FR2844880A1 - Evaluation of the time response of a gas sensor for the detection of nitrogen oxides in internal combustion engine exhaust gas, involves using a change in concentration in the exhaust gas - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne un procédé permettant d'évaluer la réponse temporelleThe invention relates to a method for evaluating the temporal response
d'un capteur de gaz disposé dans le trajet de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne et qui délivre un signal de mesure, procédé lors duquel est utilisé un changement de concentration dans les gaz d'échappement du moteur à combustion interne. Les gaz d'échappement de moteurs à combustion interne contiennent différentes substances polluantes telles que des hydrocarbures, de l'oxyde de carbone et des oxydes d'azote (NOx). La concentration des substances polluantes contenues dans les gaz d'échappement dépend fortement des paramètres de 10 fonctionnement du moteur à combustion interne, notamment du rapport air/carburant du mélange avec lequel fonctionne le moteur à combustion interne. Afin d'améliorer la qualité des gaz d'échappement, on utilise habituellement des dispositifs de retraitement présentant un ou plusieurs catalyseurs qui convertissent les substances polluantes. Le fonctionnement du moteur à combustion interne est ensuite contrôlé 15 par des capteurs appropriés qui analysent les gaz d'échappement et est réglé en ayant recours à ces capteurs. Des capteurs typiques sont par exemple les sondes a gas sensor disposed in the exhaust path of an internal combustion engine and delivering a measurement signal, wherein a change of concentration in the exhaust gas of the internal combustion engine is used . The exhaust gases of internal combustion engines contain different polluting substances such as hydrocarbons, carbon monoxide and nitrogen oxides (NOx). The concentration of the polluting substances contained in the exhaust gases depends strongly on the operating parameters of the internal combustion engine, in particular the air / fuel ratio of the mixture with which the internal combustion engine operates. In order to improve the quality of the exhaust gas, reprocessing devices having one or more catalysts which convert the polluting substances are usually used. The operation of the internal combustion engine is then controlled by appropriate sensors which analyze the exhaust gas and is adjusted using these sensors. Typical sensors are, for example, probes
lambda qui servent à déterminer le rapport air/carburant. lambda used to determine the air / fuel ratio.
Afin de réduire d'avantage la consommation de carburant de moteurs à combustion interne de type Otto, on utilise de plus en plus souvent des moteurs à 20 combustion pauvre. Dans le cas de ces moteurs à combustion interne, il est nécessaire de prendre des mesures particulières afin de respecter les valeurs limites en vigueur relatives aux émissions de NOx. Dans le cas de tels moteurs à combustion interne, on utilise de plus en plus des capteurs de NOx, lesquels détectent la In order to further reduce the fuel consumption of Otto type internal combustion engines, lean combustion engines are increasingly being used. In the case of these internal combustion engines, it is necessary to take special measures to comply with the current limit values for NOx emissions. In the case of such internal combustion engines, more and more NOx sensors are used which detect the
concentration des oxydes d'azote présents dans les gaz d'échappement. concentration of nitrogen oxides present in the exhaust gas.
Afin d'assurer le respect des valeurs limites d'émission de gaz en vigueur sur toute la durée de vie utile d'un moteur à combustion interne, on tend de plus en plus à demander que soit réalisé un autodiagostic (dispositif de diagnostic embarqué) de l'ensemble des gaz d'échappement en aval du système de traitement. Un tel dispositif de diagnostic embarqué doit contrôler la capacité de fonctionnement des éléments 30 ayant une influence sur les gaz d'échappement; la capacité de fonctionnement des In order to ensure compliance with the gas emission limit values in force over the entire service life of an internal combustion engine, there is a growing demand for an autodiagostic (on-board diagnostic device). of all exhaust gases downstream of the treatment system. Such an on-board diagnostic device must control the operating capacity of the elements having an influence on the exhaust gas; the operating capacity of the
capteurs de gaz utilisés doit, elle aussi, faire l'objet d'un contrôle. Ce contrôle consiste notamment à évaluer régulièrement le comportement dynamique des capteurs de mesure utilisés, de manière à pouvoir déterminer un ralentissement de la réponse du capteur de mesure et, en cas de comportement dynamique insuffisante, à pouvoir 35 diagnostiquer un capteur de mesure défectueux. Used gas sensors must also be checked. This control consists in particular in regularly evaluating the dynamic behavior of the measuring sensors used, so as to be able to determine a slowing of the response of the measuring sensor and, in case of insufficient dynamic behavior, to be able to diagnose a defective measuring sensor.
Selon la position du capteur, ceci peut s'avérer parfois problématique. Ainsi, les gaz d'échappement ne présentent-ils pas habituellement de fortes variations de Depending on the position of the sensor, this can sometimes be problematic. For example, do not the exhaust gases usually show large variations in
concentration de substances en aval d'un catalyseur, de sorte qu'il est difficile de détecter une réponse ralentie d'un capteur de mesure situé en aval d'un catalyseur disposé dans le trajet de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. concentration of substances downstream of a catalyst, so that it is difficult to detect a slow response of a measurement sensor located downstream of a catalyst arranged in the exhaust path of a combustion engine internal.
