FR2999648A1 - Procede de determination de la concentration en oxydes d'azote a la sortie d'un moteur a combustion interne - Google Patents

Abstract

La présente invention a pour objet un procédé qui concerne un moteur à combustion interne comportant au moins un cylindre équipé d'un capteur de pression. Le moteur comporte des moyens permettant de mesurer la température et la pression de l'air frais introduit dans le moteur. Le procédé comporte les étapes suivantes : • mesure de la pression régnant dans chaque cylindre, • détermination à partir de la pression mesurée de la température régnant dans le cylindre de manière à déterminer, d'une part, la température maximale atteinte et, d'autre part, la position angulaire du moteur lorsque cette température maximale est atteinte, • détermination de la concentration en NOx à partir de la température maximale atteinte en appliquant un premier facteur correctif prédéterminé dépendant de la position angulaire du moteur à laquelle la température maximale est atteinte.

Description

La présente invention concerne un procédé de détermination de la concentration en oxydes d'azote à la sortie d'un moteur à combustion interne. Le domaine de la présente invention est le contrôle et la gestion des moteurs à combustion interne, et plus particulièrement des moteurs à allumage par compression 5 appelés aussi moteurs Diesel. Dans un moteur de type Diesel, de l'air est comprimé dans une chambre de combustion puis du carburant est injecté sous pression dans cette chambre. Les conditions de température et de pression dans la chambre sont telles lors de l'injection qu'il y a alors combustion du carburant. Cette combustion est réalisée sous haute 10 pression et à haute température et génère la production de gaz polluants tels des oxydes d'azote, appelés communément NON, comprenant notamment le monoxyde d'azote NO et le dioxyde d'azote NO2. Pour limiter notamment les émissions polluantes d'un moteur de type Diesel, il est connu d'équiper le moteur d'au moins un circuit de recirculation. Un moteur à 15 combustion interne est alimenté en air frais et rejette des gaz brûlés à l'échappement. Pour les moteurs de type Diesel, il a été trouvé qu'en mélangeant une partie des gaz brûlés à l'air frais alimentant le moteur, il était possible d'agir, ou plus précisément de réduire, sur les émissions polluantes à l'échappement. Un circuit de recirculation de gaz brûlés est couramment appelé circuit EGR (acronyme anglais de Exhaust Gas 20 Recirculation ou en français recirculation des gaz d'échappement). Il existe des circuits EGR basse pression ou haute pression selon que les gaz d'échappement sont prélevés à haute pression, c'est-à-dire à proximité de la sortie des gaz hors des cylindres, ou bien après détente des gaz, plus en aval des cylindres. Pour limiter encore le rejet de NON d'un moteur, on peut trouver sur la ligne 25 d'échappement du moteur, un ou plusieurs des dispositifs suivants : convertisseur catalytique à oxydation, filtre à particules et/ou dispositif de réduction catalytique sélective. Un dispositif de réduction catalytique sélective fonctionne en utilisant de l'ammoniaque comme agent réducteur. Un réservoir d'ammoniaque, ou d'une solution contenant de l'ammoniaque ou l'un de ses dérivés, est alors associé à la ligne 30 d'échappement et un dispositif d'injection permet d'introduire l'ammoniaque, ou équivalent, dans la ligne d'échappement en amont du dispositif de réduction catalytique sélective. Le liquide utilisé pour permettre la réduction des oxydes d'azote peut être par exemple de l'urée qui est alors adsorbée dans le dispositif de réduction catalytique sélective pour produire de l'ammoniaque par hydrolyse. Un tel dispositif de réduction 35 catalytique sélective est aussi appelé pot SCR (acronyme anglais pour Selective Catalytic Reduction). Pour doser la quantité d'ammoniaque à injecter au niveau du pot SCR, des sondes de détection des NO, sont disposées à divers endroits le long de la ligne d'échappement. Il existe également sur certains moteurs un autre système de post traitement 5 des gaz d'échappement appelé système LNT, acronyme anglais pour Lean NO, Trap (ou en français, piège à NO, en mélange pauvre). Un tel système utilise des oscillations de richesse pour réduire les NO, présents dans les gaz d'échappement. L'estimation de la fréquence des oscillations est liée à la quantité de NO, qui peut être stockée dans le piège et donc aux émissions brutes de NO, en sortie du moteur. Généralement, un tel 10 système comporte deux sondes à oxygène et il n'est pas prévu de capteur NO, à cause de son prix de revient élevé. Le document US 2009/0277259 propose un procédé et un système permettant de réaliser une estimation de la concentration en NO, à la sortie d'un moteur de type Diesel. L'estimation est calculée à partir d'un modèle mathématique à partir de la 15 quantité de carburant injectée et en fonction de plusieurs paramètres tels la pression cylindre, la quantité d'oxygène à l'admission et la température effective (et autres également). Enfin, il convient de remarquer que la mesure de la quantité de NO, dans un mélange gazeux avec une sonde est peu