FR3074530A1 - Systeme et procede de determination d'une quantite corrigee d'oxydes d'azote - Google Patents

Systeme et procede de determination d'une quantite corrigee d'oxydes d'azote Download PDF

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Abstract

Système de détermination d'une quantité corrigée d'oxydes d'azote dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne au niveau du collecteur d'échappement comprenant : • une sonde de mesure de richesse à l'échappement, • un premier moyen d'estimation (2) de la quantité d'oxydes d'azote en fonction de la masse totale de carburant injectée et de la quantité d'oxygène admis, • au moins un moyen de détermination (3b, 4, 5a, 5b, 5c, 5d) d'une correction de la quantité d'oxydes d'azote en fonction d'une mesure de la richesse à l'échappement ou d'au moins une mesure de paramètre ou grandeur de fonctionnement du moteur à combustion interne, et • un moyen de calcul (6) apte à déterminer une quantité corrigée d'oxydes d'azote dans les gaz d'échappement en fonction de la quantité d'oxydes d'azote estimée et de la au moins une correction.

Description

L’invention a pour domaine technique les systèmes de commande d’un moteur à combustion interne, et plus particulièrement les systèmes d’estimation d’émission de polluants pour de tels systèmes de commande.
Les systèmes de dépollution d’oxydes d’azote NOx des moteurs diesel, notamment munis d’un système de retraitement des gaz d’échappement de type à réduction catalytique sélective (Acronyme anglophone SCR pour « Sélective Catalytic Réduction >>) utilisent des sondes de détection des oxydes d’azote NOx disposées à divers endroits de la ligne d’échappement.
Jusqu’alors, une sonde d’oxydes d’azote en amont du système de post traitement était nécessaire pour mesurer les quantités d’oxydes d’azote émises par le moteur à combustion interne afin de gérer avec précision les quantités de réducteurs injectées dans le système de retraitement.
Le système de piégeage en mélange pauvre (acronyme anglophone LNT pour « Lean NOx Trap >>) est un autre système de retraitement des gaz d’échappement qui ne nécessite pas d’injection de réducteur. Son principe de fonctionnement repose sur un piège à deux niveaux, l’un piégeant les oxydes d’azote lors d’un fonctionnement du moteur en mélange pauvre, l’autre piégeant des hydrocarbures insaturés lors d’un fonctionnement en mélange riche. Lors du retour du moteur à un fonctionnement en mélange riche, les oxydes d’azote sont réduits.
En d’autres termes, le système de retraitement LNT utilise des oscillations de la richesse des gaz d’échappement afin de réduire les oxydes d’azote. L’estimation de la fréquence de ces oscillations est liée à la quantité d’oxydes d’azote qui peut être stockée dans le système de retraitement et donc aux émissions d’oxydes d’azote du moteur avant retraitement.
Toutefois, le système de retraitement LNT est déjà coûteux de par l’utilisation de deux sondes à oxygène de telle sorte que l’ajout d’une sonde à oxydes d’azote supplémentaire en rendrait le prix trop élevé pour une utilisation industrielle.
Par ailleurs, la mesure par une sonde à oxydes d’azote est lente (temps de mesure supérieur à une seconde), de sorte qu’il n’est pas possible d’adapter le réglage de l’injection de carburant et de l’admission des gaz dans le cylindre de façon suffisamment rapide pour minimiser les émissions d’oxydes d’azote en temps réel.
Il apparaît ainsi qu’il existe un problème de temps de réponse des capteurs à oxydes d’azote actuels associé à un coût important.
Il existe donc un besoin pour un système et un procédé d’estimation de la quantité d’oxydes d’azote qui présente un court temps de réponse et qui ne nécessite pas de mesures d’une sonde à oxygène ou sonde à oxydes d’azote.
De l’état de la technique, on connaît les documents CN104121080, EP1529941 et WO2014189528, JP2016211451 et US2017022865 décrivant des systèmes d’estimation de la quantité d’oxydes d’azote.
