FR2848601A1 - METHOD AND DEVICE FOR MONITORING AND CONTROLLING A CATALYST OF A MOTOR VEHICLE - Google Patents
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Abstract
Dans un procédé destiné à la surveillance et à la régulation d'un catalyseur (2) d'un moteur à combustion interne (15) d'un véhicule automobile, les processus de sorption et les processus de désorption des différents composés des gaz d'échappement dans le catalyseur (2) sont calculés pour le calcul de son état d'accumulation par des algorithmes qui sont basés sur le principe de la production minimale d'entropie (PME), le calcul étant effectué en utilisant un champ caractéristique d'émissions prédéterminé du moteur à combustion interne (15), et l'état d'accumulation ainsi calculé du catalyseur (2), relatif aux différents composés des gaz d'échappement, étant utilisé pour l'optimisation ou la régulation du régime du moteur à combustion interne (15) en ce qui concerne sa consommation.In a method for monitoring and regulating a catalyst (2) of an internal combustion engine (15) of a motor vehicle, the sorption processes and the desorption processes of the different compounds of the gases exhaust in the catalyst (2) are calculated for the calculation of its state of accumulation by algorithms which are based on the principle of minimum production of entropy (PME), the calculation being carried out using a characteristic emission field predetermined internal combustion engine (15), and the thus calculated state of accumulation of the catalyst (2), relating to the different compounds of the exhaust gases, being used for optimizing or regulating the speed of the combustion engine internal (15) with regard to its consumption.
Description
L'invention concerne un procédé et un dispositifThe invention relates to a method and a device.
destinés à la surveillance et à la régulation d'un catalyseur d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, ainsi que l'utilisation des grandeurs d'état 5 déterminées du catalyseur pour la surveillance et la commande du fonctionnement du catalyseur et du moteur, notamment pour un fonctionnement minimisant le carburant et les matières nocives. intended for monitoring and regulating a catalyst of an internal combustion engine of a motor vehicle, as well as the use of determined state quantities 5 of the catalyst for monitoring and controlling the operation of the catalyst and engine, especially for operation that minimizes fuel and harmful substances.
De nombreux algorithmes sont implémentés dans les 10 appareils de commande de moteurs à combustion interne actuels, qui servent à la régulation et à la surveillance du fonctionnement du moteur à combustion interne, ainsi que du catalyseur disposé en aval. Dans le cas de moteurs à combustion interne modernes susceptibles de fonctionner en 15 régime pauvre, l'appareil de commande ainsi que sa mémoire contiennent notamment de nombreuses courbes caractéristiques et champs caractéristiques, à l'aide desquels divers calculs de paramètres de fonctionnement, destinés à la commande du moteur et du catalyseur, peuvent être effectués 20 par des algorithmes appropriés ainsi que des mesures appropriées, afin d'obtenir un fonctionnement du moteur à combustion interne à consommation de carburant aussi faible que possible, et compatible avec l'environnement'. Numerous algorithms are implemented in the current control devices of internal combustion engines, which are used for regulating and monitoring the operation of the internal combustion engine, as well as of the catalyst placed downstream. In the case of modern internal combustion engines capable of operating in lean mode, the control apparatus as well as its memory contain in particular numerous characteristic curves and characteristic fields, with the aid of which various calculations of operating parameters, intended for the control of the engine and of the catalyst can be carried out by suitable algorithms as well as suitable measures, in order to obtain an operation of the internal combustion engine with as low fuel consumption as possible, and compatible with the environment.
C'est ainsi que, pour le calcul de l'état d'un 25 catalyseur d'accumulation de NOx d'un moteur à combustion interne susceptible de fonctionner en régime pauvre, donc par exemple de l'état de remplissage, il est utile de connaître l'intervalle de régénération, l'activité du catalyseur, etc., et la répartition de la température le 30 long de l'axe du catalyseur. Thus, for the calculation of the state of a NOx accumulation catalyst of an internal combustion engine capable of operating in lean mode, therefore for example of the filling state, it is useful to know the regeneration interval, the activity of the catalyst, etc., and the distribution of the temperature along the axis of the catalyst.
La température du catalyseur est par exemple déterminée actuellement par la mesure de la température des gaz d'échappement aussi bien en amont qu'en aval du catalyseur. Elle peut également être déterminée par la 35 mesure de la température des gaz d'échappement en amont du catalyseur, et par le calcul d'une température homogène du catalyseur, principalement par une analyse du transfert thermique entre le catalyseur et les gaz d'échappement. The temperature of the catalyst is for example currently determined by measuring the temperature of the exhaust gases both upstream and downstream of the catalyst. It can also be determined by measuring the temperature of the exhaust gases upstream of the catalyst, and by calculating a homogeneous temperature of the catalyst, mainly by an analysis of the heat transfer between the catalyst and the exhaust gases. .
