FR2907508A1 - Post-processing unit i.e. oxidation catalyst, internal temperature controlling method for internal combustion engine, involves adjusting gas composition to compensate difference between input and setting power by modifying potential power - Google Patents
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Abstract
Description
1 Procédé de contrôle de la température des gaz dans un circuit1 Method for controlling the temperature of gases in a circuit
d'échappement de moteur à combustion interne L'invention a pour objet un procédé de contrôle de la température des gaz dans un circuit d'échappement de moteur à combustion interne et couvre également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. On sait qu'il est nécessaire de réduire la pollution produite par les moteurs à combustion interne. Pour diminuer les émissions de polluants, des systèmes de post-traitement des gaz de plus en plus complexes sont disposés dans la ligne d'échappement des moteurs à mélange pauvre. En particulier, pour réduire les émissions d'oxydes d'azote NOX dans un mélange globalement oxydant tel que les gaz d'échappement d'un moteur en mélange pauvre, on dispose habituellement, dans le système d'épuration, un catalyseur comportant un moyen d'accumulation des oxydes d'azote dénommé "NOX Trap" qui est intégré dans la ligne d'échappement et dans lequel sont piégés les oxydes d'azote émis pendant le fonctionnement normal du moteur en mélange pauvre. Le fonctionnement d'un tel catalyseur d'accumulation d'oxydes d'azote est décrit en détail, par exemple, dans le document EP-A-O 580 389. Un tel catalyseur doit être régénéré périodiquement en exploitant le moteur en régime riche pendant un certain temps afin de décomposer les nitrates en libérant du NOX qui est alors réduit en azote par les réducteurs tels que H2, HC, et CO contenus dans les gaz d'échappement, de la façon décrite dans le document cité plus haut. De même, pour éliminer les particules de suies présentes dans les gaz d'échappement, le circuit d'échappement comporte, normalement, un filtre à particules, par exemple catalytique, dont la paroi intérieure est recouverte d'une couche d'un matériau imprégné de métaux précieux, appelée "Wash Coat", assurant une fonction d'oxydation destinée à diminuer la température de combustion des particules de suies. Pour éviter le colmatage d'un tel filtre à particules par les suies, il est nécessaire de procéder périodiquement à une régénération qui consiste à brûler les suies en élevant la température des gaz d'échappement aux environs de 600 C. The invention relates to a method for controlling the temperature of the gases in an exhaust system of an internal combustion engine and also covers a device for carrying out the method. It is known that it is necessary to reduce the pollution produced by internal combustion engines. To reduce pollutant emissions, increasingly complex gas after-treatment systems are located in the exhaust line of lean-burn engines. In particular, to reduce NOX nitrogen oxide emissions in a generally oxidizing mixture such as the exhaust gas of a lean-burn engine, there is usually available in the purification system a catalyst comprising a Nitrogen oxides accumulation known as "NOX Trap" which is integrated in the exhaust line and in which are trapped the nitrogen oxides emitted during normal operation of the engine in lean mixture. The operation of such a catalyst for the accumulation of nitrogen oxides is described in detail, for example, in EP-A-0580389. Such a catalyst must be regenerated periodically by operating the engine in a rich regime for a certain period of time. time to decompose the nitrates by releasing NOX which is then reduced to nitrogen by the reducing agents such as H 2, HC, and CO contained in the exhaust gas, as described in the document cited above. Similarly, to eliminate the soot particles present in the exhaust gas, the exhaust system normally comprises a particle filter, for example catalytic, whose inner wall is covered with a layer of impregnated material of precious metals, called "Wash Coat", providing an oxidation function intended to reduce the combustion temperature of the soot particles. To prevent clogging of such a particle filter by soot, it is necessary to periodically carry out a regeneration which consists of burning the soot by raising the temperature of the exhaust gas to around 600 C.