rapide et nécessite un certain temps de mise en 20 action lors d'un démarrage (environ 300 s). Il convient de prévoir plus d'une seconde pour obtenir le résultat de la mesure. La mesure des émissions de NO, en temps réel est donc assez lente et entachée d'une zone de temps pendant laquelle aucune information ne peut être envoyée au contrôle moteur. La présente invention a alors pour but de fournir un procédé permettant de 25 connaître de manière fiable et à bon marché le taux d'oxydes d'azote, ou NON, à la sortie d'un moteur à combustion interne, notamment un moteur de type Diesel, notamment sans disposer d'un capteur NO,. Avantageusement, la présente invention permettra aussi de travailler en temps réel pour agir au plus vite sur des paramètres (réglage d'injection, de vanne EGR, 30 etc.) permettant d'influencer sur le rejet de NON. À cet effet, la présente invention propose un procédé de détermination de la concentration en oxydes d'azote à la sortie d'un moteur à combustion interne comportant au moins un cylindre équipé d'un capteur de pression, ledit moteur comportant des moyens permettant de mesurer la température et la pression de l'air frais introduit dans le 35 moteur. Selon la présente invention, ledit procédé comporte les étapes suivantes : - mesure de la pression régnant dans chaque cylindre, - détermination à partir de la pression mesurée, de la température régnant dans le cylindre de manière à déterminer, d'une part, la température maximale atteinte et, d'autre part, la position angulaire du moteur lorsque cette température maximale est atteinte, - détermination de la concentration en NO x à partir de la température maximale atteinte en appliquant un premier facteur correctif prédéterminé dépendant de la position angulaire du moteur à laquelle la température maximale est atteinte. Ce procédé permet ainsi dans un moteur équipé d'un capteur de pression pour mesurer la pression dans au moins un cylindre, de déterminer de manière fiable la 10 concentration en NO x en sortie du moteur (avant bien entendu un éventuel post traitement). Les essais réalisés ont montré que les résultats obtenus par ce procédé étaient fiables et permettaient de supprimer une sonde NO x en sortie du moteur. En outre, la prédétermination du facteur correctif proposé plus haut est facile et rapide à mettre en oeuvre pour un moteur. La solution proposée ici peut ainsi facilement être déclinée pour 15 des moteurs différents. Pour obtenir une plus grande précision, il est proposé que la détermination de la concentration en NO x fasse avantageusement intervenir au moins un autre facteur correctif dépendant d'au moins un paramètre choisi dans l'ensemble des paramètres comportant la vitesse de rotation du moteur, la fraction massique en oxygène du mélange 20 gazeux introduit dans le moteur, la température du moteur, la pression de l'air à l'admission et la pression du carburant injecté dans le moteur, le facteur correctif étant prédéterminé par une courbe pour chaque paramètre utilisé. Dans ce procédé de détermination selon l'invention, la température peut être calculée à partir de la pression en considérant que le rapport du produit de la pression et 25 du volume, d'une part, et de la température, d'autre part, est constant. Dans le cas d'un moteur comportant au moins un circuit de recirculation de gaz d'échappement et si la fraction massique en oxygène à l'entrée des cylindres est prise en compte comme paramètre pour la détermination de la concentration, la teneur en oxygène du mélange gazeux introduit dans le moteur peut être déterminée par les étapes 30 suivantes : - mesure de la pression régnant dans chaque cylindre pendant une phase de compression alors qu'aucune quantité de gaz ne peut entrer ou sortir dudit cylindre, d'une part, et avant que du carburant ne soit injecté dans ledit cylindre, d'autre part, 35 - détermination de la masse de gaz présente dans chaque cylindre considéré à partir du quotient, d'une part, du produit de la pression dans le cylindre par la variation de volume dans le cylindre et par un terme correctif et, d'autre part, du produit de la variation de la température dans le cylindre et de la capacité calorifique à volume constant du mélange gazeux, - détermination de la masse de gaz présente dans tous les cylindres du moteur sur un cycle complet de combustion, - détermination de la masse de gaz correspondant à du gaz d'échappement recyclé comme étant la différence entre la masse de gaz présente dans les cylindres et déterminée à l'étape précédente, d'une part, et la masse d'air frais mesurée correspondant au même cycle complet de combustion, d'autre part, - détermination de la fraction massique d'oxygène avant le début d'une combustion à l'aide de la formule suivante : ( MEGRk h MF F g X YO2IN X C X cy, = 0'23 MF +MAFcy, MAFkgh ncy, Où: MF est la masse totale de carburant injectée, est la masse de gaz pour le cylindre considéré, CF est le ratio stoechiométrique air/carburant pour le carburant choisi, MEGRkgh est le débit gazeux dans le système de recirculation de gaz d'échappement, MAFkgh est le débit d'air frais en entrée du moteur, et ncy, est le nombre de cylindres du moteur.

