonde. Such a probe also measures the richness of the exhaust gas at the outlet of the catalytic converter, that is to say in fact the comparison between the actual ratio between oxidizing molecules and reducing molecules and the stoichiometric ratio. This information is generally used to correct the control loop of the first probe.

La deuxième sonde permet donc de détecter la présence d'atomes d'oxygène en excès dans les gaz d'échappement qui trahissent un état saturé du stock-tampon formé par le pot. The second probe thus makes it possible to detect the presence of excess oxygen atoms in the exhaust gases which betray a saturated state of the buffer stock formed by the pot.

Divers procédés ont été proposés pour provoquer à ce moment là une "purge" au moins partielle du pot. Various methods have been proposed to cause at that moment a "purge" at least partial pot.

Toutefois. I'ensemble des dispositifs utilisant une sonde amont et une sonde aval ne proposent qu'un traitement correctif qui est déclenché après l'émission d'une certaine quantité de substances polluantes. However. All the devices using an upstream probe and a downstream probe only propose a corrective treatment that is triggered after the emission of a certain quantity of polluting substances.

L'invention a donc pour but de proposer un procédé de surveillance du fonctionnement du pot catalytique qui permet d'optimiser la commande du rapport air/carburant du mélange carburé. The invention therefore aims to provide a method of monitoring the operation of the catalytic converter that optimizes the control of the air / fuel ratio of the fuel mixture.

Dans ce but, I'invention propose un procédé du type précédemment décrit, caractérisé en ce que, à partir des informations fournies par les sondes, on détermine à chaque instant la quantité maximale de substance chimique qui est susceptible d'être stockée dans le pot catalytique, ou taille du stock, et la quantité de substance chimique qui est effectivement stockée dans le pot, ou état du stock. For this purpose, the invention proposes a process of the type previously described, characterized in that, from the information provided by the probes, the maximum quantity of chemical substance that is likely to be stored in the pot is determined at each instant. catalytic, or stock size, and the amount of chemical that is actually stored in the pot, or stock status.

Selon d'autres caractéristiques de l'invention
- la taille et l'état du stock de substance chimique sont déterminés en utilisant une modélisation mathématique des réactions chimiques intervenant dans le pot catalytique, et la modélisation prend en compte notamment la cinétique des réactions en cause, qui dépendent des concentrations des espèces chimiques qu'elles mettent en jeu, et du flux de gaz à travers le pot catalytique
- le procédé comporte une étape d'estimation de la concentration de la substance chimique dans les gaz d'échappement en aval du pot catalytique et l'état du stock en fonction notamment d'une première valeur de la taille du stock, la valeur estimée de la concentration de la substance chimique dans les gaz d'échappement en aval du pot est comparée avec la valeur effectivement mesurée par la sonde aval, et la valeur de la première estimation de la taille du stock est corrigée pour annuler la différence entre les valeurs, estimée et mesurée, de la concentration de la substance chimique dans les gaz d'échappement en aval du pot catalytique
- la substance chimique stockée dans le pot catalytique est l'oxygène et le procédé comporte les étapes consistant à
mesurer la vitesse de rotation du moteur et la pression d'admission du mélange carburé dans le moteur
calculer la vitesse d'écoulement des gaz d'échappement dans le pot catalytique en fonction notamment d'une modélisation de l'écoulement des gaz dans le circuit d'échappement, de la vitesse de rotation du moteur et de la pression d'admission
mesurer, avec les sondes, la concentration d'oxygène dans les gaz d'échappement en amont et en aval du pot catalytique, et en déduire des valeurs normalisées de manière à être négatives ou positives suivant que les gaz analysés révèlent que le mélange carburé qui a été brûlé présentait un excès ou un déficit d'air par rapport au rapport stoechiométrique de la combustion
en déduire la concentration, dans les gaz d'échappement en aval du pot, des oxydants et des réducteurs des réactions chimiques de stockage et de stockage de l'oxygène selon les formules
si v > O : Ox = v / K et Red = 0
si v < O : Ox = 0 et Red = - v / K'
où K et K' sont des paramètres caractéristiques de la sonde aval
exprimer les cinétiques chimiques et des réactions de stockage et de déstockage de l'oxygène dans le pot catalytique en fonction des concentrations mesurées des oxydants et des réducteurs en aval du pot et en fonction de la taille et de l'état du stock d'oxygène suivant les formules suivantes
c, = k1 (Ox)a' (0.5 y - x) bi = C1 (x, y, v) a2 b2
et c2 = k2 (Red)a2 (0.5 y + x)b2 = C2 ( y, v)
où k,, a1, b1 et k2, a2, b2 sont des paramètres caractéristiques des deux réactions
écrire la loi de variation dans le temps de la concentration estimée de l'oxygène dans les gaz d'échappement en aval du pot
dz/dt = - V/L [z(t) - u(t)] + (K/2e) [C1 (x, y, v) - C2 (x, y v)]
où L est la longueur du monolithe site des réactions
et e est la fraction de vide de ce monolithe
écrire la loi de variation de l'état du stock
dx/dt = C1 (x, y, v) - C2 (x, y, v)
définir la loi de variation dans le temps de l'ajustement de la taille du stock en fonction de l'erreur entre les concentrations, calculée et mesurée, d'oxygène en aval du pot
dy/dt = - G f(t) [v(t) - z(t)j
où f(t) est une fonction du signe de (v) et G un paramètre qui permet de déterminer la vitesse de convergence de la méthode ; et
résoudre le système des équations différentielles ainsi obtenues pour obtenir les valeurs calculées de x, y et z, en appliquant une méthode récursive pour annuler la différence entre les valeurs calculée et mesurée de la concentration d'oxygène en aval du pot
- la substance chimique stockée dans le pot catalytique est un oxyde d'azote.
According to other features of the invention
- the size and state of the chemical stock are determined using a mathematical modeling of the chemical reactions occurring in the catalytic converter, and the modeling takes into account in particular the kinetics of the reactions in question, which depend on the concentrations of the chemical species that 'they bring into play, and gas flow through the catalytic converter
the method comprises a step of estimating the concentration of the chemical substance in the exhaust gas downstream of the catalytic converter and the state of the stock as a function, in particular, of a first value of the size of the stock, the estimated value; the concentration of the chemical in the exhaust gas downstream of the pot is compared with the value actually measured by the downstream probe, and the value of the first estimate of the stock size is corrected to cancel the difference between the values , estimated and measured, of the concentration of the chemical in the exhaust gas downstream of the catalytic converter
the chemical substance stored in the catalytic converter is oxygen and the process comprises the steps of
measure the rotational speed of the engine and the intake pressure of the fuel mixture in the engine
calculate the flow velocity of the exhaust gases in the catalytic converter as a function, in particular, of a modeling of the flow of gases in the exhaust system, of the engine rotation speed and of the intake pressure
measuring, with the probes, the concentration of oxygen in the exhaust gases upstream and downstream of the catalytic converter, and deduce standardized values so as to be negative or positive depending on the gases analyzed that reveal the fuel mixture which was burned had an excess or deficit of air compared to the stoichiometric ratio of combustion
deduce the concentration, in the exhaust gases downstream of the pot, of the oxidants and the reducing agents of the chemical reactions of storage and storage of oxygen according to the formulas
if v> O: Ox = v / K and Red = 0
if v <O: Ox = 0 and Red = - v / K '
where K and K 'are characteristic parameters of the downstream probe
to express the chemical kinetics and oxygen storage and de-storage reactions in the catalytic converter as a function of the measured concentrations of oxidants and reducing agents downstream of the pot and as a function of the size and state of the oxygen stock according to the following formulas
c, = k1 (Ox) a '(0.5 y - x) bi = C1 (x, y, v) a2 b2
and c2 = k2 (Red) a2 (0.5 y + x) b2 = C2 (y, v)
where k ,, a1, b1 and k2, a2, b2 are characteristic parameters of both reactions
write the law of variation over time of the estimated concentration of oxygen in the exhaust gases downstream of the pot
dz / dt = - V / L [z (t) - u (t)] + (K / 2e) [C1 (x, y, v) - C2 (x, yv)]
where L is the length of the site reactions monolith
and e is the void fraction of this monolith
write the law of variation of the state of the stock
dx / dt = C1 (x, y, v) - C2 (x, y, v)
define the law of variation over time of the adjustment of the size of the stock as a function of the error between the concentrations, calculated and measured, of oxygen downstream of the pot
dy / dt = - G f (t) [v (t) - z (t) j
where f (t) is a function of the sign of (v) and G is a parameter which makes it possible to determine the convergence speed of the method; and
solve the system of differential equations thus obtained to obtain the calculated values of x, y and z, applying a recursive method to cancel the difference between the calculated and measured values of the oxygen concentration downstream of the pot
the chemical substance stored in the catalytic converter is a nitrogen oxide.

