FR2800873A1

FR2800873A1 - Dynamic correction of gas concentration, as measured in e.g. exhaust mixture, involves using sensor also reacting to e.g. temperature and pressure

Info

Publication number: FR2800873A1
Application number: FR9913817A
Authority: FR
Inventors: Frederic Arraitz; Bernard Dionnet; Cherif Ahmed Ketfi
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 1999-11-04
Filing date: 1999-11-04
Publication date: 2001-05-11
Anticipated expiration: 2019-11-04
Also published as: FR2800873B1

Abstract

To the determined value of a parameter influencing measurement, e.g. pressure (P) and/or temperature (T), dynamic correction is applied. The corrected value (Pc,Tc) is used to calculate a corrected concentration of the gas. An Independent claim is included for corresponding equipment required to carry out the method described.

Description

La présente invention est relativeà un procédé de correction d'une mesure de la concentration en un gaz prédéterminé d'un mélange gaz et, plus particulièrement,à un tel procédé opérant une mesure tirée d'un signal délivré par un capteur sensible, outreà ladite concentration,à au moins un paramètre tel que la pression dudit mélange gaz et la température du capteur, ce procédé consistantà évaluer en continu la valeur dudit paramètre età corriger ladite mesure de concentration en fonction de la valeur de ce paramètre. La présente invention est aussi relativeà un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. The present invention relates to a method of correcting a measurement of the concentration of a predetermined gas of a gas mixture and, more particularly, to such a process. a measurement taken from a signal delivered by a sensitive sensor, besides at said concentration, at at least one parameter such as the pressure of said gas mixture and the temperature of the sensor, this method consisting in continuously evaluating the value of said parameter and in correcting said concentration measurement as a function of the value of this parameter. The present invention is also relative to a device for carrying out this method.

On connait du document EP 488 791 un procédé du type décrit ci-dessus, appliquéà la compensation en température et/ou en pression d'un signal délivré par un capteur sensibleà la concentration en oxygène des gaz d'échappement d'un moteurà combustion interne, la mesure de cette concentration permettant de déterminer le rapport air/carburant du mélange qui alimente un tel moteur, ce rapport intervenant dans la gestion du fonctionnement du moteur, couramment assurée par un calculateur électronique. Document EP 488 791 is known from a process of the type described above, applied to the temperature and / or pressure compensation of a signal delivered by a sensitive sensor. to the oxygen concentration of the exhaust gas from an engine to internal combustion, the measurement of this concentration to determine the air / fuel ratio of the mixture that feeds a such engine, this report involved in the management of the operation of the engine, commonly provided by an electronic computer.

Le capteur utiliséà cet effet est du type dit typroportionnel" ou "linéaire" délivrant un signal électrique proportionnelà la concentration en oxygèneà mesurer. Un tel capteur est bien connu et constitué par une double cellule électrochimique dont l'une est alimentée par un courant pompage d'oxygène constituant le signal de mesure. Celui-ci étant sensible, non seulementà la concentration en oxygène des gaz d'échappement du moteur, mais aussià la pression de ces gaz au niveau du capteurà la température du capteur lui-même, des moyens sont prévus pour corriger le signal délivré par le capteur, en fonction des valeurs de cette pression et de cette température, obtenues mesures ou estimations. The sensor used to this effect is of the type called "linear" proportional or "linear" delivering a proportional electrical signal to the oxygen concentration Such a sensor is well known and consists of a double electrochemical cell, one of which is supplied with an oxygen pumping current constituting the measurement signal, which is sensitive, not only at the oxygen concentration of the engine exhaust gas, but also at the pressure of these gases at the sensor at the sensor temperature itself even, means are provided for correcting the signal delivered by the sensor, as a function of the values of this pressure and of this temperature, obtained measurements or estimates.

