FR2891584A1 - Diesel engine controlling method for vehicle, involves introducing fuel in oxidation units of exhaust line of engine, and receiving measurement, of proportional probe, downstream of units - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne la commande des moteurs de véhicule en particulier auThe invention relates to the control of vehicle engines in particular to
sujet de la ligne d'échappement.about the exhaust line.
Compte tenu des normes de dépollution en cours et à venir, il devient avantageux voire nécessaire de pouvoir estimer l'efficacité de la ligne d'échappement d'un véhicule, et en particulier l'efficacité d'un élément de post-traitement ayant pour vocation l'oxydation de composés à caractère réducteur, et ce au sein d'un moteur à combustion interne fonctionnant en mélange pauvre. Given the current and future pollution control standards, it becomes advantageous or even necessary to be able to estimate the efficiency of the exhaust system of a vehicle, and in particular the effectiveness of a post-treatment element having as its the purpose of the oxidation of reducing compounds, and this within an internal combustion engine operating lean mixture.
En d'autres termes, on souhaite pouvoir définir précisément l'évolution de l'efficacité de cette fonction d'oxydation en fonction du kilométrage du véhicule en rendant compte des diverses sollicitations qui ont été imposées au système durant cette période. Le corollaire direct en est le diagnostic de l'état de la ligne d'échappement dans un souci législatif et environnemental. In other words, it is desired to be able to precisely define the evolution of the efficiency of this oxidation function as a function of the mileage of the vehicle by accounting for the various demands that have been imposed on the system during this period. The direct corollary is the diagnosis of the state of the exhaust line for legislative and environmental reasons.
On connaît par exemple du document EP-1 323 905 au nom de la demanderesse un dispositif de détection d'un dysfonctionnement du catalyseur d'oxydation. Ce système de diagnostic à bord du véhicule repose sur la mesure de l'impact thermique d'une injection tardive de carburant réalisée sur un point stabilisé du cycle de fonctionnement du moteur. Document EP-1 323 905 in the name of the applicant discloses a device for detecting a malfunction of the oxidation catalyst. This in-vehicle diagnostic system relies on the measurement of the thermal impact of a late fuel injection performed on a stabilized point of the engine operating cycle.
Toutefois, ce dispositif nécessite d'injecter de grandes quantités de carburant. De plus, les signaux thermiques mesurés sont relativement faibles et donc assez peu fiables. However, this device requires the injection of large quantities of fuel. In addition, the measured thermal signals are relatively weak and therefore rather unreliable.
Un but de l'invention est d'améliorer le diagnostic de la ligne d'échappement. An object of the invention is to improve the diagnosis of the exhaust line.
A cet effet, on prévoit selon l'invention un procédé de commande d'un moteur de véhicule fonctionnant en mélange pauvre, dans lequel on introduit du carburant dans au moins un organe d'oxydation d'une ligne d'échappement du moteur et dans lequel on recueille une mesure d'une sonde proportionnelle en aval du ou des organes. For this purpose, there is provided according to the invention a control method of a vehicle engine operating in a lean mixture, into which fuel is introduced into at least one oxidation member of an exhaust line of the engine and in which one collects a measurement of a proportional probe downstream of the organ or organs.
Le procédé selon l'invention pourra présenter en outre au moins l'une quelconque des caractéristiques suivantes: - on ajoute du carburant dans au moins un cylindre du moteur de sorte qu'une fraction au moins du carburant injecté n'est pas brûlée dans le cylindre; - on injecte du carburant en aval des cylindres du moteur; - on recueille une mesure d'une autre sonde proportionnelle en amont du ou des organes; - on consulte une cartographie; - on compare la mesure avec une valeur prédéterminée; et -on compare une différence entre la mesure et la valeur, avec un seuil prédéterminé. The method according to the invention may furthermore have at least one of the following characteristics: fuel is added to at least one cylinder of the engine so that at least a fraction of the fuel injected is not burned in the engine. cylinder; fuel is injected downstream of the engine cylinders; a measurement of another proportional probe is collected upstream of the organ (s); - we consult a cartography; the measurement is compared with a predetermined value; and comparing a difference between the measure and the value, with a predetermined threshold.
On prévoit également selon l'invention un moteur de véhicule apte à fonctionner en mélange pauvre, comprenant: - une ligne d'échappement comportant au moins un organe d'oxydation; et - des moyens pour introduire du carburant dans le ou chaque organe, le moteur comprenant une sonde proportionnelle disposée en aval du ou de chaque organe. According to the invention there is also provided a vehicle engine capable of operating in a lean mixture, comprising: an exhaust line comprising at least one oxidation member; and means for introducing fuel into the or each member, the motor comprising a proportional probe disposed downstream of the or each member.