Cette élévation de température peut être obtenue en dégradant le rendement moteur par des moyens appropriés d'aide à la régénération. DB5052 FR DEM 0 2907508 2 Pour optimiser le traitement de l'ensemble des polluants, il est nécessaire de gérer au mieux les phases de stockage et de régénération des organes de post-traitement en maîtrisant, autant que possible, la puissance thermique développée au sein de ces pièges afin d'optimiser la combustion des suies dans le 5 cas du filtre à particules et le chargement ou la réduction des oxydes d'azote dans le cas du piège à NOX ou NOX Trap. En effet, ces réactions de combustion, d'oxydation, d'adsorption ou de réduction sont directement dépendantes de la température du support de ces pièges et des gaz qui les traversent. L'invention apporte une solution à de tels problèmes grâce à un procédé 10 permettant de contrôler la température des gaz dans un circuit d'échappement d'un moteur à combustion interne et, en particulier, de contrôler la puissance thermique en sortie pour un premier système de post-traitement de type catalyseur d'oxydation ou NOX Trap dans une fenêtre de température proche de la température maximale d'utilisation en évitant, notamment, d'éventuels pics de température. This rise in temperature can be obtained by degrading the motor efficiency by appropriate means of regeneration aid. DB5052 EN DEM 0 2907508 2 To optimize the treatment of all pollutants, it is necessary to better manage the storage and regeneration phases of the post-treatment units by controlling, as much as possible, the thermal power developed within of these traps in order to optimize the soot combustion in the case of the particulate filter and the loading or reduction of the nitrogen oxides in the case of NOX trap or NOX Trap. Indeed, these combustion reactions, oxidation, adsorption or reduction are directly dependent on the temperature of the support of these traps and the gases that pass through them. The invention provides a solution to such problems through a method 10 for controlling the temperature of the gases in an exhaust circuit of an internal combustion engine and, in particular, to control the output thermal power for a first time. an oxidation catalyst or NOX Trap after-treatment system in a temperature window close to the maximum temperature of use, in particular avoiding possible temperature peaks.
15 De façon connue, un tel contrôle peut être réalisé à partir d'une mesure de la température interne du catalyseur au moyen de capteurs placés à l'intérieur de celui-ci. Cependant, l'implantation d'un capteur au sein du catalyseur est difficile et présente des risques pour l'intégrité du monolithe constituant le catalyseur. Il est 20 donc préférable de placer le capteur de température en aval du catalyseur, la gestion de la thermique en sortie du premier système de post-traitement étant assurée, dans un système de contrôle dit "par retour d'état" à partir d'une mesure de la température des gaz en sortie de ce système. Toutefois, la réponse d'un tel système est lente et très retardée et, par ailleurs, très sensible aux changements 25 d'inertie des monolithes occasionnés par des variations de la température des gaz à l'entrée du système de post-traitement et/ou des variations de leur débit. De ce fait, les caractéristiques temporelles de la réponse d'un tel procédé à l'échelon de commande limitent les performances d'un contrôle par retour d'état en termes de suivi de consignes et il peut être impossible d'éviter des dépassements de la 30 température maximale admissible. De plus, en raison de la sensibilité du procédé aux changements de conditions de fonctionnement, il sera très difficile de réaliser un contrôle assez stable sur l'ensemble du champ de fonctionnement du moteur sans décrire ses paramètres pour chacune des conditions de fonctionnement, ce qui est inadmissible en termes d'espace-mémoire dédié à cette fonction. DB5052 FR DEM 0 2907508 3 Pour éviter ces inconvénients, l'invention a pour objet un nouveau procédé de contrôle permettant une régulation de la thermique interne du catalyseur sans dépendre des conditions d'observation de l'état du système pour l'élaboration de la commande adéquate.In known manner, such a control can be performed from a measurement of the internal temperature of the catalyst by means of sensors placed inside thereof. However, the implantation of a sensor within the catalyst is difficult and presents risks for the integrity of the monolith constituting the catalyst. It is therefore preferable to place the temperature sensor downstream of the catalyst, the management of the thermal output of the first post-treatment system being ensured, in a control system called "by state feedback" from a measurement of the temperature of the gases at the outlet of this system. However, the response of such a system is slow and very delayed and, moreover, very sensitive to changes in the inertia of the monoliths caused by variations in the temperature of the gases at the inlet of the post-treatment system and / or variations in their flow. As a result, the temporal characteristics of the response of such a process to the control step limit the performance of a feedback control in terms of setpoint tracking and it may be impossible to avoid overruns. the maximum permissible temperature. Moreover, because of the sensitivity of the process to changes in operating conditions, it will be very difficult to achieve a fairly stable control over the entire operating field of the engine without describing its parameters for each of the operating conditions, which means that is inadmissible in terms of memory space dedicated to this function. In order to avoid these drawbacks, the subject of the invention is a new control method enabling regulation of the internal thermal of the catalyst without depending on the conditions of observation of the state of the system for the preparation of the adequate control.
