FR3012526A1 - Systeme et procede d'estimation du debit d'oxydes d'azotes dans les gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne pour vehicule automobile. - Google Patents

Abstract

Système d'estimation du débit d'oxydes d'azotes dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne pour véhicule automobile muni d'au moins un circuit de recirculation partielle des gaz d'échappement et d'au moins un système de retraitement des gaz d'échappement, le débit d'oxydes d'azotes étant estimé en amont de systèmes de retraitement des gaz d'échappement, comprenant un système de détermination de la fraction massique de gaz frais, un soustracteur apte à déterminer la fraction de gaz brûlés dans le collecteur d'admission à partir de la fraction massique de gaz frais, et un estimateur (1) du débit d'oxydes d'azote en fonction de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne et de la fraction de gaz brûlés dans le collecteur d'admission.

Description

Système et procédé d'estimation du débit d'oxydes d'azotes dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne pour véhicule automobile.

L'invention a pour domaine technique la commande d'un moteur à combustion interne, et plus précisément la détermination du débit d'oxydes d'azotes dans les gaz d'échappement d'un moteur ainsi commandé.

Les normes de dépollution obligent les constructeurs concevoir des moteurs de plus en plus performants équipés de systèmes de traitement des gaz d'échappement de plus en plus évolués. Aujourd'hui les moteurs diesel pour les normes euro 6 sont tous équipés de catalyseur d'oxydes d'azote, notés NOx par la suite, ou de réduction catalytique sélective (acronyme anglais SCR, pour « Selective Catalytic Reduction »). Pour le bon fonctionnement de ces systèmes de post traitement, il est important de bien connaître le chargement en NOx de ceux-ci afin d'optimiser les phases de purge au juste nécessaire. En effet, dans le cas de catalyseurs d'oxydes d'azote (également appelés NOx-Trap), les purges entraînent une surconsommation de carburant donc une augmentation des émissions de CO2. Dans le cas des SCR, les purges entraînent une consommation d'urée. Dans ces conditions, les constructeurs utilisent des capteurs d'oxydes d'azote NOx en amont de ces systèmes de traitement des gaz d'échappement afin d'en mesurer les débits. Aujourd'hui, afin de ne pas devoir supporter le coût supplémentaire de ce capteur certains constructeurs reconstruisent cette information à partir de mesures de pression dans les cylindres. Les documents FR2922262, FR2936015 et FR2945320 illustrent cet état de la technique. Toutefois, cette solution d'estimation du débit d'oxydes d'azote NOx avec mesure de pression cylindre est très performante, mais demande une instrumentation particulière du moteur avec au moins un capteur de pression de cylindre et un calculateur plus performant que la moyenne. Les capteurs et le calculateur requis pour la mise en place de cette technique génèrent un surcoût notable tout en présentant une certaine incertitude de mesure. Un tel surcoût est incompatible avec la réduction des coûts engagés pour les véhicules d'entrée et de milieu de gamme. Il existe donc un besoin pour une estimation du débit d'oxydes d'azote dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne estimé en amont de systèmes de retraitement des gaz d'échappement, notamment lorsque le moteur est muni d'un circuit de recirculation partielle des gaz d'échappement. Un objet de l'invention est un système d'estimation du débit d'oxydes d'azotes dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne pour véhicule automobile muni d'au moins un circuit de recirculation partielle des gaz d'échappement et d'au moins un système de retraitement des gaz d'échappement, le débit d'oxydes d'azotes étant estimé en amont de systèmes de retraitement des gaz d'échappement. Le système comprend un système de détermination de la fraction massique de gaz frais, un soustracteur apte à déterminer la fraction de gaz brulés dans le collecteur d'admission à partir de la fraction massique de gaz frais, et un estimateur du débit d'oxydes d'azote en fonction de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne, du débit de carburant injecté et de la fraction de gaz brûlés dans le collecteur d'admission. L'estimateur du débit d'oxydes peut comprendre une cartographie du débit d'oxydes d'azote reliée en entrée à la vitesse de rotation du moteur à combustion interne et au débit de carburant, ainsi qu'un moyen de correction par fonction de forme en fonction de la fraction de gaz brûlés dans le collecteur d'admission, et un multiplicateur relié en entrée aux sorties de la cartographie et du moyen de correction, apte à émettre en sortie l'estimation du débit d'oxydes d'azote du moteur à combustion interne. L'estimateur du débit d'oxydes d'azote peut comprendre un moyen d'estimation par relation algébrique fonction de la richesse, débit de carburant, de la fraction de gaz brûlés dans le collecteur d'admission, et de la phase de l'injection principale. Un autre objet de l'invention est un procédé d'estimation du débit d'oxydes d'azotes dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne pour véhicule automobile muni d'au moins un circuit de recirculation partielle des gaz d'échappement et d'au moins un système de retraitement des gaz d'échappement, le débit d'oxydes d'azotes étant estimé en amont de systèmes de retraitement des gaz d'échappement. Le procédé comprend les étapes suivantes : on estime une valeur de la fraction massique de gaz frais, on détermine la valeur de la fraction de gaz brulés dans le collecteur d'admission en fonction de la fraction massique de gaz frais, et on détermine une valeur du débit d'oxydes d'azote en fonction de la fraction de gaz brûlés dans le collecteur d'admission et du débit de carburant. On peut déterminer le débit d'oxydes d'azote en fonction d'une cartographie fonction de la vitesse de rotation du moteur et du débit de carburant, puis on peut corriger les valeurs de débit d'oxydes d'azote en fonction d'une fonction de forme dépendant de la fraction de gaz brulés dans le collecteur d'admission. On peut déterminer le débit d'oxydes d'azote en fonction d'une relation algébrique et du débit de carburant, de la richesse, du phasage de l'injection principale et de la fraction de gaz brûlés.

