Procédé de commande de purge de moyens de stockage d'oxydes d'azote associés à un pot catalytique La présente invention est relative à un procédé de commande de purge de moyens de stockage d'oxydes d'azote (NOx) associés à un pot catalytique de traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, une sonde à oxygène étant montée dans le flux des gaz sortant du pot et, plus particulièrement, à un tel procédé suivant lequel, lorsque le moteur fonctionne en mélange air/carburant pauvre en carburant, on suit, à l'aide d'un modèle de gestion desdits moyens de stockage, l'évolution de l'efficacité de stockage des NOx dans lesdits moyens de stockage et, quand ledit modèle indique que ladite efficacité descend au-dessous d'un seuil prédéterminé, on commande une purge desdits moyens de stockage et on arrte ladite purge quand ledit modèle indique que la quantité de NOx restant stockés est tombée au-dessous d'un autre seuil prédéterminé.

Pour réduire la pollution de l'atmosphère par les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne, en particulier ceux qui assurent la propulsion de véhicules automobiles, on équipe couramment les lignes d'échappement de ces gaz d'un pot catalytique ayant pour fonction de transformer les espèces chimiques nocives en espèces moins nocives, voire inoffensives.

C'est ainsi que l'on connaît un pot catalytique dit "à trois voies"ou"trifonctionnel"du fait qu'il assure une triple fonction d'oxydation des hydrocarbures imbrûlés (HC), d'oxydation du monoxyde de carbone CO en CO2 et de réduction des oxydes d'azote (NOx) en azote gazeux. Le souci de réduire les émissions de gaz à effet de serre et en particulier celles de CO2, a provoqué de l'intért pour un moteur à combustion interne capable de fonctionner avec un rapport air/carburant dit"pauvre",

c'est-à-dire inférieur à celui d'un mélange stoechiométrique. Lorsqu'on utilise un pot catalytique trifonctionnel classique pour dépolluer les gaz d'échappement d'un tel moteur fonctionnant en mélange pauvre, on observe une très faible efficacité de réduction des NOx. Pour pallier cet inconvénient, on propose dans le brevet européen n° 560 991 d'utiliser un pot catalytique trifonctionnel comprenant des moyens de stockage par adsorption des NOx présents dans les gaz d'échappement, lorsque le mélange air/carburant provenant du moteur est pauvre. Pour éviter que cette adsorption ne provoque à la longue la saturation de la capacité d'adsorption du pot catalytique, le brevet précité propose de commander la richesse du mélange air/carburant du moteur de manière à commuter périodiquement la richesse de ce mélange à une valeur correspondant à un mélange stoechiométrique ou riche. Cette commutation provoque la désorption des NOx à adsorber dans le pot puis leur réduction par les HC et le CO présents dans le pot du fait de l'accroissement de la richesse du mélange.

La durée de la commutation nécessaire pour résorber et réduire les NOx stockés dans le pot catalytique est proportionnelle à la masse des NOx stockés. Lorsque cette durée est trop courte, des NOx restent stockés dans le pot catalytique et diminuent ainsi sa capacité d'adsorption. Par contre, si elle est trop longue, tous les NOx stockés sont déstockés mais une partie des HC et du CO imbrûlés provenant de l'accroissement de la richesse du mélange est rejetée dans l'atmosphère, en provoquant ainsi une augmentation des rejets d'espèces chimiques polluantes dans l'environnement.

Pour ajuster au mieux la durée de la purge, on propose, dans le brevet européen n° 636 770, d'arrter celle-ci sous la commande d'un signal délivré par une sonde à oxygène placée en aval du pot catalytique, dans

la ligne d'évacuation des gaz d'échappement du moteur.

Par ailleurs, on propose dans la demande de brevet européen n° 733 787 de calculer la quantité de NOx effectivement stockée dans les moyens de stockage, sur la base du signal délivré par une telle sonde à oxygène. On corrige la quantité de NOx ainsi estimée par le calcul, pour la rapprocher de la quantité réelle. Quand la quantité de NOx ainsi estimée et corrigée dépasse un seuil, on déclenche la purge des moyens de stockage. La durée de la purge est alors fonction de la quantité de NOx stockée.