5 D'une façon générale, l'invention concerne donc le contrôle de la température interne d'un organe de post-traitement placé dans un circuit d'échappement d'un moteur à combustion interne, au moins certains polluants contenus dans les gaz d'échappement du moteur étant stockés, dans des phases de fonctionnement normal, dans au moins un organe de post-traitement qui est 10 alternativement soumis à des phases de régénération pour éliminer les polluants stockés, par élévation et maintien de la température dans l'organe de post-traitement au voisinage d'une température de consigne. Conformément à l'invention, à partir d'une mesure ou d'une estimation du débit et de la température des gaz d'échappement avant l'entrée dans l'organe de 15 post-traitement et compte tenu de leur composition, on détermine, d'une part, la valeur de la puissance de consigne nécessaire à l'obtention de la température de consigne dans l'organe de post-traitement, compte tenu des pertes et, d'autre part, la puissance calorifique entrante apportée par les gaz dans l'organe de post-traitement, qui correspond à la somme de leur puissance de chauffage direct due à 20 leur température, et de leur puissance potentielle de réaction exothermique dans l'organe de post-traitement, et l'on ajuste la composition desdits gaz d'échappement, avant l'entrée dans l'organe de post-traitement, de façon à compenser la différence ainsi déterminée à l'avance entre la puissance entrante et la puissance de consigne par une modification correspondante de la puissance potentielle de réaction 25 exothermique. De préférence, la puissance de consigne est déterminée à partir d'une mesure de la température des gaz à la sortie de l'organe de post-traitement, de leur débit et de leur capacité calorifique. De façon particulièrement avantageuse, pour compenser la différence entre 30 la puissance entrante et la puissance de consigne, on ajuste les proportions relatives de réducteurs et d'oxydants dans les gaz d'échappement afin de modifier de la valeur voulue la puissance potentielle de réaction exothermique d'oxydation des réducteurs dans l'organe de post-traitement. DB5052 FR DEM 0 2907508 4 Selon une autre caractéristique préférentielle, la proportion de réducteurs dans les gaz d'échappement est ajustée par une post-injection d'un débit contrôlé de carburant, soit dans au moins une chambre de combustion du moteur, soit directement dans le circuit d'échappement, en amont de l'organe de post-traitement.In general terms, the invention therefore relates to the control of the internal temperature of a post-treatment unit placed in an exhaust circuit of an internal combustion engine, at least some pollutants contained in the exhaust gas. engine exhaust being stored, in normal operating phases, in at least one post-treatment unit which is alternately subjected to regeneration phases to remove stored pollutants, by raising and maintaining the temperature in the organ post-treatment in the vicinity of a set temperature. According to the invention, from a measurement or an estimate of the flow rate and the temperature of the exhaust gases before entering the post-treatment unit and taking into account their composition, it is determined on the one hand, the value of the reference power required to obtain the set temperature in the post-treatment unit, taking into account the losses and, on the other hand, the incoming heating power supplied by the gas in the post-treatment member, which is the sum of their direct heating power due to their temperature, and their potential exothermic reaction potency in the post-treatment member, and the composition of said exhaust gas, before entering the post-processing member, so as to compensate for the difference thus determined in advance between the incoming power and the target power by a corresponding modification of the potential power of reaction 25 exothermic. Preferably, the target power is determined from a measurement of the temperature of the gases at the outlet of the post-treatment unit, their flow rate and their heat capacity. Particularly advantageously, in order to compensate for the difference between the input power and the target power, the relative proportions of reducing agents and oxidants in the exhaust gas are adjusted in order to change the potential power of the exothermic reaction by a desired value. oxidation of the reductants in the post-treatment organ. According to another preferred feature, the proportion of reducing agents in the exhaust gas is adjusted by a post-injection of a controlled flow rate of fuel, either in at least one combustion chamber of the engine, or directly in the exhaust circuit, upstream of the post-processing unit.
5 A cet effet, une unité de contrôle détermine les valeurs estimées de la puissance de consigne nécessaire et de la puissance thermique entrante apportée par les gaz et un signal correspondant à la différence ainsi calculée est affiché sur une unité de commande d'un débit de post-injection de carburant permettant d'ajuster la puissance potentielle de réaction exothermique des gaz dans l'organe de 10 post-traitement. Dans un mode de réalisation plus perfectionné, pour déterminer le débit de post-injection du carburant permettant de compenser la différence entre la puissance de consigne et la puissance thermique entrante, l'unité de contrôle prend en compte la variation d'énergie interne de l'organe de post-traitement due au 15 passage à la température de consigne. A cet effet, la valeur instantanée de cette variation d'énergie interne de l'organe de post-traitement est calculée en tenant compte de sa masse, de sa capacité calorifique et de la différence de température à compenser. D'autres caractéristiques avantageuses de l'invention apparaîtront dans la 20 description suivante de certains modes de réalisation particuliers, donnés à titre d'exemples et représentés sur les dessins annexés. La figure 1 est un schéma général des circuits d'admission et d'échappement d'une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne. La figure 2 est un schéma d'un circuit d'échappement équipé de systèmes 25 de post-traitement. La figure 3 est un diagramme montrant un exemple de variation, au cours du temps, du débit des gaz d'échappement selon le régime du moteur et la variation correspondante de la puissance thermique entrante et de la puissance de consigne nécessaire.For this purpose, a control unit determines the estimated values of the necessary setpoint power and the incoming thermal power supplied by the gases and a signal corresponding to the difference thus calculated is displayed on a control unit of a flow rate. post-fuel injection to adjust the potential power of exothermic reaction of the gases in the post-treatment organ. In a more advanced embodiment, to determine the fuel injection post-injection rate to compensate for the difference between the target power and the incoming thermal power, the control unit takes into account the variation of internal energy of the fuel. post-treatment unit due to the changeover to the set temperature. For this purpose, the instantaneous value of this variation of internal energy of the post-treatment unit is calculated taking into account its mass, its heat capacity and the temperature difference to be compensated. Other advantageous features of the invention will become apparent from the following description of certain particular embodiments given by way of example and shown in the accompanying drawings. Figure 1 is a general diagram of the intake and exhaust circuits of a combustion chamber of an internal combustion engine. Fig. 2 is a diagram of an exhaust circuit equipped with post-processing systems. FIG. 3 is a diagram showing an example of variation, over time, of the flow of the exhaust gases according to the engine speed and the corresponding variation of the incoming thermal power and the necessary reference power.