A partir de mesures de débit d'oxydes d'azote à vitesse de rotation du moteur constante, à couple constant, et avec recirculation partielle des gaz d'échappement, on peut déterminer le débit d'oxydes d'azote pour des points de fonctionnement correspondant aux points de fonctionnement pour lesquels on a déterminé précédemment le débit d'oxydes d'azote sans recirculation partielle des gaz d'échappement, on peut mémoriser le ratio entre le débit d'oxydes d'azote sans recirculation partielle des gaz d'échappement et le débit d'oxydes d'azote avec recirculation partielle des gaz d'échappement pour un ensemble de valeurs de la fraction de gaz brûlés dans le collecteur d'admission, et on peut déterminer la fonction de forme comme étant la fonction moyenne de l'ensemble de ces points.

D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre les principaux éléments d'un premier mode de réalisation d'un estimateur de débit d'oxydes d'azote selon l' invention, - la figure 2 illustre les principaux éléments d'un moteur à combustion interne muni d'un double circuit de recirculation de gaz d' échappement, - la figure 3 illustre les principaux éléments d'un système de détermination de la fraction massique de gaz frais dans le collecteur d'admission, et - la figure 4 illustre les principaux éléments d'un deuxième mode de réalisation d'un estimateur de débit d'oxydes d'azote selon l' invention. L'estimateur 1 du débit d'oxydes d'azote NOx doit pouvoir fournir une mesure avec une précision de +1-20% recommandée pour une utilisation sur l'estimation du chargement en NOx des systèmes de post traitement. Un tel estimateur du débit d'oxydes d'azote NOx peut être conçu pour ne nécessiter que la vitesse de rotation du moteur (en tr/min), le débit total de carburant injecté (en mg/coup) et la fraction de gaz brûlés dans le collecteur d'admission (en %). L'estimateur 1 du débit d'oxydes d'azote NOx comprend une cartographie 2 du débit d'oxydes d'azote NOx reliée en entrée à la vitesse de rotation N du moteur à combustion interne et au débit de carburant Qe. L'estimateur 1 comprend également un moyen de correction 3 par fonction de forme en fonction de la fraction Xgb de gaz brûlés dans le collecteur d'admission.

