Brevet FR3034812A1 — publié le 20161014

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé pour déterminer les oxydes d'azote dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. L'invention se rapporte également à un appareil de commande et/ou de régulation d'un moteur à combustion interne ainsi qu'un programme d'ordinateur pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. Etat de la technique Le fonctionnement de moteurs thermiques, notamment de moteurs à essence et de moteurs diesel génèrent par la combustion du carburant et avec l'azote (N2) contenu dans l'air comburant, du mo- noxyde d'azote (NO) et du dioxyde d'azote (NO2) qui seront désignés de manière globale ci-après comme « oxydes d'azote » (NO.). Pour optimiser le fonctionnement et la composition des gaz d'échappement de moteurs à combustion interne, il est connu de déterminer les oxydes d'azote ain- si générés par la combustion en utilisant des modèles. Pour cela, on tient par exemple compte de la pression d'admission, de la température de l'air respiré, de la quantité d'air aspiré, de la dose de carburant injecté et de la teneur en oxygène de l'air aspiré. But de l'invention La présente invention a pour but d'améliorer la précision des procédés connus servant à déterminer les oxydes d'azote dégagés par la combustion d'un moteur à combustion interne. L'invention a également pour but de déterminer les oxydes d'azote d'une manière plus stable vis-à-vis des variations des conditions de fonctionnement du mo- teur à combustion interne, notamment des tolérances possibles et des modifications liées au vieillissement des composants. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un procédé pour déterminer les oxydes d'azote dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on détermine au moins une grandeur caractérisant la combustion dans au moins un cylindre du moteur à combustion interne et on en tient compte pour déterminer les oxydes d'azote. Comme les oxydes d'azote sont formés par la combustion, le fait de tenir compte de la combustion actuelle a l'avantage de per- 3034812 2 mettre de déterminer de manière particulièrement précise les oxydes d'azote dégagés. De façon préférentielle, on utilise pour cela le chronogramme de la grandeur caractérisant la combustion. Selon un développement particulièrement préférentiel, on 5 détermine la grandeur caractérisant la combustion en fonction de la pression interne d'un cylindre. La pression interne d'un cylindre s'obtient par exemple à l'aide d'un capteur de pression installé dans le cylindre et qui donne une indication concernant l'état actuel ou le déroulement de la combustion, ce qui donne une indication concernant la 10 qualité de la combustion et ainsi les oxydes d'azote qui en résultent. De façon préférentielle, à partir de la grandeur caractérisant la combustion, on détermine un taux de dégagement thermique et on en tient compte pour déterminer les oxydes d'azote. De façon avantageuse, on détermine le taux de dégagement thermique en fonction de 15 la pression dans le cylindre et d'une grandeur caractérisant l'angle du vilebrequin. Cette solution est particulièrement avantageuse si on utilise la pression interne d'un cylindre comme grandeur caractérisant la combustion. Selon un développement préférentiel, on détermine la 20 température dans au moins un cylindre et on l'utilise pour déterminer les oxydes d'azote. Cela permet de déterminer d'une manière encore plus précise les oxydes d'azote. De façon préférentielle, on détermine la température en plus en fonction du coefficient Lambda, du point de départ de la combustion, du degré de turbulence dans le cylindre et/ou la 25 pression dans la rampe commune. Ces grandeurs permettent de déter- miner d'une manière particulièrement précise la température dans le cylindre. De façon avantageuse, on détermine les oxydes d'azote en plus en fonction d'au moins l'une des grandeurs suivantes : pression 30 d'aspiration, température de l'air dans la conduite d'aspiration, quantité d'air aspirée, dose de carburant injecté, état de fonctionnement du recyclage des gaz d'échappement, régime du moteur à combustion interne et/ou charge actuelle du moteur à combustion interne. Toutes ces grandeurs qui conviennent chacune séparément sont utilisées pour dé- 35 terminer les oxydes d'azote. 