FR2916229A1

FR2916229A1 - Pollutant e.g. soot, emission controlling method for motor vehicle, involves estimating quantity of injected fuel based on injection set point, and estimating soot mass from estimation of injected fuel quantity

Info

Publication number: FR2916229A1
Application number: FR0703538A
Authority: FR
Inventors: Stephane Sadai; Guillermo Ballesteros; Chahdi Mohammed Ouazzani; Celine Etcheverry
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2007-05-16
Filing date: 2007-05-16
Publication date: 2008-11-21

Abstract

The method involves estimating instantaneous soot mass of a particle filter from a model comprising correspondence between the instantaneous soot mass and a given fuel injection set point. The estimated soot mass is stored, and the estimation and storage steps are repeated. Total soot mass is calculated by integrating instantaneous estimation, and the filter is regenerated when the total soot mass attains a threshold value. Quantity of the injected fuel is estimated based on the injection set point, and the soot mass is estimated from the estimation of the injected fuel quantity.

Description

PROCEDE DE CONTROLE DES EMISSIONS POLLUANTES D'UN MOTEUR DIESEL.METHOD FOR CONTROLLING POLLUTING EMISSIONS OF A DIESEL ENGINE.

La présente invention concerne le domaine de la 5 dépollution pour moteur diesel, notamment en phase dite de post-traitement d'une ligne d'échappement. Plus précisément, la présente invention concerne un procédé de contrôle des émissions polluantes d'un moteur diesel équipé d'un filtre à particules, comprenant les étapes 10 consistant à : - estimer la masse de suies instantanée d'un filtre à particules, à partir d'un modèle comprenant une correspondance entre une masse de suies instantanée (mi) donnée et une consigne d'injection (Qinj) de carburant 15 donnée, mémoriser la masse de suies instantanée estimée, réitérer les étapes précédentes et calculer la masse de suies totale par intégration de chaque estimation instantanée, et 20 - régénérer le filtre à particule lorsque la masse de suies totale atteint une valeur seuil. Au regard notamment des normes de pollution visant à diminuer les seuils admis pour les émissions de gaz polluants des véhicules automobiles, en particulier pour les moteurs à 25 mélange pauvre, des systèmes de traitement sont disposés le long de la ligne d'échappement. Des tels systèmes fonctionnent classiquement de manière discontinue ou alternative, c'est-à-dire qu'en fonctionnement normal ils piègent les polluants (suies, particules), mais ne 30 traitent ces polluants qu'en phase de régénération du système. The present invention relates to the field of depollution for diesel engines, especially in the so-called post-treatment phase of an exhaust line. More specifically, the present invention relates to a method for controlling pollutant emissions of a diesel engine equipped with a particulate filter, comprising the steps of: - estimating the instantaneous soot mass of a particulate filter, from of a model comprising a correspondence between a given instantaneous mass of soot (mi) and a fuel injection instruction (Qinj) given, storing the estimated instantaneous mass of soot, reiterating the preceding steps and calculating the total soot mass integrating each instantaneous estimate, and regenerating the particle filter when the total soot mass reaches a threshold value. With regard in particular to pollution standards aimed at reducing the thresholds allowed for the emission of gaseous pollutants from motor vehicles, in particular for lean-burn engines, treatment systems are arranged along the exhaust line. Such systems function conventionally in a discontinuous or alternative manner, that is to say that in normal operation they trap pollutants (soot, particles), but treat these pollutants only in the regeneration phase of the system.

Pour régénérer les pièges, ces systèmes nécessitent d'être soumis à des modes de combustion spécifiques afin de garantir le niveau thermique et/ou le niveau de richesse nécessaire. To regenerate the traps, these systems need to be subjected to specific combustion modes to ensure the thermal level and / or the level of wealth required.

Un exemple classique de tel système de piège est le filtre à particules. La régénération d'un filtre à particules se déclenche automatiquement lorsque la masse de suie stockée dans celui-ci atteint une valeur seuil. A typical example of such a trap system is the particulate filter. The regeneration of a particulate filter is triggered automatically when the mass of soot stored in it reaches a threshold value.