Grâce au document DE 198 28 929 AI, il est connu à ce propos de mettre à profit 5 une phase de régénération d'un catalyseur accumulateur de NOx, pendant laquelle le moteur à combustion interne fonctionne avec un mélange sous-stoechiométrique, pour détecter un taux de variation du signal de mesure d'un capteur de mesure. Si le taux de variation reste au- dessous d'une valeur minimum, on diagnostique un capteur défectueux. Le désavantage de ce procédé réside dans le fait que l'excitation du signal de NOx au moyen d'un changement de concentration de NOx doit être connue au niveau du capteur de mesure ou doit satisfaire à des conditions données. Lorsqu'un moteur à combustion interne est en train de fonctionner, il n'est cependant pas toujours possible de respecter ces conditions de base de sorte que, soit le diagnostic effectué 15 est de moindre qualité, soit la fréquence à laquelle un diagnostic est effectué est With the aid of DE 198 28 929 AI, it is known in this connection to take advantage of a regeneration phase of a NOx storage catalyst, during which the internal combustion engine operates with a sub-stoichiometric mixture, in order to detect a rate of change of the measurement signal of a measurement sensor. If the rate of change remains below a minimum value, a faulty sensor is diagnosed. The disadvantage of this method lies in the fact that the excitation of the NOx signal by means of a change of NOx concentration must be known at the level of the measuring sensor or must satisfy given conditions. When an internal combustion engine is in operation, however, it is not always possible to meet these basic conditions so that either the diagnostic performed is of lower quality or the frequency with which a diagnosis is made. is
fortement réduite.greatly reduced.
Le problème qui est donc à la base de l'invention est d'améliorer un procédé permettant d'évaluer la réponse temporelle de manière à permettre un diagnostic plus précis. Ce problème est résolu selon l'invention par un procédé permettant d'évaluer la réponse temporelle d'un capteur de gaz disposé dans le trajet de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne et qui délivre un signal de mesure, procédé lors duquel est utilisé un changement de concentration dans les gaz d'échappement du moteur à combustion interne, le procédé étant caractérisé en ce 25 que, une vitesse de changement moyenne du changement de concentration est supérieure à une vitesse de changement maximale attendue du signal de mesure, - pendant le changement du signal de mesure provoqué par le changement de concentration, une première valeur et une deuxième valeur du signal de mesure sont 30 saisies respectivement à un premier et à un deuxième instant, et - une constante de temps pour le changement du signal de mesure est déterminée à partir de la première et de la deuxième valeur ainsi que de l'intervalle de The problem which is therefore at the basis of the invention is to improve a method making it possible to evaluate the temporal response so as to allow a more precise diagnosis. This problem is solved according to the invention by a method making it possible to evaluate the temporal response of a gas sensor arranged in the exhaust gas path of an internal combustion engine and which delivers a measurement signal, a method for of which a change of concentration is used in the exhaust gas of the internal combustion engine, the method being characterized in that an average rate of change of the concentration change is greater than a maximum expected change rate of the measurement signal. during the change of the measurement signal caused by the change of concentration, a first value and a second value of the measurement signal are respectively entered at a first and a second time, and a time constant for the change of the measurement signal. measurement signal is determined from the first and the second value as well as from the interval of
temps séparant le premier et le deuxième instant. time separating the first and the second moment.
Le procédé selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des 35 caractéristiques suivantes: - une diminution de la concentration est utilisée en tant que changement et l'intervalle de temps est divisé par la différence des logarithmes de la première et de la deuxième valeur du signal de mesure; - le procédé est utilisé dans le cas d'un moteur à combustion interne dont le 5 trajet de gaz d'échappement comprend un catalyseur accumulateur de NOx disposé en amont du capteur de gaz, et une diminution d'une concentration de NH3 est utilisée en faisant passer le moteur à combustion interne d'un fonctionnement de régénération avec un mélange sous-stoechiométrique à un fonctionnement avec un mélange stoechiométrique; - une diminution de la concentration est utilisée en activant une coupure d'alimentation en poussée; - une troisième valeur du signal de mesure est saisie à un troisième instant, le premier et le deuxième instant ainsi que le deuxième et le troisième instant étant respectivement séparés par un intervalle de temps identique, une augmentation de la 15 concentration est utilisée comme changement, et la constante de temps est calculée selon la formule suivante: T= (y3 - y2) 2y2 - y3 - yl T étant la constante de temps, d l'intervalle de temps, yl la première valeur, y2 20 la deuxième valeur et y3 la troisième valeur, et l'intervalle de temps d étant inférieur à une valeur attendue pour la constante de temps T; - une troisième valeur du signal de mesure est saisie à un troisième instant, le premier et le deuxième instant ainsi que le deuxième et le troisième instant étant respectivement séparés par un intervalle de temps identique, une augmentation de la 25 concentration est utilisée comme changement, et la constante de temps est calculée selon la formule suivante: T - -d ln(Z) T étant la constante de temps, d l'intervalle de temps et Z étant donné par 30 l'équation suivante, dans laquelle yl désigne la première valeur, y2 la deuxième valeur et y3 la troisième valeur: y3 - yl j1(3- yq2 y2-y3 Z=-0,5y-y+ y-) y yl-y2 -a4 yly2 yl-y2' seules étant utilisées pour Z les valeurs qui sont supérieures à O et inférieures à 1; - une augmentation d'une concentration de NH3 est utilisée comme changement en faisant passer le moteur à combustion interne en fonctionnement avec un mélange sous-stoechiométrique; - un enrichissement de pleine charge est déclenché pour faire passer le moteur à combustion interne en fonctionnement avec un mélange sousstoechiométrique; - une augmentation d'une concentration de NOx est utilisée comme 10 changement en faisant passer le moteur à combustion interne d'un fonctionnement avec un mélange stoechiométrique à un fonctionnement avec un mélange surstoech iométriq ue; - on utilise, pour l'évaluation, un changement de la concentration apparaissant de toute façon lors du fonctionnement