L'invention concerne également un procédé de détection du vieillissement d'un pot catalytique de véhicule automobile, du type dans lequel le pot catalytique est susceptible de stocker une substance chimique présente dans les gaz d'échappement du moteur, comportant l'étape de comparer à une valeur de consigne la quantité maximale de substance chimique susceptible d'être stockée par le pot catalytique qui est déterminée selon un procédé de surveillance conforme aux enseignements de l'invention. The invention also relates to a method for detecting the aging of a catalytic converter of a motor vehicle, of the type in which the catalytic converter is capable of storing a chemical substance present in the exhaust gas of the engine, comprising the step of comparing at a set point the maximum quantity of chemical substance that can be stored by the catalytic converter which is determined according to a monitoring method according to the teachings of the invention.

L'invention concerne aussi un procédé de commande du rapport air-carburant d'un mélange carburé pour un moteur à combustion interne de véhicule automobile équipé d'un pot catalytique de traitement des gaz d'échappement en aval du moteur, du type dans lequel deux sondes sont agencées en amont et en aval du pot pour fournir chacune une information permettant de déterminer la quantité d'une substance chimique contenue dans les gaz d'échappement, respectivement en amont et en aval du pot, du type dans lequel, pour certaines valeurs du rapport air/carburant, la substance chimique est susceptible d'être stockée dans le pot catalytique, tandis que pour d'autres valeurs, la substance chimique stockée est consommée au cours de réactions chimiques de catalyse, et du type dans lequel le rapport air/carburant est modifié en fonction des informations fournies par les sondes dans le but de réduire les émissions polluantes du moteur, le rapport air/carburant du mélange carburé est commandé notamment en fonction de la quantité de substance chimique effectivement stockée dans le pot catalytique qui est déterminée selon un procédé de surveillance conforme aux enseignements de l'invention. The invention also relates to a method for controlling the air-fuel ratio of a fuel mixture for an internal combustion engine of a motor vehicle equipped with a catalytic converter for treating exhaust gases downstream of the engine, of the type in which two probes are arranged upstream and downstream of the pot to each provide information to determine the amount of a chemical contained in the exhaust gas respectively upstream and downstream of the pot, of the type in which, for some values of the air / fuel ratio, the chemical substance is likely to be stored in the catalytic converter, while for other values, the stored chemical substance is consumed during chemical reactions of catalysis, and of the type in which the ratio air / fuel is modified according to the information provided by the probes in order to reduce the polluting emissions of the engine, the air / fuel ratio of the fuel mixture is controlled in particular according to the amount of chemical substance actually stored in the catalytic converter which is determined according to a monitoring method according to the teachings of the invention.

Lorsque la substance surveillée est l'oxygène, le moteur est commandé pour réguler la quantité de molécules d'oxygène effectivement stockée autour d'une valeur proche de la moitié de la taille du stock. When the monitored substance is oxygen, the engine is controlled to regulate the amount of oxygen molecules actually stored around a value close to half the size of the stock.

Si la substance chimique surveillée est l'oxyde d'azote, lorsque la quantité de molécules d'oxydes d'azote effectivement stockée atteint une valeur proche de la taille du stock, le moteur est commandé pour fonctionner avec un excès de carburant jusqu'à ce que la quantité de molécules d'oxydes d'azote effectivement stockée soit presque nulle. If the monitored chemical is nitrogen oxide, when the amount of nitrogen oxide molecules actually stored reaches a value close to the size of the stock, the engine is controlled to operate with excess fuel up to the amount of nitrogen oxide molecules actually stored is almost zero.

Selon l'invention, le procédé de commande comporte les étapes consistant à
filtrer une valeur de consigne de l'état du stock à l'aide d'un premier filtre
filtrer la variable issue du premier filtre à l'aide d'un deuxième filtre qui permet une modélisation approximative du comportement du moteur et du pot catalytique en termes de stockage et de déstockage d'oxygène, le deuxième filtre comportant essentiellement un intégrateur, un amplificateur de gain, et un retard modélisant le retard entre l'injection d'essence et le passage des molécules correspondantes dans le pot catalytique
comparer par soustraction la variable issue du deuxième filtre avec la valeur estimée de l'état du stock
filtrer le résultat de cette soustraction à l'aide d'un troisième filtre ; et
comparer par soustraction les variables issues du premier et du troisième filtre pour obtenir une valeur de la correction à apporter à la commande du dispositif d'injection.
According to the invention, the control method comprises the steps of
filter a stock status setpoint using a first filter
filtering the variable from the first filter using a second filter that allows an approximate modeling of the behavior of the engine and the catalytic converter in terms of oxygen storage and de-stocking, the second filter essentially comprising an integrator, an amplifier gain, and a delay modeling the delay between fuel injection and the passage of the corresponding molecules in the catalytic converter
compare by subtraction the variable resulting from the second filter with the estimated value of the state of the stock
filter the result of this subtraction with a third filter; and
compare by subtraction the variables from the first and the third filter to obtain a value of the correction to be made to the control of the injection device.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif mettant en oeuvre le procédé selon l'invention;
- la figure 2 est une représentation illustrant l'enchaînement des étapes principales du procédé selon l'invention;
- la figure 3 est une représentation illustrant plus précisément un procédé conforme aux enseignements de l'invention.
Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the detailed description which follows for the understanding of which reference will be made to the appended drawings in which
FIG. 1 is a schematic representation of a device implementing the method according to the invention;
FIG. 2 is a representation illustrating the sequence of the main steps of the method according to the invention;
- Figure 3 is a representation illustrating more precisely a method according to the teachings of the invention.

