WO2001020153A1 - Procede de commande de purge de moyens de stockage d'oxydes d'azote associes a un pot catalytique - Google Patents

Procede de commande de purge de moyens de stockage d'oxydes d'azote associes a un pot catalytique Download PDF

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WO2001020153A1
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Stephan Beurthey
Dirk Von Wissel
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Renault
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    • F02D2200/0811—NOx storage efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a method of controlling the purging of means for storing nitrogen oxides (NOx) associated with a catalytic converter for treating the exhaust gases of an internal combustion engine, an oxygen sensor being rise in the flow of gases leaving the pot and, more particularly, to such a method according to which, when the engine operates in an air / fuel mixture lean in fuel, it is followed, using a management model of said means of storage, the evolution of the storage efficiency of NOx in said storage means and, when said model indicates that said efficiency drops below a predetermined threshold, a purge of said storage means is ordered and said purge is stopped when said model indicates that the quantity of NOx remaining stored has fallen below another predetermined threshold.
  • NOx nitrogen oxides
  • the exhaust lines of these gases are commonly fitted with a catalytic converter having the function transform harmful chemical species into less harmful, even harmless species.
  • the aforementioned patent proposes to control the richness of the air / fuel mixture of the engine so as to periodically switch the richness of this mixture to a value corresponding to a stoichiometric or rich mixture. This switching causes the desorption of the NOx to be adsorbed in the pot and then their reduction by the HC and CO present in the pot due to the increase in the richness of the mixture.
  • the duration of the switching required to absorb and reduce the NOx stored in the catalytic converter is proportional to the mass of the NOx stored. When this period is too short, NOx remains stored in the catalytic converter and thus reduces its adsorption capacity. On the other hand, if it is too long, all of the stored NOx are destocked, but part of the unburnt HC and CO resulting from the increase in the richness of the mixture is released into the atmosphere, thereby causing an increase in discharges of chemical pollutants in the environment.
  • the object of the present invention is precisely to provide a method for controlling the purging of NOx storage means associated with a catalytic converter, which makes it possible to minimize the discharges of polluting chemical species by refining, by appropriate corrections, several parameters of operation of the NOx storage means.
  • said corrections are made by correcting a difference (D) between a value (NS-is-dp) of the NOx stock contained in the storage means, at the start (dp) of a purge, value estimated using the model, and a value
  • NS-mes-dp ⁇ NS + NSres
  • ⁇ NS is a measure of the mass of NOx which will be destocked during the purge
  • NSres a measure of a residual stock of NOx remaining in the storage means at the end of a stopped purge under the control of the probe signal.
  • ⁇ NS is measured during a double purge using transition delay measurements TIC1, TIC2 at the start of the purge, of the signal delivered by the probe, on the corresponding transition of the richness in reducers of the air / fuel mixture entering the catalytic converter, the storage means being empty and full, respectively. If a simple purge is used, ⁇ NS is measured using transition delay measurements TIC1 at the start of the purge and TIC3 at the end of the purge.
  • FIG. 1 graphically illustrates a model for managing the NOx storage means, according to the control method according to the invention
  • FIG. 2 is a flow diagram of a strategy for correcting the operating parameters of these storage means, used in the model of FIG. 1, and
  • FIGS. 3 to 6 are graphs illustrating the successive stages of the flow diagram of FIG. 2.
  • the purge control method according to the present invention which will now be described is advantageously executed by software means loaded in a computer for managing the operation of the engine.
  • the method makes use of a model for managing the NOx storage means of a catalytic converter comprising such means and conventionally placed in the line for removing the exhaust gases from the engine in order to treat them, a probe with oxygen placed in this line immediately downstream of the pot delivering to the computer a signal representative of the richness in reducing chemical species of these exhaust gases, at the outlet of the pot.
  • Figure 1 of the accompanying drawing which illustrates schematically the structure of the management model of the NOx storage means used in the present invention.
  • the purge is triggered when the storage efficiency Effstoc of the Nox in the storage means falls below a predetermined threshold.
  • Ef f stOC 1 - CNOx-in / CNOx-out
  • C N ⁇ -i n and Cno x -out are respectively the NOx concentration of the exhaust gases entering and leaving the pot.
  • This efficiency is maximum when the NOx storage means are empty, and minimum when they are full. It is therefore a decreasing function of the filling rate of these means, ie of the NS / NSC ratio of the quantity NS of NOx stored - to the maximum storage capacity NSC of these means. It is also an increasing function of the temperature T cat of the catalytic converter.
  • a mapping 1 (see Figure 1) stored in the computer provides an estimated value Effstoc-is of this efficiency,.
  • Kstoc.Qnox-is .Effstoc-is where Kstoc is a constant and Qnox-is an estimate of the amount of NOx emitted by the engine, this calculation being performed by blocks 3, 4 and 6 of the model in Figure 1.
  • Blocks 5, 4 and 6 execute the various phases of this calculation of estimation of NS. According to a preferred embodiment of the invention, the choice is made to represent Effpurge, the average Effpurge-avg efficiency of the purge, to simplify the calculations. This average efficiency is mapped as a function of the pot temperature Tcat and the NS / NSC ratio as shown in block 2.
