FR2891871A1 - Systeme et procede pour reduire une dispersion d'emission d'un element dans un gaz d'echappement - Google Patents

Abstract

Selon l'invention, on propose un procédé caractérisé en ce que :- on identifie au moins un paramètre de contrôle d'un moteur comme étant celui qui, dans au moins une condition de fonctionnement prédéterminée du moteur, influence le plus une émission d'un composant prédéterminé présent dans un gaz d'échappement,- on détermine (50-100) dans la ou les conditions de fonctionnement prédéterminées un réglage du paramètre de contrôle qui réduit une dispersion concernant cette émission,- on utilise ce réglage quelles que soient les conditions de fonctionnement du moteur.

Description

L'invention concerne un procédé pour véhicule, notamment automobile ainsi

qu'un moteur apte à mettre en oeuvre le procédé. En particulier, l'invention concerne un moteur mettant en oeuvre un procédé de commande du moteur comportant une étape de réduction d'une dispersion concernant une émission d'un élément présent dans un gaz d'échappement. Une commande de moteur est notamment assurée par des actionneurs et des capteurs, qui agissent selon des réglages définis lors d'une mise au point initiale du moteur.

On sait que certains facteurs, comme une différence de fabrication ou un vieillissement, peuvent entraîner des dispersions de fonctionnement sur ces éléments. Par exemple, il est connu qu'un même signal de commande délivré à un actionneur dispersé peut conduire à un réglage qui s'écarte d'un réglage nominal. Il peut notamment s'agir d'une position qui diffère de celle obtenue pour le réglage nominal. Un autre exemple dans le cas d'un capteur dispersé, est qu'une mesure d'une même grandeur physique peut s'écarter de celle qui serait mesurée si le capteur fonctionnait en conditions nominales. Dans la mesure où généralement les réglages de base du moteur sont réalisés pour des actionneurs et/ou capteurs nominaux, de telles dispersions peuvent poser des problèmes en ce qui concerne la commande du moteur et donc ses performances.

En particulier, de telles dispersions peuvent entraîner une déviation de ces réglages de base d'un véhicule à un autre.

On sait en outre qu'elles entraînent une dispersion sur les émissions de polluants, ce qui nécessite de prendre des marges de sécurité vis-à-vis notamment de normes d'émission et conduit par exemple à devoir augmenter des contraintes liées à un cahier des charges sur les mises au point. Une conséquence connue est qu'une bonne maîtrise des émissions de polluants (oxydes d'azote Nox et/ou particules dans les gaz d'échappement) est rendue encore plus complexe en présence de telles dispersions. Des solutions ont été proposées basées sur l'utilisation de capteurs d'oxydes d'azote Nox disponibles sur le marché et permettant de mesurer une concentration de ce type de polluant. On observera à cet égard que ces capteurs comportent généralement une sonde à oxygène permettant ainsi de combiner une mesure de concentration de Nox à celle d'une richesse des gaz d'échappement.

On connaît ainsi un procédé de réduction des dispersions basé sur une stratégie qui balaye l'ensemble des combinaisons possibles de dispersions d'un moteur afin de modéliser les différents effets de ces combinaisons sur les émissions de Nox et sur la richesse précitée. Par inversion du modèle, on associe un jeu de coefficient de correction approprié sur une liste de paramètres la plus exhaustive possible, afin d'obtenir des valeurs de Nox ou de richesse choisies pour tous les moteurs. Toutefois, un inconvénient de cette méthode est que sa mise en oeuvre est complexe. En effet, elle nécessite d'élaborer de nombreuses tables de coefficients de correction (désignées couramment par cartographie) qui de surcroît nécessitent chacune une taille importante.

On connaît des méthodes plus simples. Par exemple, le document FR 0413796 propose une stratégie de réduction des dispersions basée sur une minimisation d'un critère quadratique sur une émission de Nox et/ou de particules polluantes.