- la figure 4 représente un organigramme du procédé de commande d'un dispositif d'injection utilisant les résultats du procédé de surveillance du pot selon l'invention. FIG. 4 represents a flowchart of the control method of an injection device using the results of the pot monitoring method according to the invention.

On a représenté sur la figure 1 de manière schématique un moteur à combustion interne 10 pour un véhicule automobile. FIG. 1 schematically shows an internal combustion engine 10 for a motor vehicle.

Le moteur 10 est alimenté en 12 avec un mélange carburé dont le rapport air/carburant est dosé par un dispositif d'injection 14.  The engine 10 is powered at 12 with a fuel mixture whose air / fuel ratio is metered by an injection device 14.

Les gaz d'échappement issus de la combustion dans le moteur sortent du moteur en 16 et sont acheminés par une conduite d'échappement 18 en direction de l'entrée d'un pot d'échappement catalytique 20 qui comporte un monolithe (non représenté) revêtu de substances susceptibles de stocker de l'oxygène, par exemple sous la forme d'oxydes métalliques. The exhaust gases from combustion in the engine exit the engine at 16 and are conveyed by an exhaust pipe 18 towards the inlet of a catalytic exhaust pipe 20 which comprises a monolith (not shown) coated with substances capable of storing oxygen, for example in the form of metal oxides.

A la sortie 24 du pot catalytique, les gaz d'échappement sont dirigés vers des silencieux (non représentés) avant d'être rejetés dans l'atmosphère. At the outlet 24 of the catalytic converter, the exhaust gases are directed to silencers (not shown) before being released into the atmosphere.

Conformément aux enseignements de l'invention. il est prévu deux sondes, amont 26 et aval 28, qui permettent de déterminer, directement ou indirectement, la concentration ou teneur en oxygène des gaz d'échappement, respectivement en amont et en aval du pot catalytique 20. In accordance with the teachings of the invention. two probes are provided, upstream 26 and downstream 28, which make it possible to determine, directly or indirectly, the concentration or oxygen content of the exhaust gases respectively upstream and downstream of the catalytic converter 20.

Les sondes 26, 28 sont, par exemple, des sondes "EGO", dites également "lambda" ou non proportionnelles, ou des sondes "UEGO" dites proportionnelles ou linéaires, et fournissent une information qui, après traitement, permet de déterminer la concentration en oxygène dans le gaz d'échappement. Pour le traitement, I'information est transformée en une variable u qui est négative lorsque le mélange carburé, dont résulte le gaz analysé, est pauvre, et la valeur de la variable u est positive lorsque le gaz d'échappement est issu de la combustion d'un mélange riche. The probes 26, 28 are, for example, probes "EGO", also called "lambda" or non-proportional probes or "UEGO" probes said proportional or linear, and provide information that, after treatment, allows to determine the concentration oxygen in the exhaust gas. For the treatment, the information is transformed into a variable u which is negative when the fuel mixture, which results in the gas analyzed, is poor, and the value of the variable u is positive when the exhaust gas is derived from the combustion a rich mixture.

On peut également remplacer l'information fournie par la sonde amont 26 par une valeur estimée de la teneur en oxygène des gaz d'échappement en amont du pot catalytique, cette valeur étant alors estimée à l'aide d'une cartographie prenant en compte certains paramètres de fonctionnement du moteur tels que la pression d'admission P, le régime de rotation du moteur N, la température du liquide de refroidissement, etc..  It is also possible to replace the information provided by the upstream probe 26 with an estimated value of the oxygen content of the exhaust gas upstream of the catalytic converter, this value then being estimated by means of a map taking into account certain engine operating parameters such as intake pressure P, engine rotation speed N, coolant temperature, etc.

L'information fournie par la sonde aval 28 est également transformée en une variable v qui est positive ou négative suivant que le mélange carburé, de la combustion duquel résultent ces gaz. était riche ou pauvre. The information provided by the downstream probe 28 is also transformed into a variable v which is positive or negative depending on the fuel mixture, from which combustion these gases result. was rich or poor.

Les variables u et v sont alors introduites dans un calculateur 30, ainsi que la pression des gaz d'alimentation P et le régime de rotation N, afin de déterminer par le procédé selon l'invention. des variables x et y qui décrivent l'état instantané du pot catalytique 20. The variables u and v are then introduced into a computer 30, as well as the pressure of the feed gas P and the rotation speed N, in order to determine by the method according to the invention. x and y variables which describe the instantaneous state of the catalytic converter 20.

La variable y est une grandeur indicative de la quantité maximale d'oxygène qui est susceptible d'être stockée à l'intérieur du pot catalytique 20, par exemple sous la forme d'oxyde de cérium. Cette grandeur exprime donc la taille du stock d'oxygène et elle est exprimée en mol/m3
La variable y est donc directement indicative de l'état de vieillissement du pot 20 puisque, nous l'avons vu plus haut, la capacité maximale de stockage d'oxygène du pot tend à diminuer avec le temps.
The variable y is a quantity indicative of the maximum amount of oxygen that can be stored inside the catalytic converter 20, for example in the form of cerium oxide. This quantity therefore expresses the size of the oxygen stock and is expressed in mol / m3
The variable y is therefore directly indicative of the state of aging of the pot 20 since, as we have seen above, the maximum oxygen storage capacity of the pot tends to decrease with time.

Les variations de y sont toutefois relativement lentes. The variations of y are, however, relatively slow.

La variable x est indicative de la quantité d'oxygène qui est effectivement stockée dans le pot catalytique à un instant donné t. Elle est exprimée en fonction de la capacité maximale de stockage y au même instant t de telle manière que x = -1/2y s'il n'y a pas d'oxygène stocké sous la forme d'oxyde dans le pot catalytique, c'est-à-dire si le stock est vide, et x = 1/2y si le pot catalytique est saturé en oxygène, c'est-à-dire si le stock est plein. The variable x is indicative of the amount of oxygen that is actually stored in the catalytic converter at a given instant t. It is expressed as a function of the maximum storage capacity y at the same instant t in such a way that x = -1 / 2y if there is no oxygen stored in the oxide form in the catalytic converter, c that is, if the stock is empty, and x = 1 / 2y if the catalytic converter is saturated with oxygen, that is, if the stock is full.

Le procédé de détermination des valeurs x et y est un procédé récursif qui est schématisé sur la figure 2 et qui consiste tout d'abord à calculer une valeur estimée z, indicative de la teneur en oxygène des gaz d'échappement en aval des catalyseurs, en fonction d'une valeur initiale arbitraire y0 de la taille du stock. The method for determining the values x and y is a recursive method which is shown diagrammatically in FIG. 2 and which first consists in calculating an estimated value z, indicative of the oxygen content of the exhaust gases downstream of the catalysts. based on an arbitrary initial value y0 of the stock size.