  • Blocks 7 and 8 of JFig.l illustrate the conditions for stopping the storage phases (condition on Effstoc-est) and the purging phases (condition on NS- est) respectively, depending on the temperature Tcat of the catalytic converter .
  • the management model Figure 1 if, during storage, the temperature of the pot is below a low threshold or higher than a high threshold, the Effstoc value at which storage is stopped is lowered (see block 7).
  • the value of NS-is at which the purging is stopped is noted.
  • Qnox is estimated using a map whose input variables characterize the operation of the engine, ie the richness of the air / fuel mixture, the speed temperature, engine temperature and angle of advance of ignition of the mixture.
  • Effstoc is estimated by the cartography represented in block 1, which involves NS-est, this quantity being calculated as described above.
  • NS-est is calculated by the model and Effstoc-est is a function of NS-est, NSC-est, T cat and Qnox-est.
  • Qred-est and T cat are known to the computer with good precision, since it also manages the operation of the engine.
  • Qnox-est, NSC-est and Effpurge-est are parameters that are not well known. The error made on these parameters is also likely to change over time, in particular due to the aging of the catalytic converter.
  • the purpose of the present invention is precisely to correct all of these three parameters, so as to reduce this error by successive corrections thereof, according to the sequence illustrated by the flowchart in FIG. 2, these successive corrections avoiding interactions of the influences of these parameters on the estimation to be made of NS.
  • This sequence essentially comprises four phases marked respectively 0, 1, 2 and 3, corresponding respectively to an initialization phase, a Qnox correction phase, a Effpurge correction phase and an NSC correction phase.
  • the non-linear nature of the operation of the NOx storage means is exploited, both during a storage phase and during a purge phase.
  • the following time intervals are then measured: - in the case of a double purge, the TIC1 interval, or transition delay, between the changeover from "poor” to "rich” of the richness of the exhaust gases at the inlet of the empty NOx pot, c that is to say during the second purge, and the detection of this tilting by the oxygen sensor placed at the outlet of the pot, in the case of a single or double purging, the interval TIC2 between the switching of " poor "to” rich “of this richness at the entry of the pot, full of NOx, and the detection of this tilting by the probe.
  • the TIC3 interval, or transition delay, between the changeover from "rich” to “poor” of the richness of the exhaust gases at the inlet of the pot, that is ie at the end of the purge, and the detection of this tilting by the probe is a simple purge, the TIC3 interval, or transition delay, between the changeover from "rich” to "poor” of the richness of the exhaust gases at the inlet of the pot, that is ie at the end of the purge, and the detection of this tilting by the probe.
  • ⁇ NS K [(ICT1-ICT.2) -Qgaz / (R eference -1)] where K is a constant, Qgas engine gas flow, R ⁇ _ r ⁇ che has richness of the air / fuel ratio during purging.
  • the probe signal allows to calculate ⁇ NS.
  • ⁇ NS J [TICI. Qgaz / (R iche -1) -TIC3. Qgaz / (R ⁇ " vrc - 1)] where J is a constant and ft p j_- has richness of the air / fuel mixture during the storage phase.
  • the TICI ⁇ TIC2 test of the flowchart of figure 2 is then replaced by the ⁇ NS ⁇ 0 test.
  • NSres is estimated by the procedure according to the invention, illustrated by the graph in FIG. 3. According to this procedure, a long purge (purge 1) is first carried out, extended beyond the tilting of the probe so as to empty completely the NOx stock in the pot.
  • This long purge is followed by a storage phase of duration Tstoc.l during which the stock is charged with an amount of NOx equal to (NSres + ⁇ NS1) equal to that observed when the first purge is triggered (purge 1)
  • the quantity NS of NOx stored is equal to ⁇ NS + NSres.
  • the value Effpurge-is given by the model is initialized with the value estimated in phase 0 of initialization. As illustrated by the graph in FIG. 5, there is, during successive storage / purging cycles, the difference D at the start of purging between NS-is-dp and NS-mes-dp.
  • the computer increments Effpurge-est until the difference D becomes greater than a predetermined threshold S 2 .
  • NS-mes-dp is then passed over NS-est-dp. We cancel the last Effpurge correction to bring it closer to the actual value.
  • this initial value is incremented during successive storage / purge cycles (see Figure 6) until the difference D is greater than a threshold predetermined S 3 > S 2 . As before, the last correction of NSC is then canceled.
  • the invention makes it possible to achieve the announced aim, namely to reduce the discharge of polluting species into the atmosphere by more precise management of the purges of the NOx storage means of a catalytic converter for treating exhaust gas from an internal combustion engine designed to operate as a lean air / fuel mixture.
  • This precise management is obtained thanks to a model and to corrections of essential parameters of this model, drawn from the observation of the tilting of the signal delivered by an oxygen sensor placed downstream of the pot, tilting observed while the storage means of NOx of the pot are placed in an operating mode such that only the parameter being corrected influences these switches.
  • the invention uses in an original way the non-linearities that are observed in the operation of these storage means both in the storage phase and in the purge phase, and organizes successive and ordered corrections of the parameters in cause, capable of avoiding interactions between their influences during these corrections.

