Brevet FR2895016A1 — publié le 20070622

La presente invention concerne un systeme de commande du declenchement d'une purge de moyens de depollution comportant des moyens formant piege a NOx, integres dans une ligne d'echappement d'un moteur de vehicule automobile. Plus particulierement, ce systeme de commande se rapporte au declenchement d'une purge de tels moyens par basculement du fonctionnement du moteur entre des modes pauvre normal et riche de purge, qui comporte des moyens formant controleur de purge de pilotage du basculement du fonctionnement du moteur entre ces modes pauvre et riche pour declencher ou non une purge sous la commande de moyens formant superviseur de purge de decision de declenchement ou non de la purge. On sait en effet qu'une reduction significative des NOx emis par un moteur par exemple Diesel de vehicule automobile, a ('aide d'un catalyseur de type piege a NOx, peut titre obtenue en post-traitement par utilisation de tels moyens de depollution. Le principe de fonctionnement d'un tel catalyseur est de permettre un stockage des NOx dans le catalyseur par formation de complexes stables de type Ba(NO3)2. Ce stockage des NOx a lieu lors du fonctionnement normal du moteur, par exemple Diesel, en melange pauvre, c'est-a-dire en exces d'oxygene. Lors- que le catalyseur est sature en NOx, it est necessaire de le purger afin de relacher et reduire les NOx stockes dans le piege. Ceci peut titre realise par exemple en basculant le fonctionnement du moteur en mode de combustion riche, c'est-adire en exces de carburant. De fawn typique, I'efficacite de stockage d'un tel piege decroit a me- sure que celui-ci se remplit en NOx. II est par consequent possible d'obtenir une conversion NOx differente selon I'espacement entre les purges et la duree de ces purges. De meme, la quantite de NOx stockable dans le piege n'est pas une constante, car elle depend de la temperature du catalyseur et donc de la tempe- rature des gaz d'echappement. Une meme sequence alternant des modes de fonctionnement pauvre et riche, par exemple 100s en pauvre et 5s en riche, conduit a une conversion differente selon la temperature a laquelle la sequence est operee. 2 Enfin, la reduction des NOx qui necessite un passage du moteur en mode de combustion riche entraine une augmentation de la consommation ainsi qu'une augmentation de la dilution de gazole dans le lubrifiant du moteur en raison notamment de ('utilisation de post-injections. II est donc necessaire de connaltre et de controler la surconsommation du moteur engendree par le fonctionnement du piege a NOx. L'optimisation de la conversion des NOx dans un piege a NOx dolt donc prendre en compte un grand nombre de parametres (parametres moteur, grandeurs physiques, etc..). Le choix du declenchement et de I'arret des purges est donc determinant de la performance du systeme de post-traitement, conversion NOx atteinte, surconsommation associee et penalite pour les autres pol-Iuants. L'application d'un piege a NOx sur un vehicule par exemple Diesel, necessite donc des strategies permettant la gestion autonome des purges. Ces strategies doivent etre definies de fawn a optimiser les differentes prestations attendues du systeme (conversion NOx, surconsommation, etc..). En pratique, ces strategies sont implantees dans un calculateur de controle moteur et elles ont pour but de piloter le fonctionnement du catalyseur en interaction avec le reste des strategies de controle de ce moteur. A cet effet, ('invention a pour objet un systeme de commande du declenchement d'une purge de moyens de depollution comportant des moyens formant piege a NOx, integres dans une ligne d'echappement d'un moteur de vehicule automobile, par basculement du fonctionnement de celui-ci entre des modes pauvre normal et riche de purge, du type comportant des moyens formant contro- leur de purge de pilotage du basculement du fonctionnement du moteur entre ces modes pauvre et riche, pour declencher ou non une purge, sous la commande de moyens formant superviseur de purge de decision de declenchement ou non de la purge, caracterise en ce que les moyens formant superviseur de purge sont raccordes a des moyens d'estimation d'une surconsommation anticipee en car- burant du moteur en cas de declenchement d'une purge pour valider ou inhiber le declenchement d'une purge selon que cette surconsommation anticipee