FR2937081A3 - Procede et dispositif de pilotage de la purge d'un piege a oxydes d'azote. - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de pilotage de la purge d'un piège à oxydes d'azotes situé sur la ligne d'échappement d'un moteur diesel, deux capteurs pour mesurer la masse d'oxydes d'azote dans les gaz d'échappement étant disposés respectivement en amont et en aval dudit piège, caractérisé en ce qu'il comprend une étape (a) de détection d'une purge incomplète. Un autre objet de l'invention concerne un dispositif de pilotage de la purge d'un piège à oxydes d'azote situé sur la ligne d'échappement d'un moteur diesel, comprenant deux capteurs pour mesurer la masse d'oxydes d'azote dans les gaz d'échappement respectivement en amont et en aval dudit piège, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour détecter une purge incomplète.
Description
i PROCEDE ET DISPOSITIF DE PILOTAGE DE LA PURGE D'UN PIEGE A OXYDES D'AZOTE
DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un procédé et un dispositif de pilotage de la purge d'un piège à oxyde d'azote.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION L'utilisation d'un piège à NOx (ou NOxTrap selon la terminologie anglo-saxonne) sur une ligne d'échappement d'un moteur diesel, comme illustré à la figure 1, permet le stockage en milieu pauvre, puis le déstockage périodique (ou purge) en milieu riche en réducteurs, des oxydes d'azote. Le pilotage des purges se déroule habituellement de la manière suivante. Dans un premier temps, le piège se charge en oxydes d'azote. Le cumul des NOx stockés dans le piège est déterminé expérimentalement, par exemple au moyen de deux capteurs de NOx positionnés l'un en amont et l'autre en aval du piège. Le déclenchement de la purge est commandé lorsque la masse de NOx stockée atteint un seuil donné. Lorsqu'on ne dispose pas d'un capteur de fin de purge, la durée de la purge est déterminée en boucle ouverte à l'aide d'un modèle de purge, dans lequel : - on estime dans un premier temps la quantité de réducteurs nécessaire pour purger complètement le piège, cette quantité étant directement liée à la quantité de NOx qui doit être éliminée ; - puis, connaissant la composition en réducteurs du milieu riche, on en déduit la durée de purge nécessaire pour vider le piège. Dans cette approche, on fait l'hypothèse que chaque purge est totale, c'est-à-dire que le piège à NOx est vide à la fin de chaque purge. Si lors d'une purge (n° i), la quantité de réducteurs injectée n'a pas été suffisante pour éliminer tous les NOx du piège (cette purge est alors dite partielle), la quantité de NOx résiduelle ne sera pas prise en compte dans le cumul des NOx à la purge suivante (n° i+1).
Or, comme la quantité de réducteurs que l'on injecte est déterminée directement à partir de la quantité de NOx cumulée estimée, cette purge suivante (n° i+1) sera donc également partielle. Au bout de plusieurs cycles de chargement / purge, les purges vont donc tendre à être de plus en plus partielles, et l'efficacité du piège va se dégrader de purge en purge. Ce phénomène est illustré sur la figure 2, où les graphiques a et b correspondent à une situation où toutes les purges sont totales, et les graphiques c et d correspondent à une situation où les purges sont partielles.
Le graphique a illustre l'efficacité du piège (en %) en fonction du temps. On constate que l'efficacité maximale du piège est constante. Le graphique b présente la variation de la masse de NOx dans le piège en fonction du temps : les portions croissantes correspondent au chargement, tandis que les portions décroissantes correspondent aux purges : on peut constater qu'à la fin de chaque purge la masse de NOx est nulle. En revanche, la courbe d, qui représente l'évolution de la masse de NOx dans le piège en fonction du temps, montre qu'à la fin de chaque purge la masse de NOx est non nulle et croît au fur et à mesure des purges. En conséquence, l'efficacité maximale du piège, illustrée sur le graphique c, diminue progressivement.
L'un des buts de l'invention est donc de définir un procédé de pilotage des purges capable de détecter les purges partielles, de déterminer le stock de NOx résiduel et d'ajuster en conséquence la quantité de réducteurs à injecter lors de la purge suivante pour obtenir une purge totale.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION Conformément à l'invention, il est proposé un procédé de pilotage de la purge d'un piège à oxydes d'azotes situé sur la ligne d'échappement d'un moteur diesel, deux capteurs pour mesurer la masse d'oxydes d'azote dans les gaz d'échappement étant disposés respectivement en amont et en aval dudit piège, caractérisé en ce qu'il comprend une étape (a) de détection d'une purge incomplète.