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Abstract

Lorsque le moteur fonctionne en mélange air/carburant pauvre en carburant, on suit, à l'aide d'un modèle de gestion desdits moyens de stockage, l'évolution de l'efficacité de stockage (Effstoc) des NOx dans les moyens de stockage et, quand le modèle indique que ladite efficacité descend en dessous d'un seuil prédéterminé, on commande une purge desdits moyens de stockage et on arrête ladite purge quand le modèle indique que la quantité de NOx restant stockés est tombée en dessous d'un autre seuil prédéterminé. Suivant l'invention on corrige une valeur initiale, estimée au moyen du modèle, de plusieurs paramètres (QNOx, Effpurge, NSC) du modèle, en fonction du signal délivré par une sonde à oxygène placée dans le flux des gaz sortant du pot, les moyens de stockage étant auparavant établis dans un mode de fonctionnement tel que seul le paramètre en cours de réglage influence ledit signal.

Description

Procédé de commande de purge de moyens de stockage d'oxydes d'azote associés à un pot catalytique
La présente invention est relative à un procédé de commande de purge de moyens de stockage d'oxydes d'azote (NOx) associés à un pot catalytique de traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, une sonde à oxygène étant montée dans le flux des gaz sortant du pot et, plus particulièrement, à un tel procédé suivant lequel, lorsque le moteur fonctionne en mélange air/carburant pauvre en carburant, on suit, à l'aide d'un modèle de gestion desdits moyens de stockage, l'évolution de l'efficacité de stockage des NOx dans lesdits moyens de stockage et, quand ledit modèle indique que ladite efficacité descend au-dessous d'un seuil prédéterminé, on commande une purge desdits moyens de stockage et on arrête ladite purge quand ledit modèle indique que la quantité de NOx restant stockés est tombée au-dessous d'un autre seuil prédéterminé.
Pour réduire la pollution de l'atmosphère par les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne, en particulier ceux qui assurent la propulsion de véhicules automobiles, on équipe couramment les lignes d'échappement de ces gaz d'un pot catalytique ayant pour fonction de transformer les espèces chimiques nocives en espèces moins nocives, voire inoffensives.
C'est ainsi que l'on connaît un pot catalytique dit "à trois voies" ou "trifonctionnel" du fait qu'il assure une triple fonction d'oxydation des hydrocarbures imbrûlés (HC) , d'oxydation du monoxyde de carbone CO en C02 et de réduction des oxydes d'azote (NOx) en azote gazeux. Le souci de réduire les émissions de gaz à effet de serre et en particulier celles de C02, a provoqué de l'intérêt pour un moteur à combustion interne capable de fonctionner avec un rapport air/carburant dit "pauvre", c'est-à-dire inférieur à celui d'un mélange stoechiométrique. Lorsqu'on utilise un pot catalytique trifonctionnel classique pour dépolluer les gaz d'échappement d'un tel moteur fonctionnant en mélange pauvre, on observe une très faible efficacité de réduction des NOx. Pour pallier cet inconvénient, on propose dans le brevet européen n° 560 991 d'utiliser un pot catalytique trifonctionnel comprenant des moyens de stockage par adsorption des NOx présents dans les gaz d'échappement, lorsque le mélange air/carburant provenant du moteur est pauvre. Pour éviter que cette adsorption ne provoque à la longue la saturation de la capacité d' adsorption du pot catalytique, le brevet précité propose de commander la richesse du mélange air/carburant du moteur de manière à commuter périodiquement la richesse de ce mélange à une valeur correspondant à un mélange stoechiométrique ou riche. Cette commutation provoque la désorption des NOx à adsorber dans le pot puis leur réduction par les HC et le CO présents dans le pot du fait de l'accroissement de la richesse du mélange. La durée de la commutation nécessaire pour résorber et réduire les NOx stockés dans le pot catalytique est proportionnelle à la masse des NOx stockés. Lorsque cette durée est trop courte, des NOx restent stockés dans le pot catalytique et diminuent ainsi sa capacité d' adsorption. Par contre, si elle est trop longue, tous les NOx stockés sont déstockés mais une partie des HC et du CO imbrûlés provenant de l'accroissement de la richesse du mélange est rejetée dans l'atmosphère, en provoquant ainsi une augmentation des rejets d'espèces chimiques polluantes dans l'environnement.
Pour ajuster au mieux la durée de la purge, on propose, dans le brevet européen n° 636 770, d'arrêter celle-ci sous la commande d'un signal délivré par une sonde à oxygène placée en aval du pot catalytique, dans la ligne d'évacuation des gaz d'échappement du moteur. Par ailleurs, on propose dans la demande de brevet européen n° 733 787 de calculer la quantité de NOx effectivement stockée dans les moyens de stockage, sur la base du signal délivré par une telle sonde à oxygène. On corrige la quantité de NOx ainsi estimée par le calcul, pour la rapprocher de la quantité réelle. Quand la quantité de NOx ainsi estimée et corrigée dépasse un seuil, on déclenche la purge des moyens de stockage. La durée de la purge est alors fonction de la quantité de NOx stockée.
