Brevet FR3074530A1 — publié le 20190607

L'invention a pour domaine technique les systemes de commande d'un moteur a combustion interne, et plus particulierement les systemes d'estimation d'emission de polluants pour de tels systemes de commande. Les systemes de depollution d'oxydes d'azote NOx des moteurs diesel, notamment munis d'un systeme de retraitement des gaz d'echappement de type a reduction catalytique selective (Acronyme anglophone SCR pour « Selective Catalytic Reduction ») utilisent des sondes de detection des oxydes d'azote NOx disposees a divers endroits de la ligne d'echappement. Jusqu'alors, une sonde d'oxydes d'azote en amont du systeme de post 10 traitement etait necessaire pour mesurer les quantites d'oxydes d'azote emises par le moteur a combustion interne afin de gerer avec precision les quantites de reducteurs injectees dans le systeme de retraitement. Le systeme de piegeage en mélange pauvre (acronyme anglophone LNT pour « Lean NOx Trap ») est un autre systeme de retraitement des gaz d'echappement qui ne 15 necessite pas d'injection de reducteur. Son principe de fonctionnement repose sur un piege a deux niveaux, l'un piegeant les oxydes d'azote lors d'un fonctionnement du moteur en mélange pauvre, l'autre piegeant des hydrocarbures insatures lors d'un fonctionnement en mélange riche. Lors du retour du moteur a un fonctionnement en mélange riche, les oxydes d'azote sont reduits. 20 En d'autres termes, le systeme de retraitement LNT utilise des oscillations de la richesse des gaz d'echappement afin de reduire les oxydes d'azote. L'estimation de la frequence de ces oscillations est liee a la quantite d'oxydes d'azote qui peut etre stockee dans le systeme de retraitement et donc aux emissions d'oxydes d'azote du moteur avant retraitement. 25 Toutefois, le systeme de retraitement LNT est déjà coOteux de par ('utilisation de deux sondes a oxygene de telle sorte que l'ajout d'une sonde a oxydes d'azote supplementaire en rendrait le prix trop eleve pour une utilisation industrielle. Par ailleurs, Ia mesure par une sonde a oxydes d'azote est lente (temps de mesure superieur a une seconde), de sorte qu'il n'est pas possible d'adapter le reglage de 30 ('injection de carburant et de ('admission des gaz dans le cylindre de facon suffisamment rapide pour minimiser les emissions d'oxydes d'azote en temps reel. II apparait ainsi qu'il existe un probleme de temps de reponse des capteurs a oxydes d'azote actuels associe a un coOt important. II existe donc un besoin pour un systeme et un procede d'estimation de Ia 35 quantite d'oxydes d'azote qui presente un court temps de reponse et qui ne necessite pas de mesures d'une sonde a oxygene ou sonde a oxydes d'azote. 2 De l'etat de la technique, on connait les documents CN104121080, EP1529941 et W02014189528, JP2016211451 et US2017022865 decrivant des systemes d'estimation de Ia quantite d'oxydes d'azote. Toutefois, aucun de ces documents ne divulgue de modele permettant de 5 determiner Ia concentration en oxydes d'azote fonction de taux d'oxygene dans les gaz d'echappement, de Ia pression de suralimentation et de Ia temperature du moteur. Le probleme technique d'une estimation de Ia quantite d'oxydes d'azote rapide et ne necessitant pas de mesures de sonde a oxygene ou de sonde a oxydes d'azote demeure ainsi non resolu. L'invention a pour objet un systeme de determination d'une quantite corrigee d'oxydes d'azote dans les gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne au niveau du collecteur d'echappement caracterise par le fait qu'il comprend un premier moyen d'estimation de Ia quantite d'oxydes d'azote en fonction de Ia masse totale de carburant injectee et de Ia quantite d'oxygene admis, au moins un moyen de determination d'une correction de Ia quantite d'oxydes d'azote en fonction d'au moins une mesure de parametre ou grandeur de fonctionnement du moteur a combustion interne, et un moyen de calcul apte a determiner une quantite corrigee d'oxydes d'azote dans les gaz d'echappement en fonction de Ia quantite d'oxydes d'azote estimee et de Ia au moins une correction. La quantite d'oxygene admis peut etre determinee en amont de Ia soupape d'admission par l'intermediaire d'un modele physique ou par l'intermediaire d'une sonde a oxygene disposee a ('admission. Le systeme de determination peut comprendre un moyen de calcul apte a determiner ('instant moyen de debut d'injection comme Ia somme sur toutes les injections du cycle de combustion precedent du produit de ('instant de debut d'injection par Ia masse de carburant injecte divise par Ia somme sur toutes les injections du cycle de combustion precedent de Ia masse de carburant injectee, un deuxierne moyen de determination apte a determiner une premiere correction de Ia quantite d'oxydes d'azote en fonction de ('instant moyen de debut d'injection. Le systeme de determination peut comprendre une sonde de mesure de richesse a rechappement et un troisierne moyen de determination apte a determiner une deuxierne correction de Ia quantite d'oxydes d'azote en fonction d'une mesure de Ia richesse a rechappement. Le systeme de determination peut comprendre au moins un moyen de 35 determination apte a determiner une correction de Ia quantite d'oxydes d'azote en fonction d'au moins un parmi Ia pression de carburant a ('injection, Ia temperature du 3 liquide de refroidissement, la pression de suralimentation, et la vitesse de rotation du moteur a combustion interne. L'invention a egalement pour objet un procede de determination d'une quantite corrigee d'oxydes d'azote dans les gaz d'echappement d'un moteur a 5 combustion interne au niveau du collecteur d'echappement. Le procede comprend des etapes au cours desquelles on estime la quantite d'oxydes d'azote en fonction de la masse totale de carburant injectee et de la quantite d'oxygene admis, on determine au moins une correction de la quantite d'oxydes d'azote en fonction d'au moins une mesure de parametre ou grandeur de fonctionnement du moteur a combustion interne, et on 10 determine une quantite corrigee d'oxydes d'azote dans les gaz d'echappement en fonction de la quantite d'oxydes d'azote estimee et de la au moins une correction. La quantite d'oxygene admis peut etre determinee en amont de la soupape d'admission par l'intermediaire d'un modele physique ou par l'intermediaire d'une sonde a oxygene disposee a ('admission. 15 Le procede de determination peut comprendre une etape au cours de laquelle on determine ('instant moyen de debut d'injection comme Ia somme sur toutes les injections du cycle de combustion precedent du produit de ('instant de debut d'injection par Ia masse de carburant injecte divise par Ia somme sur toutes les injections du cycle de combustion precedent de Ia masse de carburant injectee, puis on determine une 20 premiere correction de Ia quantite d'oxydes d'azote en fonction de ('instant moyen de debut d'injection. Lorsque le moteur a combustion interne comprend une sonde de mesure de richesse a rechappement, le procede peut comprendre une etape au cours de laquelle on determine une deuxierne correction de Ia quantite d'oxydes d'azote en fonction d'une 25 mesure de Ia richesse a rechappement. On peut determiner au moins une correction de Ia quantite d'oxydes d'azote en fonction d'au moins un parmi Ia pression de carburant a ('injection, Ia temperature du liquide de refroidissement, Ia pression de suralimentation, et Ia vitesse de rotation du moteur a combustion interne. 30 Le systeme et le procede presentent l'avantage d'une grande precision sur Ia quantite calculee d'oxydes d'azote dans les gaz d'echappement en sortie du moteur par rapport a l'etat de ('art tout en offrant une mise en oeuvre requerant peu de moyens de calcul et une grande reactivite du modele aux variations de quantite d'oxydes d'azote. D'autres buts, caracteristiques et avantages de ('invention apparaitront a Ia 35 lecture de Ia description suivante, donnee uniquement a titre d'exemple non limitatif et faite en reference au dessin annexe sur lequel Ia figure unique illustre un systeme d'estimation de Ia concentration en oxydes d'azote en sortie du moteur. 4 La figure unique illustre un systeme d'estimation de la concentration en oxydes d'azote en sortie du moteur reference 1. Par sortie du moteur, on entend la sortie des gaz d'echappement au niveau du collecteur d'echappement avant tout traitement par des systemes de depollution ou avant prelevement d'une partie des gaz par un systeme 5 de recirculation partielle des gaz d'echappement. Le systeme d'estimation comprend un premier moyen d'estimation 2 de la quantite d'oxydes d'azote NOX man dans les gaz d'echappement en fonction de la masse totale de carburant injectee MF_INJ_SUM et de la quantite d'oxygene admis Y021n. Le premier moyen d'estimation 2 peut etre une cartographie ou un modele physique. 10 La masse injectee totale de carburant MF_INJ_SUM est egale a la somme des quantites de carburant injectees au cours du cycle de combustion precedent. Cette information peut etre transmise par ('unite de commande electronique du vehicule ou par le moyen de controle de ('injection. La quantite d'oxygene admis YO2in est determinee en amont de la soupape 15 d'admission par l'intermediaire d'un modele realise par un moyen de calcul ou par l'intermediaire d'une sonde Oxygene disposee a ('admission. Le systeme d'estimation comprend un moyen d'estimation 3 d'une correction COR_SOI fonction de l'instant moyen de debut d'injection. Un moyen de calcul 3a determine l'instant moyen de debut d'injection SOI ave en fonction des instants de debut 20 d'injection SOI; et des masses de carburant injecte MF, pour chaque injection au cours du cycle de combustion precedent en appliquant requation suivante : E!