normal du moteur à combustion interne; - la détermination de la constante de temps et de sa moyenne est répétée plusieurs fois; - la détermination répétée de la constante de temps et de sa moyenne est The method according to the invention may further comprise one or more of the following characteristics: a decrease in the concentration is used as a change and the time interval is divided by the difference of the logarithms of the first and second value of the measurement signal; the method is used in the case of an internal combustion engine whose exhaust gas path comprises an NOx storage catalyst arranged upstream of the gas sensor, and a decrease in a concentration of NH 3 is used in passing the internal combustion engine from regeneration operation with a substoichiometric mixture to operation with a stoichiometric mixture; a decrease in the concentration is used by activating a power supply cut-off; a third value of the measurement signal is entered at a third instant, the first and the second instant as well as the second and third instant being respectively separated by an identical time interval, an increase in the concentration is used as a change, and the time constant is calculated according to the following formula: T = (y3-y2) 2y2-y3-yl T being the time constant, the time interval, y1 the first value, y2 the second value and y3 the third value, and the time interval d being less than an expected value for the time constant T; a third value of the measurement signal is entered at a third instant, the first and the second instant and the second and third instant being respectively separated by an identical time interval, an increase in the concentration is used as a change, and the time constant is calculated according to the following formula: ## EQU1 ## where T is the time constant, the time interval and Z being given by the following equation, wherein y1 denotes the first value, y2 the second value and y3 the third value: y3-yl j1 (3- y2 y2-y3 Z = -0,5y-y + y-) y yl-y2-a4 yly2 yl-y2 'only being used for Z values that are greater than 0 and less than 1; an increase in a concentration of NH 3 is used as a change by running the internal combustion engine into operation with a substoichiometric mixture; - A full charge enrichment is triggered to pass the internal combustion engine in operation with a sub-stoichiometric mixture; an increase in NOx concentration is used as a change by passing the internal combustion engine from stoichiometric mixing to operation with an overbased mixture; for the evaluation, a change in the concentration occurring anyway during the normal operation of the internal combustion engine is used; the determination of the time constant and its mean is repeated several times; - the repeated determination of the time constant and its mean is
réalisée au cours d'un même changement de concentration. achieved during the same concentration change.
Le procédé selon l'invention ne détermine donc plus le taux de montée ou le 20 changement moyen lorsque le capteur est soumis à un changement de concentration de substances prédéterminé avec exactitude mais évalue le signal de capteur de telle sorte que désormais seule la constante de temps est déterminée. L'exigence liée au changement de la concentration de substances est assouplie en ce que, désormais, il suffit simplement que le changement présente une pente ou vitesse de variation 25 minimale donnée. Cette vitesse de variation doit être supérieure à la vitesse de variation maximale attendue du signal de mesure. Le capteur, lui, perçoit ensuite ce The method according to the invention therefore no longer determines the rate of rise or the mean change when the sensor is subjected to an accurately predetermined change of substance concentration but evaluates the sensor signal so that henceforth only the time constant is determined. The requirement for changing the concentration of substances is relaxed in that it now suffices simply that the change has a given minimum slope or rate of change. This rate of change must be greater than the maximum expected variation speed of the measurement signal. The sensor then perceives this
changement de concentration comme une fonction échelon. change of concentration as a step function.
Les valeurs absolues, c'est-à-dire le niveau auquel s'effectue le changement, ne sont pas pertinentes pour déterminer la constante de temps. La détermination de 30 la constante de temps présuppose uniquement qu'au moins deux valeurs du signal de Absolute values, that is, the level at which the change is made, are not relevant for determining the time constant. The determination of the time constant only presupposes that at least two values of the
capteur soient échantillonnées dans un intervalle de temps connu. sensor are sampled in a known time interval.
Pour calculer la constante de temps à partir de ces deux valeurs en tenant compte de l'intervalle de temps séparant lesdites valeurs, on a recours de manière utile à des hypothèses de modèle relatives à la réponse temporelle du capteur. Dans 35 la plupart des cas, il s'agira de prendre, pour ce faire, une caractéristique dite PT1, c'est-à-dire correspondant à un élément de temporisation du premier ordre. Dans ce cas de figure, l'équation ci-après permet de décrire l'allure temporelle du signal S lors de l'excitation provoquée par le changement d'une amplitude A de la grandeur qui doit être mesurée: S(t) =A (1- e) S0 e' (1) Dans cette équation, T désigne la constante de temps du capteur et SO la 5 valeur initiale du signal de capteur lors du changement. Une telle réponse temporelle d'un élément PT1 permet de calculer aisément, selon des rapports simples, la constante de temps T en cas de flanc ascendant ou descendant, c'est-à-dire en cas de diminution ou d'augmentation de la concentration à mesurer, laquelle satisfait à la To compute the time constant from these two values taking into account the time interval separating said values, model assumptions relating to the temporal response of the sensor are usefully employed. In most cases, it will be necessary to take, for this purpose, a characteristic called PT1, that is to say corresponding to a first-order timer element. In this case, the following equation can be used to describe the time course of the S signal during the excitation caused by the change of an amplitude A of the magnitude to be measured: S (t) = A (1e) S0 e '(1) In this equation, T is the sensor's time constant and SO is the initial value of the sensor signal at the time of the change. Such a temporal response of a PT1 element makes it easy to calculate, in simple reports, the time constant T in the event of an upward or downward flank, that is to say in the case of a decrease or increase in the concentration. to be measured, which satisfies the
condition selon l'invention.condition according to the invention.