Les corrections ainsi opérées présentent cependant un caractère statique seulement et ne prennent donc pas en compte les tendances des variations de pression et de température observées, ce qui rend corrections peu efficaces en particulier lorsque des variations ou fluctuations transitoires affectent cette pression et cette température. The corrections thus made, however, are only static in nature and therefore do not take into account the tendencies of the pressure and temperature variations observed, which renders ineffective corrections, particularly when transient variations or fluctuations affect this pressure and this temperature.

présente invention a précisément pour but de fournir un procédé de correction de la mesure de la concentration d'un gaz prédéterminé entrant dans la composition d'un mélange de gaz,. tel que cette concentration est mesurée par un capteur sensible, outre à cette concentration,à la pression du mélange et, éventuellement,à la température du capteur -même, ce procédé étant conçu pour être efficace toute situation, et, notamment, quand des fluctuations transitoires affectent la valeur de cette pression et de cette température. The present invention is specifically intended to provide a method for correcting the measurement of the concentration of a predetermined gas used in the composition of a gas mixture. as this concentration is measured by a sensitive sensor, besides at this concentration, at the pressure of the mixture and, possibly, at the temperature of the sensor itself, this process being designed to be effective in any situation, and especially when transient fluctuations affect the value of this pressure and temperature.

On atteint ce but de l'invention, ainsi d'autres qui apparaîtrontà la lecture de la description qui va suivre, avec un procédé de correction d'une mesure de la concentration en un gaz prédéterminé d'un mélange de gaz, cette mesure étant tirée d'un signal délivre par un capteur sensible, outreà ladite concentration,à au moins un paramètre choisi parmi la pression du mélange de gaz et la température du capteur, procédé suivant lequel on évalue en continu la valeur du paramètre et on corrige la mesure de concentration en fonction de valeur de ce paramètre, ce procédé étant remarquable en ce qu'on applique une correction dynamiqueà la valeur évaluée du paramètre et on introduit la valeur du paramètre ainsi corrigée dynamiquement dans le calcul la valeur corrigée de la concentration en gaz. Suivant d'autres caractéristiques de la présente invention, lorsque ce procédé est appliqué1 la correction de la mesure délivrée par un capteur sensible à la foisà la pression du mélange de gaz età la température du capteur, on introduit dans le calcul de la valeur corrigée de la mesure de concentration des valeurs corrigées dynamiquement des valeurs évaluées la pression et de la température. Ces corrections dynamiques sont obtenues par un filtrage du deuxième ordre des valeurs évaluées. This object of the invention is achieved, as well as others which will become apparent on reading the description which follows, with a method of correcting a measurement of the concentration of a predetermined gas. a gas mixture, this measurement being taken from a signal delivered by a sensitive sensor, besides to said concentration, to at least one parameter chosen from the pressure of the mixture of gas and the temperature of the sensor, wherein the value of the parameter is continuously evaluated and the concentration measurement is corrected as a function of the value of this parameter, this method being remarkable in that a dynamic correction is applied to the evaluated value of the parameter and the value of the dynamically corrected parameter is introduced into the calculation the corrected value of the gas concentration. According to other features of the present invention, when this method is applied 1 the correction of the measurement delivered by a sensitive sensor to both to > the pressure of the gas mixture and at the temperature of the sensor, is introduced in the calculation of the corrected value of the concentration measurement of dynamically corrected values of the values evaluated pressure and temperature. These dynamic corrections are obtained by a filtering of the second order of the evaluated values.

Pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, celle-ci fournit un dispositif comprenant des moyens d'évaluation d'au moins un paramètre du groupe formé la pression du mélange de gaz et la température du capteur et des moyens de correction statique du signal délivré par le capteur, ce dispositif étant remarquable en ce qu'il comprend des moyens de correction dynamique dudit paramètre et des moyens pour délivrer ledit paramètre corrigé dynamiquement auxdits moyens de correction statique. For the implementation of the method according to the invention, it provides a device comprising means for evaluating at least one parameter of the group formed the pressure of the gas mixture and the temperature of the sensor and the static correction means the signal delivered by the sensor, this device being remarkable in that it comprises dynamic correction means of said parameter and means for delivering said dynamically corrected parameter to said static correction means.

Comme on le verra plus loin en détail, le procédé suivant l'invention ajoute ainsi des corrections dynamiques aux corrections statiques connues la technique antérieure, l'ensemble de ces corrections permettant de débarrasser efficacement le signal délivré par le capteur des influences de la pression et de la température, aussi bien en régime permanent qu'en régime transitoire du courant de gazà analyser. As will be seen below in detail, the method according to the invention thus adds dynamic corrections to the static corrections known in the prior art, all of these corrections making it possible to effectively remove the signal delivered by the sensor from the influences of pressure and temperature, both steady state and transient of the gas stream to analyze.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtrontà la lecture de la description qui va suivre età l'examen du dessin annexé dans lequel: - la figure1 est un schéma fonctionnel d'un dispositif assurant la mise en oeuvre du procédé suivant la présente invention, et - les figures 2 et3 sont des graphes illustrant le fonctionnement du dispositif de la figure1. Other characteristics and advantages of the present invention will become apparent from the following description and from the examination of the attached drawing in which: ## EQU1 ## B> - Figure 1 is a block diagram of a device implementing the method according to the present invention, and - the Figures 2 and 3 are graphs illustrating the operation of the device in Figure 1.