30 La figure 4 est un schéma d'un système de contrôle de température pour la mise en oeuvre du procédé. La figure 5 est un schéma d'un système de contrôle plus perfectionné, à commande proportionnelle et intégrale. DB5052 FR DEM 0 2907508 5 Sur la figure 1, on a représenté schématiquement une disposition classique des circuits d'admission 1 et d'échappement 2 reliés à une chambre de combustion 10 d'un moteur dans laquelle débouche un injecteur 11. De façon classique, une partie des gaz d'échappement est renvoyée dans le 5 circuit d'admission 1 par un circuit de recyclage 12, la plus grande partie des gaz d'échappement passant d'abord par une turbine 13 à géométrie variable qui entraîne un compresseur 14 de l'air d'admission. Le schéma de la figure 1 montre d'autres dispositions bien connues qui peuvent, d'ailleurs, faire l'objet de multiples variantes et ne nécessitent pas une 10 description détaillée. A la sortie de la turbine, les gaz d'échappement sont renvoyés à l'atmosphère par un circuit de sortie 20 qui, pour réduire la pollution, comporte au moins un organe de post-traitement 21. Cet organe de post-traitement, habituellement du type catalyseur d'oxydation 15 ou NOX Trap permet de retenir et de stocker les oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement et est associé, habituellement, à un filtre à particules qui retient, sous forme de suies, les particules contenues dans les gaz. Ainsi, comme le montre schématiquement la figure 2, le circuit d'échappement 2 d'un moteur à combustion interne 11 comporte habituellement, en 20 aval de la turbine 13, un premier organe de post-traitement 21 du type catalyseur d'oxydation et un second organe 22 tel qu'un filtre à particules, les gaz ainsi dépollués étant rejetés à l'atmosphère par un circuit d'évacuation 23. De façon classique, les polluants accumulés, en fonctionnement normal, dans les deux organes de post-traitement 21, 22, sont éliminés dans des phases de 25 régénération, généralement en élevant la température des gaz par réglage du moteur en mélange riche. Pour cela, l'injecteur 11 est piloté, habituellement, par une unité de contrôle recevant les informations transmises par divers capteurs et associée à un modèle qui commande périodiquement le passage en phase de régénération et le maintien de la température au niveau de consigne souhaité.FIG. 4 is a diagram of a temperature control system for carrying out the method. Figure 5 is a diagram of a more advanced control system, proportional and integral control. FIG. 1 diagrammatically shows a conventional arrangement of the intake and exhaust circuits 2 connected to a combustion chamber 10 of an engine into which an injector 11 opens. In a conventional manner a part of the exhaust gas is returned to the intake circuit 1 by a recirculation circuit 12, the majority of the exhaust gas first passing through a variable geometry turbine 13 which drives a compressor 14 intake air. The diagram of FIG. 1 shows other well-known arrangements which can, moreover, be the subject of many variations and do not require a detailed description. At the exit of the turbine, the exhaust gases are returned to the atmosphere by an output circuit 20 which, to reduce pollution, comprises at least one post-processing member 21. This post-processing member, usually The oxidation catalyst 15 or NOX trap makes it possible to retain and store the nitrogen oxides contained in the exhaust gas and is usually associated with a particulate filter which retains, in the form of soot, the particles contained in in the gases. Thus, as shown schematically in FIG. 2, the exhaust circuit 2 of an internal combustion engine 11 usually comprises, downstream of the turbine 13, a first post-processing member 21 of the oxidation catalyst type and a second member 22 such as a particulate filter, the gases thus cleaned up being discharged into the atmosphere by an evacuation circuit 23. In a conventional manner, the pollutants accumulated, in normal operation, in the two post-treatment units 21, 22 are removed in regeneration phases, generally raising the temperature of the gases by adjusting the engine to a rich mixture. For this, the injector 11 is controlled, usually by a control unit receiving the information transmitted by various sensors and associated with a model that periodically controls the transition to the regeneration phase and maintaining the temperature at the desired desired level.