Toutefois, aucun de ces documents ne divulgue de modèle permettant de déterminer la concentration en oxydes d’azote fonction de taux d’oxygène dans les gaz d’échappement, de la pression de suralimentation et de la température du moteur.
Le problème technique d’une estimation de la quantité d’oxydes d’azote rapide et ne nécessitant pas de mesures de sonde à oxygène ou de sonde à oxydes d’azote demeure ainsi non résolu.
L’invention a pour objet un système de détermination d’une quantité corrigée d’oxydes d’azote dans les gaz d’échappement d’un moteur à combustion interne au niveau du collecteur d’échappement caractérisé par le fait qu’il comprend un premier moyen d’estimation de la quantité d’oxydes d’azote en fonction de la masse totale de carburant injectée et de la quantité d’oxygène admis, au moins un moyen de détermination d’une correction de la quantité d’oxydes d’azote en fonction d’au moins une mesure de paramètre ou grandeur de fonctionnement du moteur à combustion interne, et un moyen de calcul apte à déterminer une quantité corrigée d’oxydes d’azote dans les gaz d’échappement en fonction de la quantité d’oxydes d’azote estimée et de la au moins une correction.
La quantité d’oxygène admis peut être déterminée en amont de la soupape d’admission par l’intermédiaire d’un modèle physique ou par l’intermédiaire d’une sonde à oxygène disposée à l’admission.
Le système de détermination peut comprendre un moyen de calcul apte à déterminer l’instant moyen de début d’injection comme la somme sur toutes les injections du cycle de combustion précédent du produit de l’instant de début d’injection par la masse de carburant injecté divisé par la somme sur toutes les injections du cycle de combustion précédent de la masse de carburant injectée, un deuxième moyen de détermination apte à déterminer une première correction de la quantité d’oxydes d’azote en fonction de l’instant moyen de début d’injection.
Le système de détermination peut comprendre une sonde de mesure de richesse à l’échappement et un troisième moyen de détermination apte à déterminer une deuxième correction de la quantité d’oxydes d’azote en fonction d’une mesure de la richesse à l’échappement.
Le système de détermination peut comprendre au moins un moyen de détermination apte à déterminer une correction de la quantité d’oxydes d’azote en fonction d’au moins un parmi la pression de carburant à l’injection, la température du liquide de refroidissement, la pression de suralimentation, et la vitesse de rotation du moteur à combustion interne.
L’invention a également pour objet un procédé de détermination d’une quantité corrigée d’oxydes d’azote dans les gaz d’échappement d’un moteur à combustion interne au niveau du collecteur d’échappement. Le procédé comprend des étapes au cours desquelles on estime la quantité d’oxydes d’azote en fonction de la masse totale de carburant injectée et de la quantité d’oxygène admis, on détermine au moins une correction de la quantité d’oxydes d’azote en fonction d’au moins une mesure de paramètre ou grandeur de fonctionnement du moteur à combustion interne, et on détermine une quantité corrigée d’oxydes d’azote dans les gaz d’échappement en fonction de la quantité d’oxydes d’azote estimée et de la au moins une correction.
La quantité d’oxygène admis peut être déterminée en amont de la soupape d’admission par l’intermédiaire d’un modèle physique ou par l’intermédiaire d’une sonde à oxygène disposée à l’admission.
Le procédé de détermination peut comprendre une étape au cours de laquelle on détermine l’instant moyen de début d’injection comme la somme sur toutes les injections du cycle de combustion précédent du produit de l’instant de début d’injection par la masse de carburant injecté divisé par la somme sur toutes les injections du cycle de combustion précédent de la masse de carburant injectée, puis on détermine une première correction de la quantité d’oxydes d’azote en fonction de l’instant moyen de début d’injection.
Lorsque le moteur à combustion interne comprend une sonde de mesure de richesse à l’échappement, le procédé peut comprendre une étape au cours de laquelle on détermine une deuxième correction de la quantité d’oxydes d’azote en fonction d’une mesure de la richesse à l’échappement.