D'autres moyens peuvent être envisagés pour obtenir une teneur en oxygène sans pour autant sortir du cadre de l'invention, comme par exemple la présence d'une sonde à oxygène. Toutefois la méthode proposée ci-dessus présente le grand avantage de ne pas faire appel à une sonde complémentaire et à utiliser elle aussi la pression régnant dans le cylindre pour déterminer la teneur en oxygène recherchée.

La présente invention concerne également un dispositif pour la détermination de la concentration en oxydes d'azote à la sortie d'un moteur à combustion interne comportant au moins un cylindre équipé d'un capteur de pression, ledit moteur comportant des moyens permettant de mesurer la température et la pression de l'air frais introduit dans le moteur, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour la mise en oeuvre de chacune des étapes d'un procédé tel que décrit ci-dessus. La présente invention concerne en outre un dispositif de contrôle et de gestion d'un moteur, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour la mise en oeuvre de chacune des étapes d'un procédé décrit ci-dessus.

Des détails et avantages de la présente invention apparaitront mieux de la description qui suit, faite en référence aux dessins schématiques annexés sur lequel : - La figure 1 est une vue schématique partielle d'un moteur illustrant le système d'alimentation en air d'un cylindre, - La figure 2 est une courbe illustrant une variation de pression dans un cylindre d'un moteur, - La figure 3 illustre un procédé de détermination de divers débits gazeux dans le moteur illustré schématiquement sur la figure 1, - La figure 4 est une autre illustration d'une détermination de la masse de gaz dans les cylindres d'un moteur, - La figure 5 est une courbe schématique illustrant la teneur en oxygène dans un cylindre, - La figure 6 est une vue schématique partielle d'un moteur illustrant l'alimentation et l'échappement dudit moteur, - La figure 7 illustre un procédé de détermination du taux d'oxygène dans un cylindre d'un moteur, - La figure 8 illustre les variations de la capacité calorifique à volume constant d'un mélange gazeux alimentant un cylindre d'un moteur en fonction de la composition de ce mélange gazeux, - La figure 9 illustre à titre d'exemple les variations de température dans un cylindre avant et après une combustion, et - Les figures 10A à 10F sont des exemples de courbes pouvant être utilisées pour la détermination de la concentration en oxydes d'azote (NO) dans le moteur.

On reconnaît sur la figure 1 schématique un cylindre 2 à l'intérieur duquel se meut un piston relié par une tige de piston 4 à un vilebrequin 6 portant un volant moteur 8. La position angulaire du volant moteur 8 est utilisée comme paramètre pour la détermination de nombreuses commandes dans la gestion d'un moteur. Dans le cas d'un moteur à combustion interne dont le cycle de combustion est à quatre temps, la position des organes mécaniques du moteur est déterminée sur deux tours du volant moteur 8, c'est-à-dire sur 720°. On suppose dans la suite de la description, dans un souci de clarté et de manière nullement limitative, que le moteur considéré est un moteur quatre temps de type Diesel (c'est-à-dire à allumage par compression) comportant quatre cylindres. Un manifold 10 est prévu comme entrée d'air frais du moteur considéré. En 35 aval de ce manifold 10 se trouve un régulateur 12 permettant d'adapter le débit d'air frais alimentant le moteur.

Le moteur considéré ici est muni également d'un système de recirculation de gaz d'échappement, appelé communément système EGR (acronyme anglais de Exhaust Gas Recirculation). Une conduite de recirculation 14 débouche ainsi dans un collecteur d'admission 16 en aval du régulateur 12 et juste en amont de l'entrée du cylindre 2 commandée par au moins une soupape d'admission 18. De manière classique, une vanne de régulation 20 agit sur le débit de gaz d'échappement dans la conduite de recirculation 14. On appellera par la suite : MAF une masse d'air frais, MAF KGH un débit d'air frais dans le manifold 10 (en kg/h par exemple), MAF CYL une masse gazeuse dans le cylindre considéré, MAF CYL KGH un débit gazeux total aspiré dans les cylindres (en kg/h par exemple), MEGR CYL une masse gazeuse en provenance de la conduite de recirculation 14 dans le cylindre considéré, MEGR KGH un débit gazeux dans la conduite de recirculation 14. On suppose ici que chaque cylindre 2 du moteur est équipé d'un capteur de pression 22 (figure 3) qui fournit un signal Pcyl(crk) correspondant à la pression mesurée pour une position angulaire crk du moteur. Une originalité du procédé proposé ici est de permettre de déterminer à partir de l'information donnée par ce capteur d'avoir des informations fiables sur la quantité d'air recyclé dans le cylindre considéré. Le signal Pcyl(crk) est filtré par un filtre 24 afin d'obtenir une valeur Pcyl exploitable dans un calculateur. Ce signal Pcyl(crk) est également transmis à un dispositif de traitement destiné à fournir à partir de l'information reçue (le signal du capteur de pression) une information sur la température régnant dans le cylindre considéré. Ce dispositif est dénommé module température 26 dans la suite de la description. Le module température 26 détermine la température régnant dans le cylindre considéré de la manière suivante. Pour une quantité de gaz donné, le quotient P V / T est constant, P représentant la pression du gaz, V son volume et T sa température. En prenant comme référence le volume de gaz (air) que l'on introduit dans la chambre de combustion on a alors l'équation suivante : Pin Vin / Tin = Pcyl(crk) V(crk) / Tcyl(crk) Pin est la pression de l'air à l'entrée de la chambre de combustion mesurée par exemple à la fermeture de la soupape d'admission 18, c'est-à-dire pour crk = IVC, V,, correspond au volume de la chambre de combustion lors de la mesure de la pression Pin, T,, correspond à la température de l'air qui pénètre dans la chambre de combustion lors de la mesure de la pression P.