Cette valeur z est notamment calculée en fonction de la teneur en oxygène u en aval du pot catalytique 20, fournie par la sonde aval 26, de la vitesse de rotation du moteur N, de la pression d'admission P, et de l'état du stock x. This value z is in particular calculated as a function of the oxygen content u downstream of the catalytic converter 20, supplied by the downstream probe 26, the speed of rotation of the engine N, the intake pressure P, and the state of the stock x.

L'état du stock x est lui-même déterminé notamment à partir de la valeur initiale arbitraire y0 de la taille du stock et à partir de la teneur en oxygène v des gaz d'échappement en aval du pot catalytique 20, fournie par la sonde aval 28. The state of the stock x is itself determined in particular from the arbitrary initial value y0 of the stock size and from the oxygen content v of the exhaust gas downstream of the catalytic converter 20, supplied by the probe. downstream 28.

La valeur estimée z ainsi calculée est comparée par soustraction en 32 à la valeur v mesurée par la sonde aval 28, de la teneur en oxygène en aval du pot catalytique 20. En fonction du signe de cette différence, la valeur y0 est modifiée pour aboutir un nouveau calcul des variables x et z. The estimated value z thus calculated is compared by subtraction at 32 to the value v measured by the downstream probe 28, the oxygen content downstream of the catalytic converter 20. Depending on the sign of this difference, the value y0 is modified to achieve a new calculation of the variables x and z.

Lorsque les valeurs calculée z et mesurée v de la teneur en oxygène des gaz d'échappement en aval du pot 20 concordent, on obtient les valeurs, à cet instant t donné, de la taille du stock y et de l'état du stock x. When the measured z and measured values v of the oxygen content of the exhaust gases downstream of the pot 20 are equal, the values, at this given instant t, of the size of the stock y and the state of the stock x are obtained. .

On a représenté sur la figure 3 de manière plus précise un algorithme de calcul qui permet de déterminer, conformément aux enseignements de l'invention, les valeurs x, y de l'état et de la taille du stock d'oxygène formé par le pot catalytique 20. FIG. 3 shows more precisely a calculation algorithm that makes it possible to determine, in accordance with the teachings of the invention, the x, y values of the state and the size of the oxygen stock formed by the pot. catalytic 20.

Ce procédé est basé sur la modélisation du comportement chimique du système formé par le pot catalytique 20. This method is based on the modeling of the chemical behavior of the system formed by the catalytic converter 20.

Le procédé, selon l'invention, nécessite tout d'abord de connaître le débit massique des gaz d'échappement, ce qui peut-être mesuré, directement, par un débitmètre ou, indirectement, en mesurant la vitesse de rotation N du moteur et la pression P des gaz dans le collecteur d'admission du moteur 10. Ces paramètres sont généralement nécessaires au fonctionnement du dispositif 14 d'injection du carburant et sont mesurés dans tous les véhicules munis d'un dispositif d'injection électronique 14. The method, according to the invention, firstly requires to know the mass flow rate of the exhaust gas, which can be measured, directly, by a flowmeter or, indirectly, by measuring the rotation speed N of the engine and the pressure P of the gases in the intake manifold of the engine 10. These parameters are generally necessary for the operation of the fuel injection device 14 and are measured in all vehicles equipped with an electronic injection device 14.

Les sondes amont 26 et aval 28 permettent de déterminer, ainsi que cela a été vu précédemment, les valeurs u et v normalisées de la teneur en oxygène des gaz, respectivement à l'entrée 22 et à la sortie 24 du pot catalytique 20. The upstream 26 and downstream 28 probes used to determine, as has been seen previously, the values u and v normalized oxygen content of the gases, respectively at the inlet 22 and the outlet 24 of the catalytic converter 20.

En fonction du signe de l'information v fournie par la sonde aval 28. on peut déterminer la concentration des oxydants et des réducteurs, suivant que le mélange carburé est pauvre ou riche, contenus dans les gaz d'échappement en aval du pot catalytique. Ces concentrations sont données par les formules suivantes
si v > 0 : Ox = v / K et Red = 0
si v < 0 : Ox = 0 et Red = -v / K'
où K et K' sont des paramètres caractéristiques de la sonde aval 28.
Depending on the sign of the information v provided by the downstream probe 28. the concentration of oxidants and reducing agents, depending on whether the fuel mixture is poor or rich, contained in the exhaust gas downstream of the catalytic converter can be determined. These concentrations are given by the following formulas
if v> 0: Ox = v / K and Red = 0
if v <0: Ox = 0 and Red = -v / K '
where K and K 'are characteristic parameters of the downstream probe 28.

II est ensuite nécessaire d'exprimer les cinétiques chimiques ci et c2 des réactions de stockage et de stockage de l'oxygène dans le pot catalytique en fonction des concentrations mesurées en oxydants et en réducteurs en aval du pot 20 et en fonction de la taille y et de l'état x du stock d'oxygène dans le pot. It is then necessary to express the chemical kinetics c 1 and c 2 of oxygen storage and storage reactions in the catalytic converter as a function of the concentrations measured in oxidants and reducing agents downstream of the pot 20 and depending on the size. and the state x of the oxygen store in the pot.

Ces cinétiques peuvent être écrites sous la forme suivante
c, = k1 (Ox)a' (0.5 y - x) bi = Cl (x, y, v)
ai bi
et c2 = k2 (Red)al (0.5 y + x)bl = C2 (x, y, v)
où k1, a1, b, et k2, a2, b2 sont des paramètres caractéristiques des deux réactions de stockage et de déstockage de l'oxygène.
These kinetics can be written in the following form
c, = k1 (Ox) a '(0.5 y - x) bi = Cl (x, y, v)
have bi
and c2 = k2 (Red) al (0.5 y + x) b1 = C2 (x, y, v)
where k1, a1, b, and k2, a2, b2 are characteristic parameters of the two oxygen storage and de-storage reactions.

On peut alors écrire la loi de variation dans le temps de la concentration théorique en oxygène en aval du pot
dz/dt = - V/L [z(t) - u(t)] + (K/2e) [C1 (x, y, v) - C2 (x, y v)]
où L est la longueur du monolithe site des réactions
et où e est la fraction de vide de ce monolithe.
We can then write the law of variation over time of the theoretical oxygen concentration downstream of the pot
dz / dt = - V / L [z (t) - u (t)] + (K / 2e) [C1 (x, y, v) - C2 (x, yv)]
where L is the length of the site reactions monolith
and where e is the void fraction of this monolith.

On écrit alors la loi de variation au cours du temps de l'état du stock x
dx/dt = C1 (x, y, v) - C2 (x, y, v).
We then write the law of variation over time of the state of the stock x
dx / dt = C1 (x, y, v) - C2 (x, y, v).