On peut déterminer au moins une correction de la quantité d’oxydes d’azote en fonction d’au moins un parmi la pression de carburant à l’injection, la température du liquide de refroidissement, la pression de suralimentation, et la vitesse de rotation du moteur à combustion interne.
Le système et le procédé présentent l’avantage d’une grande précision sur la quantité calculée d’oxydes d’azote dans les gaz d’échappement en sortie du moteur par rapport à l’état de l’art tout en offrant une mise en œuvre requérant peu de moyens de calcul et une grande réactivité du modèle aux variations de quantité d’oxydes d’azote.
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 au dessin annexé sur lequel la figure unique illustre un système d’estimation de la concentration en oxydes d’azote en sortie du moteur.
La figure unique illustre un système d’estimation de la concentration en oxydes d’azote en sortie du moteur référencé 1. Par sortie du moteur, on entend la sortie des gaz d’échappement au niveau du collecteur d’échappement avant tout traitement par des systèmes de dépollution ou avant prélèvement d’une partie des gaz par un système de recirculation partielle des gaz d’échappement.
Le système d’estimation comprend un premier moyen d’estimation 2 de la quantité d’oxydes d’azote NOX_man dans les gaz d’échappement en fonction de la masse totale de carburant injectée M Fl N JS U M et de la quantité d’oxygène admis Yo2in. Le premier moyen d’estimation 2 peut être une cartographie ou un modèle physique.
La masse injectée totale de carburant M Fl N JS U M est égale à la somme des quantités de carburant injectées au cours du cycle de combustion précédent. Cette information peut être transmise par l’unité de commande électronique du véhicule ou par le moyen de contrôle de l’injection.
La quantité d’oxygène admis Yo2in est déterminée en amont de la soupape d’admission par l’intermédiaire d’un modèle réalisé par un moyen de calcul ou par l’intermédiaire d’une sonde Oxygène disposée à l’admission.
Le système d’estimation comprend un moyen d’estimation 3 d’une correction
COR_SOI fonction de l’instant moyen de début d’injection. Un moyen de calcul 3a détermine l’instant moyen de début d’injection SOI_ave en fonction des instants de début d’injection SOI, et des masses de carburant injecté MF, pour chaque injection au cours du cycle de combustion précédent en appliquant l’équation suivante :
SOI_ave = MF. S0I.
(Eq. 1)
Le moyen de calcul 3a détermine ainsi l’instant moyen de début d’injection SOI_ave comme la somme sur toutes les injections du cycle de combustion passé du produit de l’instant de début d’injection SOI, par la masse de carburant injecté MF, divisée par la somme sur toutes les injections du cycle de combustion précédent de la masse de carburant injectée MF,.
En d’autres termes, le moyen de calcul 3a détermine l’image du centre de combustion en moyennant les instants de début d’injection pondérés par la masse de carburant injectée à chaque injection.
Un deuxième moyen de détermination 3b permet de déterminer la première correction COR_SOI de la quantité d’oxydes d’azote en fonction de l’instant moyen de début d’injection SOI_ave comme expliqué ci-dessus.
Un troisième moyen de détermination 4 permet de déterminer une deuxième correction COR_LAMB de la quantité d’oxydes d’azote en fonction d’une mesure de la richesse à l’échappement.
Un ensemble de moyens de détermination 5a,5b,5c,5d permet de déterminer une correction de la quantité d’oxydes d’azote COR_FUP en fonction de la pression de carburant FUP à l’injection, une correction de la quantité d’oxydes d’azote COR_TCO en fonction de la température du liquide de refroidissement TCO, une correction de la quantité d’oxydes d’azote COR_MAP en fonction de la pression de suralimentation MAP, et une correction de la quantité d’oxydes d’azote COR_N en fonction de la vitesse de rotation N du moteur à combustion interne.