30 Cependant, la température Te et le débit Qech des gaz d'échappement mesurés, par exemple, par des capteurs 31 placés en amont ou en aval de la turbine 13, varient à chaque instant en fonction du régime du moteur commandé par le conducteur. DB5052 FR DEM 0 2907508 6 Par exemple, sur le diagramme de la figure 3, la courbe 3 montre l'évolution possible, au cours du temps, du débit des gaz d'échappement qui varie en fonction du régime demandé au moteur, c'est-à-dire de la position de la pédale d'accélération et du rapport engagé sur la boîte de vitesses.However, the temperature Te and the flow rate Qech of the exhaust gases measured, for example, by sensors 31 placed upstream or downstream of the turbine 13, vary at each instant as a function of the engine speed controlled by the driver. For example, in the diagram of FIG. 3, curve 3 shows the possible evolution, over time, of the flow rate of the exhaust gas, which varies according to the speed required of the engine. that is, the position of the acceleration pedal and gear engaged on the gearbox.
5 On connaît également, par mesure, estimation ou modélisation, la composition des gaz d'échappement et l'on peut donc en déduire leur capacité calorifique Cp. Après avoir traversé le catalyseur 21, les gaz d'échappement qui sortent par la conduite 20' ont le même débit Qech et leur température Ts qui peut être mesurée 10 par un capteur 15, correspond à la température interne du catalyseur 21. Le problème de l'invention est donc de maintenir cette température Ts, pendant toute la durée de la phase de régénération, au voisinage d'une température de consigne pour laquelle le fonctionnement du catalyseur est optimal mais qui ne doit pas être dépassée pour éviter une détérioration du catalyseur.It is also known, by measurement, estimation or modeling, the composition of the exhaust gas and can therefore be deduced their heat capacity Cp. After having passed through the catalyst 21, the exhaust gases leaving via the pipe 20 'have the same flow Qech and their temperature Ts, which can be measured by a sensor 15, corresponds to the internal temperature of the catalyst 21. The problem of the invention is therefore to maintain this temperature Ts, throughout the duration of the regeneration phase, in the vicinity of a set temperature for which the operation of the catalyst is optimal but which must not be exceeded to avoid deterioration of the catalyst .
15 La puissance thermique sortante, exprimée en joule par seconde, est égale à: Ws = Ts * Qech * Cp (1) 20 Le principe de la gestion thermique consiste à apporter dans le catalyseur 21 une puissance thermique entrante moyenne sensiblement égale à cette puissance thermique sortante, c'est-à-dire à la puissance évacuée à la température de consigne désirée. Cette puissance thermique entrante est constituée, d'une part, de la 25 puissance thermique apportée directement par la chaleur des gaz en raison de leur température Te et de leur débit Qech et, d'autre part, de la puissance potentielle apportée indirectement par la capacité de réaction exothermique des masses d'oxygène ou de réducteurs présents dans les gaz d'échappement et qui réagissent partiellement ou totalement dans le catalyseur. Cette réaction exothermique fournit, 30 en effet, un complément d'énergie W. qui s'ajoute à la puissance de chauffage direct des gaz pour élever la température dans le catalyseur. La puissance entrante We, exprimée en J/s, peut donc s'écrire : We=Te*Qech *Cp+Wexo (2) DB5052 FR DEM 0 2907508 7 Cette puissance thermique entrante peut donc être calculée à partir d'une mesure, d'une estimation ou de la modélisation de la température Te et du débit Qech des gaz dans la conduite 20, à l'entrée du catalyseur 21, ainsi que de leur 5 composition, en particulier des émissions d'oxygène ou de réducteurs, qui permettent de déterminer leur capacité calorifique Cp et la puissance potentielle de réaction exothermique Wexo. De même, il est possible d'estimer ou de déterminer par modélisation les pertes thermiques éventuelles Wp dans le catalyseur 21.The outgoing thermal power, expressed in joule per second, is equal to: Ws = Ts * Qech * Cp (1) The principle of the thermal management is to provide in the catalyst 21 an average incoming thermal power substantially equal to this power thermal output, that is to say the power discharged to the desired set temperature. This incoming thermal power consists, on the one hand, of the thermal power supplied directly by the heat of the gases because of their temperature Te and of their flow Qech and, on the other hand, of the potential power indirectly supplied by the exothermic reaction capacity of the oxygen masses or reductants present in the exhaust gas and which react partially or totally in the catalyst. This exothermic reaction provides, in effect, a complement of energy W. which adds to the direct heating power of the gases to raise the temperature in the catalyst. The incoming power We, expressed in J / s, can therefore be written: We = Te * Qech * Cp + Wexo (2) DB5052 EN DEM 0 2907508 7 This incoming thermal power can therefore be calculated from a measurement, estimating or modeling the temperature Te and the flow rate Qech of the gases in line 20, at the inlet of the catalyst 21, as well as their composition, in particular oxygen or reducing emissions, which allow to determine their heat capacity Cp and the potential power of exothermic reaction Wexo. Similarly, it is possible to estimate or determine by modeling the possible thermal losses Wp in the catalyst 21.
