FR3042223A1 - EXHAUST GAS POST-TREATMENT DEVICE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE OF A MOTOR VEHICLE - Google Patents

EXHAUST GAS POST-TREATMENT DEVICE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE OF A MOTOR VEHICLE Download PDF

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Abstract

Ce dispositif de post-traitement (2) des gaz d'échappement comprend une ligne d'échappement (4), un filtre amont (8) en amont d'un filtre aval (10) et un dispositif de commande (36), le dispositif de commande (36) comportant un module de détermination (36) d'une température inconnue (T2) choisie parmi la température des gaz en sortie du filtre amont (8) et la température des gaz en entrée du filtre aval (10) et distincte de la température mesurée (T3). Le module de détermination (36) est capable d'estimer ladite température inconnue (T2) par l'utilisation d'un observateur d'état.This exhaust gas aftertreatment device (2) comprises an exhaust line (4), an upstream filter (8) upstream of a downstream filter (10) and a control device (36), the control device (36) comprising a determination module (36) of an unknown temperature (T2) chosen from the temperature of the gases at the outlet of the upstream filter (8) and the temperature of the gases entering the downstream filter (10) and distinct from the measured temperature (T3). The determination module (36) is capable of estimating said unknown temperature (T2) by the use of a state observer.

Description

Dispositif de post-traitement des gaz d’échappement d’un moteur à combustion interne de véhicule automobile L’invention a pour domaine technique la commande des dispositifs de post-traitement des gaz d’échappement de moteur à combustion interne de véhicule automobile.

Compte tenu des normes de dépollution de plus en plus exigeantes, les constructeurs automobiles sont obligés de concevoir des dispositifs de post-traitement des gaz d’échappement émis par un moteur à combustion interne, et plus particulièrement par un moteur diesel, de plus en plus évolués. Ainsi, les dispositifs de posttraitement comprennent de manière classique une ligne d’échappement, pouvant être dotée d’au moins un filtre de ligne d’échappement, choisi parmi : - un catalyseur d’oxydes d’azote, ou catalyseur de NOx, également connu de l’homme du métier sous l’appellation anglo-saxonne « NOx-trap », - un catalyseur d’oxydes d’azote sélectif, autrement connu sous l’appellation anglo-saxonne « Sélective Catalytic Réduction » ou « SCR », - un filtre à particules, et - un catalyseur d’oxydation, autrement connu sous l’appellation anglo-saxonne « Diesel Oxydation Catalyst » ou « DOC ».

Ces filtres permettent de diminuer la concentration des gaz d’échappement en différents polluants, tels que le dioxyde de carbone, les oxydes d’azote et les particules fines. Par ailleurs, ces filtres agissent sur des paramètres des gaz d’échappement, tels que la température ou l’enthalpie.

Toutefois, pour fonctionner efficacement, ces filtres peuvent nécessiter que les gaz d’échappement soient à des conditions de pression ou de température particulières. Par exemple, un filtre à particules nécessite que les gaz en entrée de celui-ci soient à des paramètres bien particuliers, en particulier de pression et de température, afin de filtrer efficacement les gaz d’échappement. Ainsi, un inconvénient entraîné par la multiplication des filtres de ligne d’échappement est qu’il devient nécessaire d’avoir une connaissance de plus en plus fine des paramètres des gaz d’échappement à différents endroits de la ligne d’échappement du dispositif de post-traitement. En particulier, une bonne connaissance de la température des gaz est nécessaire.

Une solution classique consiste à incorporer des sondes pour mesurer ces paramètres. Ainsi, dans le cas classique d’un dispositif de post-traitement d’un moteur diesel comprenant une ligne d’échappement sur laquelle est incorporé un catalyseur d’oxydation (DOC), en amont d’un catalyseur d’oxydes d’azote sélectif (SCR), on incorpore quatre sondes de mesure de la température, respectivement immédiatement en amont du DOC, immédiatement en aval du DOC, immédiatement en amont du SCR et immédiatement en aval du SCR.

La multiplication de capteurs de température pour connaître les paramètres des gaz d’échappement circulant dans la ligne d’échappement présente toutefois de multiples inconvénients, en termes de coût, d’encombrement et de fiabilité de la commande.

Au vu de ce qui précède, l’invention a pour but de permettre d’améliorer la rapidité, la fiabilité et la robustesse de la commande d’un dispositif de post-traitement des gaz d’échappement d’un moteur à combustion interne, tout en limitant le nombre de capteurs incorporés dans la ligne d’échappement. A cet effet, il est proposé un dispositif de post-traitement des gaz d’échappement d’un moteur à combustion interne de véhicule automobile, comprenant une ligne d’échappement, un filtre amont de ligne d’échappement situé sur la ligne d’échappement, en amont d’un filtre aval de ligne d’échappement et un dispositif de commande, le dispositif de commande comportant un premier module de mesure d’une température mesurée choisie parmi la température des gaz en sortie du filtre amont et la température des gaz en entrée du filtre aval, un second module de mesure du débit de gaz à travers la ligne d’échappement, un troisième module de mesure de la température d’une paroi de la ligne d’échappement ainsi qu’un module de détermination d’une température inconnue choisie parmi la température des gaz en sortie du filtre amont et la température des gaz en entrée du filtre aval, la température inconnue étant distincte de la température mesurée.

Selon une caractéristique générale de ce dispositif, le module de détermination est capable d’estimer la température inconnue par l’utilisation d’un observateur d’état, en fonction notamment de la température mesurée, du débit de gaz et de la température de paroi.

Un tel dispositif de commande est notamment avantageux, en ce qu’il permet de commander le dispositif de post-traitement sans nécessiter d’incorporer un capteur de température immédiatement en aval du filtre amont. Par ailleurs, il est à noter que plusieurs variantes concernant les températures mesurée et inconnue peuvent être envisagées dans le cadre de l’invention.

Selon un mode de réalisation de l’invention, le filtre amont est un catalyseur d’oxydation.

Dans un autre mode de régulation de l’invention, le filtre aval est un réducteur catalytique sélectif.