=n-ini MFi SOIi SOI_ave = 1_1._ (Eq. 1) Zi:111-inj MFi Le moyen de calcul 3a determine ainsi l'instant moyen de debut d'injection SOI ave comme la somme sur toutes les injections du cycle de combustion passé du 25 produit de l'instant de debut d'injection SOI; par la masse de carburant injecte MF, divisee par la somme sur toutes les injections du cycle de combustion precedent de la masse de carburant injectee MF,. En d'autres termes, le moyen de calcul 3a determine ('image du centre de combustion en moyennant les instants de debut d'injection ponderes par la masse de 30 carburant injectee a chaque injection. Un deuxierne moyen de determination 3b permet de determiner la premiere correction COR_SOI de Ia quantite d'oxydes d'azote en fonction de l'instant moyen de debut d'injection SOI ave comme explique ci-dessus. Un troisierne moyen de determination 4 permet de determiner une deuxierne 35 correction COR LAMB de Ia quantite d'oxydes d'azote en fonction d'une mesure de Ia richesse a rechappement. 5 Un ensemble de moyens de determination 5a,5b,5c,5d permet de determiner une correction de la quantite d'oxydes d'azote COR FUP en fonction de la pression de carburant FUP a ('injection, une correction de la quantite d'oxydes d'azote COR TCO en fonction de la temperature du liquide de refroidissement TCO, une correction de la 5 quantite d'oxydes d'azote COR MAP en fonction de la pression de suralimentation MAP, et une correction de la quantite d'oxydes d'azote CORN en fonction de la vitesse de rotation N du moteur a combustion interne. Les moyens de determination 4, 5a, 5b, 5c, 5d peuvent etre des cartographies ou des modeles. 10 Un moyen de calcul 6 permet de determiner une quantite corrigee d'oxydes d'azote dans les gaz d'echappement NOX exhaust au niveau du collecteur d'echappement en realisant le produit de la quantite d'oxydes d'azote estimee NOX man par les differentes corrections, si celles-ci sont exprimees relativement a la quantite d'oxydes d'azote estimee. Alternativement, le moyen de calcul 6 determine une quantite 15 corrigee d'oxydes d'azote dans les gaz d'echappement NOX_exhaust au niveau du collecteur d'echappement en realisant la somme de la quantite d'oxydes d'azote estimee NOX man et des differentes corrections, si celles-ci sont exprimees sous la forme d'une quantite d'oxydes d'azote. Le procede de determination d'une quantite corrigee d'oxydes d'azote dans 20 les gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne au niveau du collecteur d'echappement comprend une premiere etape au cours de laquelle on estime la quantite d'oxydes d'azote en fonction de la masse totale de carburant injectee et de la quantite d'oxygene admis. La quantite d'oxygene admis est determinee en amont de la soupape 25 d'admission par l'intermediaire d'un modele physique ou par l'intermediaire d'une sonde a oxygene disposee a ('admission. La masse totale de carburant injectee est egale a Ia somme de toutes les injections de carburant au cours du cycle de combustion. On determine ensuite au moins une correction de Ia quantite d'oxydes d'azote 30 en fonction d'au moins une mesure de parametre ou grandeur de fonctionnement du moteur a combustion interne, puis on determine une quantite corrigee d'oxydes d'azote dans les gaz d'echappement en fonction de Ia quantite d'oxydes d'azote estimee et des corrections. Une premiere correction de la quantite d'oxydes d'azote depend de ('instant 35 moyen de debut d'injection. On determine ('instant moyen de debut d'injection comme la somme sur toutes les injections du cycle de combustion precedent du produit de ('instant 6 de debut d'injection par la masse de carburant injecte divise par la somme sur toutes les injections du cycle de combustion precedent de la masse de carburant injectee. On determine une premiere correction de la quantite d'oxydes d'azote en fonction de ('instant moyen de debut d'injection, soit par modele, soit par cartographie. 