Dans le cas d'une diminution de la concentration, on obtient, pour une allure de signal selon l'équation (1), la constante de temps T en divisant l'intervalle de temps des valeurs de mesure par la différence des logarithmes des valeurs de mesure. Il est ainsi possible, au moyen d'un calcul simple, de calculer la constante de temps T à partir des valeurs de mesure et de l'intervalle connu. Bien entendu, il est également 15 possible d'utiliser, à la place de la différence des logarithmes, le logarithme du quotient obtenu à partir des deux valeurs de mesure, le logarithme d'un quotient de deux valeurs étant équivalent, de manière connue, à la différence des logarithmes In the case of a decrease in the concentration, the time constant T is obtained for a signal rate according to equation (1) by dividing the time interval of the measurement values by the difference of the logarithms of the values. measurement. It is thus possible, by means of a simple calculation, to calculate the time constant T from the measured values and the known interval. Of course, it is also possible to use, in place of the difference in logarithms, the logarithm of the quotient obtained from the two measurement values, the logarithm of a quotient of two values being equivalent, in a known manner, unlike logarithms
des valeurs.values.
Aussi est-il possible, tout en ménageant notamment les ressources de calcul, 20 de calculer la constante de temps en ayant recours à un diagramme caractéristique It is therefore possible, while at the same time sparing the computing resources, to calculate the time constant by resorting to a characteristic diagram.
approprié dans lequel est enregistrée la constante de temps déterminée pour un couple de valeurs correspondant, à partir d'un intervalle de temps prédéfini servant à obtenir les deux valeurs du signal de mesure. De manière utile, un tel diagramme caractéristique fera la différence entre des changements avec une concentration de 25 substances croissante ou décroissante. in which is recorded the time constant determined for a corresponding pair of values, from a predefined time interval used to obtain the two values of the measurement signal. Usefully, such a characteristic diagram will make the difference between changes with increasing or decreasing concentration of substances.
De manière inattendue, il s'est cependant avéré qu'il était possible, même avec des processus relativement simples, de calculer la constante de temps de Unexpectedly, however, it turned out that it was possible, even with relatively simple processes, to calculate the time constant of
manière mathématique.mathematical way.
Que ce calcul puisse être réalisé dans une approche de ce type était a priori 30 surprenant, l'amplitude A, la valeur initiale SQ et la constante de temps T constituant trois inconnues dans l'équation en question de sorte que l'on ne pouvait pas en fait s'attendre, à l'aide de deux mesures, à résoudre avec succès l'équation pour obtenir That this calculation can be done in an approach of this type was a priori surprising, the amplitude A, the initial value SQ and the time constant T constituting three unknowns in the equation in question so that one could not not actually expect, using two measures, to successfully solve the equation to get
la constante de temps T recherchée. the time constant T sought.
L'invention met cependant à profit le fait que l'équation (1) se simplifie dans 35 certains cas spéciaux. Lors du "déclenchement" d'une concentration de substances, c.-à-d. d'un flanc ascendant, la valeur initiale SO peut être zéro. Il en va de manière analogue pour l'opération inverse; l'amplitude A est alors égale à zéro. L'équation (1) The invention, however, takes advantage of the fact that equation (1) is simplified in certain special cases. When "triggering" a concentration of substances, i.e. of an upward flank, the initial value SO may be zero. The same goes for the opposite operation; the amplitude A is then equal to zero. Equation (1)
se trouve ainsi simplifiée en conséquence. is thus simplified accordingly.
Le signal du capteur de gaz est connu à chaque instant donné t. En revanche, on ne connaît ni l'amplitude A, ni la valeur initiale SQ, ni la constante de temps T. On 5 connaît, en outre, l'intervalle de temps séparant les deux instants o la mesure a été réalisée. La constante de temps T ainsi calculable fournit à présent une information directe sur les propriétés dynamiques du signal et donc du capteur de gaz. Grâce à une liaison habilement réalisée, il n'est pas nécessaire, pour effectuer le calcul, de connaître l'amplitude A de l'excitation, autrement dit le changement de concentration 10 de substances, ce qui permet d'obtenir une plus grande indépendance lors de la détermination de la constante de temps T. Le procédé selon l'invention, lequel permet d'évaluer la dynamique d'un capteur de gaz, ne dépend donc pas de l'amplitude A du changement de concentration, le procédé pouvant ainsi être utilisé de manière universelle. Cette 15 propriété est particulièrement précieuse pour établir le diagnostic de capteurs de gaz situés dans un système d'échappement en aval d'un catalyseur, les changements de concentration de substances n'étant généralement pas connus à cet endroit de The signal of the gas sensor is known at each given instant t. On the other hand, neither the amplitude A, nor the initial value SQ, nor the time constant T are known. In addition, the time interval separating the two instants where the measurement has been performed is known. The time constant T thus computable now provides direct information on the dynamic properties of the signal and therefore of the gas sensor. Thanks to a cleverly made connection, it is not necessary, to perform the calculation, to know the amplitude A of the excitation, in other words the change of concentration of substances, which makes it possible to obtain greater independence during the determination of the time constant T. The method according to the invention, which makes it possible to evaluate the dynamics of a gas sensor, does not therefore depend on the amplitude A of the concentration change, the method thus being able to be used universally. This property is particularly valuable for establishing the diagnosis of gas sensors located in an exhaust system downstream of a catalyst, the substance concentration changes generally not being known at this point in time.
manière quantitative ou réglables de manière fixe. quantitatively or fixedly adjustable.
Le procédé convient tout aussi bien pour des sondes lambda linéaires que 20 pour établir le diagnostic de capteurs de NOx. Pour le procédé selon l'invention, il suffit de connaître le changement de concentration de manière qualitative. A ce The method is equally suitable for linear lambda probes as for diagnosing NOx sensors. For the process according to the invention, it suffices to know the concentration change qualitatively. At this
propos, plusieurs changements de concentration entrent en ligne de compte. In this regard, several changes of concentration are taken into account.