Selon un autre aspect, il est proposé un procédé de commande d’un système de post-traitement des gaz d’échappement d’un moteur à combustion interne de véhicule automobile, ledit système de posttraitement étant doté d’une ligne d’échappement, d’un filtre amont de ligne d’échappement monté, sur la ligne d’échappement, en amont d’un filtre aval de ligne d’échappement, le procédé comprenant au moins une itération au cours de laquelle : - on mesure une température mesurée choisie parmi la température des gaz en sortie du filtre amont et la température des gaz en entrée du filtre aval, le débit de gaz à travers la ligne d’échappement et la température d’une paroi de la ligne d’échappement, - on détermine une température inconnue choisie parmi la température des gaz en sortie du filtre amont et la température des gaz en entrée du filtre aval, la température inconnue étant distincte de la température mesurée.

Selon une caractéristique générale de ce procédé, la température inconnue est déterminée par l’intermédiaire d’un modèle de comportement des paramètres de fonctionnement du système de post-traitement des gaz d’échappement combiné à l’utilisation d’un observateur d’état, en fonction notamment de la température mesurée, du débit de gaz et de la température de paroi.

Comme pour le dispositif de commande selon l’invention, plusieurs variantes peuvent être envisagées concernant les températures mesurée et inconnue. Ainsi, selon une première variante, l’on mesure la température en entrée du filtre aval tandis que l’on estime la température des gaz en sortie du filtre amont. Selon une deuxième variante, l’on mesure la température en sortie du filtre amont tandis que l’on estime la température de gaz en entrée du filtre aval.

De manière avantageuse, l’observateur d’état est du type à mode glissant.

On peut en outre prévoir que l’observateur d’état est réglé à partir de l’équation de conservation de la masse et/ou l’équation de conservation de l’énergie. De préférence, l’observateur d’état est réglé à partir des deux équations de conservation de la masse et de conservation de l’énergie.

Dans un mode de réalisation avantageux, l’observateur d’état est réglé par un système d’au moins une équation différentielle dont les inconnues sont la température inconnue et l’enthalpie des gaz d’échappement en sortie du filtre amont ou en entrée du filtre aval.

De préférence, si la température inconnue est la température des gaz en sortie du filtre amont, l’équation différentielle a pour deuxième inconnue l’enthalpie des gaz d’échappement en sortie du filtre aval. Sinon, la deuxième inconnue est de préférence l’enthalpie des gaz d’échappement en entrée du filtre aval.

On peut alors prévoir que chaque itération comprend une première étape de définition d’une surface de glissement de la température inconnue, une deuxième étape de définition d’une surface de glissement de l’enthalpie des gaz, une troisième étape de détermination de la température inconnue et une quatrième étape de calcul des débits d’enthalpies du système.

De manière avantageuse, on utilise une fonction candidate de Liapounov pour estimer le glissement de la température inconnue et/ou le glissement de l’enthalpie des gaz.

De préférence, on calibre des paramètres d’entrée de l’observateur d’état par une fonction d’optimisation avec le critère du moindre carré entre la mesure et l’estimation. D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un dispositif de posttraitement selon un mode de réalisation de l'invention, et - la figure 2 est une représentation par blocs des relations entre les différents paramètres des gaz d’échappement circulant dans la ligne d’échappement du dispositif de post-traitement de la figure 1.

En référence à la figure 1, il est schématiquement représenté un dispositif de post-traitement 2 selon un exemple de réalisation de l’invention, comprenant une ligne d’échappement 4 dans laquelle circulent des gaz d’échappement provenant d’un moteur à combustion interne (non représenté). Le sens de circulation des gaz d’échappement est représenté sur la figure 1 par des flèches 6. Dans cet exemple de réalisation, le moteur à combustion interne est un moteur diesel. Toutefois, on ne sort pas du cadre de l’invention en utilisant un autre type de moteur à combustion interne, comme par exemple un moteur à essence.

Afin de diminuer la concentration des gaz d’échappement en divers polluants, une pluralité de filtres est incorporée sur la ligne d’échappement 4. Dans cet exemple de réalisation, le dispositif de post-traitement 2 comprend, disposés sur la ligne d’échappement 4 dans cet ordre, un catalyseur d’oxydation 8, ci-après noté DOC, un premier catalyseur d’oxydes d’azote sélectif 10, ci-après noté SCR-10 et un deuxième catalyseur d’oxydes d’azote sélectif 12, ci-après noté SCR-12. En outre, la ligne d’échappement 4 comporte une ramification 14 d’un circuit de recirculation des gaz d’échappement ou circuit EGR (non représenté) et un volet d’échappement 16.

Pour permettre une dépollution efficace des gaz d’échappement, le dispositif de post-traitement 2 comporte une pluralité de capteurs, parmi lesquels : - un premier capteur de la concentration des gaz d’échappement en oxydes d’azote 18, situé en amont du DOC 8, - un deuxième capteur de la concentration en oxydes d’azote 20, situé en aval du SCR-12, - un capteur de la concentration des gaz d’échappement en ammoniac 22 situé en aval du SCR-12, - trois moyens de mesure du débit 24, 26 et 28 respectivement aptes à mesurer le débit massique Qi circulant dans la ligne d’échappement 4, en amont du DOC 8, le débit massique Qegr circulant dans la ramification 14 et le débit massique Qo circulant dans la ligne d’échappement 4, en aval du SCR-12, - trois capteurs de température 30, 32 et 34, respectivement aptes à mesurer la température Ti des gaz d’échappement immédiatement en amont du DOC 8, la température T3 immédiatement en amont du SCR-10 et la température T4 immédiatement en aval du SCR-10, et - un capteur de température 35, apte à mesurer la température Tp de la paroi de la ligne d’échappement 4.

En outre, le dispositif de post-traitement 2 comporte un dispositif de commande 36. Le dispositif de commande 36 est apte à recueillir les signaux délivrés par les moyens de mesure de la concentration en oxydes d’azote 18 et 20, de la concentration en ammoniac 22, du débit 24, 26 et 28 et de la température 30, 32, 34 et 35. Par ailleurs, le dispositif de commande 36 est apte à piloter le point de fonctionnement du moteur à combustion interne et l’ouverture du volet d’échappement 16. En outre, le dispositif de commande 36 est capable d’estimer la température T2 des gaz d’échappement immédiatement en aval du DOC 8, et ce sans qu’il soit nécessaire d’incorporer un capteur de température à cet endroit.

Pour ce faire, le dispositif de commande 36 est doté des moyens matériels et logiciels pour estimer la température T2 en fonction des mesures des températures Τι, T3, T4, Tp et des débits Qi et Qo. Compte tenu de sa capacité de calcul limitée, le dispositif de commande 36 assimile dans cet exemple de réalisation la partie de la ligne d’échappement 4 située entre le DOC 8 et le SCR-10 à celle d’un tube 38 simple et droit, de manière à ne prendre en compte que les températures T3 et Tp et le débit Qi.