Ensuite, on définit la loi de variation de l'ajustement de la taille du stock y en fonction de l'erreur entre les teneurs en oxygène, calculée z et mesurée v, après le pot
dy/dt = - G f(t) [v(t) - z(t)j
où f(t) est une fonction du signe de v et G un paramètre qui permet de déterminer la vitesse de convergence de la méthode.
Then, we define the law of variation of the adjustment of the size of the stock y as a function of the error between the oxygen contents, calculated z and measured v, after the pot
dy / dt = - G f (t) [v (t) - z (t) j
where f (t) is a function of the sign of v and G a parameter which makes it possible to determine the convergence speed of the method.

La fonction f(t) peut être par exemple
f(t) = v(t) ou
f(t) = sgn v(t) ou encore
f(t) = v2(t) [sgn v(t)].
The function f (t) can be for example
f (t) = v (t) or
f (t) = sgn v (t) or again
f (t) = v2 (t) [sgn v (t)].

On obtient ainsi un système de trois équations différentielles à trois fonctions inconnues x, y, z que l'on résout numériquement par exemple par la méthode récursive décrite plus haut de manière à obtenir les valeurs instantanées x de l'état du stock et y de la taille du stock. We thus obtain a system of three differential equations with three unknown functions x, y, z that are solved numerically for example by the recursive method described above so as to obtain the instantaneous values x of the state of the stock and y of the size of the stock.

Diverses applications de ce procédé sont envisagées. Various applications of this process are contemplated.

Une première application, la plus immédiate, est de surveiller le vieillissement du pot catalytique 20. A first application, the most immediate, is to monitor the aging of the catalytic converter 20.

En effet, connaître la taille maximale du stock d'oxygène susceptible d'être stocké dans le pot 20, c'est connaître, à chaque instant t et de manière directe, I'aptitude du pot catalytique à remplir sa fonction de dépollution des gaz d'échappement par oxydation des hydrocarbures imbrûlés.  Indeed, knowing the maximum size of the oxygen stock that can be stored in the pot 20, is to know, at each instant t and directly, the ability of the catalytic converter to perform its function of cleanup of gases oxidation exhaust of unburned hydrocarbons.

En utilisant un critère de surveillance directement lié au phénomène physico-chimique exploité par le système, on diminue le nombre de paramètres à mesurer ou à estimer et ainsi on diminue les risques de dispersions dues aux incertitudes de mesure. By using a monitoring criterion directly related to the physicochemical phenomenon exploited by the system, the number of parameters to be measured or estimated is reduced and thus the risks of dispersions due to measurement uncertainties are reduced.

Bien entendu, il est également intéressant d'utiliser la connaissance des variables x et y de l'état et de la taille du stock pour améliorer la logique de commande du dispositif 14 d'injection de carburant. Of course, it is also advantageous to use the knowledge of the x and y variables of the state and the size of the stock to improve the control logic of the fuel injection device 14.

En effet, la connaissance à tout instant t de l'état du stock d'oxygène permet d'utiliser au mieux l'effet tampon de ce stock pour obtenir plus de latitude dans le choix du rapport air/carburant. Indeed, the knowledge at any time t of the state of the oxygen stock makes it possible to best use the buffering effect of this stock to obtain more latitude in the choice of the air / fuel ratio.

En effet, si à un instant t le stock d'oxygène est presque vide, et que les conditions de fonctionnement du moteur 10 ainsi que la demande de puissance sont telles qu'il est possible d'utiliser un mélange carburé pauvre, le dispositif d'injection 14 peut être commandé pour réduire la quantité de carburant par masse d'air afin de limiter la consommation du moteur 10. Les atomes d'oxygène excédentaires sont alors stockés dans le pot 20. Indeed, if at a time t the oxygen store is almost empty, and the operating conditions of the engine 10 and the power demand are such that it is possible to use a lean fuel mixture, the device injection 14 can be controlled to reduce the amount of fuel per mass of air to limit the consumption of the engine 10. Excess oxygen atoms are then stored in the pot 20.

Au contraire, par exemple après une certaine période de fonctionnement avec un mélange pauvre, si le conducteur sollicite une accélération importante du véhicule, il sera possible de faire fonctionner le moteur 10, pendant l'accélération, avec un mélange riche, les hydrocarbures en excès dans les gaz d'échappement étant alors recombinés avec l'oxygène précédemment stocké dans le pot catalytique 20 pour éviter l'émission de polluants. On the contrary, for example after a certain period of operation with a lean mixture, if the driver requests a significant acceleration of the vehicle, it will be possible to operate the engine 10, during acceleration, with a rich mixture, the hydrocarbons in excess in the exhaust gas then being recombined with the oxygen previously stored in the catalytic converter 20 to prevent the emission of pollutants.

Parallèlement, le procédé selon l'invention permet également de connaître, après un démarrage à froid du moteur, L'instant à partir duquel le pot est amorcé, c'est-à-dire
L'instant à partir duquel les gaz d'échappement sont effectivement traités par le pot 20.
In parallel, the method according to the invention also makes it possible to know, after a cold start of the engine, the instant from which the pot is primed, that is to say
The moment from which the exhaust gases are actually treated by the pot 20.

En effet, tant que le pot catalytique 20 n'a pas atteint une température de seuil, le procédé selon l'invention détecte une capacité de stockage y du pot 20 qui est nulle. Lorsque la capacité de stockage commence à grandir, c'est que les réactions chimiques dans le pot se sont amorcées. Indeed, as long as the catalytic converter 20 has not reached a threshold temperature, the method according to the invention detects a storage capacity y of the pot 20 which is zero. When the storage capacity begins to grow, it is because the chemical reactions in the pot have begun.

Le procédé selon l'invention a été décrit pour la surveillance de l'état et de la taille du stock d'oxygène formé par le pot catalytique 20. The process according to the invention has been described for monitoring the state and the size of the oxygen stock formed by the catalytic converter 20.

Or, certains pots catalytiques possèdent la faculté de stocker et déstocker d'autres substances chimiques de manière similaire. Notamment, il est possible de stocker les oxydes d'azote NOx produits lors des phases de fonctionnement à mélange pauvre. However, some catalytic converters have the ability to store and destock other chemicals in a similar manner. In particular, it is possible to store NOx nitrogen oxides produced during lean-burn operation phases.

De manière similaire à ce qui a été vu plus haut. il est possible de modéliser les réactions chimiques de stockage et de stockage des oxydes d'azote NOx dans un tel pot, appelé "NOx-trap". Un tel dispositif nécessite toutefois d'utiliser une sonde aval sensible aux oxydes d'azote. In a similar way to what has been seen above. it is possible to model the chemical storage and storage reactions of nitrogen oxides NOx in such a pot, called "NOx-trap". Such a device however requires the use of a downstream probe sensitive to nitrogen oxides.

Au contraire, la sonde amont 26 peut être une sonde de type EGO ou UEGO, sensible à la teneur en oxygène,
I'information u délivrée par la sonde amont est alors utilisée pour connaître, à l'aide d'une cartographie, la teneur en oxydes d'azote en amont du pot.
On the contrary, the upstream probe 26 may be a sensor of the EGO or UEGO type, sensitive to the oxygen content,
The information u delivered by the upstream probe is then used to know, using a map, the content of nitrogen oxides upstream of the pot.