Dans le cas d'un moteur à combustion interne dont le trajet de gaz d'échappement comprend un catalyseur accumulateur de NOx disposé en amont du 25 capteur de NOx, ces catalyseurs accumulateurs de NOx fonctionnent en règle générale de manière discontinue. Dans une phase d'emmagasinage, ils adsorbent les composés de NOx présents dans les gaz d'échappement, lesquels apparaissent lorsque le moteur à combustion interne fonctionne avec un mélange air/carburant surstoechiométrique. Le catalyseur accumulateur de NOx dont la capacité d'absorption 30 n'est que limitée est vidé lors de ce que l'on appelle des phases de régénération, pendant lesquelles le moteur à combustion interne fonctionne momentanément avec un mélange air/carburant sous-stoechiométrique. Les oxydes de carbone et les hydrocarbures non brlés apparaissant ainsi dans les gaz d'échappement servent d'agent réducteur au catalyseur accumulateur de NOx. Pendant de telles phases de 35 régénération apparaît alors aussi du NH3 à l'intérieur du catalyseur, un simple produit intermédiaire qui ne sort pas dudit catalyseur. Celui-ci n'apparaît que lorsque la phase de régénération est terminée et qu'il n'y a plus de NOx dans le catalyseur accumulateur. Puis, le NH3 ainsi que les composants des gaz d'échappement générés avec le mélange air/carburant sous-stoechiométrique parviennent à la sortie du catalyseur. 5 Aussi le moteur à combustion interne passe-t- il de nouveau en fonctionnement surstoechiométrique, ce qui fait que des NOx sont de nouveau présents dans les gaz d'échappement et que les conditions nécessaires à l'émission de NH3 ne sont plus In the case of an internal combustion engine whose exhaust path comprises a NOx storage catalyst arranged upstream of the NOx sensor, these NOx accumulating catalysts generally operate in a discontinuous manner. In a storage phase, they adsorb the NOx compounds present in the exhaust gas, which appear when the internal combustion engine operates with an over-stoichiometric air / fuel mixture. The NOx accumulator catalyst whose absorption capacity is only limited is emptied during so-called regeneration phases, during which the internal combustion engine operates momentarily with a sub-stoichiometric air / fuel mixture. . The carbon oxides and non-burned hydrocarbons thus appearing in the exhaust gas serve as reducing agent for the NOx storage catalyst. During such regeneration phases, NH 3 inside the catalyst also appears, a simple intermediate product which does not leave said catalyst. This only appears when the regeneration phase is over and there is no more NOx in the accumulator catalyst. Then, the NH 3 as well as the exhaust gas components generated with the sub-stoichiometric air / fuel mixture reach the exit of the catalyst. As a result, the internal combustion engine switches back to over-stoichiometric operation, so that NOx are again present in the exhaust gases and the conditions necessary for the emission of NH 3 are no longer present.
réalisées à la sortie du catalyseur. made at the outlet of the catalyst.
Les capteurs de NOx présentant en règle générale une sensibilité transversale 10 vis-à-vis de NH3, ils enregistrent la diminution de la concentration de NH3 qui apparaît de sorte que le changement souhaité du signal a lieu, lequel est évalué pour As the NOx sensors generally have a transverse sensitivity to NH3, they record the decrease in the NH3 concentration that occurs so that the desired change in the signal takes place, which is evaluated for
déterminer la constante de temps.determine the time constant.
Le procédé selon l'invention permet de mettre à profit une diminution d'une concentration de NH3, laquelle apparaît lorsque le moteur à combustion interne 15 passe d'un fonctionnement de régénération avec un mélange sous-stoechiométrique à The process according to the invention makes it possible to take advantage of a reduction in a concentration of NH 3, which occurs when the internal combustion engine 15 passes from a regeneration operation with a sub-stoichiometric mixture to
un fonctionnement avec un mélange stoechiométrique. operation with a stoichiometric mixture.
Une autre possibilité d'utiliser le changement de concentration souhaité comme diminution de la concentration, consiste à activer une coupure d'alimentation en poussée du moteur à combustion interne. Lors d'une coupure d'alimentation en 20 poussée, les chambres de combustion du moteur à combustion interne ne sont plus Another possibility of using the desired concentration change as a reduction of the concentration consists in activating a power failure of the internal combustion engine. During a power failure, the combustion chambers of the internal combustion engine are no longer
alimentées en carburant mais uniquement en air. L'air est refoulé dans le système d'échappement par le moteur à combustion interne. L'air ne contenant pas de NOx ou de NH3 - ou alors seulement dans des concentrations négligeables - on assiste à une forte diminution de NOx ou de NH3 dans les gaz d'échappement. Cette diminution de 25 la concentration de substances sert ensuite à diagnostiquer la dynamique du capteur. fueled but only in the air. The air is forced back into the exhaust system by the internal combustion engine. The air does not contain NOx or NH3 - or only in negligible concentrations - there is a sharp decrease of NOx or NH3 in the exhaust. This decrease in the concentration of substances is then used to diagnose the dynamics of the sensor.