On a représenté sur la figure 2 une représentation schématique des échanges massiques et énergétiques subis par les gaz d’échappement situés dans le tube 38. Sur cette figure, le tube 38 est représenté par un rectangle central, des flèches en trait plein symbolisant les débits massiques de fluide entrant et sortant du tube 38 et des flèches en trait pointillé représentant les débits enthalpiques entrant et sortant du tube 38.

Le débit massique Qm2 des gaz d’échappement sortant du DOC 8 et entrant dans le tube 38 est représenté par la flèche 40. Ces gaz d’échappement traversent le tube 38, puis sortent à un débit massique Qm3 du tube 38 afin de se diriger vers le SCR-10, comme cela est schématiquement représenté sur la figure 2 par la flèche 42.

Le débit d’enthalpie Qh2 des gaz entrant dans le tube 38 est représenté par la flèche 44. Le débit d’enthalpie Qh3 des gaz sortant du tube 38 est représenté par la flèche 46. Le débit d’enthalpie Qhp lié à la perte de chaleur des gaz d’échappement chauds à travers les parois du tube 38 est représenté par la flèche 48.

Les débits d’enthalpie Qh2, Qh3 et Qhp peuvent être déterminés à partir des températures T2, T3 et Tp, selon les relations suivantes :

où :

- Tg représente la température des gaz dans le tube 38, - Cp représente la capacité calorifique à pression constante des gaz d’échappement contenu dans le tube 38, - hi et he correspondent aux coefficients d’échange thermique dépendant respectivement de la paroi interne et de la paroi externe du tube 38, - Si et Se correspondent respectivement à la surface d’échange interne et à la surface d’échange externe du tube 38.

La détermination de la température Tg va se faire par la résolution d’une équation différentielle fondée sur les équations de conservation de la masse et de l’énergie interne des gaz d’échappement traversant le tube 38. Concernant l’équation de la conservation de la masse, d’éventuelles variations de masse entre l’entrée et la sortie du tube 38 peuvent être liées à une injection ou à une évaporation d’urée entre le DOC 8 et le SCR-10.

Avantageusement, afin de faciliter les calculs, on peut négliger ces variations de masse, de sorte que l’on admet l’hypothèse :

Qi ~ Qmi ~ Qm3 L’équation de conservation de l’énergie interne U des gaz d’échappement contenus dans le tube 38 s’écrit :

Par ailleurs, par application de la première loi de Joule, l’expression de l’énergie interne U s’écrit : U = m*Cv*Tg, où : - m représente la masse des gaz d’échappement présent dans le tube 38, et - Cv représente la capacité calorifique à volume constant des gaz d’échappement.

À partir des deux équations de conservation, on peut écrire l’évolution de la température des gaz Tg comme :

De la sorte,

en posant : on obtient l’équation :

Cette équation différentielle ne dépend que de la température Tg des gaz d’échappement dans le tube 38 et du débit d’enthalpie Qh2. Le débit d’enthalpie peut être aisément relié à la température des gaz par la relation simple :

Pour résoudre une telle équation, le dispositif de commande 38 comprend les moyens matériels et logiciels pour résoudre l’équation différentielle par l’utilisation d’un observateur d’état.

On rappelle qu’un observateur d’état, en automatique et en théorie de l’information, est une extension d’un modèle représenté sous forme de représentation d’état. Lorsque l’état d’un système n’est pas mesurable, on conçoit un observateur qui permet de reconstruire l’état à partir d’un modèle du système dynamique et des mesures d’autres états.

Plusieurs observateurs d’état peuvent être utilisés pour la commande des dispositifs de post-traitement des gaz d’échappement d’un moteur à combustion interne.

Au vu de ce qui précède, le système à observer est défini par l’équation différentielle d’état :

où Tg correspond à la température des gaz dans le tube 38 à estimer et QH2 correspond au débit d’enthalpie à estimer. Les termes ui et u2 correspondent aux entrées de l’observateur d’état et seront détaillées par la suite.

Pour estimer précisément la température des gaz Tg dans le tube 38, on peut réaliser plusieurs itérations, consistant chacune à résoudre l’équation différentielle d’état. Au cours de chacune de ces itérations, l’équation différentielle est résolue en considérant des valeurs de référence

, ces valeurs particulières pouvant être alternativement des valeurs d’initialisation prédéterminées, où les solutions de l’équation différentielle d’état résolue au cours de l’itération précédente.

En déterminant la valeur de l’estimation QH2, il est possible de récupérer l’estimation de la température Tg dans le du tube 38. Les entrées de l’observateur d’état ui et U2 doivent être choisies de telle sorte que les erreurs Tg -T et QH2 -QH2 convergent vers zéro.

Ainsi, en faisant converger l’erreur Tg-Tg vers zéro, on parvient à estimer le débit d’enthalpie QH2 de manière précise, puis à estimer précisément la température T La méthode de l’observateur d’état est donc avantageuse en ce qu’elle permet d’estimer la température T2 à partir des seules données Qi, T3 et Tp.

Un moyen avantageux pour déterminer la température des parois Tp est de mesurer la température du circuit d’eau servant à refroidir la paroi de la ligne d’échappement 4.

Par la suite, il est décrit une pluralité d’étapes permettant de résoudre l’équation différentielle d’état par la méthode de l’observateur d’état. De préférence, ces étapes sont mises en œuvre à chaque itération, de manière à actualiser la valeur de l’estimation Tg et de l’estimation QH2 afin de se rapprocher des valeurs réelles.

Une première étape consiste à définir une surface de glissement SI de la température des gaz Tg :

où ki est un coefficient prédéterminé.

Avantageusement, on peut manipuler la fonction de surface de glissement par une fonction candidate de Lyapounov V, définie comme suit :

Le choix d’une fonction candidate de Lyapounov est avantageux en ce qu’il est équivalent de dire que Tg-Tg converge vers zéro et de dire que la fonction dérivée de V est négative. Cette fonction dérivée s’écrit :

Ainsi, afin d’obtenir une dérivée toujours négative, on peut définir ui selon l’égalité suivante :

où hi et h.2 représentent tous les deux une constante )rédéterminée, et γι est une constante définie de telle sorte que

Tg-fg\>Vi\ et η<0.