On se refère à la figure1 du dessin annexé où l'on a schématisé par un bloc un capteur1 de la concentration d'un gaz prédéterminé contenu dans un mélange de ce capteur pouvant,à titre illustratif et non limitatif seulement, être du type de celui décrit en préambule de la présente description, conçu pour délivrer un signal proportionnelà la concentration en oxygène gaz d'échappement d'un moteurà combustion interne. on sait qu'un tel capteurà double cellule électrochimique est couramment conditionné en température par des moyens de chauffage associés (non représentés). La température du capteur peut néanmoins fluctuer du fait par exemple de variations débit ou de la température gaz d'échappement qui passent sur le capteur. Le signal de sortie V du capteur en est affecté, ce signal prenant la forme d'une tension relevée aux bornes d'une résistance alimentée un courant électrique ip de pompage d'oxygène dans une cellule du capteur1, ce courant étant proportionnelà la concentration en oxygèneà mesurer. Toutes ces dispositions sont bien connues de l'homme de métier et exigent pas une description plus complete. Referring to Figure 1 of the attached drawing where we have schematized by a block a sensor 1 of the concentration of a gas predetermined in a mixture of this sensor may, to illustrative title and not limiting only, be of the type described in the preamble of the present description, designed to deliver a proportional signal to Oxygen exhaust gas concentration of an engine to internal combustion. it is known that such a sensor to double electrochemical cell is commonly temperature-conditioned by associated heating means (not shown). The temperature of the sensor can nevertheless fluctuate due to, for example, variations in flow rate or in the temperature of the exhaust gas passing over the sensor. The output signal V of the sensor is affected, this signal taking the form of a voltage measured across a resistor fed an electric current ip of oxygen pumping in a sensor cell 1, this current being proportional to the oxygen concentration to measure. All of these arrangements are well known to those skilled in the art and do not require a more complete description.

Le dispositif suivant l'invention comprend donc, de manière connue, des moyens2,3 conçus pour évaluer la température du capteur1 et la pression du mélange de gaz dans lequel ce capteur est plongé, du fait du montage de ce capteurà l'intérieur d'une ligne d'échappement des gaz sortant d'un moteurà combustion interne, par exemple. The device according to the invention therefore comprises, in known manner, means 2,3 designed to evaluate the temperature of the sensor 1 and the pressure of the gas mixture in which this sensor is immersed, because of the mounting of this sensor to inside a gas exhaust line leaving an engine to internal combustion, for example.

Ces moyens d'évaluation2,3 peuvent être constitués chacun par un capteur de mesure du paramètre concerné ou par un estimateur logiciel de ce paramètre. C'est ainsi que la température du capteur peut être déduite une estimation ou d'une mesure de celle des gaz d'échappement, à 'aide d'un tel estimateur logiciel. These evaluation means 2,3 may each consist of a measurement sensor of the parameter concerned or a software estimator of this parameter. Thus the temperature of the sensor can be deduced an estimate or a measurement of that of the exhaust, to 'using such a software estimator.

Suivant la technique antérieureà la présente invention, les valeurs de température et de pression ainsi évaluées sont directement délivréesà des moyens de correction statique 4 également alimentés par le signal V de sortie du capteur1. Ces moyens de correction peuvent être des moyens logiciels classiquement programmés pour délivrer un signal corrigéV, débarrassé de variations parasites induites par la sensibilité du capteurà la pression P età la température T. Comme on l'aplus haut, ces moyens de correction statique sont inadaptés pour débarrasser le signal V de variations induites par variations transitoires de la pression ou la température prises en compte. According to the prior art to the present invention, the temperature and pressure values thus evaluated are directly delivered to static correction means 4 also powered by the output signal V of the sensor 1. These correction means may be software means conventionally programmed to deliver a corrected signal V, free of parasitic variations induced by the sensitivity of the sensor to the pressure P and to the temperature T. As it has been higher high, these static correction means are unsuitable for ridding the signal V of induced variations by transient variations of pressure or temperature taken into account.