Ainsi, dans la technique antérieure décrite ci- dessus, on propose de corriger soit la quantité de NOx stockée, soit la durée du temps de purge. Or, de telles corrections isolées ne peuvent tre totalement efficaces que si 1'on connaît à la fois le débit réel du moteur en NOx et le rendement de la purge.

La présente invention a précisément pour but de fournir un procédé de commande de la purge de moyens de stockage de NOx associés à un pot catalytique, qui permette de minimiser les rejets d'espèces chimiques polluantes en affinant, par des corrections appropriées, plusieurs paramètres de fonctionnement des moyens de stockage de NOx.

On atteint ce but de 1'invention, ainsi que d'autres qui apparaitront à la lecture de la description qui va suivre, avec un procédé de commande de purge de moyens de stockage d'oxydes d'azote du type énoncé en préambule de la présente description, faisant notamment appel à un modèle de gestion de ces moyens de stockage, ce procédé étant remarquable en ce qu'on corrige une valeur initiale, estimée au moyen dudit modèle, de chacun d'au moins deux des paramètres figurant dans ledit modèle, en fonction du signal délivré par la sonde à oxygène, lesdits moyens de-stockage étant auparavant établis dans

un mode de fonctionnement prédéterminé tel que seul le paramètre en cours de réglage influence ledit signal.

Comme on le verra plus loin en détail, en liant ainsi étroitement la réaction de la sonde à oxygène aux seules variations du paramètre à corriger, on fiabilise le processus de correction et, partant, on améliore la précision de la mesure du paramètre considéré, exploité par le modèle de gestion des moyens de stockage de NOx.

Suivant d'autres caractéristiques de la présente invention, on procède auxdites corrections en corrigeant un écart (D) entre une valeur (NS-est-dp) du stock de NOx contenu dans les moyens de stockage, au départ (dp) d'une purge, valeur estimée à l'aide du modèle, et une valeur (NS-mes-dp) de ce stock, mesurée à l'aide des variations du signal délivré par la sonde et de la relation : NS-mes-dp = ANS + NSres où ANS est une mesure de la masse de NOx qui sera destockée pendant la purge et NSres une mesure d'un stock résiduel de NOx restant dans les moyens de stockage à la fin d'une purge arrtée sous la commande du signal de sonde.

On mesure ANS pendant une double purge à l'aide de mesures de retards de transition TIC1, TIC2 au début de la purge, du signal délivré par la sonde, sur la transition correspondante de la richesse en réducteurs du mélange air/carburant entrant dans le pot catalytique, les moyens de stockage étant vides et pleins, respectivement. Si l'on utilise une simple purge, on mesure ANS à l'aide de mesures de retards de transition TIC1 au début de la purge et TIC3 à la fin de la purge.

Pour mesurer le stock résiduel NSres, 1) on commande une purge longue des moyens de stockage de manière à vider complètement lesdits moyens, 2) on commande ensuite un stockage de NOx dans lesdits moyens, établis dans leur mode de fonctionnement à efficacité de stockage maximale,

et on mesure la durée dudit stockage, 3) on purge lesdits moyens jusqu'au basculement du signal de la sonde et on mesure la quantité ANS1 de NOx alors libérée, 4) on commande un nouveau stockage de mme durée puis une autre purge et on mesure la quantité ANS2 de NOx alors libérée jusqu'au basculement du signal de sonde et 5) on évalue le stock de NOx résiduel NSres restant dans le pot en fin de purge par la relation : NSres = ANS2-ANS1 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel : -la figure 1 illustre graphiquement un modèle de gestion des moyens de stockage de NOx, selon le procédé de commande suivant llinvention, -la figure 2 est un organigramme d'une stratégie de correction de paramètres de fonctionnement de ces moyens de stockage, intervenant dans le modèle de la figure 1, et -les figures 3 à 6 sont des graphes illustrant les étapes successives de l'organigramme de la figure 2.