Avec ce choix de la variable ui, il est possible de reformuler l’équation différentielle : Λ

Une deuxième étape consiste à définir une surface de glissement S2 du débit d’enthalpie des gaz en entrée du tube 38 :

où k3 est un coefficient prédéterminé.

Avantageusement, on manipule la fonction S2 par la même fonction candidate de Lyapounov V. La fonction dérivée s’écrit :

Ainsi, afin d’obtenir une dérivée toujours négative, on fait avantageusement l’hypothèse selon laquelle :

Le terme U2 est défini par l’équation suivante :

où γ2 est une constante négative prédéfinie, I13 étant une constante prédéfinie, 72 étant en outre définie de telle sorte que :

Avec ce choix de la variable U2, il est possible d’écrire l’équation différentielle :

Dans une troisième étape, on estime la température en entrée du tube :

Dans une quatrième étape, on calcule la température de la paroi :

Dans cette relation, Cm correspond à la capacité calorifique du métal constituant la ligne d’échappement 4. Qhp représente l’enthalpie perdue par les gaz vers les parois, pouvant être calculée selon la relation :

où Hi représente un coefficient prédéterminé, par exemple de l’ordre de 3000 W.m"2.K"1/(kg/m3) et Si est la surface intérieure du tube 3 8.

Qext représente l’enthalpie perdue par les parois vers l’extérieur, définie selon :

où he est un coefficient prédéterminé, par exemple de l’ordre de 30 W.m-2.K-1, Se est la surface extérieure du tube 38 et Text est la température d’un fluide en contact avec la surface extérieure, comme par exemple un liquide de refroidissement.

Enfin, M représente la masse métallique de la paroi.

Les paramètres ki, hi, h2, h3, k3, γι et yi peuvent être renseignés à partit d’une cartographie issue de la littérature, ou encore identifiées à partir de mesure par des algorithmes d’optimisation classiques. Un exemple d’algorithme d’optimisation classique est l’algorithme fmincon défini dans le logiciel Matlab® permettant une optimisation des paramètres avec comme critère un moindre carré entre la mesure de la température en entrée du tube 38 et l’estimation par le dispositif de commande 36.

Au vu de ce qui précède, l’invention permet d’estimer la température en un point du dispositif de post-traitement 2 sans y incorporer un capteur de température.

En d’autres termes, l’invention permet de déterminer la température en quatre points différents de la ligne d’échappement avec seulement trois capteurs. Si, dans l’exemple de réalisation qui a été représenté, la température estimée était celle du point immédiatement en aval du catalyseur d’oxydation, on peut bien entendu, sans sortir du cadre de l’invention, disposer les capteurs de température en amont ou en aval d’autres filtres constituant le dispositif de post-traitement des gaz d’échappement et utiliser les données mesurées pour estimer la température en un autre point à proximité de l’un quelconque des filtres, ce point pouvant tout aussi bien être en amont qu’en aval dudit filtre. En particulier, on aurait pu disposer dans cet exemple de réalisation un capteur de température apte à mesurer la température T2 et enlever le capteur de température 32, le dispositif de commande 36 étant capable d’estimer la valeur de la température T3 à partir des mesures des autres capteurs.

Si, dans l’exemple de réalisation qui a été présenté, la température a été estimée en assimilant une portion de la ligne d’échappement à un tube simple et droit, il est possible, sans sortir du cadre de l’invention, d’envisager un dispositif de commande capable d’estimer la température et dans lequel le tube 38 schématisant la partie de la ligne d’échappement 4 située entre le DOC 8 et le SCR-10 est coudé, ou à géométrie complexe, etc., ou encore si ce tube comprend des éléments tels que des mixeurs ou des injecteurs du type de ceux fréquemment rencontrés dans des conduits en amont des SCR.

En évitant l’incorporation d’un capteur de température supplémentaire dans la ligne d’échappement, on réalise des économies substantielles en termes de coût de fabrication du véhicule et on améliore la fiabilité de la commande de la température au sein de la ligne d’échappement. En outre, l’estimation par l’utilisation d’un observateur d’état est avantageuse en ce qu’elle est particulièrement fiable, robuste et peu coûteuse en termes d’occupation des microprocesseurs du calculateur.

The invention relates, in the technical field, to the control of aftertreatment devices for the exhaust gases of an internal combustion engine of a motor vehicle. BACKGROUND OF THE INVENTION

In view of the increasingly demanding standards of depollution, car manufacturers are obliged to design exhaust aftertreatment devices emitted by an internal combustion engine, and more particularly by a diesel engine, more and more advanced. Thus, the aftertreatment devices conventionally comprise an exhaust line, which may be provided with at least one exhaust line filter, chosen from: a nitrogen oxide catalyst, or NOx catalyst, also known to those skilled in the art under the name "NOx-trap", a selective nitrogen oxide catalyst, otherwise known under the name Anglo-Saxon "Selective Catalytic Reduction" or "SCR", - A particulate filter, and - an oxidation catalyst, otherwise known under the name "Diesel Oxydation Catalyst" or "DOC".

These filters make it possible to reduce the concentration of the exhaust gases in different pollutants, such as carbon dioxide, nitrogen oxides and fine particles. Moreover, these filters act on exhaust gas parameters, such as temperature or enthalpy.

However, to function effectively, these filters may require that the exhaust gases be at particular pressure or temperature conditions. For example, a particulate filter requires that the gases at the inlet thereof be at very particular parameters, in particular pressure and temperature, in order to effectively filter the exhaust gas. Thus, a disadvantage caused by the multiplication of the exhaust line filters is that it becomes necessary to have an increasingly fine knowledge of the parameters of the exhaust gases at different points in the exhaust line of the exhaust system. post treatment. In particular, a good knowledge of the temperature of the gases is necessary.

A conventional solution is to incorporate probes to measure these parameters. Thus, in the conventional case of a post-processing device of a diesel engine comprising an exhaust line on which is incorporated an oxidation catalyst (DOC), upstream of a nitrogen oxide catalyst selective (SCR), four temperature measurement probes, immediately immediately upstream of the DOC, immediately downstream of the DOC, immediately upstream of the SCR and immediately downstream of the SCR are incorporated.

The multiplication of temperature sensors to know the parameters of the exhaust gas flowing in the exhaust line, however, has multiple disadvantages in terms of cost, size and reliability of the control.