Le procédé selon l'invention permet de "prédire"
L'émission de polluant et donc de réagir en agissant sur la commande du dispositif d'injection 14 avant une telle émission, tandis que le procédé selon l'art antérieur ne pouvait que constater l'émission de polluant en aval du pot.
The method according to the invention makes it possible to "predict"
The emission of pollutant and therefore react by acting on the control of the injection device 14 before such emission, while the method according to the prior art could only ascertain the emission of pollutant downstream of the pot.

Ainsi, il est par exemple pos inférieur à 90%, le stock se remplissant petit à petit en oxydes d'azote, puis de commander le passage au fonctionnement avec un mélange riche, pendant une courte période. pour ramener l'état du stock à une valeur presque nulle. Thus, it is for example less than 90% pos, the stock gradually filling up with nitrogen oxides, then to control the transition to operation with a rich mixture for a short time. to bring the stock status back to almost zero.

Le procédé selon l'invention permet de déclencher une séquence de "purge" du stock d'oxydes d'azote NOx, en imposant le fonctionnement du moteur avec un mélange riche, avant que les oxydes d'azote ne soient libérés dans l'atmosphère. The method according to the invention makes it possible to trigger a "purge" sequence of the stock of nitrogen oxides NOx, by imposing the operation of the engine with a rich mixture, before the nitrogen oxides are released into the atmosphere .

Une telle stratégie de commande permet de fonctionner pendant la plus grande partie du temps à mélange pauvre car la vitesse de production de molécules d'oxydes d'azote est alors beaucoup plus faible que la vitesse de production de substances réductrices en fonctionnement à mélange riche. Such a control strategy makes it possible to operate during most of the lean-time because the rate of production of nitrogen oxide molecules is then much lower than the rate of production of reducing substances in rich-mix operation.

On a représenté de manière schématique sur la figure 4 un exemple de réalisation d'un dispositif 34 particulièrement adapté pour mettre en oeuvre le procédé de commande du rapport air/carburant utilisant la connaissance de l'état de stock x dans le cas où la substance chimique surveillée est l'oxygène. FIG. 4 shows schematically an exemplary embodiment of a device 34 particularly suitable for implementing the air / fuel ratio control method using the knowledge of the stock status x in the case where the substance monitored chemical is oxygen.

Un tel dispositif est l'application au problème concerné du dispositif décrit par K.J. ASTROM, C.C. HANG et B.C. LIM dans la revue IEEE Transactions on Automatic Control, vol 39, n"2, février 1994. Such a device is the application to the problem of the device described by K. J. ASTROM, C. C. HANG and B. C. LIM in the journal IEEE Transactions on Automatic Control, Vol 39, No. 2, February 1994.

Ce dispositif 34 comporte trois filtres F1, F2, et F3. This device 34 has three filters F1, F2, and F3.

Le premier filtre F1, par exemple un filtre du premier ordre, est destiné à filtrer une valeur de consigne Cs de l'état du stock. The first filter F1, for example a filter of the first order, is intended to filter a set value Cs of the stock status.

La valeur filtrée de la consigne Cs est introduite dans le deuxième filtre F2 qui comporte essentiellement un intégrateur, un amplificateur de gain L et un retard de phase T.  The filtered value of the set point Cs is introduced into the second filter F2 which essentially comprises an integrator, a gain amplifier L and a phase delay T.

Ce deuxième filtre forme un modèle simplifié du comportement du moteur 10 et du catalyseur 20 en termes de modification de la richesse des gaz et de stockage/déstockage des molécules dans le pot 20. Notamment, le retard T correspond au retard estimé entre l'injection du mélange carburé dans le moteur et le passage des molécules correspondantes dans le pot 20.This second filter forms a simplified model of the behavior of the engine 10 and the catalyst 20 in terms of modification of the richness of the gases and storage / destocking of the molecules in the pot 20. In particular, the delay T corresponds to the estimated delay between the injection of the fuel mixture in the engine and the passage of the corresponding molecules in the pot 20.

La valeur issue du deuxième filtre F2 est soustraite de la valeur calculée x de l'état du stock selon le procédé vu plus haut. Le résultat de cette comparaison est filtré par un troisième filtre F3 pour fournir une estimation d'une perturbation instantanée 6(t) à corriger. The value resulting from the second filter F2 is subtracted from the calculated value x of the state of the stock according to the method seen above. The result of this comparison is filtered by a third filter F3 to provide an estimate of an instantaneous perturbation 6 (t) to be corrected.

La correction a(t) à fournir au dispositif d'injection 14 est alors égale à la valeur filtrée par le filtre F1 de la consigne
Cs, à laquelle est retranchée l'estimation de la perturbation
The correction a (t) to be supplied to the injection device 14 is then equal to the value filtered by the filter F1 of the instruction
Cs, from which the estimate of the disturbance is subtracted

Claims (10)