Avec la température moyenne du catalyseur ainsi déterminée, il n'est cependant pas possible de déceler des effets 5 pouvant intervenir dans le fonctionnement dynamique en raison d'une répartition non homogène de la température dans le catalyseur. C'est ainsi que, par une température moyenne déterminée du catalyseur d'accumulation de NOx proche de la limite de désorption thermique des NOx, il 10 n'est par exemple pas possible de déceler si, en cas de différences réelles de température très importantes entre la zone avant et la zone arrière du catalyseur, du NOx de la zone avant du catalyseur est déjà thermiquement désorbé, et si une traversée de NOx a de ce fait lieu. Afin 15 d'exclure de tels effets, le seuil de température calculé du catalyseur, auquel il est commuté sur un fonctionnement lambda = 1 dans le cas de moteurs à combustion interne susceptibles de fonctionner en régime pauvre afin d'éviter des traversées de NOx, comporte une grande marge de 20 sécurité par rapport au seuil réel de désorption thermique. With the average temperature of the catalyst thus determined, it is however not possible to detect effects which may intervene in the dynamic operation due to an uneven distribution of the temperature in the catalyst. Thus, by a determined average temperature of the NOx accumulation catalyst close to the limit of thermal desorption of NOx, it is for example not possible to detect whether, in the event of very large actual temperature differences between the front zone and the rear zone of the catalyst, NOx from the front zone of the catalyst is already thermally desorbed, and if an NOx crossing takes place as a result. In order to exclude such effects, the calculated temperature threshold of the catalyst, to which it is switched to lambda operation = 1 in the case of internal combustion engines capable of operating in lean mode in order to avoid NOx crossings, has a large safety margin compared to the actual thermal desorption threshold.
Il en résulte un régime de fonctionnement à consommation plus défavorable pendant des intervalles de temps plus longs que nécessaire. A l'aide d'une détermination de l'évolution de la température dans le catalyseur 25 d'accumulation de NOx, il est par analogie également possible de constater un refroidissement suffisant audessous du seuil de désorption thermique après un fonctionnement à pleine charge à des températures très élevées du catalyseur, de sorte qu'il peut être commuté à 30 un moment aussi tôt que possible du fonctionnement avec lambda = 1 sur un régime pauvre. This results in an operating regime with more unfavorable consumption for longer time intervals than necessary. By means of a determination of the temperature development in the NOx accumulation catalyst, it is by analogy also possible to observe sufficient cooling below the thermal desorption threshold after operating at full load at very high temperatures of the catalyst, so that it can be switched to a time as soon as possible of operation with lambda = 1 on a lean speed.
Il est par ailleurs possible de déterminer la répartition de la température à l'intérieur d'un catalyseur par un calcul approximatif de l'équation différentielle 35 correspondante de la conduction thermique à l'intérieur du catalyseur. De tels calculs, même approximatifs, dépassent cependant de loin la capacité du processeur d'un appareil de commande d'un moteur, et ne sont de ce fait pas praticables. L'objectif de l'invention consiste par conséquent à 5 proposer un procédé, ainsi qu'un dispositif, destiné à la surveillance d'un catalyseur, dans lequel les états physiques et chimiques du catalyseur en résolution dans l'espace et dans le temps sont calculés aussi efficacement que possible, et entrent dans la surveillance. It is also possible to determine the distribution of the temperature inside a catalyst by an approximate calculation of the corresponding differential equation of the thermal conduction inside the catalyst. Such calculations, even approximate, however far exceed the capacity of the processor of an engine control unit, and are therefore not practicable. The object of the invention therefore consists in proposing a method, as well as a device, intended for monitoring a catalyst, in which the physical and chemical states of the catalyst in resolution in space and in time are calculated as efficiently as possible, and go into monitoring.