In view of the foregoing, the object of the invention is to make it possible to improve the speed, reliability and robustness of the control of an aftertreatment device for the exhaust gases of an internal combustion engine. while limiting the number of sensors incorporated in the exhaust line. For this purpose, it is proposed a device for post-treatment of the exhaust gas of an internal combustion engine of a motor vehicle, comprising an exhaust line, an upstream exhaust line filter located on the line of exhaust system, upstream of an exhaust line downstream filter and a control device, the control device comprising a first measurement module of a measured temperature chosen from the temperature of the gases at the outlet of the upstream filter and the temperature of the gas entering the downstream filter, a second gas flow measurement module through the exhaust line, a third measurement module for the temperature of a wall of the exhaust line and a module for determining the an unknown temperature chosen from the temperature of the gases at the outlet of the upstream filter and the temperature of the gases entering the downstream filter, the unknown temperature being distinct from the measured temperature.

According to a general characteristic of this device, the determination module is capable of estimating the unknown temperature by the use of a state observer, as a function, in particular, of the measured temperature, the gas flow rate and the wall temperature. .

Such a control device is particularly advantageous in that it makes it possible to control the post-processing device without the need to incorporate a temperature sensor immediately downstream of the upstream filter. Moreover, it should be noted that several variations concerning the measured and unknown temperatures can be envisaged within the scope of the invention.

According to one embodiment of the invention, the upstream filter is an oxidation catalyst.

In another mode of regulation of the invention, the downstream filter is a selective catalytic reductant.

In another aspect, there is provided a method of controlling an aftertreatment system of the exhaust gas of a motor vehicle internal combustion engine, said aftertreatment system being provided with an exhaust line, an upstream exhaust line filter mounted on the exhaust line upstream of an exhaust line downstream filter, the method comprising at least one iteration during which: - a measured temperature is measured selected from the temperature of the gases at the outlet of the upstream filter and the temperature of the gases entering the downstream filter, the flow of gas through the exhaust line and the temperature of a wall of the exhaust line; an unknown temperature chosen from the temperature of the gases at the outlet of the upstream filter and the temperature of the gases entering the downstream filter, the unknown temperature being distinct from the measured temperature.

According to a general characteristic of this method, the unknown temperature is determined by means of a behavior model of the operating parameters of the exhaust gas aftertreatment system combined with the use of a state observer. , depending in particular on the measured temperature, the gas flow rate and the wall temperature.

As for the control device according to the invention, several variants can be envisaged concerning the measured and unknown temperatures. Thus, according to a first variant, the temperature at the inlet of the downstream filter is measured while the temperature of the gases at the outlet of the upstream filter is estimated. According to a second variant, the temperature at the outlet of the upstream filter is measured while the gas temperature at the inlet of the downstream filter is estimated.

Advantageously, the state observer is of the sliding mode type.

It can further be provided that the state observer is set from the conservation mass equation and / or the energy conservation equation. Preferably, the state observer is set from the two conservation and conservation equations of energy.

In an advantageous embodiment, the state observer is regulated by a system of at least one differential equation whose unknowns are the unknown temperature and the enthalpy of the exhaust gases at the outlet of the upstream filter or at the inlet of the downstream filter.

Preferably, if the unknown temperature is the temperature of the gases at the outlet of the upstream filter, the second difference equation is the enthalpy of the exhaust gas at the outlet of the downstream filter. Otherwise, the second unknown is preferably the enthalpy of the exhaust gas at the inlet of the downstream filter.

It can then be provided that each iteration comprises a first step of defining a sliding surface of the unknown temperature, a second step of defining a sliding surface of the enthalpy of the gases, a third step of determining the temperature. unknown and a fourth step of calculating enthalpic flow rates of the system.

Advantageously, a Liapunov candidate function is used to estimate the slip of the unknown temperature and / or the gas enthalpy shift.

Preferably, input parameters of the state observer are calibrated by an optimization function with the criterion of the least square between the measurement and the estimate. Other objects, features and advantages of the invention will become apparent on reading the following description, given solely by way of nonlimiting example, and with reference to the appended drawings, in which: FIG. 1 schematically represents a device for aftertreatment according to one embodiment of the invention, and - Figure 2 is a block representation of the relationships between the different parameters of the exhaust gas flowing in the exhaust line of the after-treatment device of Figure 1.

Referring to Figure 1, there is shown schematically a post-processing device 2 according to an exemplary embodiment of the invention, comprising an exhaust line 4 in which exhaust gas from a combustion engine internal (not shown). The flow direction of the exhaust gas is represented in FIG. 1 by arrows 6. In this embodiment, the internal combustion engine is a diesel engine. However, it is not beyond the scope of the invention using another type of internal combustion engine, such as a gasoline engine.

In order to reduce the concentration of the exhaust gases in various pollutants, a plurality of filters is incorporated in the exhaust line 4. In this embodiment, the after-treatment device 2 comprises, arranged on the exhaust line 4 in this order, an oxidation catalyst 8, hereinafter DOC denoted, a first selective nitrogen oxide catalyst 10, hereinafter referred to as SCR-10 and a second selective nitrogen oxide catalyst 12, hereinafter referred to as SCR-12. In addition, the exhaust line 4 comprises a branch 14 of an exhaust gas recirculation circuit or EGR circuit (not shown) and an exhaust flap 16.

In order to allow effective depollution of the exhaust gases, the post-processing device 2 comprises a plurality of sensors, among which: a first exhaust gas concentration sensor made of nitrogen oxides 18, situated upstream of the DOC 8, - a second nitrogen oxides concentration sensor 20, located downstream of SCR-12, - an ammonia exhaust gas concentration sensor 22 located downstream of SCR-12, - three means 24, 26 and 28 respectively capable of measuring the mass flow rate Qi flowing in the exhaust line 4, upstream of the DOC 8, the mass flow rate Qegr flowing in the branch 14 and the mass flow rate Qo flowing in the line 4, downstream of the SCR-12, three temperature sensors 30, 32 and 34, respectively able to measure the temperature of the exhaust gas immediately upstream of the DOC 8, the temperature T3 immediately upstream of the SCR -10 and the immediate temperature T4 downstream of the SCR-10, and a temperature sensor 35, able to measure the temperature Tp of the wall of the exhaust line 4.