Toutefois, ce procédé ne prend en compte qu'un nombre fini de paramètres à corriger, ce qui peut entraîner une mauvaise analyse des sources de dispersions et donc à une correction mal adaptée voire inefficace. Dans un autre exemple proposé par le document US 6 279 537, on propose d'estimer les émissions de Nox (concentration) en utilisant la formule de base suivante : Nox = Al (avance) * Ri + A2 (avance) * EGR où Al et A2 sont des coefficients de correction fonction d'une avance à l'injection d'un carburant dans le moteur, Ri une richesse et EGR un taux de recirculation des gaz d'échappement.

Une correction de la commande du moteur est alors mise en oeuvre en fonction de cette estimation. Toutefois, ce procédé procure encore des résultats insuffisants du fait notamment qu'une sélection a dû être opérée sur les paramètres du moteur servant à la modélisation ci-dessus des émissions de Nox et qu'ainsi cette modélisation n'est pas exhaustive. Une autre solution connue d'après le document US 2003/0216855, est d'utiliser en tant que modèle d'estimation de Nox un réseau de neurones. Ce réseau de neurones peut notamment avoir pour grandeur d'entrée une hygrométrie, différentes pressions, différentes températures, un régime moteur et un débit d'injection de carburant.

Un inconvénient est que le domaine de validité du réseau de neurones est restreint à des points d'apprentissage, de sorte que si les conditions de fonctionnement du moteur se trouvent en dehors de ces points, les estimations des émissions de Nox fournies par le réseau se dégradent jusqu'à devenir incorrectes. Il existe donc une limite de validité du réseau de neurones qui est rapidement atteinte. Un but de l'invention est de permettre de s'affranchir des inconvénients précités.

Afin d'atteindre ce but, on propose selon l'invention un procédé caractérisé en ce que : - on identifie au moins un paramètre de contrôle d'un moteur comme étant celui qui, dans au moins une condition de fonctionnement prédéterminée du moteur, influence le plus une émission d'un élément prédéterminé présent dans un gaz d'échappement, - on détermine dans la ou les conditions de fonctionnement prédéterminées un réglage du paramètre de contrôle qui réduit une dispersion concernant cette émission, - on utilise ce réglage quelles que soient les conditions de fonctionnement du moteur. Des aspects préférés de ce procédé sont les suivants : - on règle le paramètre de contrôle autour d'une valeur de consigne prédéterminée à partir d'un modèle tabulé valable dans la ou les conditions de fonctionnement prédéterminées uniquement, et qui relie directement ce paramètre de contrôle à une estimation des émissions de l'élément calculée dans l'hypothèse d'une absence de dispersion ; - on prédétermine l'estimation des émissions de l'élément en effectuant une mesure de ces émissions et en utilisant une loi qui dépend de cette mesure et d'au moins un coefficient de correction ; - la loi est une loi de similitude ; - le coefficient de correction est déterminé en fonction d'une grandeur prédéterminée définissant une condition de fonctionnement du moteur ; - on détermine le coefficient de correction par lecture dans une cartographie ; - préalablement à l'étape de détermination du réglage du paramètre de contrôle, on vérifie que le moteur fonctionne dans la condition prédéterminée ; - il existe plusieurs conditions de fonctionnement prédéterminées et préalablement à l'étape de détermination du réglage du paramètre de contrôle, on vérifie que le moteur fonctionne dans au moins certaines des conditions prédéterminées ; - dans le cas où certaines seulement parmi les conditions de fonctionnement prédéterminées sont respectées, on modifie le paramètre ou un autre paramètre de contrôle du moteur de sorte que toutes les conditions soient finalement respectées ; - le procédé comporte une étape où l'on vérifie, par mesure, que les émissions de l'élément sont sensiblement stables ; - préalablement à l'étape de détermination du réglage du paramètre de contrôle, on vérifie que certaines des grandeurs définissant la ou les conditions de fonctionnement du moteur sont sensiblement stables ; - le paramètre de contrôle est une avance à l'injection ; - on réduit une dispersion concernant des émissions d'oxydes d'azote (N.X) ou de particules polluantes ; - on réduit une dispersion concernant des émissions d'oxydes d'azote (N.X) et ladite loi est de la forme suivante : NOxestimé = NOxmesuré * C1 * C2 *C3 + C4 où Cl, C2 sont des coefficients de correction dépendant d'un rapport entre une quantité mesurée de monoxyde d'azote (NO) et de dioxyde d'azote (NO2), et d'une température d'eau dans le moteur, respectivement ; et où C3, C4 sont des coefficients dépendant d'un débit de carburant injecté dans une chambre de combustion ; - on utilise une pression d'injection de carburant dans la chambre de combustion et/ou un régime moteur, et/ou un taux de recirculation des gaz d'échappement comme conditions de fonctionnement prédéterminées du moteur. On propose en outre un moteur comprenant des moyens pour réduire une dispersion concernant des émissions d'un élément présent dans un gaz d'échappement caractérisé en ce qu'il comprend des moyens aptes à déterminer, dans au moins une condition de fonctionnement prédéterminée du moteur, un réglage d'au moins un paramètre de contrôle du moteur, ce paramètre ayant été préalablement identifié comme étant celui qui, dans cette ou ces conditions de fonctionnement prédéterminées, influence le plus les émissions. Ainsi, selon l'invention la détermination du réglage s'effectue dans des conditions de fonctionnement connues comme garantissant que le paramètre de contrôle choisi influence le plus les émissions, c'est-à-dire que les autres paramètres de contrôle ont une influence négligeable dans de telles conditions.