Cet objectif est atteint par un procédé destiné à la surveillance et à la régulation d'un catalyseur d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, dans lequel la répartition axiale de la température à l'intérieur du catalyseur est calculée au moyen d'algorithmes rapides à 15 l'aide d'une pluralité de points de support, les algorithmes rapides étant basés sur le principe de la production minimale d'entropie, et le procédé tenant compte du transfert thermique entre le flux des gaz d'échappement et la paroi du catalyseur, du chauffage du catalyseur, 20 ainsi que des déperditions thermiques du catalyseur délivrées à l'environnement, et la répartition axiale calculée de la température étant utilisée pour la régulation du catalyseur, procédé caractérisé en ce que les processus de sorption et les processus de désorption des 25 différents composés des gaz d'échappement dans le catalyseur sont calculés pour le calcul de son état d'accumulation, et ce par des algorithmes qui sont basés sur le principe de la production minimale d'entropie, le calcul étant effectué en utilisant un champ caractéristique 30 d'émissions prédéterminé du moteur à combustion interne, et l'état d'accumulation ainsi calculé du catalyseur, relatif aux différents composés des gaz d'échappement, étant utilisé pour l'optimisation ou la régulation du régime du moteur à combustion interne en ce qui concerne sa 35 consommation, et un dispositif destiné à la mise en oeuvre du procédé comportant un appareil de commande, une mémoire de données, une unité de calcul pour le calcul des algorithmes rapides PME, et un ou plusieurs détecteurs qui transmettent des valeurs de mesure à l'unité de calcul. This objective is achieved by a method intended for monitoring and regulating a catalyst of an internal combustion engine of a motor vehicle, in which the axial distribution of the temperature inside the catalyst is calculated by means fast algorithms using a plurality of support points, the fast algorithms being based on the principle of minimum production of entropy, and the method taking into account the heat transfer between the flow of exhaust gases and the wall of the catalyst, of the heating of the catalyst, as well as of the heat losses of the catalyst delivered to the environment, and the calculated axial distribution of the temperature being used for the regulation of the catalyst, process characterized in that the sorption processes and the desorption processes of the various compounds of the exhaust gases in the catalyst are calculated for the calculation of its state of accumulation. n, and this by algorithms which are based on the principle of minimum production of entropy, the calculation being carried out using a predetermined emission characteristic field 30 of the internal combustion engine, and the state of accumulation thus calculated of the catalyst, relating to the various compounds of the exhaust gases, being used for optimizing or regulating the speed of the internal combustion engine with regard to its consumption, and a device intended for carrying out the method comprising a control unit, data memory, calculation unit for calculating fast PME algorithms, and one or more detectors which transmit measured values to the calculation unit.
En ce qui concerne le procédé selon l'invention 5 destiné à la surveillance et à la régulation d'un catalyseur d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, la répartition axiale de la température à l'intérieur du catalyseur est calculée au moyen d'algorithmes rapides à l'aide d'une pluralité de points de 10 support, les algorithmes rapides étant basés sur le principe de la production minimale d'entropie (PME) . Le procédé tient en l'occurrence compte du transfert thermique entre le flux des gaz d'échappement et la paroi du catalyseur, du chauffage du catalyseur, ainsi que des 15 déperditions thermiques du catalyseur délivrées à l'environnement, et la répartition axiale calculée de la température est utilisée pour la régulation du catalyseur. With regard to the method according to the invention 5 intended for monitoring and regulating a catalyst of an internal combustion engine of a motor vehicle, the axial distribution of the temperature inside the catalyst is calculated by means of fast algorithms using a plurality of support points, the fast algorithms being based on the principle of minimum production of entropy (PME). The process here takes into account the heat transfer between the flow of exhaust gases and the wall of the catalyst, the heating of the catalyst, as well as the heat losses of the catalyst delivered to the environment, and the calculated axial distribution of the temperature is used for regulating the catalyst.
Le principe de la production minimale d'entropie, en abrégé PME, signifie que des processus se déroulent de 20 telle sorte que leur production d'entropie P atteint un minimum en ce qui concerne de dites "forces thermodynamiques libres", alors que le processus de "forces thermodynamiques fixes" est maintenu en cours. Il est en l'occurrence déterminant que lesdites forces thermodynamiques libres dépendent de paramètres de procédé a, de sorte que la formation de minimum selon la règle conjointe du calcul différentiel n'ait à être effectuée que selon ces paramètres de procédé. Exprimé en d'autres termes: P(a) = Minimum -> dP(a) / da = 0. The principle of the minimum production of entropy, abbreviated PME, means that processes take place in such a way that their production of entropy P reaches a minimum with regard to so-called "free thermodynamic forces", while the process of "fixed thermodynamic forces" is maintained in progress. It is in this case determining that said free thermodynamic forces depend on process parameters a, so that the minimum formation according to the joint rule of differential calculus only has to be carried out according to these process parameters. Expressed in other words: P (a) = Minimum -> dP (a) / da = 0.