10 Sur le diagramme de la figure 3, les courbes 3 et 31 donnent, respectivement, un exemple d'évolution au cours du temps,en fonction du régime du moteur, du débit de gaz Qech et de la puissance entrante We. La courbe 32 indique l'évolution correspondante de la puissance de consigne Wo que les gaz devraient apporter pour obtenir la puissance sortante Ws 15 qui correspond à la température de consigne, compte tenu des pertes Wp selon l'équation : Wc = Ws +Wp (3) 20 Compte tenu du régime du moteur, il existe donc, à chaque instant, une différence qui doit être compensée : A =WcùWe (4) 25 entre la puissance entrante apportée par les gaz et la puissance de consigne, cette différence pouvant varier à chaque instant. L'idée de l'invention consiste donc à piloter l'énergie potentielle WeXo que peut produire la réaction exothermique d'oxydation des réducteurs à l'intérieur du catalyseur 21, de façon à apporter aux gaz entrant dans le catalyseur le complément 30 d'énergie nécessaire pour obtenir la température de consigne qu'il faut atteindre dans le catalyseur. Pour cela, la composition des gaz d'échappement, avant leur entrée dans le catalyseur, est ajustée afin de modifier la puissance potentielle de réaction exothermique de la valeur nécessaire pour que la puissance entrante soit égale à la puissance de consigne permettant d'obtenir la température souhaitée. DB5052 FR DEM 0 2907508 8 Pour réaliser cet ajustement de la composition des gaz réducteurs, l'unité de contrôle peut avantageusement agir sur le débit de post-injection de carburant. A cet effet, comme le montre schématiquement la figure 4, l'unité de contrôle peut comporter un bloc de calcul 4 de la puissance entrante We qui reçoit, sur ses 5 entrées 41, 42, des signaux correspondant respectivement à la température Te et au débit Qech des gaz mesurés, par exemple, par des capteurs 31 et, sur son entrée 43, un signal correspondant à la puissance potentielle de réaction exothermique qui peut être estimée ou calculée en tenant compte de la composition des gaz. Un bloc de calcul 5 détermine la puissance de consigne Wc nécessaire pour 10 obtenir la température de consigne souhaitée, à partir des informations affichées sur ses entrées 51, 52, 53, relatives à la température de consigne Ts, au débit des gaz Qech et à la perte d'énergie Wp dans le catalyseur, qui peut être estimée ou déterminée par modélisation. Les signaux correspondant à la puissance entrante We et à la puissance de 15 consigne Wc, qui sont émis aux sorties 44, 54 des blocs de calcul 4, 5 sont affichés sur un comparateur 45 qui émet un signal correspondant à la différence AW, à l'entrée 61 d'un bloc de calcul 6 qui détermine la correction à apporter à la puissance potentielle de réaction exothermique correspondant au régime du moteur à l'instant considéré, afin de compenser la différence de puissance calculée A, de 20 façon à déterminer la puissance potentielle exothermique W'exo permettant d'obtenir, dans le catalyseur 21, la puissance thermique de consigne Wc selon l'équation : Wc=Te*Qech *Cp+W'exo (5) 25 Le bloc de calcul 6 émet donc, à sa sortie 62, un signal correspondant à cette puissance exothermique de consigne. Ce signal est affiché sur le système 7 de commande de l'injecteur 11 qui adapte en permanence le débit de post-injection afin d'apporter la puissance manquante A, ainsi déterminée par anticipation, en se basant sur une estimation des puissances thermiques instantanées.In the diagram of FIG. 3, the curves 3 and 31 give, respectively, an example of evolution over time, as a function of the engine speed, the Qech gas flow and the incoming power We. Curve 32 indicates the corresponding change in the desired power Wo that the gases should bring to obtain the outgoing power Ws 15 which corresponds to the set temperature, taking into account the losses Wp according to the equation: Wc = Ws + Wp ( 3) 20 Given the engine speed, there is therefore, at each moment, a difference which must be compensated: A = WcuWe (4) between the input power supplied by the gases and the target power, this difference being able to vary at every moment. The idea of the invention therefore consists in piloting the potential energy WeXo that can be produced by the exothermic oxidation reaction of the reducing agents inside the catalyst 21, so as to supply the gases entering the catalyst with the complement 30 energy required to obtain the target temperature to be reached in the catalyst. For this, the composition of the exhaust gas, before entering the catalyst, is adjusted in order to modify the potential power of the exothermic reaction of the value necessary for the incoming power to be equal to the desired power to obtain the desired temperature. To achieve this adjustment of the composition of the reducing gases, the control unit can advantageously act on the fuel injection post-injection flow rate. For this purpose, as shown diagrammatically in FIG. 4, the control unit may comprise a calculation block 4 of the incoming