Le procédé de commande de purge suivant la présente invention que l'on va maintenant décrire est avantageusement exécuté par des moyens logiciels chargés dans un calculateur de gestion du fonctionnement du moteur. Le procédé fait usage d'un modèle de gestion des moyens de stockage de NOx d'un pot catalytique comprenant de tels moyens et placé classiquement dans la ligne d'évacuation des gaz d'échappement du moteur pour traiter ceux-ci, une sonde à oxygène placée dans cette ligne immédiatement en aval du pot délivrant au calculateur un signal représentatif de la richesse en espèces chimiques réductrices de ces gaz d'échappement, à la sortie du pot.

On se réfère maintenant à la figure 1 du dessin annexé qui illustre schématiquement la structure du modèle de gestion des moyens de stockage de NOx utilisé dans la présente invention.

Il s'agit essentiellement de commander une purge de ces moyens quand ceux-ci cessent, lors d'un fonctionnement du moteur en mélange pauvre, de stocker convenablement les NOx délivrés par le moteur, puis d'arrter cette purge quand les moyens de stockage sont restaurés dans un étant de fonctionnement convenable. On sait que, classiquement, la purge est assurée par une commutation de la composition du mélange air/carburant d'alimentation du moteur, d'une composition"pauvre"en carburant (très largement sous-stoechiométrique) à une composition"riche"en carburant (en fait stoechiométrique ou sur-stoechiométrique).

Suivant l'invention, lors d'un fonctionnement du moteur en mélange pauvre, la purge est déclenchée lorsque l'efficacité de stockage Effstoc des Nox dans les moyens de stockage passe en dessous d'un seuil prédéterminé.

On définit l'efficacité de stockage par la relation : Effstoc = 1-CNOx-in/cNox-out où CNOx-in et CNox-out sont respectivement la concentration en NOx des gaz d'échappement entrant et sortant du pot.

Cette efficacité est maximale quand les moyens de stockage de NOx sont vides, et minimale quand ils sont pleins. Elle est donc une fonction décroissante du taux de remplissage de ces moyens, soit du rapport NS/NSC de la quantité NS de NOx stockés-à la capacité maximale de stockage NSC de ces moyens. Elle est aussi fonction croissante de la température Tcat du pot catalytique. Une cartographie 1 (voir figure 1) mise en mémoire dans le calculateur fournie une valeur estimée Effstoc-est de cette efficacité, à partir d'estimations NS-est et NSC-est des grandeurs NS et NSC et d'une mesure Tcat

délivrée au calculateur par un capteur convenablement disposé dans le pot, ou par des moyens purement logiciels d'estimation de cette température. D'une manière générale, dans la suite, une grandeur estimée sera notée "grandeur-est".

En phase de stockage de NOx, on peut faire une estimation NS-est de la quantité de NOx stockée en intégrant dans le temps la quantité : Kstoc. Qnox-est. Effstoc-est où Kstoc est une constante et Qnox-est une estimation de la quantité de NOx émis par le moteur, ce calcul étant exécuté par les blocs 3,4 et 6 du modèle de la figure 1.

De mme, pendant une phase de purge, on peut faire une estimation NS-est de la quantité de NOx restant stockés en soustrayant de la valeur de NS-est au début de la purge, l'intégrale dans le temps de la quantité : Kpurge. Qred-est. Effpurge-est où Kpurge est une constante, Qred la quantité de réducteurs présents dans le pot 8, et : Effpurge = 1-Cred-in/Cred-out où Cred-in et Cred-out sont respectivement les quantités de réducteurs entrant et sortant respectivement du pot catalytique. Les blocs 5,4 et 6 exécutent les diverses phases de ce calcul d'estimation de NS.

Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, on choisit pour représenter Effpurge, l'efficacité moyenne Effpurge-moy de la purge, pour simplifier les calculs. Cette efficacité moyenne est cartographiée en fonction de la température Tcat du pot et du rapport NS/NSC comme représenté dans le bloc 2.