REVENDICATIONS 1. Procédé de surveillance du fonctionnement d un pot catalytique de véhicule automobile, du type dans lequel le véhicule comporte un moteur à combustion interne (10) équipé d'un pot catalytique (20) de traitement des gaz d'échappement en aval du moteur (10), du type dans lequel deux sondes (26, 28) sont agencées dans des conduites en amont (22) et en aval (24) du pot catalytique (20) pour fournir chacune une information permettant de déterminer la concentration (u, v) d'une substance chimique contenue dans les gaz d'échappement, respectivement en amont et en aval du pot (20), du type dans lequel, pour certains modes de fonctionnement du moteur, la substance chimique est susceptible d'être stockée dans le pot catalytique (20), tandis que pour d'autres modes de fonctionnement, la substance chimique précédemment stockée est consommée au cours de réactions chimiques de catalyse, caractérisé en ce que, à partir des informations (u, v) fournies par les sondes (26, 28), on détermine à chaque instant (t) la quantité maximale de substance chimique qui est susceptible d'être stockée dans le pot catalytique, ou taille du stock (y), et la quantité de substance chimique qui est effectivement stockée dans le pot, ou état du stock (x). 1. A method for monitoring the operation of a catalytic converter of a motor vehicle, of the type in which the vehicle comprises an internal combustion engine (10) equipped with a catalytic converter (20) for treating the exhaust gas downstream of the engine (10), of the type in which two probes (26, 28) are arranged in pipes upstream (22) and downstream (24) of the catalytic converter (20) to each provide information for determining the concentration (u, (v) a chemical substance contained in the exhaust gas, respectively upstream and downstream of the pot (20), of the type in which, for certain operating modes of the engine, the chemical substance is likely to be stored in the catalytic converter (20), whereas for other modes of operation the previously stored chemical substance is consumed in catalytic chemical reactions, characterized in that from the information (u, v) provided by the probes (26, 28), the maximum amount of chemical substance that is likely to be stored in the catalytic converter, or the size of the stock (y), and the quantity of chemical substance that is actually stored in the pot, or state, are determined at each instant (t) the stock (x). 2. Procédé de surveillance selon la revendication 1, caractérisé en ce que la taille (y) et l'état (x) du stock de substance chimique sont déterminés en utilisant une modélisation mathématique des réactions chimiques intervenant dans le pot catalytique (20), et en ce que la modélisation prend en compte notamment la cinétique (cl, c2) des réactions en cause, qui dépendent des concentrations (Ox, 2. The monitoring method as claimed in claim 1, characterized in that the size (y) and the state (x) of the chemical substance stock are determined by using a mathematical modeling of the chemical reactions occurring in the catalytic converter (20). and in that the modeling takes into account in particular the kinetics (cl, c2) of the reactions in question, which depend on the concentrations (Ox, Red) des espèces chimiques qu'elles mettent en jeu, et du flux de gaz à travers le pot catalytique. Red) chemical species they bring into play, and the flow of gas through the catalytic converter. 3. Procédé de surveillance selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'estimation de la concentration (z) de la substance chimique dans les gaz d'échappement en aval du pot catalytique (20) et l'état (x) du stock en fonction notamment d'une première valeur de la taille (y) du stock, en ce que la valeur estimée (z) de la concentration de la substance chimique dans les gaz d'échappement en aval du pot (20) est comparée avec la valeur (v) effectivement mesurée par la sonde aval (28), et en ce que la valeur de la première estimation de la taille (y) du stock est corrigée pour annuler la différence entre les valeurs, estimée (z) et mesurée (v), de la concentration de la substance chimique dans les gaz d'échappement en aval du pot catalytique (20). 3. Monitoring method according to claim 2, characterized in that it comprises a step of estimating the concentration (z) of the chemical in the exhaust gas downstream of the catalytic converter (20) and the state (x) the inventory in particular according to a first value of the size (y) of the stock, in that the estimated value (z) of the concentration of the chemical in the exhaust gas downstream of the pot (20) ) is compared with the value (v) effectively measured by the downstream probe (28), and in that the value of the first estimate of the size (y) of the stock is corrected to cancel the difference between the values, estimated (z) ) and measured (v), the concentration of the chemical in the exhaust gas downstream of the catalytic converter (20). 4. Procédé de surveillance selon la revendication 3, caractérisé en ce que la substance chimique stockée dans le pot catalytique (20) est l'oxygène et en ce que le procédé comporte les étapes consistant à  4. The monitoring method as claimed in claim 3, characterized in that the chemical substance stored in the catalytic converter (20) is oxygen and in that the process comprises the steps of - mesurer la vitesse de rotation (N) du moteur (10) et la pression (P) d'admission du mélange carburé dans le moteur ( 1 0) ;  measuring the rotational speed (N) of the engine (10) and the pressure (P) for admitting the fuel mixture into the engine (1 0); - calculer la vitesse d'écoulement (V) des gaz d'échappement dans le pot catalytique (20) en fonction notamment d'une modélisation de l'écoulement des gaz dans le circuit d'échappement, de la vitesse de rotation du moteur (10) et de la pression (P) d'admission  calculate the flow velocity (V) of the exhaust gases in the catalytic converter (20) as a function, in particular, of a modeling of the flow of gases in the exhaust circuit, of the engine rotation speed ( 10) and the pressure (P) of admission - mesurer avec les sondes (26, 28), la concentration d'oxygène dans les gaz d'échappement en amont (22) et en aval du pot catalytique (20), et en déduire des valeurs (u, v) normalisées de manière à être négatives ou positives suivant que les gaz analysés révèlent que le mélange carburé qui a été brûlé présentait un excès ou un déficit d'air par rapport au rapport stoechiométrique de la combustion  measuring with the probes (26, 28), the concentration of oxygen in the exhaust gases upstream (22) and downstream of the catalytic converter (20), and deduce therefrom values (u, v) normalized in a manner to be negative or positive depending on whether the gases analyzed reveal that the fuel mixture which has been burned has an excess or deficit of air relative to the stoichiometric ratio of the combustion - en déduire la concentration (Ox, Red), dans les gaz d'échappement en aval du pot (20), des oxydants et des réducteurs des réactions chimiques de stockage et de stockage de l'oxygène selon les formules - deduce the concentration (Ox, Red), in the exhaust gas downstream of the pot (20), the oxidants and reductants of the chemical reactions of storage and storage of oxygen according to the formulas si v > 0 Ox = v / K et Red = 0 if v> 0 Ox = v / K and Red = 0 si v < 0 : Ox = 0 et Red = - v / K' if v <0: Ox = 0 and Red = - v / K ' où K et K' sont des paramètres caractéristiques de la sonde aval (28); where K and K 'are characteristic parameters of the downstream probe (28); - exprimer les cinétiques chimiques (c1) et (c2) des réactions de stockage et de stockage de l'oxygène dans le pot catalytique (20) en fonction des concentrations (Ox. Red) mesurées des oxydants et des réducteurs en aval (24) du pot (20) et en fonction de la taille (y) et de l'état (x) du stock d'oxygène suivant les formules suivantes  expressing the chemical kinetics (c1) and (c2) of oxygen storage and storage reactions in the catalytic converter (20) as a function of the concentrations (Ox Red) measured of oxidants and downstream reductants (24) of the pot (20) and depending on the size (y) and the state (x) of the oxygen store according to the following formulas c, = k1 (Ox)a' (0.5 y - x)bl = C1 (x, y, v) c, = k1 (Ox) a '(0.5 y - x) bl = C1 (x, y, v) a2 a2 et c2 = k2 (Red)a2 (0.5 y + x)b2 = C2 ( y, v)  and c2 = k2 (Red) a2 (0.5 y + x) b2 = C2 (y, v) où k1, a1, b1 et k2, a2, b2 sont des paramètres caractéristiques des deux réactions  where k1, a1, b1 and k2, a2, b2 are characteristic parameters of the two reactions - écrire la loi de variation dans le temps de la concentration estimée (z) de l'oxygène dans les gaz d'échappement en aval du pot  - write the law of variation over time of the estimated concentration (z) of the oxygen in the exhaust gases downstream of the pot dz/dt = - V/L [z(t) - u(t)] + (K/2e) [C1 (x, y, v) - C2 (x, y v)] dz / dt = - V / L [z (t) - u (t)] + (K / 2e) [C1 (x, y, v) - C2 (x, y v)] où L est la longueur du monolithe