power We which receives, on its inputs 41, 42, signals corresponding respectively to the temperature Te and Qech flow of gases measured, for example, by sensors 31 and, on its input 43, a signal corresponding to the potential power of exothermic reaction that can be estimated or calculated taking into account the composition of the gases. A calculation block 5 determines the desired power Wc necessary to obtain the desired setpoint temperature, based on the information displayed on its inputs 51, 52, 53 relating to the set temperature Ts, to the flow rate of the Qech gases and to the loss of energy Wp in the catalyst, which can be estimated or determined by modeling. The signals corresponding to the incoming power We and the setpoint power Wc, which are output at the outputs 44, 54 of the calculation blocks 4, 5 are displayed on a comparator 45 which outputs a signal corresponding to the difference AW, at the input 61 of a calculation block 6 which determines the correction to be made to the potential power of the exothermic reaction corresponding to the engine speed at the moment considered, in order to compensate for the calculated power difference A, so as to determine the potential exothermic power W'exo for obtaining, in the catalyst 21, the desired thermal power Wc according to the equation: Wc = Te * Qech * Cp + W'exo (5) The calculation block 6 thus emits at its output 62, a signal corresponding to this desired exothermic power. This signal is displayed on the control system 7 of the injector 11 which continuously adapts the post-injection flow to bring the missing power A, thus determined in advance, based on an estimate of the instantaneous thermal powers.
30 Il est ainsi possible de maintenir, à chaque instant, la température dans le catalyseur 21 à une valeur optimale en évitant les pics de température. Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux détails du mode de réalisation qui vient d'être décrit à titre de simple exemple mais couvre, au contraire, toutes les variantes restant dans le même cadre de protection. DB5052 FR DEM 0 2907508 9 Par exemple, au lieu d'adapter le débit de réducteurs en post-injection tardive dans le cylindre, de façon à augmenter le potentiel exothermique résultant du réglage initial du point de fonctionnement du moteur, il serait possible de placer un injecteur dans le circuit d'échappement 20, en amont de l'organe de post- 5 traitement 21, de telle sorte que le dégagement de chaleur sur le catalyseur, par oxydation du débit supplémentaire de réducteurs, complète le flux énergétique apporté par les gaz d'échappement à la sortie du moteur 11. D'autre part, il est possible également d'ajouter à la commande qui vient d'être décrite un deuxième terme de commande tenant compte de la ou des 10 température(s) interne(s) du monolithe, ces températures pouvant être mesurées au moyen de capteurs ou bien déterminées à l'aide d'un modèle thermique. Un tel système, représenté schématiquement sur la figure 5, comporte donc également des blocs de calcul 4 et 5 pour déterminer respectivement la puissance entrante We et la puissance de consigne Wc et en déduire la puissance 15 manquante A,,. Cependant, dans ce système, on ajoute à la commande précédente un deuxième terme de commande élaboré par un bloc de calcul 8 qui reçoit sur ses entrées 81 les mêmes informations Ts, Te, Wexo, Qech, Wp pour en déduire le delta de l'énergie interne du catalyseur AE;nt en fonction de la température, selon l'équation : 20 AEint = m * Qech * C(T) * AT (6) dans laquelle m est la masse ou fraction de masse du monolithe utile à la commande, C(T) la capacité calorifique du substrat qui dépend de la température et 25 AT la différence entre la température de consigne et la température du catalyseur à l'instant considéré, qui est donnée par le modèle thermique. Le signal correspondant à ce delta de l'énergie interne est affiché à l'entrée 63 du bloc de calcul 6 qui, comme précédemment, reçoit sur son entrée 61 le signal A correspondant à la différence entre la puissance We et la puissance de 30 consigne Wc. Le bloc de calcul 6 peut ainsi calculer le delta de puissance thermique instantanée par rapport à la différence entre la puissance de consigne et la puissance entrante, compte tenu du delta de l'énergie interne résultant du modèle de température du monolithe, selon l'équation : DB5052 FR DEM 0 F' v 2907508 10 4W=Wc-We+ AEint, dt Ainsi, le dispositif 7 de commande de l'injecteur 11 peut adapter le débit de post-injection afin que la puissance modifiée de réaction exothermique W'exo ainsi 5 obtenu permette, en compensant la puissance manquante A d'obtenir la puissance de consigne nécessaire pour atteindre, dans le catalyseur, la température de consigne souhaitée. De plus, les performances dynamiques, en particulier le temps de montée en 10 température pourrait être améliorées en ajoutant un mode de contrôle thermique utilisant la connaissance de l'énergie interne du monolithe au moyen d'un modèle thermique