Les moyens de détermination 4, 5a, 5b, 5c, 5d peuvent être des cartographies ou des modèles.
Un moyen de calcul 6 permet de déterminer une quantité corrigée d’oxydes d’azote dans les gaz d’échappement NOX_exhaust au niveau du collecteur d’échappement en réalisant le produit de la quantité d’oxydes d’azote estimée NOX_man par les différentes corrections, si celles-ci sont exprimées relativement à la quantité d’oxydes d’azote estimée. Alternativement, le moyen de calcul 6 détermine une quantité corrigée d’oxydes d’azote dans les gaz d’échappement NOX_exhaust au niveau du collecteur d’échappement en réalisant la somme de la quantité d’oxydes d’azote estimée NOX_man et des différentes corrections, si celles-ci sont exprimées sous la forme d’une quantité d’oxydes d’azote.
Le procédé de détermination d’une quantité corrigée d’oxydes d’azote dans les gaz d’échappement d’un moteur à combustion interne au niveau du collecteur d’échappement comprend une première étape au cours de laquelle on estime la quantité d’oxydes d’azote en fonction de la masse totale de carburant injectée et de la quantité d’oxygène admis.
La quantité d’oxygène admis est déterminée en amont de la soupape d’admission par l’intermédiaire d’un modèle physique ou par l’intermédiaire d’une sonde à oxygène disposée à l’admission.
La masse totale de carburant injectée est égale à la somme de toutes les injections de carburant au cours du cycle de combustion.
On détermine ensuite au moins une correction de la quantité d’oxydes d’azote en fonction d’au moins une mesure de paramètre ou grandeur de fonctionnement du moteur à combustion interne, puis on détermine une quantité corrigée d’oxydes d’azote dans les gaz d’échappement en fonction de la quantité d’oxydes d’azote estimée et des corrections.
Une première correction de la quantité d’oxydes d’azote dépend de l’instant moyen de début d’injection. On détermine l’instant moyen de début d’injection comme la somme sur toutes les injections du cycle de combustion précédent du produit de l’instant de début d’injection par la masse de carburant injecté divisé par la somme sur toutes les injections du cycle de combustion précédent de la masse de carburant injectée.
On détermine une première correction de la quantité d’oxydes d’azote en fonction de l’instant moyen de début d’injection, soit par modèle, soit par cartographie.
Une deuxième correction de la quantité d’oxydes d’azote est déterminée en fonction d’une mesure de la richesse à l’échappement par une sonde à oxygène, soit par modèle, soit par cartographie.
D’autres corrections de la quantité d’oxydes d’azote peuvent être déterminées, comme une correction de la quantité d’oxydes d’azote COR_FUP en fonction de la pression de carburant FUP à l’injection, une correction de la quantité d’oxydes d’azote COR_TCO en fonction de la température du liquide de refroidissement TCO, une correction de la quantité d’oxydes d’azote COR_MAP en fonction de la pression de suralimentation MAP, et la une correction de la quantité d’oxydes d’azote COR_N en fonction de la vitesse de rotation N du moteur à combustion interne. Ces corrections peuvent également être déterminées par modèle ou par cartographie.
L’homme du métier reconnaîtra par ailleurs que le système et le procédé de détermination peuvent être dimensionnés pour estimer autant la quantité d’oxydes d’azote produite par un moteur dans sa globalité que la quantité d’oxydes d’azote produite par un cylindre, permettant ainsi de s’adapter à toutes configurations de moteur (différents nombres de cylindres, déconnexion sélective des cylindres, ...) ou un contrôle affiné des cylindres d’un tel moteur.