Un multiplicateur 4 est relié aux sorties de la cartographie 2 et du moyen de correction 3 et émet en sortie l'estimation du débit d' oxydes d' azote NOx du moteur à combustion interne. La cartographie 2 est fonction de la vitesse de rotation du moteur, notée N (en tr/min) et du débit de carburant noté Qe (en mg/coup) et peut être déterminée en fonction d'essais sur route, à vitesse de rotation du moteur constante, à couple constant et sans EGR. En effet, après l'analyse de nombreuses bases d'essais en stabilisé et en transitoire, pour un moteur donné et une calibration de contrôle donnée, les inventeurs se sont aperçus que la production d'oxydes d'azote NOx peut être considérée quasiment constante pour un régime et un débit de carburant donné. Au cours d'une première étape, on détermine une valeur du débit d'oxydes d'azote NOx en fonction de la vitesse de rotation du moteur et du débit de carburant par l'intermédiaire de la cartographie 2 du débit d'oxydes d'azote NOx. Au cours d'une deuxième étape, on corrige les valeurs de débit d'oxydes d'azote NOx obtenus de la cartographie lorsque l'EGR est activé en fonction d'une fonction de forme dépendant de la fraction de gaz brûlés dans le collecteur d'admission. Sur les points de la cartographie, pour lesquels la recirculation des gaz d'échappement (acronyme anglais EGR pour « Exhaust Gaz Recirculation ») est active, les valeurs de débit d'oxydes d'azote NOx doivent être réduites. Pour cela, on utilise une fonction de forme fonction de la fraction Xgb de gaz brûlés dans le collecteur d'admission. On note que la fraction de gaz brûlés dans le collecteur d'admission est intimement liée au taux d'EGR. Une telle fonction de forme peut être déterminée de la façon suivante. A partir de mesures du débit d'oxydes d'azote NOx à vitesse de rotation du moteur constante, à couple constant, et avec EGR, on détermine à nouveau le débit d'oxydes d'azote NOx pour les points correspondant aux points pour lesquels on a déterminé précédemment le débit d'oxydes d'azote NOx à vitesse de rotation du moteur constante, à couple constant, mais sans EGR. On enregistre sous forme de nuage de points, le ratio entre le débit d'oxydes d'azote NOx sans EGR et le débit d'oxydes d'azote NOx avec EGR en fonction de la fraction de gaz brûlés dans le collecteur d'admission. La courbe moyenne de ce nuage de points est la fonction de forme. On note que la fraction de gaz brûlés peut être reconstruite simplement à partir du taux d'EGR et de la richesse. La principale difficulté dans cette estimation du débit d'oxydes d'azote NOx est de connaître précisément la fraction de gaz brûlés dans le collecteur d'admission Xgb. Toutefois, il existe une relation simple entre la fraction de gaz brûlés dans le collecteur d'admission Xgb et la composition des gaz Fcol dans le collecteur d'admission (% de gaz frais): Xgb = 1 - Fcol (Eq. 1) L'estimation de la composition des gaz Fcol dans le collecteur d'admission peut alors être déterminée par n'importe quel moyen direct ou indirect.

On pourra toutefois se référer à la demande de brevet FR2973441 pour trouver un exemple d'une telle estimation de la composition des gaz Fcol dans le collecteur d'admission. On pourra également utiliser le système de détermination de la fraction massique de gaz frais dans le collecteur d'admission décrit ci- après en relation avec les figures 2 et 3. Sur la figure 2, on peut voir un groupe motopropulseur sur lequel une estimation de la fraction Fcol d'air frais dans les gaz du collecteur d'admission peut être réalisée. On peut donc voir un moteur à combustion interne 5 muni d'un collecteur d'admission 6 et d'un collecteur d'échappement 7 reliés ensemble par une conduite de recirculation partielle des gaz d'échappement à haute pression 8, munie d'une vanne, dite à haute pression, référencée 9. Le collecteur d'échappement 7 est également relié à la turbine 10a d'un turbocompresseur 10. La turbine 10a est par ailleurs reliée à la conduite d'échappement 11, par l'intermédiaire d'un filtre particules 12. Alternativement, un catalyseur du type piège à oxydes d'azote (Noxtrap) ou Catalyseur de Réduction Sélective d'oxydes d'azote (SCR) peut également être connecté en sortie ou en entrée du filtre à particules. La conduite d'échappement 11 est reliée à une conduite de recirculation partielle des gaz d'échappement à basse pression 13, munie d'une vanne, dite à basse pression, référencée 14. La conduite de recirculation partielle des gaz d'échappement à basse pression 13 est reliée à son autre extrémité au compresseur 10b du turbocompresseur, par l'intermédiaire de la conduite d'admission d'air frais 15. La fraction massique F de gaz frais est variable dans chacun des volumes de la ligne d'admission et d'échappement en fonction de la richesse dans la chambre de combustion, de l'ouverture de la vanne EGR HP 9 et de l'ouverture de la vanne EGR BP 14. On définit alors les fractions massiques de gaz frais dans chacun des volumes à haute pression et à basse pression. Les variables d'état utilisées dans l'observateur sont les suivantes : Favt : Fraction massique de gaz frais dans le collecteur d'échappement 7 Favc Fraction massique de gaz frais en amont du compresseur 10b F,01 : Fraction massique de gaz frais dans le collecteur d'admission 6 Seule la fraction massique de gaz frais dans le collecteur d'échappement 7 peut être déterminée directement, soit par mesure grâce à une sonde de richesse, soir par un estimateur en fonction, notamment, des différents paramètres de fonctionnement du moteur.