Bien entendu, le diagnostic peut également être établi en évaluant un changement de concentration allant dans le sens d'une augmentation de la concentration. Si, dans ce cas, on souhaite réaliser un calcul de la constante de temps sur une base analytique, il est ici aussi judicieux de partir d'une réponse 30 temporelle PT1 du capteur de NOx. Dans ce cas de figure, il est préférable de saisir une troisième valeur du signal de mesure à un troisième instant, le premier et le deuxième instant ainsi que le deuxième et le troisième instant étant respectivement séparés par un intervalle de temps identique, d'utiliser en tant que changement une augmentation de la concentration et de calculer la constante de temps selon la 35 formule suivante: T= ln(Z) T étant la constante de temps, d l'intervalle de temps et Z étant donné au moyen de l'équation suivante, dans laquelle yl désigne la première valeur, y2 la deuxième valeur et y3 la troisième valeur: y3-yl + j(y3 fyl y2-y3 yl-y2 4\ 4yl-y2) yl-y2' Of course, the diagnosis can also be established by evaluating a concentration change in the direction of an increase in concentration. If, in this case, it is desired to perform a calculation of the time constant on an analytical basis, it is here also judicious to start from a time response PT1 of the NOx sensor. In this case, it is preferable to enter a third value of the measurement signal at a third instant, the first and the second instant as well as the second and third instant being respectively separated by an identical time interval, of using as a change an increase in the concentration and calculate the time constant according to the following formula: T = 1n (Z) T being the time constant, the time interval and Z being given by means of the following equation, wherein y1 is the first value, y2 is the second value and y3 is the third value: y3-yl + y (y3yl y2-y3 yl-y2 4y-yl) yl-y2 '
seules étant utilisées pour Z les valeurs supérieures à 0 et inférieures à 1. only Z is used for values greater than 0 and less than 1.
Dans une approche basée sur des calculs simples, il est possible de déterminer la constante de temps au moyen de la simulation approximative de la fonction exponentielle e dans l'équation (1) par équations aux différences réalisées également lors d'une augmentation de la concentration, et ce, en ce qu'une troisième valeur du signal de mesure est saisie à un troisième instant, le premier et le deuxième 10 instant ainsi que le deuxième et le troisième instant étant respectivement séparés par un intervalle de temps identique, en ce qu'une augmentation de la concentration est utilisée comme changement, et en ce que la constante de temps est calculée selon la formule suivante: T = (y3 - y2) 2 y2 - y3 yl' T étant la constante de temps, d l'intervalle de temps, yl la première valeur, y2 la deuxième valeur et y3 la troisième valeur, l'intervalle de temps d étant inférieur à une valeur attendue pour la constante de temps T. Les capteurs de NOx possédant en règle générale une forte sensibilité transversale aux NH3, il est également possible d'utiliser de manière avantageuse un 20 changement de concentration de NH3. Une concentration croissante de NH3 peut par exemple être générée en ce que le moteur à combustion interne fonctionne momentanément avec un mélange air/carburant sous-stoechiométrique. En règle générale, on est en présence d'un tel fonctionnement chaque fois qu'un enrichissement en pleine charge est initialisé, de sorte qu'il est préférable d'utiliser 25 une telle phase d'enrichissement en pleine charge pour établir le diagnostic. Il en va de manière analogue lorsqu'un moteur à combustion interne passe à un fonctionnement protégeant le catalyseur ou lorsqu'un catalyseur est nettoyé après In an approach based on simple calculations, it is possible to determine the time constant by means of the approximate simulation of the exponential function e in Equation (1) by equations with differences also realized during an increase in the concentration. in that a third value of the measurement signal is entered at a third instant, the first and the second instant as well as the second and third instant respectively being separated by an identical time interval, in that an increase of the concentration is used as a change, and in that the time constant is calculated according to the following formula: T = (y3-y2) 2 y2-y3 yl 'T being the time constant, of the interval time, yl the first value, y2 the second value and y3 the third value, the time interval d being less than an expected value for the time constant T. The NOx sensors having as a rule Because of the high transverse sensitivity to NH.sub.3, it is also possible to advantageously use a change in concentration of NH.sub.3. An increasing concentration of NH3 may for example be generated in that the internal combustion engine operates momentarily with a sub-stoichiometric air / fuel mixture. In general, such operation is present whenever full charge enrichment is initialized, so that it is preferable to use such a full load enrichment phase to establish the diagnosis. The same is true when an internal combustion engine goes into operation protecting the catalyst or when a catalyst is cleaned afterwards.
une coupure d'alimentation en poussée. a power failure in thrust.
Bien entendu, il est également possible d'utiliser un changement allant vers 30 une augmentation de la concentration de NOx en faisant passer le moteur à combustion interne d'un fonctionnement stoechiométrique à un fonctionnement surstoechiométrique. En règle générale, une telle mesure n'aboutit cependant à une concentration croissante de NOx au niveau d'un capteur de NOx que si aucun catalyseur accumulateur de NOx n'est monté en amont de celui-ci, étant donné qu'un catalyseur de ce type absorberait sinon les NOx et ne laisserait donc percevoir aucun Of course, it is also possible to use a change to increase the NOx concentration by passing the internal combustion engine from stoichiometric operation to over-stoichiometric operation. In general, however, such a measurement results in an increasing concentration of NOx at a NOx sensor only if no NOx storage catalyst is mounted upstream of it, since a catalyst of NOx this type would otherwise absorb NOx and thus
changement de concentration au niveau du capteur de NOx. concentration change at the NOx sensor.
En principe, les changements de concentration nécessaires peuvent être obtenus en intervenant de manière précise dans le fonctionnement d'un moteur à 5 combustion interne après initialisation d'une fonction de diagnostic. Une alternative serait d'attendre qu'apparaisse, lors du fonctionnement normal du moteur à combustion interne, un événement impliquant un changement de concentration, par exemple lors d'une sollicitation brusque de puissance entraînant une sollicitation de pleine charge avec passage en fonctionnement sous-stoechiométrique, comme c'est 10 le cas lors d'une descente plus longue en montagne avec coupure d'alimentation en poussée, etc. Un autre avantage du procédé selon l'invention réside dans la possibilité de contrôler le résultat calculé à savoir la constante de temps T - et d'en calculer la moyenne sur plusieurs processus de calcul. Un tel contrôle ou nouveau calcul avec 15 calcul de la moyenne peuvent être effectués juste après l'obtention du premier In principle, the necessary changes in concentration can be achieved by intervening accurately in the operation of an internal combustion engine after initialization of a diagnostic function. An alternative would be to wait, during normal operation of the internal combustion engine, to see an event involving a change in concentration, for example during a sudden load of power resulting in a full load load with a transition to sub-operation. stoichiometric, as is the case during a longer mountain descent with power failure, etc. Another advantage of the method according to the invention resides in the possibility of controlling the calculated result, namely the time constant T - and of calculating the average over several calculation processes. Such control or recalculation with averaging can be done just after obtaining the first
résultat, c.-à-d. au cours du même changement de concentration. result, i.e. during the same change in concentration.