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS
    1. Système de détermination d’une quantité corrigée d’oxydes d’azote dans les gaz d’échappement d’un moteur à combustion interne au niveau du collecteur d’échappement, caractérisé par le fait qu’il comprend :
    • une sonde de mesure de richesse à l’échappement, • un premier moyen d’estimation (2) de la quantité d’oxydes d’azote en fonction de la masse totale de carburant injectée et de la quantité d’oxygène admis, • au moins un moyen de détermination (3b, 4, 5a, 5b, 5c, 5d) d’une correction de la quantité d’oxydes d’azote en fonction d’une mesure de la richesse à l’échappement ou d’au moins une mesure de paramètre ou grandeur de fonctionnement du moteur à combustion interne, et • un moyen de calcul (6) apte à déterminer une quantité corrigée d’oxydes d’azote dans les gaz d’échappement en fonction de la quantité d’oxydes d’azote estimée et de la au moins une correction.
  2. 2. Système de détermination selon la revendication 1, dans lequel la quantité d’oxygène admis est déterminée en amont de la soupape d’admission par l’intermédiaire d’un modèle physique ou par l’intermédiaire d’une sonde à oxygène disposée à l’admission.
  3. 3. Système de détermination selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un moyen de calcul (3a) apte à déterminer l’instant moyen de début d’injection comme la somme sur toutes les injections du cycle de combustion précédent du produit de l’instant de début d’injection par la masse de carburant injecté divisé par la somme sur toutes les injections du cycle de combustion précédent de la masse de carburant injectée, un deuxième moyen de détermination (3b) apte à déterminer une première correction de la quantité d’oxydes d’azote en fonction de l’instant moyen de début d’injection.
  4. 4. Système de détermination selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins un moyen de détermination (5a, 5b, 5c, 5d) apte à déterminer une correction de la quantité d’oxydes d’azote en fonction d’au moins un parmi la pression de carburant à l’injection, la température du liquide de refroidissement, la pression de suralimentation, et la vitesse de rotation du moteur à combustion interne.
  5. 5. Procédé de détermination d’une quantité corrigée d’oxydes d’azote dans les gaz d’échappement d’un moteur à combustion interne au niveau du collecteur d’échappement, le moteur à combustion interne étant muni d’une sonde de mesure de richesse à l’échappement, caractérisé par le fait qu’il comprend des étapes au cours desquelles :
    • on estime la quantité d’oxydes d’azote en fonction de la masse totale de carburant injectée et de la quantité d’oxygène admis, • on détermine au moins une correction de la quantité d’oxydes d’azote en fonction d’une mesure de la richesse à l’échappement ou d’au moins une mesure de paramètre ou grandeur de fonctionnement du moteur à combustion interne, et • on détermine une quantité corrigée d’oxydes d’azote dans les gaz d’échappement en fonction de la quantité d’oxydes d’azote estimée et de la au moins une correction.
  6. 6. Procédé de détermination selon la revendication 5, dans lequel la quantité d’oxygène admis est déterminée en amont de la soupape d’admission par l’intermédiaire d’un modèle physique ou par l’intermédiaire d’une sonde à oxygène disposée à l’admission.
  7. 7. Procédé de détermination selon l’une quelconque des revendications 5 ou 6, comprenant une étape au cours de laquelle on détermine l’instant moyen de début d’injection comme la somme sur toutes les injections du cycle de combustion précédent du produit de l’instant de début d’injection par la masse de carburant injecté divisé par la somme sur toutes les injections du cycle de combustion précédent de la masse de carburant injectée, puis on détermine une première correction de la quantité d’oxydes d’azote en fonction de l’instant moyen de début d’injection.
  8. 8. Procédé de détermination selon l’une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel on détermine au moins une correction de la quantité d’oxydes d’azote en fonction d’au moins un parmi la pression de carburant à l’injection, la température du liquide de refroidissement, la pression de suralimentation, et la vitesse de rotation du moteur à combustion interne.
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FR2945320A1 (fr) * 2009-05-11 2010-11-12 Renault Sas Estimation et regulation d'au moins un parametre de sortie d'un moteur a combustion interne.
EP2921682A1 (fr) * 2012-11-19 2015-09-23 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Dispositif de commande pour moteur à combustion interne

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