In addition, the post-processing device 2 comprises a control device 36. The control device 36 is able to collect the signals delivered by the means for measuring the concentration of nitrogen oxides 18 and 20, the concentration of ammonia 22, flow 24, 26 and 28 and temperature 30, 32, 34 and 35. Furthermore, the control device 36 is able to control the operating point of the internal combustion engine and the opening of the shutter In addition, the control device 36 is capable of estimating the temperature T2 of the exhaust gases immediately downstream of the DOC 8, without it being necessary to incorporate a temperature sensor at this point. .

For this purpose, the control device 36 is provided with hardware and software means for estimating the temperature T2 as a function of the measurements of the temperatures Τι, T3, T4, Tp and flow rates Qi and Qo. Given its limited computing capacity, the control device 36 assimilates in this embodiment the part of the exhaust line 4 located between the DOC 8 and the SCR-10 to that of a simple and straight tube 38, so as to take into account only the temperatures T3 and Tp and the flow Qi.

FIG. 2 shows a schematic representation of the mass and energy exchanges undergone by the exhaust gases situated in the tube 38. In this figure, the tube 38 is represented by a central rectangle, arrows in solid lines symbolizing the flow rates mass of fluid entering and leaving the tube 38 and dashed arrows representing the enthalpic flows entering and leaving the tube 38.

The mass flow Qm2 of the exhaust gas exiting the DOC 8 and entering the tube 38 is represented by the arrow 40. These exhaust gases pass through the tube 38, then exit at a mass flow rate Qm3 of the tube 38 in order to move towards the SCR-10, as is schematically represented in FIG. 2 by the arrow 42.

The enthalpy flow rate Qh2 of the gases entering the tube 38 is represented by the arrow 44. The enthalpy flow rate Qh3 of the gases leaving the tube 38 is represented by the arrow 46. The enthalpy flow rate Qhp linked to the loss of heat of the hot exhaust gases through the walls of the tube 38 is represented by the arrow 48.

The enthalpy flow rates Qh2, Qh3 and Qhp can be determined from the temperatures T2, T3 and Tp, according to the following relationships:

or :

- Tg represents the temperature of the gases in the tube 38, - Cp represents the heat capacity at constant pressure of the exhaust gas contained in the tube 38, - hi and he correspond to the heat exchange coefficients depending respectively on the inner wall and of the outer wall of the tube 38, - Si and Se respectively correspond to the internal exchange surface and to the external exchange surface of the tube 38.

The determination of the temperature Tg will be done by solving a differential equation based on the conservation equations for the mass and the internal energy of the exhaust gas passing through the tube 38. Concerning the equation of the conservation of mass, any mass variations between the inlet and the outlet of the tube 38 may be related to injection or evaporation of urea between the DOC 8 and the SCR-10.

Advantageously, in order to facilitate the calculations, one can neglect these mass variations, so that one accepts the hypothesis:

Qi ~ Qmi ~ Qm3 The conservation equation of the internal energy U of the exhaust gases contained in the tube 38 is written:

Moreover, by application of the first law of Joule, the expression of the internal energy U is written: U = m * Cv * Tg, where: - m represents the mass of the exhaust gases present in the tube 38 , and - Cv represents the constant volume heat capacity of the exhaust gases.

From the two conservation equations, we can write the evolution of the temperature of the gases Tg as:

In this way,

by asking: we get the equation:

This differential equation depends only on the temperature Tg of the exhaust gas in the tube 38 and the enthalpy flow rate Qh2. The enthalpy flow can be easily connected to the gas temperature by the simple relation:

To solve such an equation, the controller 38 comprises the hardware and software means for solving the differential equation by using a state observer.

It is recalled that a state observer, in automatic and in information theory, is an extension of a model represented as a state representation. When the state of a system is not measurable, we design an observer that allows to reconstruct the state from a model of the dynamic system and measurements of other states.

Several state observers can be used for the control of the aftertreatment devices of the exhaust gases of an internal combustion engine.

In view of the above, the system to be observed is defined by the differential equation of state:

where Tg corresponds to the temperature of the gases in the tube 38 to be estimated and QH2 corresponds to the enthalpy flow rate to be estimated. The terms ui and u2 correspond to the state observer inputs and will be detailed later.

To precisely estimate the temperature of the gases Tg in the tube 38, it is possible to carry out several iterations, each of which consists in solving the differential equation of state. During each of these iterations, the differential equation is solved by considering reference values

, these particular values being alternatively predetermined initialization values, where the solutions of the differential equation of state resolved during the previous iteration.

By determining the value of the estimate QH2, it is possible to recover the estimate of the temperature Tg in the tube 38. The inputs of the state observer ui and U2 must be chosen so that the errors Tg -T and QH2 -QH2 converge to zero.

Thus, by converging the error Tg-Tg to zero, it is possible to estimate the enthalpy flow rate QH2 precisely, and then to estimate the temperature T accurately. The state observer method is therefore advantageous in that it allows to estimate the temperature T2 from the only data Qi, T3 and Tp.

An advantageous way to determine the temperature of the walls Tp is to measure the temperature of the water circuit for cooling the wall of the exhaust line 4.

Subsequently, there is described a plurality of steps for solving the differential state equation by the state observer method. Preferably, these steps are implemented at each iteration, so as to update the value of the estimate Tg and estimate QH2 in order to approximate the real values.

A first step consists in defining a sliding surface SI of the temperature of the gases Tg:

where ki is a predetermined coefficient.

Advantageously, the sliding surface function can be manipulated by a candidate function of Lyapunov V, defined as follows:

The choice of a Lyapounov candidate function is advantageous in that it is equivalent to say that Tg-Tg converges to zero and to say that the function derived from V is negative. This derived function is written:

Thus, in order to obtain a derivative always negative, one can define ui according to the following equality:

where hi and h.2 both represent a definite constant, and γι is a constant defined so that

Tg-fg \> Vi \ and η <0.

With this choice of the variable ui, it is possible to reformulate the differential equation: Λ

A second step consists in defining a sliding surface S2 of the enthalpy flow rate of the gases entering the tube 38:

where k3 is a predetermined coefficient.

Advantageously, the function S2 is manipulated by the same candidate function of Lyapunov V. The derived function is written as follows:

Thus, in order to obtain a derivative which is always negative, it is advantageously assumed that:

The term U2 is defined by the following equation:

where γ2 is a predefined negative constant, I13 being a predefined constant, 72 being further defined such that:

With this choice of the variable U2, it is possible to write the differential equation:

In a third step, the temperature at the inlet of the tube is estimated:

In a fourth step, the temperature of the wall is calculated:

In this relation, Cm corresponds to the heat capacity of the metal constituting the exhaust line 4. Qhp represents the enthalpy lost by the gases towards the walls, which can be calculated according to the relation:

where Hi represents a predetermined coefficient, for example of the order of 3000 Wm "2.K" 1 / (kg / m3) and Si is the inner surface of the tube 38.