Un avantage est que le réglage obtenu est précis et permet donc de réduire efficacement les dispersions. Par ailleurs, le procédé est simplifié notamment par le fait que le nombre de paramètres d'influence est lui-même faible dans les conditions de fonctionnement prédéterminées. La prise en compte de ces paramètres est donc facilitée. Un autre avantage de l'invention vient du fait que le réglage est fonction d'un modèle tabulé, lui-même paramétré par une loi. Ce modèle offre donc l'avantage d'être simple à mettre en oeuvre et ainsi d'autres avantages inhérents à une telle simplicité découlent donc : rapidité d'exécution, taille mémoire, etc. D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description suivante de l'invention, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 montre un organigramme d'un mode de réalisation du procédé selon l'invention, la figure 2 illustre graphiquement un modèle tabulé utilisé par le procédé et paramétré par une loi.

En se référant à la figure 1, on a représenté un organigramme d'un mode de réalisation du procédé de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif. Dans ce mode de réalisation, on cherche à réduire une émission d'oxydes d'azote Nox présents dans un gaz d'échappement d'un moteur de véhicule automobile.

Selon l'invention, on identifie d'abord au moins un paramètre de contrôle du moteur comme étant celui qui, dans des conditions de fonctionnement prédéterminées du moteur, influence le plus les émissions de Nox.

Dans l'exemple décrit ici on a identifié en tant que paramètre de contrôle, une avance à l'injection d'un carburant dans une chambre de combustion. En particulier, on a identifié que, dans des conditions de fonctionnement du moteur particulières, les émissions de Nox dépendent majoritairement, voire uniquement, de l'avance à l'injection. Les autres paramètres de contrôle, comme par exemple une pression rail, peuvent donc être considérées comme ayant une influence négligeable si le moteur fonctionne dans lesdites conditions prédéterminées. En d'autres termes, on détermine le réglage de l'avance lorsque l'on sait que les autres paramètres de contrôle n'influencent pas, ou n'influencent plus, les émissions de Nox. Le réglage obtenu peut avantageusement être utilisé sur tout le champ moteur, notamment dans le cas d'une hypothèse de dispersions ou de dérives constantes.

Ainsi, les émissions n'étant fonction que d'un jeu de paramètres de contrôle restreint, ici l'avance uniquement, on peut obtenir sans difficulté, dans ces conditions de fonctionnement, une estimation extrêmement précise de ces émissions et donc du réglage de l'avance qui permet de réduire les dispersions des émissions.

On va maintenant décrire plus en détail certaines étapes de ce mode de réalisation illustré en partie à la figure 1.