Après la détection d'une purge incomplète, le procédé comprend une étape (b) d'estimation de la quantité de réducteurs à injecter lors de la purge suivante pour que celle-ci soit complète. Selon un premier mode de réalisation, dans l'étape (b) on compare le chargement du piège mesuré au moyen des deux capteurs, et le chargement du piège estimé au moyen d'un modèle de chargement basé sur les données fournies par le capteur situé en amont du piège, et on en déduit la masse résiduelle d'oxydes d'azote dans le piège. Selon une variante, dans l'étape (b) on compare le chargement du piège mesuré au moyen des deux capteurs, et le chargement du piège estimé au moyen d'un observateur utilisant les données fournies par les deux capteurs, et on en déduit la masse résiduelle d'oxydes d'azote dans le piège. De manière particulièrement avantageuse, dans l'étape (a) on mesure l'efficacité du piège au moyen des deux capteurs et on compare cette valeur avec l'efficacité estimée au moyen d'un modèle simulant le chargement du piège, et si la différence entre lesdites valeurs est supérieure à un seuil prédéterminé, alors on détecte une purge incomplète. Un autre objet concerne un dispositif de pilotage de la purge d'un piège à oxydes d'azote situé sur la ligne d'échappement d'un moteur diesel, comprenant deux capteurs pour mesurer la masse d'oxydes d'azote dans les gaz d'échappement respectivement en amont et en aval dudit piège, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour détecter une purge incomplète. Ledit dispositif comprend en outre des moyens pour commander, lors d'une purge suivant une purge incomplète, l'injection d'une quantité de réducteurs 25 appropriée pour que cette purge soit complète. De manière préférée, lesdits moyens comprennent un calculateur dans lequel est enregistré un modèle simulant le chargement ou l'efficacité du piège à partir des mesures du capteur situé en amont du piège. Selon une variante, lesdits moyens comprennent un calculateur dans lequel est 30 enregistré un observateur apte à fournir une estimation de la masse résiduelle d'oxydes d'azote dans le piège à partir des mesures des deux capteurs.
Enfin, un autre objet de l'invention concerne un véhicule automobile à moteur diesel, dans lequel on met en oeuvre le procédé décrit plus haut.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre de manière schématique l'implantation d'un piège à NOx sur la ligne d'échappement d'un moteur diesel ; - la figure 2 représente l'efficacité et le chargement d'un piège à NOx dans le cas où la purge est complète (graphes a et b) et dans le cas où la purge n'est que partielle (graphes c et d) ; - la figure 3 illustre la détection d'une situation de purge partielle ; - la figure 4 représente de manière schématique la structure d'un dispositif de surveillance de la purge d'un piège à NOx ; - la figure 5 illustre la structure d'un dispositif permettant l'estimation de la masse de NOx résiduelle à partir d'un modèle de chargement ; - la figure 6 illustre la structure d'un dispositif permettant l'estimation de la masse de NOx résiduelle à partir d'un observateur du chargement.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION L'invention utilise un modèle de piège permettant de simuler le chargement de celui-ci, afin de détecter les purges partielles. A cet effet, on calcule le stock de NOx (et/ou l'efficacité du piège) par ce modèle en faisant l'hypothèse que chaque purge du piège est complète (c'est-à-dire que le stock résiduel est nul). On compare alors le stock (et/ou l'efficacité) calculé avec le stock (et/ou l'efficacité) expérimental. Si le piège se charge plus lentement expérimentalement que par le calcul, et/ou si l'efficacité expérimentale est plus faible que l'efficacité calculée, et si cet écart est supérieur aux incertitudes liées à la précision du modèle de chargement du piège et aux moyens de mesure permettant de déterminer le stock expérimental, alors on peut en déduire que la dernière purge a été partielle.
La figure 3 illustre la détection d'une situation de purge partielle.
La purge 1 correspond à une situation de purge totale : le stock expérimental (en traits pleins) et le stock calculé dans l'hypothèse d'une purge totale (en pointillés) sont identiques ; de même, l'efficacité expérimentale et l'efficacité calculée dans l'hypothèse d'une purge totale sont identiques.
La purge 2 illustre en revanche une situation de purge partielle. Le stock expérimental est inférieur au stock calculé dans l'hypothèse d'une purge totale, et l'efficacité expérimentale est inférieure à l'efficacité calculée dans l'hypothèse d'une purge totale.
L'invention permet donc de détecter une purge partielle en surveillant la différence des efficacités mesurée et estimée.
Pour la purge suivant une purge partielle, le dispositif de pilotage envoie à l'organe de gestion des purges l'information selon laquelle une purge plus longue est nécessaire.