La deuxième valeur d'une première détermination de la constante de temps T peut par exemple servir, du même coup, de première valeur pour une deuxième détermination. La répétition de la détermination de la constante de temps et le calcul 20 de la moyenne des valeurs calculées des constantes de temps améliorent la précision du résultat et permettent de parer efficacement aux erreurs de diagnostic. Le procédé The second value of a first determination of the time constant T can for example be used, at the same time, of first value for a second determination. The repetition of the determination of the time constant and the calculation of the average of the calculated values of the time constants improve the accuracy of the result and make it possible to cope effectively with the diagnostic errors. The process
selon l'invention est alors particulièrement robuste. according to the invention is then particularly robust.
L'invention sera commentée ci-après plus en détail, sous forme d'exemples, à l'aide des dessins. Dans les dessins, la figure 1 est une représentation schématique d'un moteur à combustion interne 1 et la figure 2 représente des allures en fonction du temps de la concentration de substances présentes dans les gaz d'échappement ainsi que d'un signal émis par un The invention will be discussed below in more detail, in the form of examples, using the drawings. In the drawings, FIG. 1 is a diagrammatic representation of an internal combustion engine 1 and FIG. 2 represents the time course of the concentration of substances present in the exhaust gases as well as a signal emitted by a
capteur de NOx.NOx sensor.
Le moteur à combustion interne représenté à la figure 1 dispose d'un trajet de gaz d'échappement 2, dans lequel est disposé un système de retraitement des gaz d'échappement faisant également office de dispositif de diagnostic embarqué. La fonction de diagnostic embarqué est prise en charge par un appareil de commande 3, lequel est également responsable de la commande normale du fonctionnement du 35 moteur à combustion interne 1. Ainsi l'appareil de commande 3 contrôle-t-il, entre autres, un système d'injection 6 qui alimente en carburant le moteur à combustion interne 1, lit les valeurs provenant de la sonde 7 et du capteur 8, et effectue le The internal combustion engine shown in FIG. 1 has an exhaust gas path 2, in which is disposed an exhaust gas reprocessing system which also serves as an on-board diagnostic device. The on-board diagnostic function is supported by a control unit 3, which is also responsible for the normal control of the operation of the internal combustion engine 1. Thus, the control unit 3 controls, inter alia, an injection system 6 which supplies fuel to the internal combustion engine 1, reads the values coming from the probe 7 and the sensor 8, and carries out the
diagnostic " embarqué "."embedded" diagnosis.
Dans le trajet de gaz d'échappement 2 du moteur à combustion interne sont disposés un précatalyseur à trois voies 4 et un catalyseur accumulateur de NOx 5. Il 5 est également possible d'avoir un seul catalyseur réunissant les deux propriétés. En amont de ces deux catalyseurs se trouve une sonde lambda précatalytique 7 et, en In the exhaust gas path 2 of the internal combustion engine are arranged a three-way precatalyst 4 and a NOx accumulator catalyst 5. It is also possible to have a single catalyst combining the two properties. Upstream of these two catalysts is a precatalytic lambda probe 7 and, in
amont de ceux-ci, un capteur de NOx 8. upstream of these, a NOx sensor 8.
L'appareil de commande vérifie la réponse dynamique du capteur de NOx 8 de la manière suivante: Lors de cette vérification, on part du principe que, lorsque le capteur de NOx est excité par un changement de la concentration de gaz d'échappement mesurée, le signal de capteur satisfait approximativement à une caractéristique PT1, telle que The control unit verifies the dynamic response of the NOx sensor 8 as follows: During this verification, it is assumed that when the NOx sensor is excited by a change in the measured exhaust gas concentration, the sensor signal approximately satisfies a characteristic PT1, such that
donnée par l'équation (1) précédente. given by equation (1) above.
La figure 2 montre une courbe 9 représentant l'allure de l'excitation, l'exemple 15 reporté ici montrant le changement d'une concentration de NH3. La courbe 10 représente le signal de mesure S du capteur de NOx 8 présentant la caractéristique PT1. La concentration croissante de NH3 est obtenue dans une phase de régénération, en faisant passer momentanément le moteur à combustion interne en 20 fonctionnement sous-stoechiométrique. Le NH3 apparaît pendant une telle phase de régénération dans le catalyseur accumulateur de NOx 5 en tant que produit intermédiaire, lequel ne quitte pas le catalyseur accumulateur de NOx 5 tant que celui- ci renferme des NOx. Une fois que le catalyseur accumulateur de NOx 5 ne contient plus de NOx, le NH3 se dirige vers la sortie et arrive au capteur de NOx 8 25 avec une concentration fortement croissante. Ceci constitue le flanc ascendant à Figure 2 shows a curve 9 showing the pace of the excitation, the example reported here showing the change in a concentration of NH3. Curve 10 represents the measurement signal S of the NOx sensor 8 having the characteristic PT1. The increasing concentration of NH3 is obtained in a regeneration phase, momentarily passing the internal combustion engine into sub-stoichiometric operation. NH3 appears during such a regeneration phase in the NOx storage catalyst 5 as an intermediate, which does not leave the NOx storage catalyst as long as it contains NOx. Once the NOx accumulator catalyst no longer contains NOx, the NH3 goes to the outlet and arrives at the NOx sensor 8 with a greatly increasing concentration. This constitutes the upward flank to
l'instant tO de la concentration de NH3, tel qu'il est montré par la courbe 9. the time t0 of the concentration of NH3, as shown by curve 9.