Dans une étape 10, le procédé teste si des grandeurs qui définissent les conditions de fonctionnement du moteur sont sensiblement stables. A titre d'exemple, le procédé teste si le débit de carburant dans la chambre de combustion n'a pas varié au-delà d'un certain pourcentage d'une valeur moyenne, laquelle est calculée à partir d'un certain nombre de mesures depuis un certain temps. Naturellement, il se peut que différentes grandeurs testées aient à répondre à un critère de stabilité qui leur est propre. En effet, la variation maximale exigée pour le débit de carburant peut ne pas correspondre à celle pour un débit d'air. On notera que selon un aspect préféré de l'invention, le procédé teste la stabilité du débit de carburant, du débit d'air, du régime moteur, de la pression de suralimentation, et de la pression rail. Tel qu'illustré sur la figure 1, le procédé met en oeuvre une étape 20 si le test est positif, c'est-à-dire que les grandeurs analysées sont stables, ou passe à une étape 100 dans le cas contraire. A l'étape 20, on regarde si le moteur fonctionne dans les conditions de fonctionnement prédéterminées. A titre d'exemple non limitatif, ayant déterminé lors de l'étape préalable d'identification, que les émissions de Nox sont dépendantes majoritairement de l'avance lorsque le régime moteur est à 2000 tours/minute et que la température d'eau se trouve à 100 C, on vérifie que ces deux conditions prédéterminées sont respectées. On notera ici que ces grandeurs testées à l'étape 20 ne sont pas forcément les mêmes que celles testées à l'étape 10.

Par exemple, à l'étape 10 on pourrait tester la stabilité de la vitesse du véhicule tandis qu'à l'étape 20 cette grandeur ne figure pas dans les conditions de fonctionnement prédéterminées. Tel qu'illustré à la figure 1, le procédé met en oeuvre une étape 30 si le test de l'étape 20 est positif, c'est-à-dire que le moteur se trouve dans les conditions de fonctionnement prédéterminées, sinon il passe à l'étape 100 précitée. Selon une variante de ce mode de réalisation, l'étape 30 consiste à vérifier que le moteur fonctionne dans au moins certaines des conditions prédéterminées. Dans ce cas, on peut s'arranger dans le procédé pour modifier l'avance à l'injection ou un autre paramètre de contrôle et pour qu'ainsi toutes les conditions prédéterminées soient finalement respectées. Par exemple, si lesdites certaines conditions sont vérifiées mais que le débit d'air doit être augmenté d'après la condition prédéterminée qui concerne cette grandeur, le procédé augmente le débit d'air jusqu'à la valeur désirée tout en modifiant éventuellement un autre paramètre de contrôle pour que ce changement reste transparent vis-à-vis du conducteur. Selon un autre exemple, on peut aussi régler la grandeur de manière indirecte, par exemple en jouant de manière appropriée sur un paramètre de contrôle qui influence la grandeur. A l'étape 30, dans le cas où une vanne de recirculation des gaz d'échappement est présente, celleci est fermée. De cette manière, on élimine une dépendance des émissions de Nox vis- à-vis du paramètre de contrôle que constitue le taux de recirculation des gaz d'échappement.

Et, on s'assure ainsi que l'estimation des émissions en fonction de l'avance uniquement est bien valide. Une fois la vanne fermée, le procédé passe à l'étape 40 dans laquelle on teste, par mesure, si les émissions de Nox sont suffisamment stables.

Tel qu'illustré à la figure 1, le procédé met en oeuvre une étape 50 si le test est positif ou passe à l'étape 100 précitée dans le cas contraire. A l'étape 50, on détermine un coefficient de correction, noté Cl. Il correspond dans cet exemple à un rapport entre une quantité mesurée de monoxyde d'azote (NO) et de dioxyde d'azote (NO2).

Le coefficient Cl peut être obtenu par lecture dans une table de valeurs prédéterminées. A cet égard, on parle couramment d'une cartographie. La table comporte donc des valeurs prédéterminées dudit rapport, classées en fonction d'une grandeur comme le régime moteur par exemple ou encore le débit de carburant. Le coefficient Cl peut aussi être obtenu par calcul à partir d'une équation reliant ledit rapport au régime moteur par exemple. Le procédé met ensuite en oeuvre l'étape 60. Dans cette étape, on estime d'autres coefficients de correction C2, C3 et C4. Le coefficient C2 représente une variation d'une température d'eau mesurée par rapport à une température d'eau nominale. Ainsi, C2 peut être déterminé en fonction d'un rapport ou d'une relation entre ces deux températures.