Suivant la présente invention, on surmonte cette difficulté en installant dans le dispositif des moyens de correction dynamique5,6 des signaux délivrés les moyens d'évaluation2,3 respectivement, ces moyens5,6 délivrant aux moyens de correction statique 4 des signaux corrigés Tc,Pc de pression et de température, respectivement. According to the present invention, this difficulty is overcome by installing in the device dynamic correction means 5,6 of the signals delivered by the evaluation means 2,3 respectively, these means 5.6 delivering to the static correction means 4 corrected signals Tc, Pc pressure and temperature, respectively.

Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les capteurs ou estimateurs2,3 délivrent des signaux échantillonnés et les moyens de correction5,6 sont constitués par des filtres logiciels assurant un filtrage numérique du deuxième ordre des signaux reçus, ce filtrage étant défini par le système d'équations suivant:

- A,B,C,D et Kd sont des constantes fonctions des caractéristiques du capteur1, et du signal corrigé - At est la période d'échantillonnage, - Xct représente la valeur corrigée Tct Pct par les filtres5 et6, respectivement, de la pression ou de la température, échantillonnéeà l'instant t. According to a preferred embodiment of the invention, the sensors or estimators 2.3 deliver sampled signals and the correction means 5.6 consist of software filters. providing a digital filtering of the second order of the received signals, this filtering being defined by the following system of equations :

- A, B, C, D and Kd are constant functions of the characteristics of the sensor 1, and the corrected signal - At is the period sampling, - Xct represents the corrected value Tct Pct by the 5 and 6, filters, respectively, of the pressure or temperature, sampled to the instant t.

Il apparaît que Xft et Dt sont valeurs intermédiaires, intervenant dans le processus calcul des valeurs corrigées recherchées, et que valeurs intermédiaires combinent les échantillons successifs de Xf de Xc. Le filtrage du deuxième ordre ainsi appliqué aux valeurs brutes des paramètres P et T, estimées ou mesurées, permet de prendre en compte efficacement les variations transitoires de ces paramètres. It appears that Xft and Dt are intermediate values, involved in the process of calculating the corrected values sought, and that intermediate values combine the successive Xf samples of Xc. The filtering of the second order thus applied to the raw values of the parameters P and T, estimated or measured, makes it possible to take into account efficiently the transient variations of these parameters.

Le graphe de la figure 2 illustre cette efficacité. On représenté sur cette figure l'évolution de la pression P estimée ou mesurée, lors d'un brusque saut de pression, de1010 mb à 1250 mb par exemple. on a représenté en trait fin le signal brut P et en trait plus épais le signal Pc corrigé par le filtre6, ce dernier étant largement débarrassé des oscillations transitoires qui affectent le signal P. On observe le même phénomène en traitant de même le signal T de température. The graph of Figure 2 illustrates this efficiency. This figure shows the evolution of the pressure P estimated or measured, during a sudden pressure jump, from 1010 mb to 1250 mb for example. the signal Pc corrected by the filter 6 is represented in fine lines by the thick signal P and in thicker lines, the latter being largely free of the transient oscillations which affect the signal P. The same phenomenon is observed by treating the same temperature signal T.

Les signaux Tc et Pc ainsi corrigés sont fournis aux moyens de correction statique 4, en même temps que le signal V délivré par le capteur1. Les moyens 4 peuvent comprendreà cet effet des moyens logiciels de calcul d'une valeur corrigée Vc de ce dernier signalà partir de l'expression suivante:

où (x,y,Po et To sont des paramètres dépendant du capteur. Le graphe de la figure3 illustre l'influence des corrections décrites ci-dessus sur le signal de sortie Vc (en trait épais) dans le cas où le saut de pression illustré par le graphe de la figure 2 intervient alors que la température du capteur1 et la concentration gaz mesuree restent sans changement. Il apparaît que signalà la fois corrigé statiquement et dynamiquement par le procédé de correction suivant la présente invention, reste évidemment sensiblement constant et que ses faibles fluctuations transitoires résultent seulement de celles qui affectent les concentrations des gaz vues par le capteur et non de celles qui affectent le signal de pression P. The signals Tc and Pc thus corrected are supplied to the static correction means 4, at the same time as the signal V delivered by the sensor 1. The means 4 may comprise to . effect of the software means for calculating a corrected value Vc of this last signal to from the following expression :