Les blocs 7 et 8 de la Fig. l illustrent les conditions d'arrt des phases de stockage (condition sur Effstoc-est) et des phases de purge (condition sur NS- est) respectivement, en fonction de la température Tcat du pot catalytique. Dans le cas du modèle de gestion de

la figure 1 si, en phase de stockage, la température du pot est inférieure à un seuil bas ou supérieure à un seuil haut, la valeur de Effstoc à laquelle on arrte le stockage est abaissée (voir le bloc 7). De mme, pendant une phase de purge si la température du pot est hors d'un domaine bormé par un seuil bas et par un seuil haut, la valeur de NS-est à laquelle on arrte la purge est relevée.

En phase de stockage, il apparaît que les paramètres essentiels de la gestion des moyens de stockage sont Qnox, NS, NSC, et Effstoc.

Dans le modèle exploité par le procédé de commande de purge suivant l'invention, Qnox est estimé à l'aide d'une cartographie dont les grandeurs d'entrée caractérisent le fonctionnement du moteur, soit la richesse du mélange air/carburant, le régime du moteur, la température du moteur et l'angle d'avance à l'allumage du mélange. Effstoc est estimé par la cartographie représentée dans le bloc 1, qui fait intervenir NS-est, cette grandeur étant calculée comme décrit ci-dessus.

En phase de purge, deux grandeurs sont essentielles pour estimer NS et arrter la purge quand NS tombe en dessous d'un seuil prédéterminé, soit le débit de carburant Qred et l'efficacité de purge Effpurge. Qred peut tre déterminé par le débit de carburant, connu du calculateur ou par une cartographie dont les entrées sont la richesse en carburant des gaz d'échappement et le débit de ces gaz. Effpurge est tiré de la cartographie décrite ci-dessus en liaison avec le bloc 2.

En définitive, il apparaît que la gestion des moyens de stockage de NOx du pot-catalytique repose essentiellement sur les paramètres estimés suivants : Qnox-est, NSC-est, Qred-est et Effpurge-est. NS-est est calculé par le modèle et Effstoc-est est fonction de NS-est, de NSC-est, de Tcat et de Qnox-est.

Qred-est et Tcat sont connus du calculateur avec une bonne précision, du fait que celui-ci gère également le fonctionnement du moteur.

Par contre, Qnox-est, NSC-est et Effpurge-est sont des paramètres mal connus. L'erreur faite sur ces paramètres est en outre susceptible d'évoluer dans le temps, notamment du fait du vieillissement du pot catalytique.

La présente invention a précisément pour but de corriger l'ensemble de ces trois paramètres, de manière à réduire cette erreur par des corrections successives de ceux-ci, selon la séquence illustrée par l'organigramme de la figure 2, ces corrections successives évitant des interactions des influences de ces paramètres sur 1'estimation à faire de NS.

Cette séquence comprend essentiellement quatre phases repérées respectivement 0,1,2 et 3, correspondant respectivement a une phase d'initialisation, à une phase de correction de Qnox, à une phase de correction de Effpurge et à une phase de correction de NSC.

Suivant une caractéristique importante de la présente invention, lors de ces phases, on exploite le caractère non linéaire du fonctionnement des moyens de stockage de NOx, aussi bien pendant une phase de stockage que pendant une phase de purge.

Ainsi, pendant une phase de stockage, aussi longtemps que le rapport NS/NSC reste inférieur à un seuil, tous les NOx sortant du moteur sont arrtés par les moyens de stockage. Quand le rapport passe en dessous du seuil, seule une partie des NOx émis par le moteur est stockée, le reste traversant le pot catalytique pour se disperser dans l'environnement.

De mme, pendant les phases de purge, aussi longtemps que NS/NSC reste supérieur à un autre seuil, tous les réducteurs provenant du moteur purgent

efficacement le pot catalytique (Effpurge = 1). En dessous de ce mme seuil, une partie des réducteurs passent inutilisés dans le pot (Effpurge < 1).

L'exploitation faite par l'invention de la non linéarité explicitée ci-dessus apparaîtra dans la description qui va suivre des quatre phases de correction des valeurs estimées des paramètres considérés, que l'on va maintenant décrire en liaison avec les graphes des figures 3 à 6, en commençant par la phase 0, d'initialisation.