L'évolution de ces trois fractions massiques peut être estimée de manière approchée par les équations suivantes.

Favt R - Tavt f v 0 B - Fcol - Qf - PC° - (°B ± Q f ) . Favt ) P avt ' - avt = R - Tavc Favc P avc ' Vavc R.Tm , Écol v 0 avc - Favc - (t - t a ) + QIEGR - Favt - Q B - Fc01 ) P coi - coi (° air - (1 Favc ) QLEGR (Favt Favc (Eq. 2) et (Eq. 3) Q avc = Q air + QLEGR Q B = Q air + Q LEGR Q IIEGR = Q avc Q IIEGR Avec : R = Constante des gaz parfaits (J/K.kg) T = Température (K) P = Pression (Pa) V = Volume (m3) Q = Débit (Kg/s) F = Fraction massique de gaz frais avt = Collecteur d'échappement avc = amont du compresseur col = Collecteur d'admission Qair = Débit d'air traversant le filtre à air (Kg/s) QLEGR = Débit EGR BP (Kg/s) QHEGR = Débit EGR HP (Kg/s) Qavc = Débit en amont du compresseur. Qf = Débit de carburant (Kg/s) PCO = Pouvoir comburivore td = Temps de retard entre l'amont du compresseur et le collecteur d'admission. Ces trois équations sont obtenues en réalisant un bilan de conservation de masse relatif à chacune des fractions massiques Favt, Fcol, Favc. Un bilan de masse implique de soustraire les débits sortants de masse des débits entrants de masse. Il y a conservation de la masse si la quantité de masse entre l'entrée et la sortie du système reste constante malgré les débits entrants et sortants. Il est à noter que dans le cas présent, les débits entrants et sortants ne représentent pas les débits totaux, mais uniquement les débits du gaz correspondant à la fraction massique F considérée. On considère ainsi les gaz provenant de l'amont du compresseur 10b, du collecteur d'admission 6 et du collecteur d'échappement 7. L'équation de fraction massique F,01 relative au collecteur d'admission 6 fait intervenir un débit de masse en provenance du compresseur 10b correspondant à la somme du débit Qair dans la conduite d'air frais et le débit QLEGR d'EGR basse pression 13. Ce débit doit suivre un chemin relativement long, qui entraîne le retard td que l'on cherche à déterminer. On peut déterminer une valeur approchée de ce temps de retard td en déterminant le temps de transport nécessaire pour remplir le volume entre l'amont du compresseur 10b et le collecteur d'admission 6 avec un débit donné. On définit la masse m de ce volume de la façon suivante : P-V m= R-T (Eq. 4) On définit le temps de transport, équivalent au temps de retard td, dans ce volume de la façon suivante : m P-V t, == (Eq. 5) Qm R-T-Qm Avec Qm=débit massique Toutefois, l'introduction de ce retard dans un calcul embarqué est extrêmement complexe. En effet, le temps de retard td n'est pas constant ce qui a pour effet d'introduire une forte non linéarité dans les calculs. Les calculs non linéaires à dimension infinie étant très lourds, ils sont donc très longs à résoudre.

Pour éviter une telle situation, on va chercher à simplifier l'expression permettant d'obtenir le temps de retard. Le retard de Fa' dans l'expression de Fo' est modélisé en appliquant une discrétisation sur le système de dimension infinie. Pour cela, on introduit une nouvelle équation Fi dans le système d'équation (Eq. 2). L'équation dynamique de Fi permet de modéliser de façon discrète l'espace compris dans les conduites entre le compresseur 10b et le collecteur d'admission 6. En d'autres termes, l'espace compris entre le compresseur 10b et le collecteur d'admission 6 est découpé en volumes Vi successifs, dans chacun desquels on détermine une fraction massique Fi. L'indice i varie ainsi de 1 à N, N étant le nombre total de discrétisations. On remplace ensuite le temps de retard td, dans l'expression de la fraction massique F,01 relative au collecteur d'admission 6, par l'expression approchée suivante : Faw - (t - t d ) FN (Eq.6) Cette équation revient à poser que la valeur de la fraction molaire de gaz frais en amont du compresseur est égale à la fraction massique Fi discrétisée pour la dernière valeur i=N.