La topologie de l'estimateur utilisé dépend d'une part des mesures réalisables et d'autre part des états et phénomènes que l'on souhaite prendre en compte.
Un exemple de réalisation d'un modèle de chargement simple à un état basé sur des mesures ou des estimations de débits, de température et de quantité de NOx à l'entrée du piège, est présenté ci-dessous. P de NOx _ v (cil, , - NOOUI ) dt x c OUt = vCNOx + k2 (PO NOx )1(1 + kir ibO NOx ) NOx V(1+khiibONOx)+kl(p(1ùONOx 2 ou : °NOx est la fraction de sites catalytiques occupés par les NOx, v est la vitesse volumique des gaz, CNOx est la concentration des gaz en NOx à l'entrée du piège, CNOx est la concentration des gaz en NOx à la sortie du piège p est la concentration du piège en sites catalytiques, klflb est le coefficient cinétique d'inhibition du chargement en NOx du piège, et où les lois cinétiques sont données par : RT où : kt sont des facteurs pré-exponentiels, Ezsont les énergies d'activation. La figure 4 illustre un dispositif permettant la détection d'une purge partielle. Deux capteurs de NOx sont disposés respectivement en amont et en aval du piège. Les deux capteurs permettent de mesurer l'efficacité du piège. Par ailleurs, l'efficacité du piège est estimée au moyen du modèle décrit plus haut et des données fournies par le capteur situé en amont du piège. Le calculateur du moteur compare alors les efficacités mesurée et estimée : si les deux valeurs sont sensiblement identiques, c'est-à-dire que leur différence est inférieure à un seuil prédéfini, alors la purge est jugée totale ; si au contraire la différence entre les deux valeurs est supérieure audit seuil, alors la purge est considérée comme incomplète et l'organe de gestion des purges en tient compte lors de la demande de purge suivante.
Une fois qu'une purge partielle a été détectée (désignée par purge n° i), il faut faire en sorte d'injecter suffisamment de réducteurs à la purge suivante (n° i+1) pour qu'elle soit totale. Or, comme la quantité de réducteurs nécessaire est calculée directement à partir de la quantité de NOx stockés à éliminer, il faut déterminer la quantité de NOx restant après la purge partielle. On en déduira alors la quantité de NOx stockés à éliminer à la purge n° i+1, à savoir la somme de la quantité de NOx stockés entre les purges i et i+1 (mesurée expérimentalement) et de la quantité de NOx résiduels à la fin de la purge incomplète n° i (calculée par les méthodes décrites plus bas).
Selon un premier mode de mise en oeuvre de l'invention, on utilise un modèle prédictif de chargement du piège pour estimer la quantité de NOx résiduels. On note : mNOx la masse de NOx réelle dans le piège, mNOx la masse de NOx mesurée par différence des mesures des capteurs en amont et en aval du piège, mNÔx la masse de NOx estimée par le modèle, mN0 la masse résiduelle de NOx dans le piège après une purge partielle. A défaut d'un capteur pour détecter la fin de purge, après chaque purge réalisée 10 en boucle ouverte les valeurs de mNOx et de mNOx sont mises à zéro alors que si la purge n'est en réalité que partielle, il reste une masse résiduelle mN0 stockée dans le piège.
Le piège étant un système stable, son point d'équilibre pour les entrées données ne dépend pas de ces conditions initiales et il en va de même pour le modèle de 15 piège.
En d'autres termes, si le modèle est suffisamment prédictif et même si sa condition de stock initiale (masse résiduelle) est erronée, le modèle va converger vers la valeur réelle de masse stockée au bout d'un certain temps après la purge.
Ceci se traduit par les relations suivantes : mod m NOx - m NOx mes a M NOx - M NOx ù M NOx mod mes 0 M NOx ù m NOx - m NOx
La différence entre la masse de NOx stockée mesurée et la masse estimée par le modèle converge donc vers la masse de NOx résiduelle après une purge partielle.
25 La figure 5 illustre un dispositif permettant d'estimer la masse de NOx résiduelle à partir du modèle de chargement qui vient d'être décrit.
Deux capteurs de NOx sont disposés respectivement en amont et en aval du piège. 20 Les deux capteurs permettent de mesurer le chargement du piège. Par ailleurs, le chargement du piège est estimé au moyen du modèle précédemment décrit et des données fournies par le capteur situé en amont du piège. La différence entre les valeurs de chargement mesurée et estimée converge vers la masse de NOx résiduelle après une purge partielle. Cette valeur est transmise à l'organe de gestion des purges qui en déduit la quantité de réducteurs nécessaires lors de la purge suivante pour que celle-ci soit complète. Selon un deuxième mode possible de mise en oeuvre de l'invention, on peut utiliser un observateur pour accélérer la convergence de l'estimation de la masse de NOx résiduelle stockée après une purge partielle. En effet, le premier mode de réalisation décrit présente l'inconvénient que la convergence de l'estimation de la masse de NOx résiduelle stockée après une purge partielle peut être trop lente pour être utilisable par l'organe de gestion des purges.