La production d'entropie est en l'occurrence l'intégrale de la densité de production d'entropie P' rapportée au volume, qui est en principe dérivée du théorème fondamental de Gibbs connu en matière de 35 thermodynamique d'équilibre et d'équations de bilan. Dans la pratique, cela signifie que la PME est équivalente aux équations de bilan habituellement utilisées, mais offre dans de nombreux cas un accès plus facile à des solutions, ou est la seule à permettre la détermination de certains paramètres pour des raisons physiques, numériques ou 5 économiques. D'autres explications relatives à la PME sont données dans B. Reiser "Real Processing RP I: The Principle of Minimal Entropie Production PME of Irreversible Thermodynamics and the Principle of Minimal Deformation PMD of Hydrodynamics, their Dependence and 10 Applications", Physica A, 227 / 3-4, ler juin 1996. The production of entropy is in this case the integral of the density of production of entropy P 'relative to the volume, which is in principle derived from the fundamental Gibbs theorem known in the field of thermodynamics of equilibrium and equations balance sheet. In practice, this means that the MSY is equivalent to the balance sheet equations usually used, but in many cases offers easier access to solutions, or is the only one to allow the determination of certain parameters for physical, numerical or other reasons. 5 economical. Other explanations relating to PME are given in B. Reiser "Real Processing RP I: The Principle of Minimal Entropy Production PME of Irreversible Thermodynamics and the Principle of Minimal Deformation PMD of Hydrodynamics, their Dependence and 10 Applications", Physica A, 227 / 3-4, June 1, 1996.
Les algorithmes PME comprennent de préférence le calcul des réactions catalytiques à l'intérieur du catalyseur, le moment de la coupure de mesures de chauffage du catalyseur pouvant notamment être dérivé de la 15 répartition axiale calculée de la température. Après la coupure du moteur à combustion interne, le calcul de la répartition axiale de la température peut en outre être poursuivi afin que, lors d'un nouveau démarrage, la chaleur résiduelle éventuellement subsistante du catalyseur puisse 20 être prise en considération. PME algorithms preferably include the calculation of catalytic reactions inside the catalyst, the timing of the cut-off of heating measurements of the catalyst possibly being derived in particular from the calculated axial distribution of temperature. After the internal combustion engine has been switched off, the calculation of the axial temperature distribution can also be continued so that, when restarted, any residual heat from the catalyst can be taken into account.
Au niveau d'un ou de plusieurs emplacements, la répartition axiale calculée de la température du catalyseur peut être comparée avec des valeurs de mesure, la différence étant un critère pour l'activité du catalyseur, 25 de sorte qu'une fonction OBD puisse être activée lorsqu'un seuil prédéterminé d'activité n'est pas atteint. At one or more locations, the calculated axial distribution of the catalyst temperature can be compared with measured values, the difference being a criterion for the activity of the catalyst, so that an OBD function can be activated when a predetermined activity threshold is not reached.
A partir d'un champ caractéristique prédéterminé d'émissions et du profil axial de température, il est notamment possible de calculer un profil d'activité dans le 30 temps du catalyseur en tant que fonction de sa durée de marche, en utilisant une modélisation de processus d'accumulation et/ou de processus d'oxydation irréversibles de différents composés des gaz d'échappement dans le catalyseur, la modélisation étant basée sur le principe de 35 la production minimale d'entropie (PME). Le champ caractéristique d'émissions comporte de préférence aussi bien des transitions de la dynamique de marche que les émissions lors du démarrage à froid. La limite du catalyseur peut en outre être déterminée à partir du profil d'activité dans le temps calculé du catalyseur. From a predetermined characteristic emission field and the axial temperature profile, it is in particular possible to calculate a time profile of activity of the catalyst as a function of its running time, using a modeling of irreversible accumulation process and / or oxidation process of different exhaust gas compounds in the catalyst, the modeling being based on the principle of minimum production of entropy (PME). The emission characteristic field preferably includes both transitions in the driving dynamics as well as the emissions during cold start. The catalyst limit can further be determined from the calculated time activity profile of the catalyst.
Dans un autre mode de réalisation du procédé selon l'invention, destiné à la surveillance et à la régulation d'un catalyseur d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, les processus de sorption et les processus de désorption des différents composés des gaz 10 d'échappement dans le catalyseur sont calculés pour le calcul de son état d'accumulation, et ce par des algorithmes qui sont basés sur le principe de la production minimale d'entropie (PME), le calcul étant effectué en utilisant un champ caractéristique d'émissions prédéterminé 15 du moteur à combustion interne, et l'état d'accumulation ainsi calculé du catalyseur, relatif aux différents composés des gaz d'échappement, étant utilisé pour l'optimisation ou la régulation du régime du moteur à combustion interne en ce qui concerne sa consommation. In another embodiment of the method according to the invention, intended for monitoring and regulating a catalyst of an internal combustion engine of a motor vehicle, the sorption processes and the desorption processes of the various compounds exhaust gases in the catalyst are calculated for the calculation of its state of accumulation, and this by algorithms which are based on the principle of the minimum production of entropy (PME), the calculation being carried out using a predetermined emission characteristic field 15 of the internal combustion engine, and the thus calculated state of accumulation of the catalyst, relating to the various compounds of the exhaust gases, being used for optimizing or regulating the speed of the combustion engine internal with regard to its consumption.