Avantageusement, le moteur comprend une deuxième sonde proportionnelle disposée en amont du ou de chaque organe. Advantageously, the motor comprises a second proportional probe disposed upstream of the or each member.
Enfin, on prévoit selon l'invention un véhicule comprenant un moteur conforme à l'invention. Finally, there is provided according to the invention a vehicle comprising a motor according to the invention.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description suivante d'un mode préféré de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique de la ligne d'échappement d'un moteur d'un véhicule selon l'invention; et - les figures 2 à 5 sont des graphiques relatifs aux performances de l'invention dans le moteur de la figure 1. Other features and advantages of the invention will become apparent in the following description of a preferred embodiment given by way of non-limiting example with reference to the accompanying drawings in which: - Figure 1 is a schematic view of the line exhaust system of an engine of a vehicle according to the invention; and FIGS. 2 to 5 are graphs relating to the performances of the invention in the engine of FIG. 1.
Sur la figure 1, le moteur diesel de véhicule correspondant au mode préféré de réalisation présenté ici est apte à fonctionner en mélange pauvre. In FIG. 1, the vehicle diesel engine corresponding to the preferred embodiment presented here is able to operate in a lean mixture.
II comprend une culasse 4 comprenant les cylindres où s'effectue la combustion du carburant. It comprises a cylinder head 4 comprising the cylinders where fuel combustion takes place.
En aval de cette culasse s'étend une ligne d'échappement 6. Celle-ci comprend par exemple un catalyseur d'oxydation 8 et en aval de ce dernier un filtre à particules 10. Downstream of this cylinder head extends an exhaust line 6. This comprises for example an oxidation catalyst 8 and downstream of the latter a particulate filter 10.
La ligne d'échappement comprend également une sonde proportionnelle 12 disposée en aval des organes 8 et 10. Elle comprend en l'espèce en outre une deuxième sonde proportionnelle 14 disposée cette fois en aval de la culasse et en amont des organes 8 et 10. Par conséquent, les éléments 4, 14, 8, 10 et 12 se succèdent dans cet ordre en série d'amont en aval dans la ligne d'échappement. The exhaust line also comprises a proportional probe 12 disposed downstream of the members 8 and 10. It further comprises in this case a second proportional probe 14 disposed this time downstream of the cylinder head and upstream of the members 8 and 10. Consequently, the elements 4, 14, 8, 10 and 12 follow each other in this series order from upstream to downstream in the exhaust line.
Les organes 8 et 10 constituent ici les éléments du système à diagnostiquer quant à leur efficacité. Pour cela, on étudie la composition des gaz parcourant la ligne d'échappement 6 au moyen des sondes 12 et 14. The organs 8 and 10 here constitute the elements of the system to be diagnosed as to their effectiveness. For this purpose, the composition of the gases passing through the exhaust line 6 is studied by means of the probes 12 and 14.
A cette fin, on introduit du carburant et en particulier des réducteurs, tels que des hydrocarbures lourds par exemple, dans la ligne d'échappement 6 jusqu'aux organes 8 et 10. Cette introduction peut être effectuée de différentes façons: - Elle peut avoir lieu au moyen d'un injecteur de carburant spécifique injectant du carburant directement dans la ligne d'échappement en aval de la culasse 4; - Elle peut sinon être effectuée en modifiant le débit et /ou le phasage de l'injection ayant lieu dans le cylindre par rapport au cycle de combustion pour faire en sorte qu'une partie des réducteurs injectés ne soient pas brûlés dans le cylindre et parviennent jusqu'aux organes 8 et 10; - Une autre façon encore, consiste à effectuer au sein des cylindres une injection supplémentaire par rapport à l'injection principale, une fraction au moins des réducteurs ainsi injectés parvenant sans être brûlés aux organes 8 et 10. For this purpose, fuel and in particular reducing agents, such as heavy hydrocarbons for example, are introduced into the exhaust line 6 up to the members 8 and 10. This introduction can be carried out in different ways: place by means of a specific fuel injector injecting fuel directly into the exhaust line downstream of the cylinder head 4; It can otherwise be carried out by modifying the flow rate and / or the phasing of the injection taking place in the cylinder with respect to the combustion cycle so as to ensure that part of the injected reducers are not burnt in the cylinder and reach to organs 8 and 10; - Yet another way is to perform within the cylinders an additional injection relative to the main injection, at least a fraction of the reducers thus injected arriving without being burned to 8 and 10 bodies.