Phase d'initialisation (phase 0) Dans la mesure de la quantité de NOx stockés dans le pot au début d'une purge, notée NS-mes-dp, intervient une composante résiduelle de cette quantité notée NSres repérée sur le graphe de la figure 3. Avec un stockage parfait des NOx (Effstoc = 1), la quantité de NOx stockés dans le pot catalytique en début de purge (dp) correspond alors, comme on l'a vu plus haut, à l'intégrale ANS du débit des NOx entrant dans le pot pendant le stockage, additionnée de cette valeur résiduelle NSres, soit : NS-mes-dp = ANS + NSres ANS peut tre calculé par l'observation de transitions du niveau du signal délivré par la sonde à oxygène, supposée dans la suite tre une sonde du type "tout ou rien"ou"EGO", le signal basculant alors entre deux niveaux et le calculateur relevant les instants de basculement du signal lors de cycles successifs de stockage/purge en NOx.

A cet effet on peut organiser soit une simple purge, soit une double purge, cette dernière étant constituée par l'enchaînement de deux purges_simples, séparées par une brève phase pendant laquelle on n'observe aucun stockage sensible de NOx dans le pot.

On mesure alors les intervalles de temps suivants :

-dans le cas d'une double purge, l'intervalle TIC1, ou retard de transition, entre le basculement de"pauvre" à"riche"de la richesse des gaz d'échappement à l'entrée du pot vide de NOx, c'est-à-dire lors de la deuxième purge, et la détection de ce basculement par la sonde à oxygène placée à la sortie du pot, -dans le cas d'une purge simple ou double, l'intervalle TIC2 entre le basculement de"pauvre"à "riche"de cette richesse à l'entrée du pot, plein de NOx, et la détection de ce basculement par la sonde.

-dans le cas d'une purge simple, l'intervalle TIC3, ou retard de transition, entre le basculement de"riche" à"pauvre"de la richesse des gaz d'échappement à l'entrée du pot, c'est-à-dire à la fin de la purge, et la détection de ce basculement par la sonde.

On démontre que pour une double purge : ANS = K [(TIC1-TIC2)-Qgaz/(Ri-1)] où K est une constante, Qgaz le débit de gaz du moteur, Riche la richesse du mélange air/carburant pendant la purge.

Comme on l'a vu plus haut, si et seulement si, il existe un domaine de fonctionnement du pot pour lequel, pendant la purge, tous les réducteurs sont utilisés pour traiter les NOx stockés (Effpurge = 1), le signal de sonde permet de calculer ANS.

Dans le contexte d'une double purge, cette condition existe si TICI # TIC2 comme indiqué dans le premier test de l'organigramme de la figure 2.

On démontre que, pour une simple purge : ANS = J [TIClvQgaz/(RiiChe-l)-TIC3Qgaz/(RzYvre-1)] où J est une constante et R ;""'e ia richesse du mélange air/carburant pendant la phase de stockage. Le test TIC1 TIC2 de l'organigramme de la figure 2 est alors remplacée par le test ANS W 0.

NSres est estimé par la procédure suivant l'invention, illustrée par le graphe de la figure 3.

Suivant cette procédure, on effectue d'abord une purge longue (purge 1), prolongée au-delà du basculement de la sonde de manière à vider complètement le stock de NOx contenu dans le pot. Cette purge longue est suivie d'une phase de stockage de durée Tstoc. 1 pendant laquelle le stock se charge d'une quantité de NOx égale à (NSres + ANS1) égale à celle observée lors du déclenchement de la première purge (purge 1). Cette phase de stockage est suivie d'une deuxième purge (purge 2), courte, arrtée au basculement de la sonde, puis d'une deuxième phase de stockage de durée Tstoc. 2 = Tstoc. 1, permettant le stockage d'une quantité ANS2 de NOx, cette deuxième phase étant elle-mme suivie d'une troisième purge (purge 3).