Les réactions exothermiques dans le catalyseur, dues à la répartition axiale de la température et/ou à l'état d'accumulation du catalyseur, peuvent notamment être commandées. Un dispositif selon l'invention, destiné à la mise en 25 oeuvre du procédé décrit ci-dessus, comporte un appareil de commande, une mémoire de données, une unité de calcul pour le calcul des algorithmes rapides PME et un ou plusieurs détecteurs, les détecteurs transmettant des valeurs de mesure à l'unité de calcul. The exothermic reactions in the catalyst, due to the axial distribution of the temperature and / or the state of accumulation of the catalyst, can in particular be controlled. A device according to the invention, intended for implementing the method described above, comprises a control device, a data memory, a calculation unit for the calculation of fast PME algorithms and one or more detectors, the detectors transmitting measured values to the computing unit.
La mémoire de données comporte notamment des données de temps du moteur, un ou plusieurs champs caractéristiques du moteur, un ou plusieurs champs caractéristiques d'émissions, des données caractéristiques du catalyseur et/ou des données de temps du catalyseur. The data memory notably includes engine time data, one or more engine characteristic fields, one or more emission characteristic fields, catalyst characteristic data and / or catalyst time data.
Les détecteurs peuvent être situés dans le catalyseur ou en aval du catalyseur dans le sens de l'écoulement. The detectors can be located in the catalyst or downstream of the catalyst in the direction of flow.
Lorsqu'il n'est utilisé qu'un seul détecteur, celui-ci est disposé dans le catalyseur et mesure la température du catalyseur. Le détecteur - ou les détecteurs - disposé en aval du catalyseur peut être un détecteur de température, 5 et/ou un détecteur de 02 et/ou un détecteur de HC et/ou un détecteur de NOx. When only one detector is used, it is placed in the catalyst and measures the temperature of the catalyst. The detector - or detectors - placed downstream of the catalyst can be a temperature detector, 5 and / or a 02 detector and / or an HC detector and / or a NOx detector.
Un mode de réalisation préféré de l'invention est expliqué ci-après à l'aide d'une figure, qui est une représentation schématique d'un dispositif selon 10 l'invention, destiné à la surveillance et à la régulation d'un catalyseur d'un moteur à combustion interne. A preferred embodiment of the invention is explained below with the aid of a figure, which is a schematic representation of a device according to the invention, intended for monitoring and regulating a catalyst. an internal combustion engine.
La figure représente un dispositif 1 destiné à la surveillance et à la régulation d'un catalyseur 2. Le dispositif comporte en l'occurrence un appareil de commande 15 3, une mémoire de données 4 et un dispositif 5 pour le calcul des algorithmes PME. L'appareil de commande 3 communique avec la mémoire de données 4 par l'intermédiaire d'une liaison bidirectionnelle 6, ainsi qu'avec le dispositif de calcul 5 par l'intermédiaire d'une autre 20 liaison bidirectionnelle 7. Le dispositif de calcul communique de son côté avec la mémoire de données 4, également par l'intermédiaire d'une liaison bidirectionnelle 8. La mémoire de données 4 contient notamment des données de temps 9 du moteur, un champ 25 caractéristique 10 du moteur, un champ caractéristique d'émissions 11, des données caractéristiques 12 du catalyseur et des données de temps 13 du catalyseur. Des données du EGR (recirculation des gaz d'échappement) 14, des données du moteur 15 et des données du KSM (dispositif 30 de départ à froid) 16 sont transmises à l'appareil de commande 3 en tant que données d'entrée. Des données du catalyseur d'un détecteur de température 17 disposé dans le catalyseur 2 et de détecteurs 18 disposés en aval du catalyseur 2, par exemple d'un détecteur de température 35 et/ou d'un détecteur de 02 et/ou d'un détecteur de HC et/ou d'un détecteur de NOx, sont en outre transmises à l'unité de calcul 5. L'appareil de commande 3 et/ou l'unité de calcul 5 émet en outre des données au moyen d'un affichage OBD 19. The figure shows a device 1 for monitoring and regulating a catalyst 2. The device in this case comprises a control device 15 3, a data memory 4 and a device 5 for the calculation of PME algorithms. The control device 3 communicates with the data memory 4 via a bidirectional link 6, as well as with the calculation device 5 via another bidirectional link 7. The calculation device communicates on its side with the data memory 4, also via a bidirectional link 8. The data memory 4 contains in particular time data 9 of the engine, a characteristic field 10 of the engine, a characteristic field d emissions 11, characteristic data 12 of the catalyst and time data 13 of the catalyst. EGR (exhaust gas recirculation) data 14, engine data 15 and KSM (cold start device 30) data 16 are transmitted to the control unit 3 as input data. Data from the catalyst of a temperature detector 17 placed in the catalyst 2 and of detectors 18 arranged downstream of the catalyst 2, for example of a temperature detector 35 and / or of an O 2 detector and / or of a HC detector and / or a NOx detector are further transmitted to the calculation unit 5. The control unit 3 and / or the calculation unit 5 further transmits data by means of an OBD display 19.