Les sondes proportionnelles 12 et 14 sont d'un type classique et ne seront pas décrites ici plus en détail. Elles sont utilisées normalement en particulier concernant leurs températures de fonctionnement qui correspondent aux préconisations habituelles. The proportional probes 12 and 14 are of a conventional type and will not be described here in more detail. They are used normally in particular concerning their operating temperatures which correspond to the usual recommendations.
Cette injection de réducteurs en excès en amont permet de créer un différentiel dans la composition des espèces gazeuses formant les gaz d'échappement, au niveau des passages de diffusion des sondes proportionnelles. This injection of excess reductants upstream makes it possible to create a differential in the composition of the gaseous species forming the exhaust gases, at the diffusion passages of the proportional probes.
En effet, le courant électrique limite qui circule dans chaque sonde proportionnelle est lié à la diffusion de chacune des espèces dans le passage de diffusion du capteur. En d'autres termes, le courant électrique sortant de la sonde sera fonction du type de gaz traversant cette dernière et de leurs quantités respectives. Des formulations physico-chimiques peuvent être données pour exprimer cette relation comme par exemple la relation ci- dessous: Pgaz Yi I K o,s T ip Pgaz Pgaz 0 a i T',zs +T',zs 1-a. Indeed, the limit electric current flowing in each proportional probe is related to the diffusion of each species in the diffusion passage of the sensor. In other words, the electric current leaving the probe will be a function of the type of gas passing through the latter and their respective amounts. Physicochemical formulations can be given to express this relationship, for example the following relationship: ## STR1 ## where: ## STR1 ##
hp n,,0, Dans celle-ci, le courant I de pompage du capteur est fonction: 15 - des fractions molaires Y; des espèces gazeuses traversant le capteur, - de la pression totale Pgaz des gaz, - de la température Ttip du capteur, - d'une constante K, - de la pression de référence Pgazo choisie à 1,013.105 Pa, - de la température de référence du capteur Tt;po, - de constantes Kl' spécifiques à chaque espèce gazeuse i (issue de la diffusion moléculaire), - de constantes a; spécifiques à chaque espèce gazeuse, fonction du mode de diffusion (diffusion mixte moléculaire et de Knudsen) L'apport d'hydrocarbures lourds en amont du système à diagnostiquer permet d'observer un différentiel de courant entre la sonde amont 14 qui détecte la présence d'hydrocarbures lourds et la sonde aval 12 qui détectera d'autant moins d'hydrocarbures que le système demeure efficace. Plus les organes 8 et 10 seront dégradés et moins il sera possible d'observer de différences entre les signaux électriques des sondes proportionnelles. En d'autres termes, la première sonde 14 voit des gaz d'échappement présentant une richesse donnée et constitués d'une grande quantité de réducteurs et d'oxydant. La seconde sonde 12 dans le cas d'organes 8 et 10 toujours opérationnels voit normalement des gaz de même richesse mais sans réducteur injecté spécifiquement et avec une concentration en oxygène plus faible. In this, the pumping current I of the sensor is a function of: - molar fractions Y; gaseous species passing through the sensor, - the total pressure Pgaz of the gases, - the temperature Ttip of the sensor, - a constant K, - the reference pressure Pgazo chosen at 1.013.105 Pa, - the reference temperature of the sensor Tt; po, - constants Kl 'specific to each gaseous species i (resulting from the molecular diffusion), - constants a; specific to each gaseous species, depending on the mode of diffusion (mixed molecular diffusion and Knudsen) The contribution of heavy hydrocarbons upstream of the system to be diagnosed makes it possible to observe a current differential between the upstream probe 14 which detects the presence of heavy hydrocarbons and the downstream probe 12 which will detect all the less hydrocarbons that the system remains effective. The more the organs 8 and 10 are degraded and the less it will be possible to observe differences between the electrical signals of the proportional probes. In other words, the first probe 14 sees exhaust gases having a given richness and consisting of a large amount of reducing agents and oxidant. The second probe 12 in the case of organs 8 and 10 still operational normally sees gases of the same richness but without specifically injected reducer and with a lower oxygen concentration.
On effectue alors la différence entre les mesures des deux courants et on compare cette différence avec un seuil prédéterminé. Si la différence est supérieure au seuil, l'efficacité est dite satisfaisante. Si elle est inférieure au seuil, on considérera que l'efficacité n'est plus satisfaisante. Les étapes de comparaison et de calcul seront effectuées par un calculateur embarqué à bord du véhicule. The difference between the measurements of the two currents is then made and this difference is compared with a predetermined threshold. If the difference is greater than the threshold, the efficiency is said to be satisfactory. If it is below the threshold, efficiency will no longer be considered satisfactory. The comparison and calculation steps will be performed by an on-board computer on board the vehicle.