Ainsi, dans la technique antérieure décrite ci- dessus, on propose de corriger soit la quantité de NOx stockée, soit la durée du temps de purge. Or, de telles corrections isolées ne peuvent être totalement efficaces que si l'on connaît à la fois le débit réel du moteur en NOx et le rendement de la purge.
La présente invention a précisément pour but de fournir un procédé de commande de la purge de moyens de stockage de NOx associés à un pot catalytique, qui permette de minimiser les rejets d'espèces chimiques polluantes en affinant, par des corrections appropriées, plusieurs paramètres de fonctionnement des moyens de stockage de NOx. On atteint ce but de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un procédé de commande de purge de moyens de stockage d'oxydes d'azote du type énoncé en préambule de la présente description, faisant notamment appel à un modèle de gestion de ces moyens de stockage, ce procédé étant remarquable en ce qu'on corrige une valeur initiale, estimée au moyen dudit modèle, de chacun d'au moins deux des paramètres figurant dans ledit modèle, en fonction du signal délivré par la sonde à oxygène, lesdits moyens de" stockage étant auparavant établis dans un mode de fonctionnement prédéterminé tel que seul le paramètre en cours de réglage influence ledit signal.
Comme on le verra plus loin en détail, en liant ainsi étroitement la réaction de la sonde à oxygène aux seules variations du paramètre à corriger, on fiabilise le processus de correction et, partant, on améliore la précision de la mesure du paramètre considéré, exploité par le modèle de gestion des moyens de stockage de NOx.
Suivant d'autres caractéristiques de la présente invention, on procède auxdites corrections en corrigeant un écart (D) entre une valeur (NS-est-dp) du stock de NOx contenu dans les moyens de stockage, au départ (dp) d'une purge, valeur estimée à l'aide du modèle, et une valeur
(NS-mes-dp) de ce stock, mesurée à l'aide des variations du signal délivré par la sonde et de la relation :
NS-mes-dp = ΔNS + NSres où ΔNS est une mesure de la masse de NOx qui sera destockée pendant la purge et NSres une mesure d'un stock résiduel de NOx restant dans les moyens de stockage à la fin d'une purge arrêtée sous la commande du signal de sonde .
On mesure ΔNS pendant une double purge à l'aide de mesures de retards de transition TIC1, TIC2 au début de la purge, du signal délivré par la sonde, sur la transition correspondante de la richesse en réducteurs du mélange air/carburant entrant dans le pot catalytique, les moyens de stockage étant vides et pleins, respectivement. Si l'on utilise une simple purge, on mesure ΔNS à l'aide de mesures de retards de transition TIC1 au début de la purge et TIC3 à la fin de la purge.
Pour mesurer le stock résiduel NSres, 1) on commande une purge longue des moyens de stockage de manière à vider complètement lesdits moyens, 2) on commande ensuite un stockage de NOx dans lesdits moyens, établis dans leur mode de fonctionnement à efficacité de stockage maximale, et on mesure la durée dudit stockage, 3) on purge lesdits moyens jusqu'au basculement du signal de la sonde et on mesure la quantité ΔNS1 de NOx alors libérée, 4) on commande un nouveau stockage de même durée puis une autre purge et on mesure la quantité ΔNS2 de NOx alors libérée jusqu'au basculement du signal de sonde et 5) on évalue le stock de NOx résiduel NSres restant dans le pot en fin de purge par la relation :
NSres = ΔNS2-ΔNS1 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel :
- la figure 1 illustre graphiquement un modèle de gestion des moyens de stockage de NOx, selon le procédé de commande suivant l'invention,
- la figure 2 est un organigramme d'une stratégie de correction de paramètres de fonctionnement de ces moyens de stockage, intervenant dans le modèle de la figure 1, et
- les figures 3 à 6 sont des graphes illustrant les étapes successives de l'organigramme de la figure 2.
Le procédé de commande de purge suivant la présente invention que l'on va maintenant décrire est avantageusement exécuté par des moyens logiciels chargés dans un calculateur de gestion du fonctionnement du moteur. Le procédé fait usage d'un modèle de gestion des moyens de stockage de NOx d'un pot catalytique comprenant de tels moyens et placé classiquement dans la ligne d'évacuation des gaz d'échappement du moteur pour traiter ceux-ci, une sonde à oxygène placée dans cette ligne immédiatement en aval du pot délivrant au calculateur un signal représentatif de la richesse en espèces chimiques réductrices de ces gaz d'échappement, à la sortie du pot. On se réfère maintenant à la figure 1 du dessin annexé qui illustre schématiqueutent la structure du modèle de gestion des moyens de stockage de NOx utilisé dans la présente invention. II s'agit essentiellement de commander une purge de ces moyens quand ceux-ci cessent, lors d'un fonctionnement du moteur en mélange pauvre, de stocker convenablement les NOx délivrés par le moteur, puis d'arrêter cette purge quand les moyens de stockage sont restaurés dans un étant de fonctionnement convenable. On sait que, classiquement, la purge est assurée par une commutation de la composition du mélange air/carburant d'alimentation du moteur, d'une composition "pauvre" en carburant (très largement sous-stoechiométrique) à une composition "riche" en carburant (en fait stoechiométrique ou sur-stoechiométrique) .