site des réactions where L is the length of the site reactions monolith et e est la fraction de vide de ce monolithe  and e is the void fraction of this monolith - écrire la loi de variation de l'état du stock - write the law of variation of the state of the stock dx/dt = C1 (x, y, v) - C2 (x, y, v) dx / dt = C1 (x, y, v) - C2 (x, y, v) - définir la loi de variation dans le temps de l'ajustement de la taille (y) du stock en fonction de l'erreur entre les concentrations, calculée (z) et mesurée (v), d'oxygène en aval (24) du pot (20) define the law of variation over time of the adjustment of the size (y) of the stock as a function of the error between the concentrations, calculated (z) and measured (v), of oxygen downstream (24) of the pot (20) dy/dt = - G f(t) [v(t) - z(t)]  dy / dt = - G f (t) [v (t) - z (t)] où f(t) est une fonction du signe de (v) et G un paramètre qui permet de déterminer la vitesse de convergence de la méthode ; et where f (t) is a function of the sign of (v) and G is a parameter which makes it possible to determine the convergence speed of the method; and - résoudre le système des équations différentielles ainsi obtenues pour obtenir les valeurs calculées de x, y et z, en appliquant une méthode récursive pour annuler la différence entre les valeurs calculée (z) et mesurée (v) de la concentration d'oxygène en aval du pot (20). solving the system of the differential equations thus obtained to obtain the calculated values of x, y and z, by applying a recursive method to cancel the difference between the computed (z) and measured (v) values of the oxygen concentration downstream of the pot (20). 5. Procédé de surveillance selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 3, caractérisé en ce que la substance chimique stockée dans le pot catalytique est un oxyde d'azote. 5. Monitoring method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the chemical substance stored in the catalytic converter is a nitrogen oxide. 6. Procédé de détection du vieillissement d'un pot catalytique de véhicule automobile, du type dans lequel le pot catalytique (20) est susceptible de stocker une substance chimique présente dans les gaz d'échappement du moteur (10), caractérisé en ce qu'il comporte l'étape de comparer a une valeur de consigne la quantité maximale (y) de substance chimique susceptible d'être stockée par le pot catalytique (20) qui est déterminée selon un procédé de surveillance conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5. 6. A method for detecting the aging of a catalytic converter of a motor vehicle, of the type in which the catalytic converter (20) is capable of storing a chemical substance present in the exhaust gas of the engine (10), characterized in that it comprises the step of comparing to a set value the maximum quantity (y) of chemical substance that can be stored by the catalytic converter (20) which is determined according to a monitoring method according to any one of the claims 1 to 5. 7. Procédé de commande du rapport air-carburant d'un mélange carburé pour un moteur à combustion interne (10) de véhicule automobile équipé d'un pot catalytique (20) de traitement des gaz d'échappement en aval du moteur (10), du type dans lequel deux sondes (26, 28) sont agencées en amont et en aval du pot (20) pour fournir chacune une information permettant de déterminer la quantité d'une substance chimique contenue dans les gaz d'échappement, respectivement en amont et en aval du pot (20), du type dans lequel, pour certaines valeurs du rapport air/carburant, la substance chimique est susceptible d'être stockée dans le pot catalytique (20), tandis que pour d'autres valeurs, la substance chimique stockée est consommée au cours de réactions chimiques de catalyse, et du type dans lequel le rapport air/carburant est modifié en fonction des informations fournies par les sondes (26, 28) dans le but de réduire les émissions polluantes du moteur (10), caractérisé en ce que le rapport air/carburant du mélange carburé est commandé notamment en fonction de la quantité de substance chimique effectivement stockée dans le pot catalytique qui est déterminée selon un procédé de surveillance conforme à l'une quelconque des revendications précédentes. 7. A method for controlling the air-fuel ratio of a fuel mixture for an internal combustion engine (10) of a motor vehicle equipped with a catalytic converter (20) for treating exhaust gases downstream of the engine (10) , of the type in which two probes (26, 28) are arranged upstream and downstream of the pot (20) to each provide information to determine the amount of a chemical contained in the exhaust gas, respectively upstream and downstream of the pot (20), of the type in which, for certain values of the air / fuel ratio, the chemical substance is likely to be stored in the catalytic converter (20), whereas for other values, the substance stored chemical is consumed in the course of catalytic chemical reactions, and of the type in which the air / fuel ratio is changed according to the information provided by the probes (26, 28) for the purpose of reducing the pollutant emissions of the engine (10) , characterized in that that the air / fuel ratio of the fuel mixture is controlled in particular according to the amount of chemical substance actually stored in the catalytic converter which is determined according to a monitoring method according to any one of the preceding claims. 8. Procédé de commande du rapport air/carburant selon la revendication 7 prise en combinaison avec la revendication 4, caractérisé en ce que le moteur (10) est commandé pour réguler la quantité de molécules d'oxygène effectivement stockée (x) autour d'une valeur proche de la moitié de la taille du stock (y). 8. A method of controlling the air / fuel ratio according to claim 7 taken in combination with claim 4, characterized in that the motor (10) is controlled to regulate the amount of oxygen molecules actually stored (x) around a value close to half the size of the stock (y). 9. Procédé de commande du rapport air/carburant selon la revendication 7 prise en combinaison avec la revendication 5, caractérisé en ce que lorsque la quantité de molécules d'oxydes d'azote (Nox) effectivement stockée (x) atteint une valeur proche de la taille du stock (y), le moteur (10) est commandé pour fonctionner avec un excès de carburant jusqu'à ce que la quantité de molécules d'oxydes d'azote effectivement stockée (x) soit presque nulle. 9. A method of controlling the air / fuel ratio according to claim 7 taken in combination with claim 5, characterized in that when the amount of nitrogen oxide molecules (NOx) actually stored (x) reaches a value close to the size of the stock (y), the engine (10) is controlled to operate with excess fuel until the amount of nitrogen oxide molecules actually stored (x) is almost zero. 10. Procédé de commande du rapport air/carburant selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le procédé de commande comporte les étapes consistant à  Air / fuel ratio control method according to one of claims 7 or 8, characterized in that the control method comprises the steps of - filtrer une valeur de consigne (Cs) de l'état du stock (x) à l'aide d'un premier filtre (F1)  - filter a set value (Cs) of the stock status (x) using a first filter (F1) - filtrer la variable issue du premier filtre (Fi) à l'aide d'un deuxième filtre (F2) qui permet une modélisation approximative du comportement du moteur et du pot catalytique en terme de stockage et de stockage d'oxygène, le deuxième filtre (F2) comportant essentiellement un intégrateur, un amplificateur de gain (L), et un retard (I) modélisant le retard entre l'injection d'essence et le passage des molécules correspondantes dans le pot catalytique (20)  filtering the variable resulting from the first filter (Fi) using a second filter (F2) which allows an approximate modeling of the behavior of the engine and the catalytic converter in terms of storage and storage of oxygen, the second filter (F2) essentially comprising an integrator, a gain amplifier (L), and a delay (I) modeling the delay between the fuel injection and the passage of the corresponding molecules in the catalytic converter (20) - comparer par soustraction la variable issue du deuxième filtre (F2) avec la valeur (x) estimée de l'état du stock  - compare by subtraction the variable resulting from the second filter (F2) with the estimated value (x) of the state of the stock - filtrer le résultat de cette soustraction à l'aide d'un troisième filtre (F3); - Filter the result of this subtraction with a third filter (F3); - comparer par soustraction les variables issues du premier (F1) et du troisième (F3) filtre pour obtenir une valeur de la correction (a(t)) à apporter à la commande du dispositif d'injection (14).  - Comparing by subtraction the variables from the first (F1) and the third (F3) filter to obtain a value of the correction (a (t)) to bring to the control of the injection device (14).
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