On pourra par exemple introduire un excès de réducteur au moyen d'une post-injection tardive de 5 mg par coup pendant 5 secondes. For example, an excess of reducing agent may be introduced by means of a late post-injection of 5 mg per shot for 5 seconds.
On a présenté à la figure 2 deux courbes illustrant respectivement les signaux fournis par la sonde amont 14 (courbe 1) et la sonde aval 12 (courbe 2). La quantité d'hydrocarbures en amont et en aval de la ligne d'échappement est également mesurée ici en laboratoire par d'autres dispositifs adaptés au moyen de piquages pour donner les signaux 3 et 4 respectifs. Le signal des sondes est mesuré sur l'axe des ordonnées de gauche tandis que la quantité d'hydrocarbures mesurée en parties par millions en équivalent carbone est indiquée sur l'axe des ordonnées à droite. FIG. 2 shows two curves respectively illustrating the signals supplied by the upstream probe 14 (curve 1) and the downstream probe 12 (curve 2). The quantity of hydrocarbons upstream and downstream of the exhaust line is also measured here in the laboratory by other devices adapted by means of taps to give the respective signals 3 and 4. The signal of the probes is measured on the y-axis of the left while the quantity of hydrocarbons measured in parts per million in carbon equivalent is indicated on the ordinate axis on the right.
Comme on le voit sur cette figure, l'efficacité des organes d'oxydation étant satisfaisante, la différence de quantité d'hydrocarbure apparaissant sur les courbes 3 et 4 apparaît tout autant sur la différence d'intensité des signaux des sondes aux courbes 1 et 2. As can be seen in this figure, since the efficiency of the oxidation members is satisfactory, the difference in the amount of hydrocarbon appearing on the curves 3 and 4 appears just as much on the difference in intensity of the signals of the probes with the curves 1 and 2.
Des courbes similaires ont été illustrées sur la figure 3 alors que l'efficacité des organes d'oxydation est cette fois mauvaise. On observe que le décalage n'est plus significatif sur les courbes 3 et 4 et que les deux sondes fournissant les signaux 1 et 2 elles aussi ne présentent plus de différence significative dans leurs mesures. Par conséquent, la baisse d'efficacité des organes d'oxydation se traduit par une suppression des différences des signaux fournis par les sondes. (Sur les figures 2 et 3, le retard des pics des signaux 3 et 4 par rapport aux pics des signaux 1 et 2 est seulement dû à la spécificité du traitement préalable à la fourniture des signaux 3 et 4 qui induit un retard par rapport aux deux autres signaux. S'agissant fondamentalement des mêmes phénomènes, ces pics correspondent à des mesures synchrones). Similar curves have been illustrated in FIG. 3, whereas the efficiency of the oxidation members is bad this time. It is observed that the shift is no longer significant on the curves 3 and 4 and that the two probes providing the signals 1 and 2 also no longer have a significant difference in their measurements. Therefore, the decrease in efficiency of the oxidation members results in a suppression of the differences of the signals provided by the probes. (In FIGS. 2 and 3, the delay of the peaks of the signals 3 and 4 with respect to the peaks of the signals 1 and 2 is solely due to the specificity of the pre-treatment to the supply of the signals 3 and 4 which causes a delay with respect to the two other signals: Basically the same phenomena, these peaks correspond to synchronous measurements).
Ainsi, la différence des signaux des sondes placées en amont et en aval de la fonction d'oxydation en mélange pauvre est corrélée directement à l'efficacité d'oxydation des réducteurs (hydrocarbures, monoxyde de carbone). On établit ainsi une corrélation claire entre le niveau d'efficacité des réducteurs et l'efficacité globale de traitement des réducteurs en roulage. Thus, the difference of the signals of the probes placed upstream and downstream of the lean oxidation function is directly correlated to the oxidation efficiency of the reducing agents (hydrocarbons, carbon monoxide). A clear correlation is thus established between the efficiency level of the reducing agents and the overall efficiency of treatment of the rolling reducers.
On voit à la figure 4 que les hydrocarbures injectés en excès présentent une bonne efficacité. On a en effet indiqué en abscisses la différence des signaux des sondes 12 et 14 entre l'aval et l'amont et en ordonnées l'efficacité de l'injection d'hydrocarbures assimilée au rapport (Q amont Q aval) / Q amont, où Q amont et Q aval désignent respectivement la quantité d'hydrocarbures mesurée en amont et en aval par les dispositifs de mesure aux piquages précités. It can be seen in FIG. 4 that the hydrocarbons injected in excess exhibit good efficiency. The difference of the signals of the probes 12 and 14 between the downstream and the upstream has been indicated on the abscissa and on the ordinate the efficiency of the injection of hydrocarbons assimilated to the ratio (upstream Q downstream) / upstream Q, where Q upstream and Q downstream respectively denote the amount of hydrocarbons measured upstream and downstream by the measuring devices at the aforementioned connections.