estimee est inferieure ou superieure a une valeur de surconsommation autorisee. Suivant d'autres caracteristiques de ('invention : 3 - les moyens d'estimation de la surconsommation anticipee comprennent des moyens d'estimation des consommations du moteur en mode riche de purge et en mode pauvre normal, a partir des parametres courants de fonctionnement du moteur, pour determiner la surconsommation anticipee ; - les moyens d'estimation des consommations comprennent des moyens d'estimation de celles-ci a partir d'une estimation de dui-6e de purge, d'une estimation du regime de rotation du moteur et d'estimations de quantites de carburant injecte dans le moteur en modes pauvre et riche ; - it comporte des moyens d'estimation de la duree de purge a partir de moyens d'estimation de la quantite de NOx presente dans les moyens formant piege a NOx, de la temperature de ce piege a NOx et de la quantite de gaz traversant ce piege ; et - Ia surconsommation anticipee en carburant est moyennee sur un temps calibrable. L'invention sera mieux comprise a la lecture de la description qui va suivre, donnee uniquement a titre d'exemple et faite en se referant aux dessins annexes, sur lesquels : - Ia Fig.1 represente un schema synoptique illustrant la structure et le fonctionnement d'un module de superviseur deNox integre dans un calculateur 20 de controle moteur ; - la Fig.2 represente un schema synoptique illustrant la structure et le fonctionnement de moyens d'estimation de surconsommation integres dans un systeme selon ('invention ; - Ia Fig.3 represente des courbes illustrant une surconsommation anti-25 cipee sur un cycle MVEG ; et - les Fig.4 et 5 representent des courbes illustrant le positionnement des purges pour deux seuils de surconsommation autorises. On a en effet illustre sur la figure 1, un schema synoptique illustrant ('integration d'un systeme de commande du declenchement d'une purge de 30 moyens de depollution comportant des moyens formant piege a NOx, integres dans une Iigne d'echappement d'un moteur, par exemple Diesel, de vehicule automobile. En fait, une telle purge est declenchee par basculement du fonctionnement du moteur entre des modes pauvre normal et riche de purge, sous le 4 controle de moyens formant controleur de purge de pilotage de ce basculement du fonctionnement de ce moteur entre ces modes pauvre et riche, pour declencher ou non une purge. Ce controleur deNOx est designe par la reference generate 1 sur cette figure 1 et est commande par des moyens formant superviseur de purge de decision de declenchement ou non de la purge, ce superviseur deNOx etant designe par la reference generate 2. En fait, ce superviseur est retie a un certain nombre de modeles, tels que par exemple un modele de temperature designe par la reference generate 3, un modele d'emission de NOx designe par la reference generate 4, un modele de piege a NOx 5 et un modele de surconsommation designe par la reference gene-rate 6. Ainsi, le systeme selon I'invention permet de maltriser la strategie de gestion et de controle de la surconsommation Iiee aux purges du piege a NOx 15 par passage en mode de fonctionnement riche du moteur. Ce systeme intervient alors dans la decision du superviseur deNOx de lancer ou non une purge deNOx. La decision deNOx s'appuie sur des parametres moteur mesures ainsi que sur differentes grandeurs physiques modetisees telles que par exemple delivrees par les modeles 3, 4, 5 et 6, de temperature, 20 d'emission de NOx, de piege a NOx et de consommation respectivement. De fawn typique, une purge en mode de fonctionnement riche est decidee lorsque cela devient necessaire comme par exemple lorsque la masse de NOx stockee dans le piege a NOx atteint un seuil predetermine et que cela est possible lorsque par exemple la temperature depasse un seuil determine. La de- 25 cision de lancer une purge est ensuite transmise au controleur deNOx designe par la reference generate 1, charge de realiser la purge en modifiant par exemple les parametres de fonctionnement du moteur pour passer en mode de combustion riche. Comme cela a ete indique precedemment, les purges en riche engen- 30 drent une surconsommation ponctuelle ainsi qu'une augmentation de la dilution de gazole dans I'huile de lubrification du moteur. La decision de lancer une purge doit donc tenir compte de cette contrainte moteur. Le modele de