On pose ensuite comme hypothèse, que dans tous ces volumes de contrôle Vi, la fraction massique F est différente, mais que les pressions Pi et températures Ti sont identiques et égales respectivement à la pression 13,01 et à la température Loi dans le collecteur d'admission.

On pose également comme hypothèse que le débit Qa' en amont du compresseur 10b reste égal à la somme du débit Qair dans la conduite d'admission d'air frais et du débit 0 de l'EGR basse pression 13. degr Cela implique de réécrire les équations (Eq. 2) de fraction massique de la façon suivante : Favt R - Tovi 'F,01-Qf -PC0-(QB ±Qf )'Fa') P avt - Vavt R - T Favc '' O. - Fav, )± Q LEGA (Favt Favc P avc - Vavc .É1 R - Tcol avc (Fi )) pcoi Vi R - Tcol Fco! .17 uQavc - FN + REGR Favt Q B F,01 ) P coi v coi Avec : Fi : fraction massique discrétisée Vi = Vsurai / N Vsural volume entre l'amont du compresseur et le collecteur d'admission Toutefois, le système d'équation (Eq. 7) demeure non linéaire, et donc difficilement intégrable dans un calculateur embarqué. Pour contourner cette difficulté, la méthode des systèmes linéaires à paramètres variants (acronyme « LPV ») est appliquée. Cette méthode permet d'obtenir une solution approchée d'une équation non linéaire en résolvant un système d'équations linéaires.

Pour cela, on réécrit le système d'équation (Eq. 7) Favt = pi .Fc01 -Q f - PCO - (p 1 + p 2 ) - Favt Éovc = p 4 - (1 Fav, )+ p3 - (Favt - Favc ) Fi = p s - (Fi - Fi ) (Eq. 8) Fco! = P 5 FN P 6 Fa' (P5 P 6 ) Fcol Avec : (Eq.7) R - T (Eq. 9) Pi avt (Q avc Q ItEGR pavt -Vavt R - T P2 - avt Q f pavt -Vavt R - Tavc P3 - `--< LEGR P avc v avc R - Tavc P4 = P avc Vavc r P5- R - Tcol Q av c P coi ' Vcoi P6 = R - Tcol Q P coi ' Vcol REGR Les valeurs pi à p6 sont également des paramètres variant du modèle linéaire.

En tenant compte de la réécriture des équations décrivant le système à l'équation Eq. 8 et des équations Eq. 9, le système peut être modélisé par des équations prenant la forme suivante : X = A(p)-X+W(p) (Eq. 10) Y=C-X Avec : p : les paramètres variant du modèle linéaire, X : vecteur des variables d'état, X : vecteur des dérivées par rapport au temps des variables d' état, C : la matrice de sortie, A(p) : première matrice d'état du système, et W(p) : deuxième matrice d'état du système.