Les algorithmes PME sont basés sur des principes 5 thermodynamiques utilisant le principe de la production minimale d'entropie, en abrégé PME. La possibilité d'appliquer ce principe PME à des systèmes techniques conduit à un système d'équations non homogène, dont la résolution est effectuée avec des processeurs actuels à une 10 rapidité telle que ceuxci peuvent déjà être utilisés pour des calculs en ligne et pour des applications de hardwarein-the-loop. Il en résulte de multiples possibilités d'application pour des fonctions OED (diagnostic de bord), des stratégies de régulation, ainsi que pour une 15 surveillance continue de composants techniques qui sont soumis à un processus de vieillissement en fonction de grandeurs d'influence connues, notamment de paramètres d'un moteur. Cette méthode permet d'utiliser avantageusement des valeurs de la littérature, et des coefficients manquants 20 peuvent être transformés de telle sorte qu'ils deviennent accessibles à une technique de mesure. PME algorithms are based on thermodynamic principles using the principle of minimum production of entropy, abbreviated PME. The possibility of applying this PME principle to technical systems leads to a non-homogeneous system of equations, the resolution of which is carried out with current processors at a speed such that these can already be used for online calculations and for hardwarein-the-loop applications. This results in multiple possibilities of application for OED functions (on-board diagnostics), regulation strategies, as well as for continuous monitoring of technical components which are subjected to an aging process as a function of known influence quantities. , including engine parameters. This method makes it possible to advantageously use values from the literature, and missing coefficients 20 can be transformed so that they become accessible to a measurement technique.
Un cas d'application concret pour les algorithmes PME est une description intégrale d'un catalyseur dans chaque point de fonctionnement, qui tient compte de sa capacité de 25 marche. A concrete application case for PME algorithms is an integral description of a catalyst at each operating point, which takes account of its running capacity.
Les températures locales dans le catalyseur sont en l'occurrence calculées en prenant en considération des processus thermodynamiques se déroulant dans le catalyseur. The local temperatures in the catalyst are calculated here taking into account the thermodynamic processes taking place in the catalyst.
Pour la répartition axiale de la température, il est 30 en outre tenu compte du transfert thermique entre le flux des gaz d'échappement et la paroi du catalyseur, ainsi que du chauffage du catalyseur et des déperditions thermiques délivrées à l'environnement. Le comportement au démarrage de catalyseurs, au moins de catalyseur neufs, peut de ce 35 fait être déterminé avec précision. For the axial temperature distribution, account is also taken of the heat transfer between the flow of exhaust gases and the wall of the catalyst, as well as the heating of the catalyst and the heat losses delivered to the environment. The starting behavior of catalysts, at least of new catalysts, can therefore be determined with precision.
Toutes les mesures de chauffage du catalyseur, aussi bien les directes (par exemple catalyseur E) que les indirectes (par exemple avec de l'air secondaire), entrent forcément dans le calcul. Les mesures destinées au chauffage du catalyseur peuvent de ce fait être coupées au moment opportun. All the measurements of heating the catalyst, both direct (for example catalyst E) and indirect (for example with secondary air), are necessarily included in the calculation. The measures for heating the catalyst can therefore be cut off at the appropriate time.
Après la coupure d'un moteur, le refroidissement du catalyseur continue à être calculé, de sorte que, lors d'un nouveau démarrage, de la chaleur résiduelle éventuellement subsistante puisse être prise en compte. After the engine has been switched off, the cooling of the catalytic converter continues to be calculated, so that any possible residual heat can be taken into account when restarting.