On obtient donc : Tcyl(crk) = Pcyl(crk) V(crk) T,, / P,, V,, Cette relation permet donc de connaître pour chaque mesure de pression dans le cylindre la température correspondant puisque la variation du volume par rapport à la position du vilebrequin est connue.

La donnée en sortie du module température, Tcyl(crk) est elle aussi introduite dans le filtre 26 qui fournit alors en sortie une valeur Tcyl. À partir de ces données, il est proposé de calculer la masse MAF CYL de gaz présente dans le cylindre 2 considéré. En partant de la conservation du quotient PV/T à volume constant et en dérivant l'expression, on obtient la formule suivante : mc'dT/dt-PdV/dt m étant une masse de gaz, cv étant une capacité calorifique à volume constant, T une température, P une pression, V un volume et t une variable temps. Cette formule est alors appliquée ici. La masse correspond à la masse de gaz dans le cylindre 2, c'est-à-dire MAF CYL. La capacité calorifique à volume constant du mélange gazeux sera appelée par la suite CV. La température est la température dans le cylindre, soit Tcyl ou TCYL. La pression est la pression mesurée par le capteur de pression 22 et le volume est le volume du cylindre (qui dépend de la position angulaire du moteur). La variation de temps, à vitesse de rotation constante est proportionnelle à la variation de position angulaire du moteur. On obtient donc dans l'application présente l'équation suivante : MAF CYL CV dTcyl / d(crk) = - Pcyl dV / d(crk) Il est clair que cette équation vaut pour une quantité de gaz donnée. On suppose ici que la chambre de combustion est fermée, qu'aucun carburant n'est injecté et qu'aucune combustion n'a lieu.

La partie droite de cette équation correspond au travail dans le cylindre sans prendre toutefois en compte les pertes thermiques qui ont lieu. Pour tenir compte de ces pertes un coefficient a est introduit. On obtient alors l'équation : MAF CYL CV dTcyl / d(crk) = - Pcyl dV / d(crk) (1 - a) On en déduit : 8 MAF CYL = ri dV a-1 dTcyl r cyl / d(crk) d(crk) x CV Où a est un coefficient qui dépend de la vitesse de rotation N du moteur ainsi que de la température -fco de celui-ci.

On a représenté schématiquement sur la figure 3 un logiciel 28, intégré par exemple dans un microprocesseur, qui reçoit une information sur la vitesse de rotation N du moteur et sur la température -fco de celui-ci. Des capteurs destinés à fournir ces informations sont présents dans tous les moteurs modernes car ces informations sont indispensables pour assurer une bonne gestion du moteur. À partir de ces informations, le logiciel 28 calcule le coefficient de correction a. Une calibration est prévue pour obtenir les valeurs nécessaires au calcul du coefficient de correction a. On obtient ainsi une mesure de la masse de gaz contenu dans le cylindre 2 à partir d'une mesure de pression dans le cylindre considéré. La figure 8 illustre sur une grande plage de températures les variations du coefficient CV, d'une part, en fonction de la température et, d'autre part, en fonction de la composition du mélange gazeux contenu dans le cylindre 2. Les différentes courbes de la figure 8 correspondent à des taux plus ou moins élevé de gaz d'échappement. La flèche avec la mention EGR indique le sens croissant de proportion de gaz d'échappement dans le mélange gazeux.

On remarque sur la figure 8 une zone, indiquée par un rectangle, dans laquelle toutes les courbes sont presque confondues, ce qui signifie que le coefficient CV (c'est-à-dire la capacité calorifique du mélange gazeux à volume constant) est indépendant de la proportion de gaz d'échappement dans le mélange gazeux se trouvant dans le cylindre 2.