Les variables d'états sont comprises dans le vecteur X suivant : X = [Faut Favc F1 F2 - - - FN-1 FN T (E q . 11) Fooi 1 Les variables d'états correspondent aux fractions massiques dans chacun des volumes de contrôles définis entre l'amont du compresseur 10b et le collecteur d'admission 6. La variable d'état Fi définie dans les équations Eq. 7 et Eq. 8, prend ici des valeurs discrètes allant de i=1 à i=N. La matrice de sortie « C » est définie de la façon suivante : C=[1 o - - - o] (Eq. 12) Cette matrice C permet de reconstruire la fraction massique Favt objet de la discrétisation à partir des différentes fractions massiques F, qui sont aussi, on le rappelle, des variables d'état comprises dans le vecteur X. L'équation Y=CX permet ainsi de faire converger le système, Favt étant la seule valeur du système dont on dispose de la valeur. Il existe une relation directe entre Favt et le vecteur d'état X. En effet, le premier scalaire du vecteur des variables d'état X n'est autre que la fraction massique Favt. Il est ainsi possible de reformuler l'équation Eq. 10 sous la forme d'un observateur prenant la forme suivante : X= A(p)- X+ W(p)+L(Y - Y) (Eq. 13) Avec L : une matrice de gain X= la dérivée temporelle des valeurs de l'observateur pour le vecteur X X = les valeurs de l'observateur pour le vecteur X Y = la valeur de l'observateur pour la valeur de contrôle Afin de garantir un bon niveau de robustesse de l'observateur, la matrice de gain «L» est choisie de sorte que les conditions suivantes soient respectées sur le polytope défini par les valeurs extrêmes, tant minimales que maximales des paramètres pi à P6. (Eq. 14) AiT-P+P-Ai+CT-Y+YT-C+I<0 x>w1/2 y p -1 YT w1/2 min{Tr(VP)+ Tr(X)} P>0 L=Y-13-1 Ce qui est équivalent à la représentation suivante : -P+P-Ai+CT-Y+YT-C+I<0 [ X \V 1/2 YT w 1/2 P min{Tr(VP)+ Tr(X)} P,X,Y P>0 L=Y-13-1 >.0 (Eq. 15) Avec cet observateur, il est possible d'obtenir une estimation stable de la fraction massique de gaz frais. La figure 3 illustre un système de détermination de la fraction massique de gaz frais basé sur les équations précédentes. Un soustracteur 16 reçoit en entrée la valeur de la fraction massique Favt de gaz frais dans le collecteur d'échappement 7, mesurée ou estimée, ainsi que la valeur de l'observateur pour cette même fraction massique Favt par application de l'équation Eq. 10.

Un moyen de détermination 17 du gain de l'observateur reçoit en entrée l'écart entre la valeur mesurée et la valeur de l'observateur de la fraction massique Favt. Il détermine la matrice de gain L par application de l'équation Eq. 15 puis le terme L(Y-) de l'équation Eq. 16.

Un premier moyen de calcul 19 détermine la première matrice d'état A(p) en fonction des équations Eq. 8 et Eq. 10, tandis qu'un deuxième moyen de calcul 20 détermine la deuxième matrice d'état W(p) en fonction également des équations Eq. 8 et Eq. 10.

Pour cela, le premier moyen de calcul 19 et le deuxième moyen de calcul 20 reçoivent en entrée la mesure 13,01 de la pression dans le collecteur d'admission, la mesure T,01 de la température dans le collecteur d'admission, la mesure du débit d'air admis Qair, la mesure du débit QHEGR de l'EGR HP, la mesure Favt de la richesse dans le collecteur d'échappement, l'estimation du débit QLEGR de l'EGR BP, l'estimation P - avc de la pression en amont du compresseur, l'estimation Tavc de la température en amont du compresseur et la consigne Qf de débit de carburant imposée par le contrôle du moteur.