Suivant l'invention, lors d'un fonctionnement du moteur en mélang_e pauvre, la purge est déclenchée lorsque l'efficacité de stockage Effstoc des Nox dans les moyens de stockage passe en dessous d'un seuil prédéterminé. On définit l'efficacité de stockage par la relation :
Ef f stOC = 1 - CNOx-in/CNOx-out où CNθχ-in et Cnox-out sont respectivement la concentration en NOx des gaz d'échappement entrant et sortant du pot. Cette efficacité est maximale quand les moyens de stockage de NOx sont vides, et minimale quand ils sont pleins. Elle est donc une fonction décroissante du taux de remplissage de ces moyens, soit du rapport NS/NSC de la quantité NS de NOx stockés -à la capacité maximale de stockage NSC de ces moyens. Elle est aussi fonction croissante de la température Tcat du pot catalytique. Une cartographie 1 (voir figure 1) mise en mémoire dans le calculateur fournie une valeur estimée Effstoc-est de cette efficacité, .à partir d'estimations NS-est et NSC-est des grandeurs NS et NSC et d'une mesure Tcat délivrée au calculateur par un capteur convenablement disposé dans le pot, ou par des moyens purement logiciels d'estimation de cette température. D'une manière générale, dans la suite, une grandeur estimée sera notée "grandeur-est" .
En phase de stockage de NOx, on peut faire une estimation NS-est de la quantité de NOx stockée en intégrant dans le temps la quantité :
Kstoc.Qnox-est .Effstoc-est où Kstoc est une constante et Qnox-est une estimation de la quantité de NOx émis par le moteur, ce calcul étant exécuté par les blocs 3, 4 et 6 du modèle de la figure 1.
De même, pendant une phase de purge, on peut faire une estimation NS-est de la quantité de NOx restant stockés en soustrayant de la valeur de NS-est au début de la purge, l'intégrale dans le temps de la quantité :
Kpurge . Qred-est .Effpurge-est où Kpurge est, une constante, Qred la quantité de réducteurs présents dans le pot 8, et : Effpurge = 1 - Cred-in/Cred-out où Cred-in et Cred-out sont respectivement les quantités de réducteurs entrant et sortant respectivement du pot catalytique. Les blocs 5, 4 et 6 exécutent les diverses phases de ce calcul d'estimation de NS . Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, on choisit pour représenter Effpurge, l'efficacité moyenne Effpurge-moy de la purge, pour simplifier les calculs. Cette efficacité moyenne est cartographiée en fonction de la température Tcat du pot et du rapport NS/NSC comme représenté dans le bloc 2.
Les blocs 7 et 8 de la JFig.l illustrent les conditions d'arrêt des phases de stockage (condition sur Effstoc-est) et des phases de purge (condition sur NS- est) respectivement, en fonction de la température Tcat du pot catalytique. Dans le cas du modèle de gestion de la figure 1 si, en phase de stockage, la température du pot est inférieure à un seuil bas ou supérieure à un seuil haut, la valeur de Effstoc à laquelle on arrête le stockage est abaissée (voir le bloc 7) . De même, pendant une phase de purge si la température du pot est hors d'un domaine bormé par un seuil bas et par un seuil haut, la valeur de NS-est à laquelle on arrête la purge est relevée.
En phase de stockage, il apparaît que les paramètres essentiels de la gestion des moyens de stockage sont Qnox, NS, NSC, et Effstoc.
Dans le modèle exploité par le procédé de commande de purge suivant l'invention, Qnox est estimé à l'aide d'une cartographie dont les grandeurs d'entrée caractérisent le fonctionnement du moteur, soit la richesse du mélange air/carburant, le régime du moteur, la température du moteur et l'angle d'avance à l'allumage du mélange. Effstoc est estimé par la cartographie représentée dans le bloc 1, qui fait intervenir NS-est, cette grandeur étant calculée comme décrit ci-dessus.
En phase de purge, deux grandeurs sont essentielles pour estimer NS et arrêter la purge quand NS tombe en dessous d'un seuil prédéterminé, soit le débit de carburant Qred et l'efficacité de purge Effpurge. Qred peut être déterminé par le débit de carburant, connu du calculateur ou par une cartographie dont les entrées sont la richesse en carburant des gaz d'échappement et le débit de ces gaz. Effpurge est tiré de la cartographie décrite ci-dessus en liaison avec le bloc 2. En définitive, il apparaît que la gestion des moyens de stockage de NOx du pot - catalytique repose essentiellement sur les paramètres estimés suivants : Qnox-est, NSC-est, Qred-est et Effpurge-est . NS-est est calculé par le modèle et Effstoc-est est fonction de NS-est, de NSC-est, de Tcat et de Qnox-est. Qred-est et Tcat sont connus du calculateur avec une bonne précision, du fait que celui-ci gère également le fonctionnement du moteur.
Par contre, Qnox-est, NSC-est et Effpurge-est sont des paramètres mal connus. L'erreur faite sur ces paramètres est en outre susceptible d'évoluer dans le temps, notamment du fait du vieillissement du pot catalytique .