surconsomma- tion designe par la reference generate 6 sur cette figure 1 transmet au supervi- seur deNOx une autorisation ou non de purger et se decoupe en deux sous mo- dules, a savoir un modele de surconsommation anticipee designe par la reference generale 7, dont le but est de determiner a chaque instant la surconsommation que genererait une purge si elle etait effectuee a cet instant. L'autre module est un module de type de roulage designs par la reference generale 8, qui 5 determine les conditions de roulage presentes et passees du vehicule et y associe une consommation autorisee. Ensuite, si la surconsommation anticipee determinee par le modele de surconsommation anticipee 7 est inferieure a la surconsommation autorisee, une autorisation de purge est transmise au superviseur deNOX 2. La figure 2 illustre le schema synoptique d'un exemple de realisation du modele de surconsommation. En fait, le calcul de surconsommation anticipee est base sur deux moyens specifiques, a savoir des moyens d'estimation de la duree de purge designes par la reference generale 10, et des moyens d'estimation de la sur- consommation anticipee designes par la reference generale 11. Les moyens d'estimation de la duree de purge recoivent en entree un certain nombre d'informations issues par exemple des modeles decrits precedemment et permettant de delivrer a ces moyens, differentes grandeurs physiques dont depend la duree de purge et notamment la masse de NOx stockee dans le piege, la temperature du catalyseur piege a NOx qui determine la vitesse de reduction des NOx stockes, la vitesse des gaz, la richesse des gaz, etc... En pratique, une cartographie dependant du debit d'air en mode riche determinee par une cartographie dependant du point de fonctionnement du moteur et de la temperature du catalyseur NOx estimee dans le modele temperature decrit precedemment, determine un debit de purge en g/s, c'est-a-dire la quantite de NOx stockee dans le catalyseur et reduite par les gaz par seconde. Ce debit de purge est ensuite multiplie par la masse de NOx stockee dans le catalyseur estimee dans le modele de piege a NOx, ce qui donne une duree de purge estimee. La mise au point de ce module necessite donc la calibration de plusieurs cartographies, et en particulier une cartographie de debit d'air en mode de fonctionnement riche qui est une cartographie specifique au moteur considers et qui correspond au debit d'air mesure en riche Tors de la calibration du moteur et une cartographie de debit de purge qui est une cartographie calibree par des es- sais sur bane de gaz synthetique. La vitesse de reduction est ainsi mesuree pour differentes temperatures et debit de gaz et elle est specifique de la technologie piege a NOx consider-6e, c'est-a-dire en fait de la formulation du piege a NOx. Cette information de dui-6e de purge est ensuite transmise a des moyens de calcul de la surconsommation anticipee. Cette surconsommation anticipee c'est-a-dire la surconsommation que I'on obtiendrait par la purge si on I'effectuait a cet instant et dans ces conditions est determinee par la relation : Surconso % = conso si purge ù conso si pas purge / conso si pas 10 purge. La surconsommation anticipee est moyennee sur un temps calibrable. De fagon typique, on determine la surconsommation moyenne sur une periode de temps par exemple de X minutes passees que genererait une purge si on I'effectuait a cet instant. 15 Pour cela, la consommation si purge est determinee en cumulant la quantite de carburant injectee pendant les X minutes passees et en ajoutant la quantite de carburant que I'on injecterait en riche pendant la duree de la purge. En pratique, la quantite de carburant pendant les X minutes est issue d'une integration des valeurs de consommations instantanees lues dans une table de 20 consommation de fonctionnement en mode pauvre et la quantite de carburant que I'on injecterait est la multiplication du temps estime de purge par la valeur instantanee de la consommation lue dans une cartographie de consommation en mode riche. La consommation si pas de purge est determinee en cumulant la 25 quantite de carburant injectee pendant Ies X minutes passees et en ajoutant la quantite de carburant que I'on injecterait en mode pauvre de fonctionnement pendant la duree de purge. La consommation en modes de fonctionnement riche et pauvre est determinee par