where (x, y, Po and To are sensor-dependent parameters) The graph of figure 3 illustrates the influence of the corrections described above on the output signal Vc (in thick lines) in the case where the pressure jump illustrated by the graph of Figure 2 occurs while the temperature of the sensor 1 and the measured gas concentration remain unchanged, it appears that signal to both statically and dynamically corrected by the correction method according to the present invention, obviously remains substantially constant and its small transient fluctuations only result from those which affect the concentrations of gases seen by the sensor and not those that affect the signal pressure P.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donne qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que, outre applicationà la mesure de la concentration de l'un quelconque des gaz entrant dans la composition des gaz d'échappement d'un moteurà combustion interne, tels l'oxygène, les oxydes d'azote, les hydrocarbures imbrûlés, etc-, l'invention est applicableà la mesure de la concentration de tout gaz d'un mélange de gaz quand cette mesure peut être affectée par des fluctuations pression et/ou de température. C'est ainsi encore que les filtres dynamiques5 et6, décrits ci-dessus comme développant des fonctions de filtrage du deuxième ordre pourraient en fait être différents si leur adaptation au signal traité l'exige.Of course, the invention is not limited to the embodiment described and shown which has been given by way of example. Thus, besides application to the measurement of the concentration of any of the gases used in the composition of the exhaust gases of a combustion engine to such as oxygen, nitrogen oxides, unburned hydrocarbons, etc., the invention is applicable to the measurement of the concentration of any gas of a gas mixture when this measure may be affected by pressure and / or temperature fluctuations. Thus again the dynamic filters 5 and 6, described above as developing second-order filtering functions could actually be different if their adaptation to the signal treaty requires it.

Claims

CLAIMS 1. A method for correcting a measurement of the concentration of a predetermined gas of a gas mixture, said measurement being taken from a signal delivered by a sensor (1) sensitive, besides to said concentration, to at least one parameter chosen from the pressure (P) of said gas mixture and the temperature (T) of said sensor, process according to which the value of said parameter (P, T) is continuously evaluated and said concentration measurement is corrected as a function of the value of this parameter, characterized in that a dynamic correction ' is applied evaluated value of said parameter T) and said value (Pc, Tc) of the dynamically corrected parameter is introduced into the calculation of said value corrected for said gas concentration. 2. Process compliant to claim 1, applied to the correction of the measurement (V) delivered by a sensor (1) sensitive to both at the pressure (P) of said gas mixture and to sensor temperature (1) Characterized in that the corrected values (Vc) of this measurement are dynamically corrected values of the evaluated values of said pressure (P) and said temperature (T). 3. Method according to to any one of claims 1 and 2, characterized in that these dynamic corrections are obtained by a filtering of the second order. 4. The method according to Claim 3, characterized in that said filtering is a digital filter represented by the system of equations :

Xct is the corrected value of the pressure (P) gas mixture, or the temperature (T) of the sensor (1) sampled at the instant t, Xft and Dt intermediate sampled values, A, C, D and Kd constants, function characteristics of the (1) sensor and the corrected signal. 5 The method according to to any one of claims 2 to 5, applied to a sensor < 1) Oxygen concentration of the exhaust dl engine to internal combustion, delivering a proportional electrical signal (V) to said concentration, characterized in that one draws a corrected value (Vc) this signal from the relation :

where a, Po and To are sensor-dependent parameters 6. Device for implementing the method compliant to any of claims 1 to comprising means (2,3) devaluation of at least one parameter of the group formed by the pressure (P) of said gas mixture and the temperature (T) said sensor, and means (4) for static correction of the signal delivered by said sensor, characterized in that it comprises dynamic correction means (5,6) of said parameter (P, T) means for delivering said dynamically corrected parameter to said static correction means (4). 7 Device according to to the claim 6, characterized in that said dynamic correction means <5> , 6) consist of at least one filter of the second order. 8. Use of the compliant device to any of claims 6 and 7, to the measurement of the concentration of a predefined gas contained in the exhaust gas of an engine ' internal combustion. 9. Intended use to the claim 8, wherein said predetermined gas is selected from the group consisting of : oxygen, a nitrogen oxide, a hydrocarbon.