L'appareil de commande 3 reconnaît la fin de la phase de régénération de NOx de la manière connue par le professionnel et fait de nouveau fonctionner le moteur à combustion interne 1 avec un mélange air/carburant sous-stoechiométrique. 30 Ainsi plus aucun NH3 n'est produit dans le catalyseur accumulateur de NOx 5, de sorte que le capteur de NOx 8 détecte, à l'instant tl, une concentration fortement The control unit 3 recognizes the end of the NOx regeneration phase in the manner known to the professional and operates the internal combustion engine 1 again with a sub-stoichiometric air / fuel mixture. Thus no more NH3 is produced in the NOx accumulator catalyst 5, so that the NOx sensor 8 detects, at time t1, a strongly
décroissante de NH3.decreasing NH3.
Le signal S du capteur de NOx 8 transmis à l'appareil de commande 3 reproduit cette excitation en suivant la courbe 10. A l'instant tO, la concentration 35 augmente en passant d'une valeur initiale S(tO) à une valeur maximale S(tl), qui est atteinte à l'instant tl. Puis la concentration de NH3 décroissant, laquelle repasse de sa valeur maximale NH3(tl) à la valeur initiale NH3(t0), la courbe 10 du signal de The signal S of the NOx sensor 8 transmitted to the control unit 3 reproduces this excitation by following the curve 10. At the instant t0, the concentration 35 increases by passing from an initial value S (t0) to a maximum value S (tl), which is reached at time tl. Then the concentration of decreasing NH3, which returns from its maximum value NH3 (tl) to the initial value NH3 (t0), the curve 10 of the signal of
mesure émis par le capteur de NOx 8 décroît elle aussi. measurement emitted by the NOx sensor 8 also decreases.
L'appareil de commande 3 saisit alors le signal S en deux instants situés après l'initialisation du changement de la concentration. Ceci se passe aux instants t2 et t3 5 de sorte que l'on obtient des valeurs S(t2) et S(t3). Les instants t2 et t3 sont séparés par un intervalle de temps d. La constante de temps est ensuite calculée à partir de ces valeurs au moyen de l'équation suivante: T=d/ln(S(t2) / S(t3)). (2) Il est ainsi possible de calculer la constante de temps T au moyen d'un calcul simple. L'équation (2) se base sur une transformation et une résolution appropriées de l'équation (1). Bien entendu, il est également possible, au lieu de calculer la constante 15 de temps T en se basant sur une résolution analytique de l'équation (2) pour les instants t2 et t3, d'utiliser un procédé numérique approprié pour l'évaluation de The control device 3 then inputs the signal S in two instants located after the initialization of the change of the concentration. This occurs at times t2 and t3 so that values S (t2) and S (t3) are obtained. The instants t2 and t3 are separated by a time interval d. The time constant is then calculated from these values using the following equation: T = d / ln (S (t2) / S (t3)). (2) It is thus possible to calculate the time constant T by means of a simple calculation. Equation (2) is based on an appropriate transformation and resolution of equation (1). Of course, it is also possible, instead of calculating the time constant T based on an analytical resolution of equation (2) for times t2 and t3, to use an appropriate numerical method for the evaluation. of
l'équation (1).equation (1).
Dans une approche alternative, lors d'un changement de concentration allant vers un accroissement, trois valeurs S(t4), S(t5), S(t6) sont saisies à des instants t4, 20 t5, t6 équidistants les uns des autres, et la constante de temps est ensuite obtenue au moyen de l'équation suivante: T= d(S(t6)- S(t5)) 2. S(t5)- S(t6)- S(t4) Pour ce faire, I'intervalle de temps d=t6-t5=t5-t4 est choisi de manière à être petit par rapport à la constante de temps attendue, de sorte que d<T. Il est en In an alternative approach, during a concentration change towards an increase, three values S (t4), S (t5), S (t6) are recorded at times t4, t5, t6 equidistant from each other, and the time constant is then obtained by means of the following equation: T = d (S (t6) -S (t5)) 2. S (t5) -S (t6) -S (t4) To do this, The time interval d = t6-t5 = t5-t4 is chosen to be small relative to the expected time constant, so that d <T. He is in
particulier possible d'utiliser pour d une valeur satisfaisant à la condition 1 Od<T. particular possible to use for d a value satisfying the condition 1 Od <T.
Si l'intervalle de temps d ne peut satisfaire à cette condition, il est alors possible de calculer la constante de temps en ayant recours à l'équation suivante: -d T = l(, dans laquelle Z = -o'5 S(t6)- S(t4)- 1 S(t6) - S(t4) _ S(t5) - S(t6) S(t4)- S(t5) l4 S(t4)- S(t5)) S(t4)- S(t5) Acet égard, il va de soi que toute valeur o Z < O ou Z > Iest rejetée. 35 If the time interval d can not satisfy this condition, it is then possible to calculate the time constant using the following equation: -d T = l (, in which Z = -o'5 S ( t6) - S (t4) - 1 S (t6) - S (t4) - S (t5) - S (t6) S (t4) - S (t5) 14 S (t4) - S (t5)) S (t4) t4) - S (t5) In this regard, it goes without saying that any value o Z <O or Z> I is rejected. 35
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