La mémorisation de différents composés des gaz d'échappement est effectuée par chimisorption des atomes dispersés dans le washcoat. Si cette incrustation est irréversible dans les conditions régnant dans les gaz d'échappement d'un moteur, il se produit un enrichissement 15 de ce composé dans le washcoat, ce qui est en règle générale qualifié d'empoisonnement. Si la chimisorption peut à nouveau être inversée à un certain point de fonctionnement du moteur, le catalyseur peut être régénéré. The memorization of different exhaust gas compounds is carried out by chemisorption of the atoms dispersed in the washcoat. If this incrustation is irreversible under the conditions prevailing in the exhaust gases of an engine, an enrichment of this compound occurs in the washcoat, which is generally described as poisoning. If the chemisorption can be reversed again at a certain engine operating point, the catalyst can be regenerated.
Dès lors que de tels processus chimiques sont connus, ceux20 ci peuvent être décrits avec la méthode PME, le système d'équations existant ayant uniquement à être complété par d'autres équations. As soon as such chemical processes are known, these can be described with the PME method, the existing system of equations having only to be supplemented by other equations.
Avec des stratégies de régulation appropriées, il est de ce fait possible de commander les processus d'oxydo25 réduction et d'oxydation dans le catalyseur de telle sorte que le moteur puisse fonctionner avec un minimum de carburant pendant l'ensemble d'un cycle de la phase d'accumulation et de régénération. With appropriate control strategies, it is therefore possible to control the oxidation-reduction and oxidation processes in the catalyst so that the engine can run on a minimum of fuel during an entire cycle. the accumulation and regeneration phase.
Pour une stratégie de régulation précise, il n'est pas 30 suffisant de ne tenir compte que d'un seul composé des gaz d'échappement. La connaissance relative à l'état d'accumulation de différents composés des gaz d'échappement implique un champ caractéristique d'émissions correspondant qui tient compte, non seulement de transitions dynamiques, 35 mais également des émissions lors d'un démarrage à froid. For a precise regulation strategy, it is not sufficient to take into account only a single compound of the exhaust gases. Knowledge of the state of accumulation of different exhaust gas compounds implies a corresponding emission characteristic field which takes into account not only dynamic transitions, but also emissions during a cold start.
Ce champ caractéristique est mémorisé dans la mémoire de données de l'appareil de commande du moteur. This characteristic field is stored in the data memory of the engine control unit.
Des mécanismes connus, qui décrivent la baisse de l'activité du catalyseur, sont le frittage thermique et les 5 processus d'oxydation irréversibles, ou des processus d'accumulation irréversibles de différents composés des gaz d'échappement dans le catalyseur. Ces mécanismes, et d'autres, peuvent être formulés avec la méthode PME. Known mechanisms, which describe the decline in catalyst activity, are thermal sintering and irreversible oxidation processes, or irreversible accumulation processes of different exhaust gas compounds in the catalyst. These and other mechanisms can be formulated with the PME method.
Avec la connaissance du champ caractéristique 10 d'émissions, du profil axial de température et des processus indésirables décrits ci-dessus se déroulant dans le catalyseur, il est possible de calculer un profil d'activité diminuant dans le temps (vieillissement du catalyseur sur la durée de marche). Avec ce profil 15 d'activité actualisé en permanence, il est possible de déterminer la limite du catalyseur. Il s'agit du moment auquel la fonction OBD devient active. With knowledge of the characteristic emission field, the axial temperature profile and the undesirable processes described above taking place in the catalyst, it is possible to calculate an activity profile decreasing over time (aging of the catalyst on the walking time). With this continuously updated activity profile, it is possible to determine the limit of the catalyst. This is the time when the OBD function becomes active.
Le comportement au démarrage se modifie aussi longtemps que la limite du catalyseur n'est pas atteinte. 20 Dans ce cas, les mesures de chauffage du catalyseur doivent par conséquent rester plus longtemps en service. The start-up behavior changes as long as the limit of the catalyst is not reached. In this case, the catalyst heating measures must therefore remain in operation longer.
De façon analogue aux processus de sorption et de désorption, cette méthode PME permet également de calculer les réactions catalytiques, ces calculs étant nécessaires 25 pour l'établissement d'un profil de température. Après le déclenchement de la réaction dans le catalyseur, et outre la chaleur perdue provenant des gaz d'échappement, celui-ci est également chauffé par les réactions exothermiques. Analogous to the sorption and desorption processes, this PME method also makes it possible to calculate the catalytic reactions, these calculations being necessary for establishing a temperature profile. After the initiation of the reaction in the catalyst, and in addition to the waste heat from the exhaust gases, the latter is also heated by exothermic reactions.