Il est proposé ici de mettre à profit cette caractéristique et de faire des mesures dans la plage de températures correspondant à la zone illustrée sur la figure 8. Dans un moteur de type Diesel, cette zone est située entre environ - 700 à - 30° avant l'arrivée du piston au point mort haut correspondant à l'injection de carburant dans le cylindre 2.

Pour obtenir une meilleure précision, on propose de faire plusieurs mesures de pression dans la plage donnée puis de faire la moyenne des valeurs trouvées pour calculer une masse du mélange gazeux se trouvant dans le cylindre 2 avant le début de l'injection de carburant dans celui-ci. La figure 2 illustre une courbe de pression en fonction de la position angulaire 35 du moteur. On suppose ici que le point mort haut correspondant à l'injection est réalisé à 360°. La plage de mesure sera alors réalisée entre les positions angulaires CRK BEG et CRK END du volant moteur 8. Dans ce cas, on peut avoir par exemple : CRK BEG = 300° et CRK END = 320°.

Sur cette plage angulaire, il est proposé de faire à intervalles réguliers une mesure de pression. À partir de chaque mesure, on détermine une valeur MAF CYL comme expliqué plus haut. On obtient alors pour chaque mesure correspondant au cylindre i, une valeur MAF CYL i(crk). Pour déterminer la masse du mélange gazeux dans le cylindre i, on fait la 10 moyenne arithmétique de toutes les valeurs MAF CYL i(crk) que l'on appelle alors MAF CYL MOY i, soit : CRK END MAF CYL MOY i = ( 1 MAF CYL i(crk) ) / k CRK BEG Avec k correspondant au nombre de mesures effectuées sur l'intervalle [CRK BEG ; CRK END]. 15 À titre d'exemple numérique simplement illustratif, on peut par exemple faire une mesure de pression (et les calculs correspondants) tous les 2°. On obtiendra alors onze valeurs (si les mesures sont faites entre 300° et 320°) que l'on additionnera et le résultat obtenu de l'addition est divisé par onze. La figure 4 illustre l'obtention de la masse globale de mélange gazeux entrant 20 dans tous les cylindres du moteur sur un cycle complet de 720°. Dans l'exemple choisi où le moteur comporte quatre cylindres, on obtient quatre valeurs MAF CYL MOY i. En additionnant ces valeurs et en multipliant cette somme par un coefficient approprié de 30.10-6 N (N étant la vitesse de rotation du moteur en tour par minutes), on obtient un débit en kg/h correspondant au débit de mélange gazeux passant dans le moteur. Ce 25 débit est appelé MAF CYL KGH. Dans le manifold 10, il est prévu de manière classique de disposer un capteur de débit 32 (figure 3) qui permet de connaître le débit d'air frais entrant dans le moteur. Ce débit est nommé MAF KGH (cf. aussi figure 6). Connaissant, d'une part, le débit du mélange gazeux passant dans les cylindres et, d'autre part, le débit d'air frais entrant 30 dans le moteur, le débit des gaz d'échappement passant par la conduite de recirculation 14 s'en déduit comme étant la différence entre le débit du mélange gazeux passant dans les cylindres et le débit d'air frais, soit : MEGR KGH = MAF CYL KGH - MAF KGH Comme illustré sur la figure 3, pour ne pas avoir un débit négatif qui pourrait provenir d'arrondis de calcul par exemple, le calculateur fait la différence entre MAF CYL KGH et MAF KGH et prend la valeur 0 si cette différence est négative. À partir de ces résultats, il est proposé de calculer également la teneur en 5 oxygène dans les cylindres 2 avant et après la combustion de carburant. La figure 5 illustre une courbe montrant l'évolution de la fraction d'oxygène massique dans un mélange gazeux au cours d'une combustion. Cette teneur passe d'une valeur Y02 PCYL IM pour une position crk = IVC du moteur avant la combustion dans le cylindre considéré à une valeur Y02 PCYL EXH pour une position crk = EVO du moteur 10 après la combustion. La position IVC correspond de préférence à la fermeture de la soupape d'admission tandis que la position EVO correspond de préférence à la position d'ouverture de la soupape d'échappement. La figure 6 correspond à la figure 1 mais illustre en outre un collecteur d'échappement 34. Sur cette figure, on a reporté les divers débits de mélanges gazeux 15 qui ont été calculés en référence notamment à la figure 3 ainsi que les teneurs en oxygène dans le collecteur d'admission 16, dans le cylindre 2 et dans le collecteur d'échappement 34. La figure 7 illustre les étapes mises en oeuvre pour calculer les teneurs en oxygène avant et après une combustion dans le cylindre 2. Sur cette figure, la 20 référence 36 désigne un module de calcul pour la mise en oeuvre du procédé illustré sur la figure 3. Ce module de calcul 36 fournit notamment la grandeur MAF CYL KGH, et la grandeur MAF CYL MOY i pour chaque cylindre du moteur. Un module injection 38 fournit quant à lui une information sur la quantité de carburant injectée MF tandis que le capteur de débit 32, de même que sur la figure 3, 25 donne la valeur MAF KGH correspondant au débit massique d'air frais entrant dans le moteur. À partir de ces données, il est alors possible de déterminer la fraction massique d'oxygène dans un cylindre i donné avant le début de la combustion dans ce cylindre. Si on appelle Y02 PCYL IM i cette teneur en oxygène, on a l'équation 30 suivante : MF MEGR KGHx CF YO2 PCYL IM i = 0,23 ' MF + MAF_CYL_MOYi x MAF_KG H N_CYL Où CF est le ratio