3034812 3 De façon préférentielle, on adapte le procédé de l'invention en fonction de mesures pratiques et on règle certains paramètres du procédé en fonction des mesures des oxydes d'azote faites de manière expérimentale. Cela permet d'augmenter d'autant la précision 5 du procédé pendant le fonctionnement du moteur à combustion interne. L'invention a également pour objet une installation de commande et/ou de régulation de moteur à combustion interne programmé pour exécuter le procédé de l'invention. L'invention a en outre pour objet un programme d'ordinateur pour la mise en oeuvre du procé- lo dé de l'invention lorsqu'il est appliqué à un calculateur, notamment à l'appareil de commande ou de gestion du moteur à combustion interne. Dessins La présente invention sera décrite de manière plus détail- lée ci-après à l'aide d'un exemple de procédé pour déterminer les oxydes 15 d'azote dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, représenté dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est un schéma d'un moteur à combustion interne équipé d'un appareil de commande, la figure 2 est un schéma par blocs des étapes du procédé ou des 20 blocs de traitement d'un mode de réalisation possible du procédé de l'invention. Description de modes de réalisation La figure 1 montre un appareil de commande 1 ainsi qu'un moteur à combustion interne 3 à plusieurs cylindres 2. Le mo- 25 teur à combustion interne 3 est relié à une conduite d'aspiration 4 et à une conduite d'échappement 5. La conduite d'aspiration (ou conduite d'admission) comporte un débitmètre massique d'air 6, un capteur de température 7, et un capteur de pression 8. La conduite des gaz d'échappement 5 est équipée d'une sonde Lambda. Le moteur à com- 30 bustion interne 3 est en outre équipé d'un capteur d'angle de rotation 9 installé par exemple sur le vilebrequin ou sur un arbre à cames. La figure 1 montre en outre une conduite de carburant, par exemple sous la forme d'une rampe commune 10 pour injecter le carburant dans les cylindres 2 à l'aide d'injecteurs non représentés. La 35 rampe commune 10 est équipée d'un capteur de pression 11. 3034812 4 Le cylindre 2 est équipé d'un capteur de pression 12 pour mesurer la pression dans le cylindre. On peut également équiper plusieurs cylindres 2 de capteurs de pression 12, ce qui améliore par exemple la détermination des oxydes d'azote vis-à-vis des variations 5 produites par le vieillissement de certains composants. Tous les capteurs représentés à la figure 1 sont reliés par des lignes de transmission de signal à l'appareil de commande 1. L'appareil de commande 1 détermine des valeurs à partir des signaux fournis par les capteurs. Ces valeurs permettent de commander, et de 10 réguler le fonctionnement du moteur à combustion interne 3. Selon l'invention, on utilise certains capteurs pour déterminer les oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement du moteur à combustion interne 3. La figure 2 montre les étapes du procédé sous la forme de 15 blocs qui correspondent à un mode de réalisation du procédé de l'invention. Les blocs 101, 102, 103 correspondent à des étapes du procédé, connues selon les procédés existant pour déterminer les oxydes d'azote. Dans le bloc 101 on saisit les conditions de fonctionne- 20 ment actuelles telles que par exemple le régime actuel (vitesse de rota- tion actuelle), la charge ou la température actuelle du moteur à combustion interne. Dans le bloc 102 on saisit des grandeurs de mesure ou des conditions thermodynamiques de la conduite d'admission 4. Il s'agit par exemple de la pression d'aspiration (pression 25 d'admission) et de la température de l'air aspiré. On saisit en outre des grandeurs qui proviennent par exemple d'un débitmètre massique d'air 6 ou des grandeurs décrivant la dose de carburant injectée. Dans le bloc 103 on détermine la teneur en oxygène de l'air dans la conduite d'admission 4. 