cartographie du regime et du debit de carburant injects. Ces carto- 30 graphies sont specifiques au moteur considers et sont determinees Tors de la calibration du moteur. Ainsi, a chaque instant, it est possible de connaitre la surconsommation qu'engendrerait une purge si elle etait realisee dans les conditions presentes 7 de roulage. Cette surconsommation anticipee est comme cela a ete indique precedemment, moyennee sur un temps calibrable. Un tel systeme a ete implante pour des essais sur un moteur de vehicule Diesel et a titre d'exemple, ('evolution de la valeur de surconsommation anti- cipee, calculee a chaque instant par la strategie, est tracee sur le cycle MVEG illustre sur la figure 3. Ainsi, au demarrage du cycle, le piege est faiblement charge en NOx, Ia surconsommation anticipee pour purger cette faible quantite reste donc limitee. Elie augmente progressivement jusqu'a 6 a 8% au fur et a mesure que le piege se charge en NOx. Sur la partie urbaine du cycle, de 200 a 800s, la temperature du piege a NOx est relativement faible, car les gaz d'echappement sont froids, le debit de purge est donc faible, ce qui se traduit par une surconsommation anticipee relativement elevee. Au dela de 800s, sur la partie extra urbaine du cycle, la temperature 15 des gaz d'echappement est plus elevee et la surconsommation anticipee baisse donc jusqu'a 4%. Comme cela est illustre sur les figures 4 et 5, la strategie de surconsommation anticipee permet d'espacer au maximum les purges en respectant la surconsommation que I'on s'autorise. Ainsi, la strategie permet d'assurer que 20 I'on obtient la conversion NOx la plus elevee pour la surconsommation que I'on se fixe. L'interet majeur est donc de baser le controle de la surconsommation sur le declenchement de la purge et non sur I'arret de celle-ci. Pour cela, un calcul d'une surconsommation anticipee est mis en place et permet de prendre la 25 decision de lancer une purge en anticipant son cout en terme de surconsommation. La strategie permet de fixer des seuils de surconsommation que I'on auto-rise et de s'assurer que pour cette penalite en consommation, la conversion NOx maximale est obtenue. Bien entendu, differents modes de realisation encore peuvent etre en- 30 visages. REVENDICATIONS 1. Systeme de commande du declenchement d'une purge de moyens de depollution comportant des moyens formant piege a NOx, integres dans une ligne d'echappement d'un moteur de vehicule automobile, par basculement du fonctionnement de celui-ci entre des modes pauvre normal et riche de purge, du type comportant des moyens (1) formant controleur de purge de pilotage du basculement du fonctionnement du moteur entre ces modes pauvre et riche, pour declencher ou non une purge, sous la commande de moyens (2) formant superviseur de purge de decision de declenchement ou non de la purge, caracterise en ce que les moyens (2) formant superviseur de purge sont raccordes a des moyens d'estimation (6,7) d'une surconsommation anticipee en carburant du moteur en cas de declenchement d'une purge pour valider ou inhiber le declenchement d'une purge selon que cette surconsommation anticipee estimee est inferieure ou superieure a une valeur de surconsommation autorisee. 2. Systeme selon la revendication 1, caracterise en ce que les moyens (6,7) d'estimation de la surconsommation anticipee comprennent des moyens d'estimation des consommations du moteur en mode riche de purge et en mode pauvre normal, a partir des parametres courants de fonctionnement du moteur, pour determiner la surconsommation anticipee. 3. Systeme selon la revendication 2, caracterise en ce que les moyens d'estimation des consommations comprennent des moyens (10,11) d'estimation de celles-ci a partir d'une estimation de duree de purge, d'une estimation du regime de rotation du moteur et d'estimations de quantites de carburant injecte dans le moteur en modes pauvre et riche. 4. Systeme selon la revendication 3, caracterise en ce qu'il comporte des moyens d'estimation (10) de la dui-6e de purge a partir de moyens d'estimation de la quantite de NOx presente dans les moyens formant piege a NOx, de la temperature de ce piege a NOx et de la quantite de gaz traversant ce piege. 5. Systeme selon rune quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce que la surconsommation anticipee en carburant est moyennee sur un temps calibrable.