5 Une deuxierne correction de la quantite d'oxydes d'azote est determinee en fonction d'une mesure de la richesse a rechappement par une sonde a oxygene, soit par modele, soit par cartographie. D'autres corrections de Ia quantite d'oxydes d'azote peuvent etre determinees, comme une correction de Ia quantite d'oxydes d'azote COR FUP en 10 fonction de Ia pression de carburant FUP a ('injection, une correction de Ia quantite d'oxydes d'azote COR TCO en fonction de Ia temperature du liquide de refroidissement TCO, une correction de Ia quantite d'oxydes d'azote COR MAP en fonction de Ia pression de suralimentation MAP, et Ia une correction de Ia quantite d'oxydes d'azote CORN en fonction de Ia vitesse de rotation N du moteur a combustion interne. Ces corrections 15 peuvent egalement etre determinees par modele ou par cartographie. L'homme du métier reconnaitra par ailleurs que le systerne et le procede de determination peuvent etre dimensionnes pour estimer autant Ia quantite d'oxydes d'azote produite par un moteur dans sa globalite que Ia quantite d'oxydes d'azote produite par un cylindre, permettant ainsi de s'adapter a toutes configurations de moteur (differents 20 nombres de cylindres, deconnexion selective des cylindres, ...) ou un controle affine des cylindres d'un REVENDICATIONS1. Systeme de determination d'une quantite corrigee d'oxydes d'azote dans les gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne au niveau du collecteur d'echappement, caracterise par le fait qu'il comprend : - une sonde de mesure de richesse a rechappement, - un premier moyen d'estimation (2) de la quantite d'oxydes d'azote en fonction de la masse totale de carburant injectee et de la quantite d'oxygene admis, - au moins un moyen de determination (3b, 4, 5a, 5b, 5c, 5d) d'une correction de la quantite d'oxydes d'azote en fonction d'une mesure de la richesse a rechappement ou d'au moins une mesure de parametre ou grandeur de fonctionnement du moteur a combustion interne, et - un moyen de calcul (6) apte a determiner une quantite corrigee d'oxydes d'azote dans les gaz d'echappement en fonction de la quantite d'oxydes d'azote estimee et de la au moins une correction. 2. Systeme de determination selon la revendication 1, dans lequel la quantite d'oxygene admis est determinee en amont de la soupape d'admission par l'intermediaire d'un modele physique ou par l'intermediaire d'une sonde a oxygene disposee a ('admission. 3. Systeme de determination selon ('une quelconque des revendications precedentes, comprenant un moyen de calcul (3a) apte a determiner ('instant moyen de debut d'injection comme la somme sur toutes les injections du cycle de combustion precedent du produit de ('instant de debut d'injection par la masse de carburant injecte divise par la somme sur toutes les injections du cycle de combustion precedent de la masse de carburant injectee, un deuxierne moyen de determination (3b) apte a determiner une premiere correction de la quantite d'oxydes d'azote en fonction de ('instant moyen de debut d'injection. 4. Systeme de determination selon ('une quelconque des revendications precedentes, comprenant au moins un moyen de determination (5a, 5b, 5c, 5d) apte a determiner une correction de la quantite d'oxydes d'azote en fonction d'au moins un parmi la pression de carburant a ('injection, la temperature du liquide de refroidissement, la pression de suralimentation, et la vitesse de rotation du moteur a combustion interne. 5. Procede de determination d'une quantite corrigee d'oxydes d'azote dans les gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne au niveau du collecteur d'echappement, le moteur a combustion interne etant muni d'une sonde de mesure de 8 richesse a rechappement, caracterise par le fait qu'il comprend des etapes au cours desquelles : - on estime la quantite d'oxydes d'azote en fonction de la masse totale de carburant injectee et de la quantite d'oxygene admis, 5 - on determine au moins une correction de la quantite d'oxydes d'azote en fonction d'une mesure de la richesse a rechappement ou d'au moins une mesure de parametre ou grandeur de fonctionnement du moteur a combustion interne, et - on determine une quantite corrigee d'oxydes d'azote dans les gaz d'echappement en fonction de la quantite d'oxydes d'azote estimee et de la au 10 moins une correction. 6. Procede de determination selon la revendication 5, dans lequel la quantite d'oxygene admis est determinee en amont de la soupape d'admission par l'intermediaire d'un modele physique ou par l'intermediaire d'une sonde a oxygene disposee a ('admission. 15 7. Procede de determination selon ('une quelconque des revendications 5 ou 6, comprenant une etape au cours de laquelle on determine ('instant moyen de debut d'injection comme la somme sur toutes les injections du cycle de combustion precedent du produit de ('instant de debut d'injection par la masse de carburant injecte divise par la somme sur toutes les injections du cycle de combustion precedent de la masse de 20 carburant injectee, puis on determine une premiere correction de la quantite d'oxydes d'azote en fonction de ('instant moyen de debut d'injection. 8. Procede de determination selon ('une quelconque des revendications 5 a 7, dans lequel on determine au moins une correction de la quantite d'oxydes d'azote en fonction d'au moins un parmi la pression de carburant a ('injection, la temperature du 25 liquide de refroidissement, la pression de suralimentation, et la vitesse de rotation du moteur a combustion interne.