stoechiométrique air/carburant pour le carburant choisi et 35 les autres variables ont déjà été définies précédemment. Il y a lieu de préciser que le nombre de cylindres peut être désigné indifféremment par ncy, comme indiqué plus haut ou N CYL comme ci-dessus. Il est également possible de déterminer la fraction massique d'oxygène dans un cylindre i donné pendant la combustion du carburant dans ce cylindre. Le module 5 injection 38 (représenté une deuxième fois sur la figure 7 pour limiter la complexité des lignes de rattachement) fournit ici aussi la quantité de carburant injectée dans chacun des cylindres i. Soit MFB i la quantité de carburant injectée dans le cylindre i. Tout le carburant n'étant pas injecté en une seule fois, cette quantité varie avec la position angulaire du moteur. Pour une position crk du moteur, la quantité de carburant injectée 10 sera MFB(crk) Soit alors Y02 PCYL i la fraction massique d'oxygène dans le cylindre i après le début de la combustion et Y02 PCYL(crk) i cette fraction à la position angulaire crk du moteur. On a alors l'équation suivante : Y02 PCYL(crk) i = Y02 PCYL IM MFB(crk) Cx OF MFB(crk) MAF CYL MOY 15 Où COF est le ratio stoechiométrique oxygène/carburant pour le carburant choisi et les autres variables ont déjà été définies précédemment. En fin de combustion, lorsque crk = EVO (figure 5), on a: Y02 PCYL EXH i = Y02 PCYL I M MFB i MFB + MAF CYL MO Y i x C°Fr Avec Y02 PCYL EXH i la fraction massique oxygène du mélange gazeux 20 rejeté par le cylindre i dans le collecteur d'échappement 34. Dans la présente invention, il est proposé d'utiliser la teneur en oxygène avant le début de la combustion, dans certaines variantes de réalisation, comme expliqué ci-après. On propose ici d'estimer en outre la concentration des NO x dans les gaz 25 d'échappement. Connaissant tous les débits massiques dans le moteur comme montré plus haut, il est ainsi possible de déterminer le débit massique de NO x en sortie du moteur. Comme indiqué plus haut, à partir de la connaissance de la pression dans les cylindres 2 données par les capteurs de pression 22, on peut connaître la température 30 dans chaque cylindre 2. La figure 9 illustre une courbe pour un cylindre 2 montrant l'évolution de la température TCYL en fonction de la position angulaire du moteur sur la plage [IVC ; EVO], qui correspond pour le cylindre considéré au moment où la chambre de combustion est fermée. A partir de la figure 9, on repère quelques données qui seront utiles dans la suite de la description. On a tout d'abord la température maximale TCYL MAX régnant dans le cylindre pour la combustion considérée. Cette température maximale est obtenue lorsque le moteur est dans la position angulaire ANG T MAX. La température moyenne TCYL AVG illustrée sur la figure 9 n'est pas utilisée dans la suite de la description. L'invention propose de déterminer la concentration en NO x à la sortie du cylindre en fonction de la température maximale TCYL MAX ayant régné dans le cylindre 10 au cours de la combustion et de corriger cette concentration à l'aide de paramètres. La figure 10A illustre une courbe donnant une concentration de NO x (PPm - axe des ordonnées) dans un mélange gazeux en sortie de cylindre en fonction de la température maximale TCYL MAX en degré Celsius (°C - axes des abscisses) ayant régné dans le cylindre considéré au cours de la combustion. On obtient ainsi une 15 concentration de NO x à l'échappement en partie par million. Les figures 10B à 10F sont des courbes donnant chacune une valeur d'un coefficient de correction à appliquer à la concentration de NO x trouvée à partir de la courbe de la figure 10A. Une première correction apportée dépend de la position ANG T MAX (axe 20 des abscisses) par rapport au point mort haut du piston dans son cylindre. En fonction de cette valeur (ou plus précisément différence de position), la courbe de la figure 10B donne un coefficient COR ANG sur l'axe des ordonnées. Ce dernier est à multiplier à la concentration de NO x déterminée à l'aide de la courbe de la figure 10A pour obtenir une concentration corrigée. 25 Cette première correction est la principale. On voit en effet sur l'exemple numérique donné (réaliste mais non limitatif) que le coefficient de correction COR ANG multiplicatif peut prendre des valeurs comprises entre 2 et 3. D'autres corrections peuvent être également apportées. La figure 10C illustre un exemple de courbe donnant un coefficient de correction COR _N multiplicatif à 30 appliquer à la concentration en NO x et dépendant du régime (vitesse de rotation N - en rpm pour tour (round) par minute) du moteur. La courbe illustrée sur la figure 10D concerne la fraction massique en oxygène du mélange injecté dans les cylindres. Il dépend donc de la proportion de gaz d'échappement recirculant dans le moteur. Ce coefficient est appelé par la suite 35 COR EGR. Il s'agit d'un coefficient multiplicatif mais la courbe de la figure 10D donne une valeur Y = f(Y02) où la variable Y02 correspond à la variable YO2 PCYL IM i définie plus haut, c'est-à-dire la fraction massique en oxygène dans un cylindre i avant le début de la combustion. Le coefficient correctif est une fonction exponentielle de la teneur en oxygène. On a alors : COR EGR = exp [(Y-A) / B] Avec A et B qui sont des constantes calibrables.