La mesure du débit d'air admis Qair peut être réalisée par exemple par un débitmètre disposé au niveau du filtre à air. La mesure du débit QHEGR de l'EGR HP peut être effectuée par différence de pression aux bornes de la vanne EGR HP. En fonction de ces valeurs, le premier moyen de calcul 19 et le deuxième moyen de calcul 20 déterminent les valeurs pi à p6 par application des équations Eq. 9. Le premier moyen de calcul 19 et le deuxième moyen de calcul déterminent ensuite respectivement les matrices W(p) et A(p) par application des équations Eq. 8 et Eq. 10. 20 Un sommateur 18 reçoit le terme 1_,(Y-() du moyen de détermination 17, la première matrice d'état A(p) du premier moyen de calcul 19 et la deuxième matrice d'état W(p) du deuxième moyen de calcul 20. Un moyen d'intégration 21 reçoit du sommateur 18 un vecteur X des dérivées temporelles des variables observées issu de l'équation Eq. 13. Un troisième moyen de calcul 22 reçoit du moyen d'intégration 21 un vecteur des variables observées X et émet en sortie la valeur de la fraction massique F,01 au niveau du collecteur d'admission par application des équations Eq. 11 et Eq. 13. Le vecteur des variables observées X est également transmis au deuxième moyen de calcul 20 et à un quatrième moyen de calcul 23. Le quatrième moyen de calcul 23 émet la valeur de l'observateur de la fraction massique Favt à destination du soustracteur 16 par application de l'équation Eq. 10. On peut ainsi estimer la fraction massique F,01, déduit du vecteur des variables observées X, à partir de la différence entre la mesure et l'estimation de la fraction massique Favt = Y. Le choix du nombre de discrétisations « N » dépend: - du temps de calcul disponible, car pour chaque augmentation de « N », on introduit une nouvelle équation d'état, - de la précision souhaitée pour estimer la fraction massique F,01 en régime transitoire, - de la robustesse de l'estimation, notamment sur les très forts régimes transitoires avec le risque d'oscillations pour des variations brutales d'entrée (de type créneaux). Pour l'application décrite, la valeur « N = 3 » semble un bon compromis pour les prestations souhaitées avec les contraintes imposées. Il est ainsi possible d'estimer correctement la fraction massique de gaz frais (ou brûlés) dans le collecteur d'admission d'un moteur équipé d'un EGR basse pression. Il est notamment possible de prendre en compte le retard des phénomènes de transport dans la ligne d'admission. Cette prise en compte du retard dans l'observateur permet de garantir un bon niveau de prédiction. De plus, le passage par l'approche LPV et la définition de stabilité sur le polytope défini par celui-ci garantit la robustesse de l'observateur. Cela permet d'avoir une estimation même dans les cas critiques de roulage par rapport aux solutions connues. Ainsi, au cours de la deuxième étape, avant l'application de la fonction de forme pour corriger les débits d'oxydes d'azote NOx, on détermine la fraction massique de gaz frais Fcol afin ensuite de déterminer la valeur de la fraction de gaz brûlés dans le collecteur d'admission Xgb. Cela implique que le système de détermination de la fraction massique de gaz frais est connecté en entrée d'un soustracteur apte à déterminer la fraction de gaz brulés dans le collecteur d'admission Xgb à partir de la fraction massique de gaz frais Fcol par application de l'équation Eq. 1. La sortie du soustracteur est alors connectée à l'entrée du moyen de correction 3. On notera que le système de détermination de la fraction massique de gaz frais et le soustracteur ne sont pas illustrés sur la figure 1. Le système de détermination de la fraction massique de gaz frais est préalablement calibré afin d'obtenir des valeurs cohérentes, la calibration étant réalisée en fournissant les grandeurs géométriques de la chaîne d'air du moteur à l'étude.

Le débit des oxydes d'azote NOx est ainsi estimé à partir de la mesure de richesse d'échappement, des grandeurs de contrôle moteur comme le débit carburant et l'avance à l'allumage et de l'estimation de la composition des gaz dans le collecteur d'admission. Selon un autre mode de réalisation illustré par la figure 4, l'estimateur 1 du débit d'oxydes d'azote NOx comprend un moyen d'estimation 24 par relation algébrique remplaçant la cartographie 2 et le moyen de correction 3 par fonction de forme. Le moyen d'estimation 24 permet de prendre en compte plus de phénomènes afin d'accroître le niveau de prédiction. La relation algébrique est de la forme suivante : NOx = min [FI , F2]- Qe (Eq. 16) F1 = (a- R + b ) F2 = (a + (3.- Qe+ x - Qe2 + ô - Qe3). (la - exp(v - Xgb))- (w+0. ADV) Avec : a, b, a, 13, x, ô, y, 0, w : des paramètres de l'estimateur Qe : débit de carburant R : richesse Xgb : fraction de gaz brûlés dans le collecteur d'admission ADV : phase de l'injection principale Les entrées du moyen d'estimation 24 par relation algébrique sont la richesse R, le débit de carburant Qe (en mg/coup), la fraction Xgb de gaz brûlés dans le collecteur d'admission, et la phase ADV de l'injection principale.

Comme pour le premier mode de réalisation, la fraction Xgb de gaz brûlés est déterminée à partir de l'équation Eq. 1 à partir de la valeur Fcol provenant du système de détermination de la fraction massique de gaz frais.