D'autres processus se déroulant dans le catalyseur ne 30 peuvent être calculés au préalable qu'avec une connaissance précise du profil axial de température. Other processes taking place in the catalyst can only be calculated beforehand with a precise knowledge of the axial temperature profile.
Le calcul d'un profil de température comprend également son refroidissement, ainsi que les réactions catalytiques et des réactions postérieures en marche à 35 vide, et lors de temps d'arrêt du moteur (concepts hybrides, coupure d'alimentation en poussée, brèves coupures du moteur, par exemple aux feux de circulation). The calculation of a temperature profile also includes its cooling, as well as the catalytic reactions and subsequent reactions when idling, and during engine downtime (hybrid concepts, power supply cut-out, short cuts engine, for example at traffic lights).
Des pics de HC, qui peuvent conduire à une destruction thermique, peuvent apparaître temporairement dans le régime 5 du moteur. S'il existe un champ caractéristique d'émissions, le catalyseur peut être protégé contre une surchauffe par une stratégie de régulation appropriée. HC peaks, which can lead to thermal destruction, may temporarily appear in engine speed 5. If there is a characteristic emission field, the catalyst can be protected against overheating by an appropriate control strategy.
Précisément dans le cas de concepts hybrides, la connaissance du profil d'activité et du profil de 10 température dans le catalyseur est nécessaire afin que le moteur puisse fonctionner avec des émissions optimisées. Precisely in the case of hybrid concepts, knowledge of the activity profile and the temperature profile in the catalyst is necessary so that the engine can operate with optimized emissions.
L'utilisation des algorithmes PME conduit à tout moment à une connaissance de l'état physique et chimique d'un catalyseur. Cette connaissance permet d'effectuer les 15 fonctions suivantes: - tous types de mesures de chauffage du catalyseur peuvent être arrêtés au moment opportun, ce qui permet d'économiser du carburant. The use of PME algorithms leads to knowledge of the physical and chemical state of a catalyst at all times. This knowledge makes it possible to perform the following functions: - all types of catalyst heating measurements can be stopped at the appropriate time, which saves fuel.
- Compte tenu de la commande des réactions exothermiques 20 dans le catalyseur, celui-ci peut être dans une large mesure protégé vis-à-vis d'une détérioration thermique. - Given the control of the exothermic reactions in the catalyst, the latter can be largely protected from thermal deterioration.
Cela conduit à une capacité de marche plus élevée du catalyseur. - Dans le cas de catalyseur d'accumulation, le cycle de 25 la charge d'accumulation peut être optimisé. Cela conduit à une économie de carburant. This leads to a higher running capacity of the catalyst. - In the case of an accumulation catalyst, the cycle of the accumulation charge can be optimized. This leads to fuel economy.
- La limite du catalyseur est détectée sur la base du profil d'activité calculé. - The catalyst limit is detected on the basis of the calculated activity profile.
- Tous types de détecteurs peuvent être utilisés à titre 30 d'assistance. Des détecteurs de type nouveau peuvent être pris en considération à tout moment. - All types of detectors can be used as assistance. New type detectors can be considered at any time.
Bien que l'invention ait été particulièrement montrée et décrite en se référant à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il sera compris aisément par les personnes 35 expérimentées dans cette technique que des modifications dans la forme et dans des détails peuvent être effectuées sans sortir de l'esprit ni du domaine de l'invention. Although the invention has been particularly shown and described with reference to a preferred embodiment thereof, it will be readily understood by those skilled in the art that modifications in form and in detail can be made without departing from the spirit or the field of the invention.
LISTE DES REFERENCES NUMERIQUESLIST OF NUMERICAL REFERENCES
1 Dispositif de surveillance 2 Catalyseur 3 Appareil de commande 4 Mémoire de données Unité de calcul 6 Liaison bidirectionnelle 7 Liaison bidirectionnelle 10 8 Liaison bidirectionnelle 9 Données de temps du moteur Champ caractéristique du moteur il Champ caractéristique d'émissions 12 Données de temps du catalyseur 15 13 Données de temps du catalyseur 14 (EGR) Recirculation des gaz d'échappement Moteur 16 (KSM) Dispositif de départ à froid 17 Détecteur de température 20 18 Détecteur 19 (OBD) Diagnostic de bord 1 Monitoring device 2 Catalyst 3 Control unit 4 Data memory Calculation unit 6 Bidirectional link 7 Bidirectional link 10 8 Bidirectional link 9 Engine time data Engine characteristic field il Emission characteristic field 12 Catalyst time data 15 13 Catalyst time data 14 (EGR) Exhaust gas recirculation Engine 16 (KSM) Cold start device 17 Temperature sensor 20 18 Sensor 19 (OBD) On-board diagnostic
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