La présente invention a précisément pour but de corriger l'ensemble de ces trois paramètres, de manière à réduire cette erreur par des corrections successives de ceux-ci, selon la séquence illustrée par l'organigramme de la figure 2, ces corrections successives évitant des interactions des influences de ces paramètres sur l'estimation à faire de NS .
Cette séquence comprend essentiellement quatre phases repérées respectivement 0, 1, 2 et 3, correspondant respectivement à- une phase d'initialisation, à une phase de correction de Qnox, à une phase de correction de Effpurge et à une phase de correction de NSC.
Suivant une caractéristique importante de la présente invention, lors de ces phases, on exploite le caractère non linéaire du fonctionnement des moyens de stockage de NOx, aussi bien pendant une phase de stockage que pendant une phase de purge.
Ainsi, pendant une phase de stockage, aussi longtemps que le rapport NS/NSC reste inférieur à un seuil, tous les NOx sortant du moteur sont arrêtés par les moyens de stockage. Quand le rapport passe en dessous du seuil, seule une partie des NOx émis par le moteur est stockée, le reste traversant le pot catalytique pour se disperser dans l'environnement.
De même, pendant les phases de purge, aussi longtemps que NS/NSC reste supérieur à un autre seuil, tous les réducteurs provenant du moteur purgent efficacement le pot catalytique (Effpurge = 1) . En dessous de ce même seuil, une partie des réducteurs passent inutilisés dans le pot (Effpurge < 1) .
L'exploitation faite par l'invention de la non linéarité explicitée ci-dessus apparaîtra dans la description qui va suivre des quatre phases de correction des valeurs estimées des paramètres considérés, que l'on va maintenant décrire en liaison avec les graphes des figures 3 à 6, en commençant par la phase 0, d'initialisation.
Phase d'initialisation (phase 0)
Dans la mesure de la quantité de NOx stockés dans le pot au début d'une purge, notée NS-mes-dp, intervient une composante résiduelle de cette quantité notée NSres repérée sur le graphe de la figure 3. Avec un stockage parfait des NOx (Effstoc = 1), la quantité de NOx stockés dans le pot catalytique en début de purge (dp) correspond alors, comme on. l'a vu plus haut, à l'intégrale ΔNS du débit des NOx entrant dans le pot pendant le stockage, additionnée de cette valeur résiduelle NSres, soit :
NS-mes-dp = ΔNS + NSres ΔNS peut être calculé par l'observation de transitions du niveau du signal délivré par la sonde à oxygène, supposée dans la suite être une sonde du type "tout ou rien" ou "EGO", le signal basculant alors entre deux niveaux et le calculateur relevant les instants de basculement du signal lors de cycles successifs de stockage/purge en NOx.
A cet effet on peut organiser soit une simple purge, soit une double purge, cette dernière étant constituée par l'enchaînement de deux purges _simples, séparées par une brève phase pendant laquelle on n'observe aucun stockage sensible de NOx dans le pot.
On mesure alors les intervalles de temps suivants : - dans le cas d'une double purge, l'intervalle TIC1, ou retard de transition, entre le basculement de "pauvre" à "riche" de la richesse des gaz d'échappement à l'entrée du pot vide de NOx, c'est-à-dire lors de la deuxième purge, et la détection de ce basculement par la sonde à oxygène placée à la sortie du pot, dans le cas d'une purge simple ou double, l'intervalle TIC2 entre le basculement de "pauvre" à "riche" de cette richesse à l'entrée du pot, plein de NOx, et la détection de ce basculement par la sonde.
- dans le cas d'une purge simple, l'intervalle TIC3, ou retard de transition, entre le basculement de "riche" à "pauvre" de la richesse des gaz d'échappement à l'entrée du pot, c'est-à-dire à la fin de la purge, et la détection de ce basculement par la sonde.
On démontre que pour une double purge :
ΔNS = K[ (TIC1-TIC2) -Qgaz/ (Riiche-1)] où K est une constante, Qgaz le débit de gaz du moteur, R rιche ^_a richesse du mélange air/carburant pendant la purge.
Comme on l'a vu plus haut, si et seulement si, il existe un domaine de fonctionnement du pot pour lequel, pendant la purge, tous les réducteurs sont utilisés pour traiter les NOx stockés (Effpurge = 1), le signal de sonde permet de calculer ΔNS.
Dans le contexte d'une double purge, cette condition existe si TICI ≠ TIC2 comme indiqué dans le premier test de l'organigramme de la figure 2.
On démontre que, pour une simple purge : ΔNS = J[ TICI. Qgaz/ ( R iche -1) -TIC3. Qgaz/ ( R^"vrc - 1) ] où J est une constante et ftp j_-a richesse du mélange air/carburant pendant la phase de stockage. Le test TICI ≠ TIC2 de l'organigramme de la figure 2 est alors remplacée par le test ΔNS ≠ 0. NSres est estimé par la procédure suivant l'invention, illustrée par le graphe de la figure 3. Suivant cette procédure, on effectue d'abord une purge longue (purge 1) , prolongée au-delà du basculement de la sonde de manière à vider complètement le stock de NOx contenu dans le pot. Cette purge longue est suivie d'une phase de stockage de durée Tstoc.l pendant laquelle le stock se charge d'une quantité de NOx égale à (NSres + ΔNS1) égale à celle observée lors du déclenchement de la première purge (purge 1) .Cette phase de stockage est suivie d'une deuxième purge (purge 2), courte, arrêtée au basculement de la sonde, puis d'une deuxième phase de stockage de durée Tstoc.2 = Tstoc.l, permettant le stockage d'une quantité ΔNS2 de NOx, cette deuxième phase étant elle-même suivie d'une troisième purge (purge 3) .