de celui-ci. De même, une consigne dynamique de température permettrait d'améliorer encore les performances du procédé selon l'invention.It is thus possible to maintain, at each instant, the temperature in the catalyst 21 at an optimum value while avoiding temperature peaks. Of course, the invention is not limited to the details of the embodiment which has just been described as a simple example but covers, on the contrary, all the variants remaining in the same protective frame. DB5052 EN DEM 0 2907508 9 For example, instead of adapting the gearbox flow in late post-injection into the cylinder, so as to increase the exothermic potential resulting from the initial adjustment of the operating point of the motor, it would be possible to place an injector in the exhaust circuit 20, upstream of the post-treatment unit 21, so that the release of heat on the catalyst, by oxidation of the additional flow of reducing agents, completes the energy flow brought by the On the other hand, it is also possible to add to the command which has just been described a second control term taking into account the internal temperature (s). s) of the monolith, these temperatures being measurable by means of sensors or determined using a thermal model. Such a system, shown diagrammatically in FIG. 5, thus also comprises calculation blocks 4 and 5 for respectively determining the incoming power We and the desired power Wc and deriving the missing power A ,,. However, in this system, there is added to the previous command a second control term developed by a calculation block 8 which receives on its inputs 81 the same information Ts, Te, Wexo, Qech, Wp to deduce the delta of the internal energy of the catalyst AE; nt as a function of the temperature, according to the equation: ## EQU1 ## where m is the mass or mass fraction of the monolith useful to the control , C (T) the heat capacity of the substrate which depends on the temperature and AT the difference between the set temperature and the temperature of the catalyst at the instant considered, which is given by the thermal model. The signal corresponding to this delta of the internal energy is displayed at the input 63 of the calculation block 6 which, as previously, receives on its input 61 the signal A corresponding to the difference between the power We and the power of 30 instructions. toilet. The calculation block 6 can thus calculate the instantaneous thermal power delta with respect to the difference between the target power and the incoming power, taking into account the delta of the internal energy resulting from the monolith temperature model, according to the equation Thus, the device 7 for controlling the injector 11 can adapt the post-injection flow rate so that the modified exothermic reaction power W'exo as well as 5 obtained allows, by compensating for the missing power A to obtain the necessary power required to reach, in the catalyst, the desired set temperature. In addition, the dynamic performance, particularly the rise time, could be improved by adding a thermal control mode using the knowledge of the internal energy of the monolith by means of a thermal model thereof. Similarly, a dynamic temperature setpoint would further improve the performance of the method according to the invention.
15 Dans le cas qui vient d'être décrit d'un catalyseur d'oxydation du type NOX Trap, le contrôle de la température à la sortie du catalyseur permet également de réaliser de façon optimale la régénération, par combustion des suies, du filtre à particules 22. Cependant, dans la mesure où elle permet de contrôler en permanence la 20 température dans l'organe de post-traitement en tenant compte, à chaque instant, des caractéristiques des gaz d'échappement résultant du régime du moteur, l'invention pourrait aussi être adaptée à d'autres systèmes de régénération, tels que la désulfatation d'un catalyseur NOx Trap ou d'un système 4 voies placé en aval du catalyseur d'oxydation et permettrait aussi d'optimiser l'efficacité d'adsorption des 25 oxydes d'azote dans le catalyseur ou un système 4 voies, ainsi que l'efficacité de leur traitement sur un système du type SCR. (7)In the case just described of a NOX Trap type oxidation catalyst, the control of the temperature at the outlet of the catalyst also makes it possible to optimize the regeneration, by soot combustion, of the filter. 22. However, insofar as it makes it possible to constantly control the temperature in the post-treatment unit taking into account, at each moment, the characteristics of the exhaust gases resulting from the engine speed, the invention could also be adapted to other regeneration systems, such as the desulfation of a NOx Trap catalyst or a 4-way system placed downstream of the oxidation catalyst and would also optimize the adsorption efficiency of Nitrogen oxides in the catalyst or a 4-way system, as well as the efficiency of their treatment on a SCR type system. (7)
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