Il est alors avantageux d'utiliser un observateur basé sur le modèle de chargement qui, à partir des informations des deux capteurs de NOx, fournit une estimation de la masse de NOx résiduelle dans un intervalle de temps plus court et sensiblement constant afin qu'elle soit exploitable par l'organe de gestion des purges. Dans cette configuration, on peut indiquer à l'organe de gestion une durée sensiblement constante suivant une purge, à partir de laquelle il peut considérer que l'estimation de la masse résiduelle des NOx est exploitable. Les méthodes d'observation utilisables sont connues en elles-mêmes de l'homme du métier. On pourra citer parmi celles-ci : les observateurs de Luenberger, les filtres de Kalman (du type non invariant, étendu ou unscented ), un filtrage particulaire, des observateurs glissants ou encore un observateur grand gain. La figure 6 illustre un dispositif permettant l'estimation de la masse de NOx résiduelle à partir d'un tel observateur. Deux capteurs de NOx sont disposés respectivement en amont et en aval du piège.
Les deux capteurs permettent de mesurer le chargement du piège.
Par ailleurs, le chargement du piège est estimé au moyen d'un observateur tel que mentionné plus haut et des données fournies par les deux capteurs. La différence entre les valeurs de chargement mesurée et estimée converge vers la masse de NOx résiduelle après une purge partielle.
Cette valeur est transmise à l'organe de gestion des purges qui en déduit la quantité de réducteurs nécessaires lors de la purge suivante pour que celle-ci soit complète. Il va de soi que les exemples que l'on vient de donner ne sont que des illustrations particulières en aucun cas limitatives quant aux domaines d'application 10 de l'invention.
Claims (9)
- REVENDICATIONS1. Procédé de pilotage de la purge d'un piège à oxydes d'azotes situé sur la ligne d'échappement d'un moteur diesel, deux capteurs pour mesurer la masse d'oxydes d'azote dans les gaz d'échappement étant disposés respectivement en amont et en aval dudit piège, caractérisé en ce qu'il comprend une étape (a) de détection d'une purge incomplète.
- 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, après 10 la détection d'une purge incomplète, une étape (b) d'estimation de la quantité de réducteurs à injecter lors de la purge suivante pour que celle-ci soit complète.
- 3. Procédé selon l'une des revendications 2, caractérisé en ce que dans l'étape (b) on compare le chargement du piège mesuré au moyen des deux capteurs, 15 et le chargement du piège estimé au moyen d'un modèle de chargement basé sur les données fournies par le capteur situé en amont du piège, et on en déduit la masse résiduelle d'oxydes d'azote dans le piège.
- 4. Procédé selon l'une des revendications 2, caractérisé en ce que dans 20 l'étape (b) on compare le chargement du piège mesuré au moyen des deux capteurs, et le chargement du piège estimé au moyen d'un observateur utilisant les données fournies par les deux capteurs, et on en déduit la masse résiduelle d'oxydes d'azote dans le piège. 25
- 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que dans l'étape (a) on mesure l'efficacité du piège au moyen des deux capteurs et on compare cette valeur avec l'efficacité estimée au moyen d'un modèle simulant le chargement du piège, et en ce que si la différence entre lesdites valeurs est supérieure à un seuil prédéterminé, alors on détecte une purge incomplète. 30
- 6. Dispositif de pilotage de la purge d'un piège à oxydes d'azote situé sur la ligne d'échappement d'un moteur diesel, comprenant deux capteurs pour mesurer la masse d'oxydes d'azote dans les gaz d'échappement respectivement en amont et en aval dudit piège, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour détecter une purge incomplète.
- 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour commander, lors d'une purge suivant une purge incomplète, l'injection d'une quantité de réducteurs appropriée pour que cette purge soit complète.
- 8. Dispositif selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent un calculateur dans lequel est enregistré un modèle simulant le chargement ou l'efficacité du piège à partir des mesures du capteur situé en amont du piège.
- 9. Dispositif selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent un calculateur dans lequel est enregistré un observateur apte à fournir une estimation de la masse résiduelle d'oxydes d'azote dans le piège à partir des mesures des deux capteurs.
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20100630 |