Les coefficients C3 et C4 permettent ensemble de prendre en compte une variation de la quantité de carburant injecté dans la chambre par rapport à une quantité de carburant injecté nominale. On notera que les coefficients C2, C3 et C4 peuvent être obtenus par les mêmes moyens que le coefficient Cl (cartographie, etc.). Le procédé met ensuite en oeuvre l'étape 70 pour obtenir une estimation des émissions de Nox sous l'hypothèse d'une absence de dispersion. A cet effet on utilise avantageusement une loi, de préférence de similitude, qui dépend d'une mesure des émissions et des coefficients de correction Cl à C4. Dans cet exemple, la loi est de la forme suivante : Noxcorr;gé = NoxmeS * Cl * C2 * C3 + C4 où Noxcorr;gé est l'estimation des émissions, et Noxmesuré est la mesure de ces émissions.

Ensuite, le procédé met en oeuvre l'étape 80. Dans cette étape, on détermine une valeur dite de consigne autour de laquelle on réglera plus tard l'avance à l'injection. Cette valeur de consigne est déterminée à partir de l'estimation des émissions calculées à l'étape 60.

En particulier, on utilise un modèle tabulé comportant des valeurs prédéterminées reliant ces deux grandeurs. La figure 2 illustre graphiquement le modèle tabulé et sa relation avec la loi précitée. On peut observer les avances en abscisses et les émissions de Nox estimées en ordonnées.

La courbe 200 est une courbe nominale qui relie les avances aux estimations des émissions de Nox dans l'hypothèse où les dispersions sont négligeables. Les courbes 201 et 202 sont des exemples de courbes pouvant être ramenées à la courbe nominale 200 par l'utilisation de la loi de similitude précédemment décrite. Ceci est illustré par les flèches 205 et 206 montrant grossièrement un déplacement des courbes 201 et 202 vers la courbe 200 lorsque le débit de carburant Qgo (flèche 205), la température d'eau T. et ledit rapport entre la quantité mesurée de monoxyde d'azote (NO) et de dioxyde d'azote (NO2) (flèche 206) varient. Ces déplacements sont donc fonction des coefficients Cl à C4 susmentionés. C'est la raison pour laquelle on peut considérer que le modèle reliant directement l'avance à l'injection aux émissions de Nox est un modèle tabulé paramétré par ladite loi. La consigne est donc déterminée à partir de l'estimation des émissions calculées à l'étape 60 en utilisant le modèle tabulé illustré à la figure 2. Plus précisément, pour une valeur du débit de carburant Qgo, de la température d'eau T. et dudit rapport, la consigne est estimée à partir des valeurs prédéterminées du modèle tabulé qui se trouvent sur une courbe, telle que par exemple la courbe 202. Ainsi selon la valeur de l'estimation des émissions calculée à l'étape 70 on obtient une valeur pour la consigne.

Le procédé calcule alors à l'étape 90 une différence entre l'avance nominale et cette valeur de consigne.

Puis à une étape 100, il ajoute la différence calculée à l'avance courante. L'étape 101 définit la fin du procédé. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée à la forme de réalisation décrite ci-dessus et représentée sur les dessins.

On peut en particulier prévoir les différentes alternatives suivantes. Une première alternative consiste naturellement à utiliser un autre paramètre de contrôle que l'avance à l'injection. En particulier, on peut identifier deux (ou plus) paramètres de contrôle qui, dans des conditions de fonctionnement prédéterminées du moteur, influenceraient le plus les émissions du composant. A cet égard, l'élément n'est nullement limité à des oxydes d'azote Nox. Il peut s'agir notamment de particules polluantes. Une deuxième alternative consiste à utiliser une autre loi. Ainsi dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, la loi de similitude relie les émissions de Nox à la température d'eau, la proportion de monoxyde d'azote par rapport au dioxyde d'azote et le débit de carburant, mais on pourrait utiliser la même loi en changeant ces grandeurs. Dans une troisième alternative on peut utiliser d'autres grandeurs lors des tests.