D'après la relation algébrique (Eq. 16), on peut voir que le taux d'oxydes d'azote correspond à la valeur minimale parmi les valeurs prises par deux fonctions, notées F1 et F2. La première fonction F1 dépend uniquement du débit de carburant Qe et de la richesse R. La seconde fonction F2 dépend du débit de carburant Qe, du phasage de l'injection principale ADV et de la fraction de gaz brûlés Xgb. Lors de la calibration du moyen d'estimation 24, on détermine les paramètres de cette relation algébrique en comparant le débit des oxydes d'azote NOx mesuré au débit des oxydes d'azote NOx modélisé, pour des valeurs communes de richesse R, de débit de carburant Qe, de fraction Xgb de gaz brûlés dans le collecteur d'admission, et de phase ADV de l'injection principale. A titre d'exemple, les valeurs prises par les coefficients de cette expression sont généralement les suivantes: a=-0.0865, b=0.1023 (1=-0.020, 13=0.000496, x=-1.016e-6, 8=0.7983e-7 11=3.7121, v=-0.1121 w =1.966, 0 =0.0301 Le niveau de résultat des deux modes de réalisation des estimateurs est sensiblement équivalent.

Claims (7)

1. REVENDICATIONS1. Système d'estimation du débit d'oxydes d'azotes dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne pour véhicule automobile muni d'au moins un circuit de recirculation partielle des gaz d'échappement et d'au moins un système de retraitement des gaz d'échappement, le débit d'oxydes d'azotes étant estimé en amont de systèmes de retraitement des gaz d'échappement, caractérisé par le fait qu'il comprend un système de détermination de la fraction massique de gaz frais, un soustracteur apte à déterminer la fraction de gaz brûlés dans le collecteur d'admission à partir de la fraction massique de gaz frais, et un estimateur (1) du débit d'oxydes d'azote en fonction de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne, du débit de carburant injecté et de la fraction de gaz brûlés dans le collecteur d'admission.
2. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel l'estimateur (1) du débit d'oxydes comprend une cartographie (2) du débit d'oxydes d'azote reliée en entrée à la vitesse de rotation du moteur à combustion interne et au débit de carburant, ainsi qu'un moyen de correction (3) par fonction de forme en fonction de la fraction de gaz brûlés dans le collecteur d'admission, et un multiplicateur (4) relié en entrée aux sorties de la cartographie (2) et du moyen de correction (3), apte à émettre en sortie l'estimation du débit d'oxydes d'azote du moteur à combustion interne.
3. 3. Système selon la revendication 1, dans lequel l'estimateur (1) du débit d'oxydes d'azote comprend un moyen d'estimation (24) par relation algébrique fonction de la richesse, du débit de carburant, de la fraction de gaz brûlés dans le collecteur d'admission, et de la phase de l'injection principale.
4. 4. Procédé d'estimation du débit d'oxydes d'azotes dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne pour véhiculeautomobile muni d'au moins un circuit de recirculation partielle des gaz d'échappement et d'au moins un système de retraitement des gaz d'échappement, le débit d'oxydes d'azotes étant estimé en amont de systèmes de retraitement des gaz d'échappement, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes : on estime une valeur de la fraction massique de gaz frais, on détermine la valeur de la fraction de gaz brûlés dans le collecteur d'admission en fonction de la fraction massique de gaz frais, et on détermine une valeur du débit d'oxydes d'azote en fonction de la fraction de gaz brûlés dans le collecteur d'admission et du débit de carburant.
5. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel on détermine le débit d'oxydes d'azote en fonction d'une cartographie fonction de la vitesse de rotation du moteur et du débit de carburant, puis on corrige les valeurs de débit d'oxydes d'azote en fonction d'une fonction de forme dépendant de la fraction de gaz brûlés dans le collecteur d'admission.
6. 6. Procédé selon la revendication 4, dans lequel on détermine le débit d'oxydes d'azote en fonction d'une relation algébrique et du débit de carburant, de la richesse, du phasage de l'injection principale et de la fraction de gaz brûlés.
7. 7. Procédé selon la revendication 5, dans lequel, à partir de mesures de débit d'oxydes d'azote à vitesse de rotation du moteur constante, à couple constant, et avec recirculation partielle des gaz d'échappement, on détermine le débit d'oxydes d'azote pour des points de fonctionnement correspondant aux points de fonctionnement pour lesquels on a déterminé précédemment le débit d'oxydes d'azote sans recirculation partielle des gaz d'échappement, on mémorise le ratio entre le débit d'oxydes d'azote sans recirculation partielle des gaz d'échappement et le débit d'oxydes d'azote avec---recirculation partielle des gaz d'échappement pour un ensemble de valeurs de la fraction de gaz brûlés d-ans le collecteur d'admission, eton détermine la fonction de forme comme étant la fonction moyenne de l'ensemble de ces points.