La courbe de la figure 10E concerne un coefficient correctif COR MAP qui prend en compte la pression MAP (en bar) à l'entrée des cylindres, c'est-à-dire la pression régnant dans le collecteur d'admission 16. Cette correction concerne les moteurs turbocompressés pour lesquelles la pression dans le collecteur d'admission varie de manière sensible.

Une autre correction peut être apportée pour tenir compte de la pression FUP (en bar) du carburant injecté. La figure 10F montre l'allure d'une courbe donnant la valeur d'un coefficient de correction COR _FUR multiplicatif qui peut être pris en compte pour déterminer plus précisément la concentration en NON. D'autres facteurs peuvent être pris en compte, qui ne sont pas illustrés par la figure 10, comme par exemple la température du moteur. Cette température correspond à la température du liquide de refroidissement que l'on retrouve dans presque tous les moteurs. On peut donc aussi avoir un coefficient de correction COR TCO pour tenir compte de cette température. On pourrait aussi tenir compte de la température de l'air dans le collecteur d'admission.

Si NOx_PPM est la concentration en NO x en sortie du moteur, on aura alors la formule suivante : NO'PPM = f(TMAX) x COR ANG x COR _N x COR EGR x COR MAP x COR FUP x COR TCO À partir de cette concentration, qui peut être déterminée pour chaque cylindre ou bien être globalisée pour chaque cycle (de 720° pour un moteur quatre temps), il est également possible de déterminer un débit massique de NON, soit par cylindre, soit pour un cycle complet. Soit NOx_KGH le débit massique de NO x recherché. Si MAF KGH est le débit massique correspondant, on a: NOx_KGH = NOx_PPM x 10' x MAF KGH x M NOx / M GB Où: M NOx est la masse molaire équivalente des NON, c'est-à-dire 44 g/mol, et M GB la masse molaire équivalente des gaz brulés, soit 30 g/mol. Comme évoqué plus haut, tous les paramètres ne sont pas forcément mis en oeuvre pour réaliser l'invention. Ces paramètres sont choisis en fonction du moteur (allumage commandé ou allumage par compression, système EGR ou non, turbocompresseur, etc.). On ne sortirait pas du cadre de l'invention en ajoutant un coefficient de correction pour tenir compte d'un paramètre non évoqué ici. La mise en oeuvre de ce procédé pour la détermination d'une concentration des NO x a été simulée sur un moteur de type Diesel, avec les paramètres donnés dans la formule ci-dessus, et a donné des résultats très satisfaisants puisque l'erreur moyenne par rapport à l'utilisation d'une sonde était de l'ordre de 1 ppm sur la concentration et que 99 (3/0 des résultats présentaient une erreur inférieure à 30 ppm. Comme il ressort de toute la description qui précède, il devient possible en connaissant la pression qui règne dans les cylindres de connaître également, d'une part, la quantité de gaz d'échappement contenue dans un cylindre et la teneur en oxygène dans le moteur et, d'autre part, d'estimer les émissions polluantes (NO) sans avoir besoin d'utiliser une sonde adaptée. Par rapport à un moteur de l'art antérieur, ou par rapport à un dispositif de gestion et de contrôle d'un moteur de l'art antérieur, l'économie d'un capteur NO x peut être faite sans détériorer les performances du moteur et en permettant une plus grande réactivité puisque la donnée concernant la concentration en NO x en sortie de moteur est accessible plus rapidement qu'avec un capteur NON. De ce fait, il est possible de mieux contrôler la recirculation des gaz d'échappement, qu'il s'agisse d'une recirculation basse pression et/ou haute pression. Ce 20 meilleur contrôle est favorable aussi pour mieux maitriser la consommation du moteur. Dans la description qui précède, on a supposé que chaque cylindre du moteur considéré était équipé d'un capteur de pression mesurant la pression au sein de la chambre de combustion correspondante. Toutefois, il apparaitra à l'homme du métier que si seul un cylindre est équipé d'un tel capteur, la présente invention pourra également être 25 mise en oeuvre en extrapolant les mesures réalisées dans une chambre de combustion pour les autres cylindres. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation préférée décrite ci-dessus à titre d'exemple non limitatif et aux variantes évoquées. Elle concerne également toutes les formes de réalisation et leurs variantes à la portée de 30 l'homme du métier.