Pendant les purges 2 et 3 le calculateur tire de l'observation des basculements du signal de la sonde, des mesures de ΔNS1 et ΔNS2. On tire de ces mesures une valeur calibrée de NSres, par la relation :
NSres = ΔNS2 - ΔNS1 On observera que la procédure de calibration de NSres décrite ci-dessus s'opère alors que les moyens de stockage de NOx sont maintenus dans un mode de fonctionnement optimal pour lequel Effstoc =1, ce qui supprime avantageusement, suivant la présente invention, toute influence d'une variation de ce paramètre sur la calibration de NSres.
Au départ d'une nouvelle purge (dp), la quantité NS de NOx stockés est égale à ΔNS + NSres. Les cartographies évoquées plus haut permettent alors au calculateur d'estimer des valeurs initiales de Qnox et de Effpurge, corrigées ensuite aux phases 1 et 2 de l'organigramme de la figure 2 que l'on va maintenant décrire en détail. Correction de Qnox-est (phase 1) Suivant l'invention, pour ce faire, on maintient encore les moyens de stockage de NOx dans un mode de fonctionnement pour lequel Effstoc = 1, et Effpurge-est a une valeur inférieure à la moyenne Effpurge-moy de l'efficacité de purge du pot dans le domaine 0 < NS < NSC. Qnox-est est initialisé à la valeur initiale calculée dans la phase 0 d'initialisation. On compare ensuite, comme illustré à la figure 4, au début (dp) de chaque purge, la valeur NS-est-dp et NS-mes-dp. Si NS-mes-dp < NS-est-dp le calculateur augmente Qnox. Dans le cas contraire Qnox est diminué. L'opération est répétée lors de cycles de stockage/purge successifs. La correction de Qnox est terminée quand la différence D entre les deux valeurs comparées est inférieure à un seuil Si prédéterminé.
Correction de Effpurge-est (phase 2)
Pour cette correction on place encore le pot dans son mode de fonctionnement pour lequel Effstoc = 1. La valeur Effpurge-est donné par le modèle est initialisée avec la valeur estimée dans la phase 0 d'initialisation. Comme illustré par le graphe de la figure 5 on relève, lors de cycles successifs de stockage/purge, la différence D en début de purge entre NS-est-dp et NS-mes- dp. Le calculateur incrémente Effpurge-est jusqu'à ce la différence D devienne supérieure à un seuil prédéterminé S2 . NS-mes-dp est alors passé au-dessus de NS-est-dp. On annule la dernière correction de Effpurge pour ramener celle-ci plus près de la valeur réelle.
On choisit S2 > SI pour" assurer la robustesse du procédé de commande suivant la présente invention. Correction de NSC (phase 3)
Après avoir initialisé NSC à la valeur établie à phase 2 précédente, on incrémente cette valeur initiale lors de cycles de stockage/purge successifs (voir figure 6) jusqu'à ce que l'écart D soit supérieur à un seuil prédéterminé S3 > S2. Comme précédemment on annule ensuite la dernière correction de NSC.
Il apparaît maintenant que l'invention permet bien d'atteindre le but annoncé, à savoir diminuer les rejets d'espèces polluantes dans l'atmosphère par une gestion plus précise des purges des moyens de stockage de NOx d'un pot catalytique de traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne conçu pour fonctionner en mélange air/carburant pauvre. Cette gestion précise est obtenue grâce à un modèle et à des corrections de paramètres essentiels de ce modèle, tirés de l'observation des basculements du signal délivré par une sonde à oxygène placée en aval du pot, basculements observés alors que les moyens de stockage de NOx du pot sont placés dans un mode de fonctionnement tel que seul le paramètre en cours de correction influe sur ces basculements. Pour atteindre ce résultat l'invention exploite de manière originale les non-linéarités que l'on observe dans le fonctionnement de ces moyens de stockage tant en phase de stockage qu'en phase de purge, et organise des corrections successives et ordonnées des paramètres en cause, propre à éviter des interactions entre leurs influences lors de ces corrections.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que, si l'invention a été décrite ci-dessus comme exploitant le signal délivré par une sonde à oxygène du type "tout ou rien" ou "EGO", l'homme de métier comprendra aisément que celle-ci pourra sans difficultés exploiter un signal délivré par une sonde "linéaire" ou "UEGO".