Pendant les purges 2 et 3 le calculateur tire de l'observation des basculements du signal de la sonde, des mesures de ANS1 et ANS2. On tire de ces mesures une valeur calibrée de NSres, par la relation : NSres = ANS2-ANS1 On observera que la procédure de calibration de NSres décrite ci-dessus s'opère alors que les moyens de stockage de NOx sont maintenus dans un mode de fonctionnement optimal pour lequel Effstoc =1, ce qui supprime avantageusement, suivant la présente invention, toute influence d'une variation de ce paramètre sur la calibration de NSres.

Au départ d'une nouvelle purge (dp), la quantité NS de NOx stockés est égale à ANS + NSres. Les cartographies évoquées plus haut permettent alors au calculateur d'estimer des valeurs initiales de Qnox et de Effpurge, corrigées ensuite aux phases 1 et 2 de l'organigramme de la figure 2 que l'on va maintenant décrire en détail.

Correction de Qnox-est (phase 1)

Suivant l'invention, pour ce faire, on maintient encore les moyens de stockage de NOx dans un mode de fonctionnement pour lequel Effstoc = 1, et Effpurge-est a une valeur inférieure à la moyenne Effpurge-moy de l'efficacité de purge du pot dans le domaine 0 < NS < NSC.

Qnox-est est initialisé à la valeur initiale calculée dans la phase 0 d'initialisation. On compare ensuite, comme illustré à la figure 4, au début (dp) de chaque purge, la valeur NS-est-dp et NS-mes-dp. Si NS-mes-dp < NS-est-dp le calculateur augmente Qnox. Dans le cas contraire Qnox est diminué. L'opération est répétée lors de cycles de stockage/purge successifs. La correction de Qnox est terminée quand la différence D entre les deux valeurs comparées est inférieure à un seuil S prédéterminé.

Correction de Effpurge-est (phase 2) Pour cette correction on place encore le pot dans son mode de fonctionnement pour lequel Effstoc = 1. La valeur Effpurge-est donné par le modèle est initialisée avec la valeur estimée dans la phase 0 d'initialisation.

Comme illustré par le graphe de la figure 5 on relève, lors de cycles successifs de stockage/purge, la différence D en début de purge entre NS-est-dp et NS-mes- dp. Le calculateur incrémente Effpurge-est jusqu'à ce la différence D devienne supérieure à un seuil prédéterminé S2. NS-mes-dp est alors passé au-dessus de NS-est-dp. On annule la dernière correction de Effpurge pour ramener celle-ci plus près de la valeur réelle.

On choisit S2 > S1 pour-assurer la robustesse du procédé de commande suivant la présente invention.

Correction de NSC (phase 3) Après avoir initialisé NSC à la valeur établie à phase 2 précédente, on incrémente cette valeur initiale lors de cycles de-stockage/purge successifs (voir figure 6) jusqu'à ce que l'écart D soit supérieur à un seuil

prédéterminé S3 > S2. Comme précédemment on annule ensuite la dernière correction de NSC.

Il apparaît maintenant que l'invention permet bien d'atteindre le but annoncé, à savoir diminuer les rejets d'espèces polluantes dans l'atmosphère par une gestion plus précise des purges des moyens de stockage de NOx d'un pot catalytique de traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne conçu pour fonctionner en mélange air/carburant pauvre. Cette gestion précise est obtenue grâce à un modèle et à des corrections de paramètres essentiels de ce modèle, tirés de l'observation des basculements du signal délivré par une sonde à oxygène placée en aval du pot, basculements observés alors que les moyens de stockage de NOx du pot sont placés dans un mode de fonctionnement tel que seul le paramètre en cours de correction influe sur ces basculements. Pour atteindre ce résultat l'invention exploite de manière originale les non-linéarités que l'on observe dans le fonctionnement de ces moyens de stockage tant en phase de stockage qu'en phase de purge, et organise des corrections successives et ordonnées des paramètres en cause, propre à éviter des interactions entre leurs influences lors de ces corrections.

Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que, si l'invention a été décrite ci-dessus comme exploitant le signal délivré par une sonde à oxygène du type"tout ou rien"ou"EGO", l'homme de métier comprendra aisément que celle-ci pourra sans difficultés exploiter un signal délivré par une sonde"linéaire"ou"UEGO".