Claims (6)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de détermination de la concentration en oxydes d'azote à la sortie d'un moteur à combustion interne comportant au moins un cylindre (2) équipé d'un capteur de pression (22), ledit moteur comportant des moyens (32) permettant de mesurer la température et la pression de l'air frais introduit dans le moteur, caractérisé 5 en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - mesure de la pression régnant dans chaque cylindre, - détermination à partir de la pression mesurée de la température régnant dans le cylindre de manière à déterminer, d'une part, la température maximale atteinte et, d'autre part, la position angulaire du moteur lorsque cette température 10 maximale est atteinte, - détermination de la concentration en NO x à partir de la température maximale atteinte en appliquant un premier facteur correctif prédéterminé dépendant de la position angulaire du moteur à laquelle la température maximale est atteinte.
2. 2. Procédé de détermination selon la revendication 1, caractérisé en ce que la 15 détermination de la concentration en NO x fait intervenir au moins un autre facteur correctif dépendant d'au moins un paramètre choisi dans l'ensemble des paramètres comportant la vitesse de rotation du moteur, la teneur en oxygène du mélange gazeux introduit dans le moteur, la température du moteur, la pression de l'air à l'admission et la pression du carburant injecté dans le moteur, le facteur correctif étant prédéterminé par une courbe 20 pour chaque paramètre utilisé.
3. 3. Procédé de détermination selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la température est calculée à partir de la pression en considérant que le rapport du produit de la pression et du volume, d'une part, et de la température, d'autre part, est constant. 25
4. 4. Procédé de détermination selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit moteur comporte au moins un circuit de recirculation de gaz d'échappement, en ce que la teneur en oxygène à l'entrée des cylindres est pris en compte comme paramètre pour la détermination de la concentration, et en ce que la teneur en oxygène du mélange gazeux introduit dans le moteur est déterminée par les 30 étapes suivantes : - mesure de la pression régnant dans chaque cylindre pendant une phase de compression alors qu'aucune quantité de gaz ne peut entrer ou sortir dudit cylindre, d'une part, et avant que du carburant ne soit injecté dans ledit cylindre, d'autre part,- détermination de la masse de gaz présente dans chaque cylindre considéré à partir du quotient, d'une part, du produit de la pression dans le cylindre par la variation de volume dans le cylindre et par un terme correctif et, d'autre part, du produit de la variation de la température dans le cylindre et de la capacité calorifique à volume constant du mélange gazeux, - détermination de la masse de gaz présente dans tous les cylindres du moteur sur un cycle complet de combustion, - détermination de la masse de gaz correspondant à du gaz d'échappement recyclé comme étant la différence entre la masse de gaz présente dans les cylindres et déterminée à l'étape précédente, d'une part, et la masse d'air frais mesurée correspondant au même cycle complet de combustion, d'autre part, - détermination de la fraction massique d'oxygène avant le début d'une combustion à l'aide de la formule suivante : YO2cyi = ( MF MEGRkg h 1 x 0'23 MF + MAFcyl x CF x MAFkgh ncyl Où: MF est la masse totale de carburant injectée, MAF est la masse de gaz pour le cylindre considéré, CF est le ratio stoechiométrique air/carburant pour le carburant choisi, MEGRkgh est le débit gazeux dans le système de recirculation de gaz d'échappement, MAFkgh est le débit d'air frais en entrée du moteur, et ncy, est le nombre de cylindres du moteur.
5. 5. Dispositif pour la détermination de la concentration en oxydes d'azote à la sortie d'un moteur à combustion interne comportant au moins un cylindre (2) équipé d'un capteur de pression (22), ledit moteur comportant des moyens (32) permettant de mesurer la température et la pression de l'air frais introduit dans le moteur, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour la mise en oeuvre de chacune des étapes d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 4.
6. 6. Dispositif de contrôle et de gestion d'un moteur, caractérisé en ce qu'il 30 comporte des moyens pour la mise en oeuvre de chacune des étapes d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 4.