A cet égard, certains tests, comme par exemple celui mis en oeuvre à l'étape 10, peuvent être supprimés si cela s'avérait nécessaire et opportun.

Claims (16)

REVENDICATIONS

1. Procédé caractérisé en ce que : - on identifie au moins un paramètre de contrôle d'un moteur comme étant celui qui, dans au moins une condition de fonctionnement prédéterminée du moteur, influence le plus une émission d'un élément prédéterminé présent dans un gaz d'échappement, - on détermine (50-100) dans la ou les conditions de fonctionnement prédéterminées un réglage du paramètre de contrôle qui réduit une dispersion concernant cette émission, - on utilise ce réglage quelles que soient les conditions de fonctionnement du moteur.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on règle le paramètre de contrôle autour d'une valeur de consigne prédéterminée à partir d'un modèle tabulé valable dans la ou les conditions de fonctionnement prédéterminées uniquement, et qui relie directement ce paramètre de contrôle à une estimation des émissions de l'élément calculée dans l'hypothèse d'une absence de dispersion.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on prédétermine l'estimation des émissions de l'élément en effectuant une mesure de ces émissions et en utilisant une loi qui dépend de cette mesure et d'au moins un coefficient de correction (Cl, C2, C3, C4).

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la loi est une loi de similitude.

5. Procédé selon l'une des revendications 3 à 4, caractérisé en ce que l'on réduit une dispersion concernant des émissions d'oxydes d'azote (N.X) et ladite loi est de la forme suivante : N. = Noxmesure * Cl * C2 *C3 + C4 où Cl, C2 sont des coefficients de correction dépendant d'un rapport entre une quantité mesurée de monoxyde d'azote (NO) et de dioxyde d'azote (NO2), et d'une température d'eau dans le moteur, respectivement ; et où C3, C4 sont des coefficients dépendant d'un débit de carburant injecté dans une chambre de combustion.

6. Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le coefficient de correction est déterminé en fonction d'une grandeur prédéterminée définissant une condition de fonctionnement du moteur.

7. Procédé selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que l'on détermine le coefficient de correction par lecture dans une cartographie.

8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que préalablement à l'étape de détermination du réglage du paramètre de contrôle, on vérifie (20) que le moteur fonctionne dans la condition prédéterminée.

9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il existe plusieurs conditions de fonctionnement prédéterminées et en ce que préalablement à l'étape de détermination du réglage du paramètre de contrôle, on vérifie (20) que le moteur fonctionne dans au moins certaines des conditions prédéterminées.

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que, dans le cas où certaines seulement parmi les conditions de fonctionnement prédéterminées sont respectées, on modifie le paramètre ou un autre paramètre de contrôle du moteur de sorte que toutes les conditions soient finalement respectées.

11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une étape où l'on vérifie (40), par mesure, que les émissions de l'élément sont sensiblement stables.

12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, préalablement à l'étape de détermination du réglage du paramètre de contrôle, on vérifie (10) que certaines des grandeurs définissant la ou les conditions de fonctionnement du moteur sont sensiblement stables.

13. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le paramètre de contrôle est une avance à l'injection.

14. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en que l'on réduit une dispersion concernant des émissions d'oxydes d'azote (N0 ) ou de particules polluantes.

15. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on utilise une pression d'injection de carburant dans la chambre de combustion et/ou un régime moteur, et/ou un taux de recirculation des gaz d'échappement comme conditions de fonctionnement prédéterminées du moteur.

16. Moteur comprenant des moyens pour réduire une dispersion concernant des émissions d'un élément présent dans un gaz d'échappement caractérisé en ce qu'il comprend des moyens aptes à déterminer, dans au moins une condition de fonctionnement prédéterminée du moteur, un réglage d'au moins un paramètre de contrôle du moteur, ce paramètre ayant été préalablement identifié comme étant celui qui, dans cette ou ces conditions de fonctionnement prédéterminées, influence le plus les émissions.