Claims

REVENDICATIONS 1. Procédé de commande de purge de moyens de stockage d'oxydes d'azote (NOx) associés à un pot catalytique de traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, une sonde à oxygène étant montée dans le flux des gaz sortant dudit pot, procédé suivant lequel, lorsque le moteur fonctionne en mélange air/carburant pauvre en carburant, on suit, à l'aide d'un modèle de gestion desdits moyens de stockage, l'évolution de l'efficacité de stockage (Effstoc) des NOx dans lesdits moyens de stockage et, quand ledit modèle indique que ladite efficacité descend en dessous d'un seuil prédéterminé, on commande une purge desdits moyens de stockage et on arrête ladite purge quand ledit modèle indique que la quantité de NOx restant stockés est tombée en dessous d'un autre seuil prédéterminé, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on corrige une valeur initiale, estimée au moyen dudit modèle, de chacun d'au moins deux (QNOx, Effpurge, NSC) des paramètres figurant dans ledit modèle, en fonction du signal délivré par la sonde à oxygène, lesdits moyens de stockage étant auparavant établis dans un mode de fonctionnement prédéterminé tel que seul le paramètre en cours de réglage influence ledit signal.
2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on procède auxdites corrections en corrigeant un écart (D) entre une valeur (NSest-dp) du stock de NOx contenu dans lesdits moyens, au départ (dp) d'une purge, valeur estimée à l'aide dudit modèle, et une valeur (NS-mes-dp) de ce stock, mesurée à l'aide des variations du signal délivré par- la sonde et de la relation :
NS-mes-dp = ΔNS + NSres où ΔNS est une mesure de la masse de NOx qui sera destockée pendant la purge et NSres une mesure d'un stock résiduel de NOx restant dans lesdits moyens de stockage à la fin d'une purge arrêtée sous la commande du signal de sonde .
3. Procédé conforme à la revendication 2, caractérisé en ce qu'on mesure ΔNS pendant une double purge à l'aide de mesures de retards de transition (TICI, TIC2) au début de la purge du signal délivré par la sonde, sur la transition correspondante de la richesse en réducteurs du mélange air/carburant entrant dans le pot catalytique, lesdits moyens de stockage étant vides et pleins, respectivement.
4. Procédé conforme à la revendication 2, caractérisé en ce qu'on mesure ΔNS pendant une simple purge, à l'aide de mesures de retards de transition (TICI) au début de la purge et (TIC3) à la fin de la purge .
5. Procédé conforme à la revendication 2 ou 3, caractérisé en _ce qu'on utilise une sonde de type EGO dont le signal de sortie commute entre deux niveaux, ladite transition étant constituée par un basculement dudit signal entre lesdits niveaux.
6. Procédé conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que, pour mesurer ledit stock résiduel NSres, 1) on commande une purge longue (purge 1) des moyens de stockage de manière à vider complètement lesdits moyens, 2) on commande ensuite un stockage de NOx dans lesdits moyens, établis dans leur mode de fonctionnement à efficacité de stockage maximale (Effstoc = 1) , et on mesure la durée dùdit stockage, 3) on purge lesdits moyens jusqu'au basculement du signal de la sonde
(purge 2), et on mesure la quantité ΔNS1 de NOx alors libérée, 4) on commande un nouveau stockage de même durée puis une autre purge (purge 3) et on mesure la quantité
ΔNS2 de NOx alors libérée jusqu'au basculement du signal de sonde et 5) on évalue le stock de NOx résiduel (NSres) restant dans le pot en fin de purge par la relation (Figure 3) :
NSres = ΔNS2-ΔNS1
7. Procédé conforme à la revendication 6, caractérisé en ce qu'on tire les valeurs initiales estimées des paramètres à corriger (QNOx; Effpurge) dudit modèle de gestion et de ΔNS2.
8. Procédé conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que, pour corriger la valeur du débit estimée du moteur en NOx (Qnox), on compare les valeurs estimées (NS-est-dp) et mesurées (NS-mes-dp) , du stock de NOx contenu dans lesdits moyens de sotckage, au début d'une purge desdits moyens suivant un stockage de NOx dans ces moyens, alors établis dans leur mode de fonctionnement à efficacité de stockage maximal (Effstoc = 1), et on incrémente ou décrémente la valeur initiale de (Qnox) suivant que (NS-mes-dp) est inférieur à (NS- est-dp) ou inversement, la correction se poursuivant lors de cycles successifs de stockage et purge jusqu'à ce que la différence D = NS-mes-dp - NS-est-dp entre les valeurs comparées passe en-dessous d'un seuil (SI) . (Figure 4) .
9. Procédé conforme à la revendication 8, caractérisé en ce qu'on corrige ensuite l'efficacité de purge (Effpurge) , initialisée à une valeur inférieure à celle de son estimation, en incrémentant ladite efficacité à chaque purge jusqu'à ce que ladite différence D dépasse un seuil S2 > SI. (Figure 5).
10. Procédé conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que l'efficacité de purge corrigée est l'efficacité de purge moyenne (Effpurge-moy).
11. Procédé conforme à la revendication 10, caractérisé en ce qu'on corrige ensuite la capacité de stockage (NSC) des moyens de stockage de NOx, initialisée à une valeur inférieure à celle de son estimation, en incrémentant ladite capacité (NSC) à chaque purge jusqu'à ce que ladite différence dépasse un seuil S3 > S2. (Figure 6) .
12. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce qu'on supprime la dernière incrémentation.
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