Qext represents the enthalpy lost by the walls to the outside, defined according to:

where he is a predetermined coefficient, for example of the order of 30 Wm-2.K-1, Se is the outer surface of the tube 38 and Text is the temperature of a fluid in contact with the outer surface, for example a coolant.

Finally, M represents the metal mass of the wall.

The parameters ki, hi, h2, h3, k3, γι and yi can be informed from a cartography resulting from the literature, or else identified from measurement by conventional optimization algorithms. An example of a conventional optimization algorithm is the fmincon algorithm defined in the Matlab® software allowing an optimization of the parameters with the criterion of a smaller square between the measurement of the temperature at the inlet of the tube 38 and the estimation by the device of order 36.

In view of the foregoing, the invention makes it possible to estimate the temperature at a point of the post-processing device 2 without incorporating a temperature sensor therein.

In other words, the invention makes it possible to determine the temperature at four different points of the exhaust line with only three sensors. If, in the exemplary embodiment which has been shown, the estimated temperature was that of the point immediately downstream of the oxidation catalyst, it is of course possible, without departing from the scope of the invention, to arrange the temperature sensors upstream. or downstream of other filters constituting the aftertreatment device of the exhaust gas and use the measured data to estimate the temperature at another point near any of the filters, this point may just as easily be upstream than downstream of said filter. In particular, it would have been possible in this embodiment to have a temperature sensor capable of measuring the temperature T2 and to remove the temperature sensor 32, the control device 36 being able to estimate the value of the temperature T3 from the measurements other sensors.

If, in the exemplary embodiment which has been presented, the temperature has been estimated by assimilating a portion of the exhaust line to a simple and straight tube, it is possible, without departing from the scope of the invention, to consider a control device capable of estimating the temperature and wherein the tube 38 schematizing the part of the exhaust line 4 located between the DOC 8 and the SCR-10 is bent, or with complex geometry, etc., or if this tube comprises elements such as mixers or injectors of the type of those frequently encountered in ducts upstream of the SCRs.

By avoiding the incorporation of an additional temperature sensor in the exhaust line, substantial savings are realized in terms of the cost of manufacturing the vehicle and the reliability of the temperature control within the transmission line is improved. exhaust. In addition, the estimation by the use of a state observer is advantageous in that it is particularly reliable, robust and inexpensive in terms of the occupation of the microprocessors of the computer.

Claims (10)