Lorsqu'on détecte une baisse d'efficacité trop importante, on pourra signaler au conducteur l'existence de ce défaut par exemple par l'activation d'un signal sur le tableau de bord du véhicule. When an excessive efficiency drop is detected, the driver can be informed of the existence of this defect, for example by activating a signal on the dashboard of the vehicle.
L'invention permet de mesurer la baisse d'efficacité avec une grande sensibilité. Elle permet ainsi de limiter au strict nécessaire la quantité de carburant additionnel à injecter, contrairement à la solution mettant en oeuvre une analyse de l'exothermicité avec deux mesures de température en amont et en aval du système à diagnostiquer. Cette dernière nécessite en effet une quantité globale de carburant supérieure (concentration et/ou durée d'injection). De plus, selon l'invention la durée du diagnostic est très courte. Elle prend par exemple seulement quelques secondes. The invention makes it possible to measure the drop in efficiency with great sensitivity. It thus makes it possible to limit as much as necessary the quantity of additional fuel to be injected, unlike the solution implementing an exothermicity analysis with two temperature measurements upstream and downstream of the system to be diagnosed. This last requires indeed a global amount of superior fuel (concentration and / or duration of injection). In addition, according to the invention, the duration of the diagnosis is very short. For example, it only takes a few seconds.
Dans une variante, on peut remplacer la sonde amont 14 et la mesure qu'elle fournit par une cartographie comprise dans une mémoire de l'ordinateur de bord qui donnera une valeur équivalente, fonction de l'injection supplémentaire de carburant effectuée et des conditions de fonctionnement du moteur. Il s'agira cette fois de comparer le signal fourni par la sonde aval 12 avec la valeur fournie par cette cartographie. In a variant, it is possible to replace the upstream probe 14 and the measurement it provides with a map included in a memory of the on-board computer which will give an equivalent value, a function of the additional injection of fuel made and the conditions of the engine operation. This time it will be to compare the signal provided by the downstream probe 12 with the value provided by this map.
Dans un souci de qualité, on pourra également intégrer les signaux fournis par les sondes 12 et 14 sur tout ou partie du temps d'injection des réducteurs en amont. For the sake of quality, it will also be possible to integrate the signals provided by the probes 12 and 14 over all or part of the injection time of the upstream reducers.
Un apprentissage pourra être mis en place pour étudier l'état initial à neuf du système d'oxydation et mieux appréhender la dérive de son fonctionnement. An apprenticeship can be set up to study the new state of the oxidation system and better understand the drift of its operation.
De façon générale, et ce quel que soit le procédé retenu pour le diagnostic de la fonction d'oxydation, on fera en sorte de se placer à une température catalytique suffisante pour amorcer le système et convenablement différencier les composants efficaces de ceux qui ne le sont pas. En l'espèce, on se place à une température supérieure à 250 C. Ainsi, le graphique de la figure 5 indique l'efficacité de l'injection d'hydrocarbures en excès en fonction de la température du catalyseur. On voit que cette efficacité est bien plus importante pour des températures supérieures à 250 C que pour des températures inférieures à 200 C. In general, whatever the method chosen for the diagnosis of the oxidation function, it will be ensured that a catalytic temperature which is sufficient to prime the system and properly differentiate the effective components from those that are not not. In this case, it is a temperature above 250 C. Thus, the graph of Figure 5 indicates the efficiency of the hydrocarbon injection in excess depending on the catalyst temperature. It can be seen that this efficiency is much greater for temperatures above 250 C than for temperatures below 200 C.
L'invention pourra concerner toutes les applications mettant en oeuvre un système de catalyse d'oxydation en mélange pauvre. Il s'agit en particulier des composants de type catalyseur d'oxydation, piège à oxydes d'azote, filtre à particules catalysé, etc. Bien entendu, on pourra apporter à l'invention de nombreuses modifications sans sortir du cadre de celle-ci. The invention may relate to all applications using a lean mixture oxidation catalyst system. In particular, these are components of the oxidation catalyst type, nitrogen oxide trap, catalyzed particulate filter, etc. Of course, we can bring to the invention many changes without departing from the scope thereof.
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| FR (1) | FR2891584B1 (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2005
- 2005-10-03 FR FR0510072A patent/FR2891584B1/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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| FR2891584B1 (en) | 2011-03-11 |
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