30 Les grandeurs d'entrée saisies dans le bloc 101, 102, 103 servent de grandeur d'entrée pour un modèle 110 permettant de déterminer selon les procédés connus, les oxydes d'azote dans le bloc 111. Selon l'invention, dans le bloc de traitement 105 on saisit la pression d'au moins un cylindre. Cela se fait par exemple à l'aide 35 d'un capteur de pression 12 installé dans un cylindre 2. De façon préfé- 3034812 5 rentielle dans le bloc 104, on détermine en outre le coefficient Lambda, par exemple à l'aide d'une sonde Lambda 9 installée dans la conduite des gaz d'échappement 5. En outre, on détermine le début de la combustion dans le cylindre 2, ce qui se fait par exemple avec l'angle du vi- 5 lebrequin. Dans le mode de réalisation décrit à la figure 2 on tient en outre compte du degré de turbulence, du mélange de gaz dans le cylindre 2 ainsi que de la pression dans la rampe 10 qui se saisit par exemple à l'aide du capteur de pression 11. Dans le cadre du mode de réalisation de la figure 2, dans 10 le bloc de traitement 106 on tient compte d'autres propriétés du moteur à combustion 3 tel que par exemple le nombre de cylindres, la structure du moteur à combustion interne ou des éléments analogues. Dans le bloc 107 à partir des données fournies par les blocs 103, 104, 105, on détermine la température de combustion TCOMB, 15 par exemple en appliquant l'équation suivante : ToOMB= f( PZYL , Y02, LB, POC, SWL, pRail), Dans cette équation, TCOMB est la température de com- 20 bustion, pzu est la pression dans un cylindre, Y02 est la teneur d'oxygène dans la conduite d'admission, LB est le coefficient Lambda des gaz d'échappement du moteur à com- bustion interne, 25 POC caractérise le centre de gravité de la combustion, SWL représente le degré de turbulence du mélange gazeux dans le cylindre, pRail correspond à la pression du carburant dans un accumulateur haute pression / rampe commune et 30 f(...) est la relation fonctionnelle entre les grandeurs ci-dessus. En fonction des paramètres cités ci-dessus on peut déterminer de manière plus précise la température de combustion. Dans le bloc 108 on détermine le taux de dégagement thermique en tenant compte de la pression dans un cylindre déterminée 35 dans le bloc 105 ainsi que d'autres grandeurs déterminées dans le bloc 106, comme par exemple l'angle actuel du vilebrequin de l'arbre à 3034812 6 cames ainsi que les coefficients décrivant les transformations thermodynamiques dans le cylindre. On calcule de préférence le dégagement thermique par l'équation suivante : 5 HRR ) - K2 * p(+ I)] V19 E {départ; .9, fin I Dans celle-ci HRR représente la partie déterminée du dégagement thermique, 10 Ki et K2 sont des coefficients caractérisant le procédé thermodynamique dans le cylindre, p(C) et p(5+1) représentent la pression dans le cylindre en fonction de l'angle du vilebrequin et CDEPART et 'a-FIN caractérisent l'intervalle de l'angle du vilebrequin. 15 Dans le bloc 109 on tient compte des événements de l'adaptation du procédé selon l'invention pour déterminer les oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement et qui ont été par exemple obtenus à l'aide d'essais faits avec le moteur thermique. Les grandeurs saisies dans les blocs 101, 102, 103 et 20 dans les blocs 107, 108, 109 sont tous appliqués au bloc 110 qui con- tient un modèle de calcul des oxydes d'azote qui correspond pratiquement à une règle de combinaison ou de calcul à l'aide de laquelle on détermine la valeur des oxydes d'azote dans le bloc 111. L'utilisation de l'invention, permet avec d'autres gran- 25 deurs d'entrée, notamment la pression interne au cylindre, d'obtenir une détermination beaucoup plus précise des oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement. En outre, le procédé selon l'invention dans ses différentes formes de réalisation est significativement plus stable vis-à-vis des variations des conditions de fonctionnement du moteur à 30 combustion interne ou des écarts par rapport aux valeurs idéales du moteur à combustion interne dans des conditions réelles et notamment également par rapport aux écarts résultant du vieillissement de certains composants. En outre, le procédé selon l'invention simplifie le procédé 35 calibrage du moteur et l'accélère car le modèle d'oxydes d'azote selon 3034812 7 l'invention est en partie également fondé sur des pressions internes au cylindre, fiables, en temps réel. 5