REVENDICATIONS 1. Dispositif de post-traitement (2) des gaz d’échappement d’un moteur à combustion interne de véhicule automobile, comprenant une ligne d’échappement (4), un filtre amont (8) de ligne d’échappement situé sur la ligne d’échappement (4), en amont d’un filtre aval (10) de ligne d’échappement et un dispositif de commande (36), le dispositif de commande (36) comportant un premier module de mesure (32) d’une température mesurée (T3) choisie parmi la température des gaz en sortie du filtre amont (8) et la température des gaz en entrée du filtre aval (10), un second module de mesure (24) du débit de gaz (Qi) à travers la ligne d’échappement (4), un troisième module de mesure (35) de la température (Tp) d’une paroi de la ligne d’échappement (4) ainsi qu’un module de détermination (36) d’une température inconnue (T2) choisie parmi la température des gaz en sortie du filtre amont (8) et la température des gaz en entrée du filtre aval (10) et distincte de la température mesurée (T3), caractérisé en ce que le module de détermination (36) est capable d’estimer ladite température inconnue (T2) par l’utilisation d’un observateur d’état, en fonction notamment de la température mesurée (T3), du débit de gaz (Qi) et de la température de paroi (Tp).1. A device for the aftertreatment (2) of the exhaust gases of an internal combustion engine of a motor vehicle, comprising an exhaust line (4), an upstream exhaust line filter (8) located on the exhaust line (4), upstream of an exhaust line downstream filter (10) and a control device (36), the control device (36) having a first measurement module (32) of a measured temperature (T3) chosen from the temperature of the gases at the outlet of the upstream filter (8) and the temperature of the gases at the inlet of the downstream filter (10), a second measurement module (24) of the gas flow (Qi) at through the exhaust line (4), a third measurement module (35) of the temperature (Tp) of a wall of the exhaust line (4) and a determination module (36) of a unknown temperature (T2) chosen from the temperature of the gases at the outlet of the upstream filter (8) and the temperature of the gases at the inlet of the downstream filter (10) and distal incte of the measured temperature (T3), characterized in that the determination module (36) is capable of estimating said unknown temperature (T2) by the use of a state observer, depending in particular on the measured temperature (T3), the gas flow (Qi) and the wall temperature (Tp). 2. Système de post-traitement (2) selon la revendication 1, dans lequel le filtre amont (8) est un catalyseur d’oxydation.The post-treatment system (2) of claim 1, wherein the upstream filter (8) is an oxidation catalyst. 3. Système de post-traitement (2) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le filtre aval (10) est un réducteur catalytique sélectif.The post-treatment system (2) according to claim 1 or 2, wherein the downstream filter (10) is a selective catalytic reductant. 4. Procédé de commande d’un système de post-traitement (2) des gaz d’échappement d’un moteur à combustion interne de véhicule automobile, ledit système de post-traitement (2) étant doté d’une ligne d’échappement (4), d’un filtre amont (8) de ligne d’échappement monté, sur la ligne d’échappement (4), en amont d’un filtre aval (10) de ligne d’échappement, le procédé comprenant au moins une itération au cours de laquelle : on mesure une température mesurée (T3) choisie parmi la température des gaz en sortie du filtre amont (8) et la température des gaz en entrée du filtre aval (10), le débit de gaz (Qi) à travers la ligne d’échappement (4) et la température (Tp) d’une paroi de la ligne d’échappement (4), on détermine une température inconnue (T2) choisie parmi la température des gaz en sortie du filtre amont (8) et la température des gaz en entrée du filtre aval (10), la température inconnue (T2) étant distincte de la température mesurée (T3), ledit procédé étant caractérisé par le fait que la température inconnue (T2) est déterminée par l’intermédiaire d’un modèle de comportement des paramètres de fonctionnement du système de posttraitement (2) des gaz d’échappement combiné à l’utilisation d’un observateur d’état, en fonction notamment de la température mesurée (T3), du débit de gaz (Qi) et de la température de paroi (Tp).4. A method of controlling an aftertreatment system (2) of the exhaust gas of a motor vehicle internal combustion engine, said post-processing system (2) being provided with an exhaust line (4), an upstream exhaust line filter (8) mounted on the exhaust line (4), upstream of an exhaust line downstream filter (10), the method comprising at least an iteration during which: a measured temperature (T3) is measured, selected from the temperature of the gases at the outlet of the upstream filter (8) and the temperature of the gases at the inlet of the downstream filter (10), the gas flow rate (Qi) through the exhaust line (4) and the temperature (Tp) of a wall of the exhaust line (4), an unknown temperature (T2) selected from the temperature of the gases at the outlet of the upstream filter ( 8) and the inlet gas temperature of the downstream filter (10), the unknown temperature (T2) being distinct from the temperature e measured (T3), said method being characterized in that the unknown temperature (T2) is determined by means of a behavior model of the operating parameters of the aftertreatment system (2) of the exhaust gas combined with the use of a state observer, in particular according to the measured temperature (T3), the gas flow rate (Qi) and the wall temperature (Tp). 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel l’observateur d’état est du type à mode glissant.The method of claim 4, wherein the state observer is of the sliding mode type. 6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, dans lequel l’observateur est réglé à partir de l’équation de conservation de la masse et/ou l’équation de conservation de l’énergie.The method of claim 4 or 5, wherein the observer is set from the conservation mass equation and / or the energy conservation equation. 7. Procédé selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel l’observateur d’état est réglé par un système d’au moins une équation différentielle dont les inconnues sont la température inconnue (T2) et l’enthalpie (Qh2) des gaz d’échappement en sortie du filtre amont ou en entrée du filtre aval.7. A method according to any one of claims 4 to 6, wherein the state observer is set by a system of at least one differential equation whose unknowns are the unknown temperature (T2) and the enthalpy (Qh2). ) exhaust gas at the outlet of the upstream filter or at the input of the downstream filter. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel chaque itération comprend une première étape de définition d’une surface de glissement (Si) de la température inconnue (T2), une deuxième étape de définition d’une surface de glissement (S2) de l’enthalpie (Qh2) des gaz, une troisième étape de détermination de la température inconnue (T2) et une quatrième étape de calcul des débits d’enthalpies du système.8. The method of claim 7, wherein each iteration comprises a first step of defining a sliding surface (Si) of the unknown temperature (T2), a second step of defining a sliding surface (S2) of the enthalpy (Qh2) of the gases, a third step of determining the unknown temperature (T2) and a fourth step of calculating the enthalpy flows of the system. 9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, dans lequel on utilise une fonction candidate de Liapounov pour estimer le glissement (Si) de la température inconnue (T2) et/ou le glissement (S2) de l’enthalpie (Qh2) des gaz.9. The method according to claim 7 or 8, wherein a Liapunov candidate function is used to estimate the slip (Si) of the unknown temperature (T2) and / or the slip (S2) of the enthalpy (Qh2) of the gases. . 10. Procédé selon l’une quelconque des revendications 4 à 9, dans lequel on calibre des paramètres d’entrée (kl, hl, h2, h3, k3, γΐ, γ2) de l’observateur d’état par une fonction d’optimisation avec le critère du moindre carré entre la mesure et l’estimation.10. Method according to any one of claims 4 to 9, wherein one caliber input parameters (kl, hl, h2, h3, k3, γΐ, γ2) of the state observer by a function of optimization with the criterion of the least square between measurement and estimation.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040030485A1 (en) * 2002-08-08 2004-02-12 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Apparatus for and method of controlling air-fuel ratio of internal combustion engine, and recording medium storing program for controlling air-fuel ratio of internal combustion engine
JP2005325743A (en) * 2004-05-13 2005-11-24 Nissan Motor Co Ltd Device and method for estimating catalyst temperature or gas temperature in vicinity of catalyst
US20110271656A1 (en) * 2010-05-04 2011-11-10 Gm Global Technology Operations, Inc. Control system and method for preventing hydrocarbon slip during particulate matter filter regeneration
GB2517376A (en) * 2012-05-22 2015-02-18 Toyota Motor Co Ltd Exhaust emission purification device for internal combustion engine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040030485A1 (en) * 2002-08-08 2004-02-12 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Apparatus for and method of controlling air-fuel ratio of internal combustion engine, and recording medium storing program for controlling air-fuel ratio of internal combustion engine
JP2005325743A (en) * 2004-05-13 2005-11-24 Nissan Motor Co Ltd Device and method for estimating catalyst temperature or gas temperature in vicinity of catalyst
US20110271656A1 (en) * 2010-05-04 2011-11-10 Gm Global Technology Operations, Inc. Control system and method for preventing hydrocarbon slip during particulate matter filter regeneration
GB2517376A (en) * 2012-05-22 2015-02-18 Toyota Motor Co Ltd Exhaust emission purification device for internal combustion engine

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BRIEN FULTON ET AL: "Exhaust Manifold Temperature Observer Model", SAE TECHNICAL PAPER SERIES, vol. 1, 1 April 2014 (2014-04-01), US, XP055292303, ISSN: 0148-7191, DOI: 10.4271/2014-01-1155 *
HYOMIN JIN ET AL: "Sliding Sector Mode Control with Linear Parameter Varying Diesel Engine Model", SAE TECHNICAL PAPER SERIES, vol. 1, 12 April 2011 (2011-04-12), US, XP055292175, ISSN: 0148-7191, DOI: 10.4271/2011-01-0696 *
MARIA ADELINA RIVAS CAICEDO ET AL: "Energy Wall Losses Estimation of a Gasoline Engine Using a Sliding Mode Observer", SAE TECHNICAL PAPER SERIES, vol. 1, 16 April 2012 (2012-04-16), US, XP055292208, ISSN: 0148-7191, DOI: 10.4271/2012-01-0674 *
STEFAN HELLER ET AL: "Analysis and Modeling of Heat Transfer in the SI Engine Exhaust System During Warm-Up", SAE TECHNICAL PAPER SERIES, vol. 2007-01-1092, 16 April 2007 (2007-04-16), pages 776 - 4841, XP055292289 *

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