Or si le déclenchement ne se fait pas au moment opportun, le véhicule automobile équipé du filtre à particule est confronté à la double problématique suivante : Dans le cas où le déclenchement de la régénération est effectué trop tôt (pas suffisamment de suies), le rendement du moteur est pénalisé par surconsommation et dilution d'huile. Dans le cas où le déclenchement de la régénération est effectué trop tard (trop de suies), l'intégrité du filtre à particule peut être menacée. En l'espèce, le moteur risque de ne plus être conforme aux normes de pollution. Classiquement, la masse de suie est estimée au moyen d'un modèle dont l'un des paramètres est le débit de carburant injecté dans les cylindres. Or dans un moteur, le carburant est injecté sous 25 l'effet d'une consigne d'injection, cette consigne étant contrôlable. Cependant, il existe souvent une erreur entre la valeur de la consigne d'injection et la quantité de carburant réellement injectée, d'autant plus que le moteur est âgé. 30 Cette différence provient de la dispersion des injecteurs, c'est-à-dire que les conditions au sein d'une chambre de combustion lors de l'utilisation d'un moteur (fortes températures, fortes pression, etc.), altèrent les propriétés physiques de l'injecteur correspondant au cours du temps, et par conséquent les doses injectées pour une même valeur de consigne d'injection. Les procédés de l'état de l'art, mentionnés en début de description, sont donc soumis à des dispersions, voire des dérives, par exemple au cours du vieillissement d'un véhicule automobile, ou entre deux véhicules. Les dispersions sont dues notamment aux écarts sur les injecteurs, combinés aux écarts sur les débits d'air dans le moteur. Le rapport entre le débit d'air et la quantité de carburant injecté donne la richesse du mélange air/carburant. Pour remédier à de telles dispersions, il existe certaines solutions basées sur l'utilisation d'une sonde de riche-sse dans la ligne d'échappement. Une telle sonde donne une indication de l'état de vieillissement des actionneurs, responsables de l'émission des particules. Cependant une telle sonde a un coût dont il est préférable, selon l'invention, de se passer. La présente invention a pour but de remédier à ces 20 inconvénients en proposant un procédé tenant compte de la dérive des injecteurs. Avec cet objectif en vue, le procédé selon l'invention, par ailleurs conforme au préambule cité ci-avant, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend en outre une 25 étape consistant à : estimer la quantité de carburant réellement injectée (Qinj R) en réponse à la consigne d'injection (Qinj), et en ce que : l'étape d'estimation de la masse de suies est 30 réalisée à partir de l'estimation de la quantité de carburant réellement injectée (Qinj R). But if the trigger is not timely, the vehicle equipped with the particle filter is faced with the following dual problem: In the case where the initiation of regeneration is performed too early (not enough soot), the performance engine is penalized by overconsumption and oil dilution. In the event that regeneration is initiated too late (too much soot), the integrity of the particulate filter may be compromised. In this case, the engine may no longer comply with pollution standards. Classically, the soot mass is estimated by means of a model whose one parameter is the fuel flow injected into the cylinders. However, in an engine, the fuel is injected under the effect of an injection set point, this setpoint being controllable. However, there is often an error between the value of the injection setpoint and the amount of fuel actually injected, especially since the engine is old. This difference results from the dispersion of the injectors, that is to say that the conditions within a combustion chamber during the use of an engine (high temperatures, high pressures, etc.), alter the physical properties of the corresponding injector over time, and therefore the doses injected for the same injection set point value. The methods of the state of the art, mentioned at the beginning of the description, are therefore subjected to dispersions or even drifts, for example during the aging of a motor vehicle, or between two vehicles. The dispersions are due in particular to the differences in the injectors, combined with the differences in air flow rates in the engine. The ratio between the air flow and the quantity of fuel injected gives the richness of the air / fuel mixture. To remedy such dispersions, there are certain solutions based on the use of a rich-sse probe in the exhaust line. Such a probe gives an indication of the state of aging of the actuators, responsible for the emission of the particles. However, such a probe has a cost which it is preferable, according to the invention, to dispense. The present invention aims to overcome these disadvantages by providing a method taking into account the drift of the injectors. With this objective in view, the method according to the invention, furthermore in accordance with the preamble cited above, is essentially characterized in that it further comprises a step of: estimating the quantity of fuel actually injected (Qinj R ) in response to the injection instruction (Qinj), and in that: the soot mass estimation step is performed from the estimate of the amount of fuel actually injected (Qinj R).

Grâce à cette caractéristique, la masse réelle de suies est estimée au plus près de sa valeur réelle. Donc le déclenchement de la régénération du filtre à particule peut être mise en oeuvre de manière optimale. Thanks to this characteristic, the real mass of soot is estimated as close to its real value. Therefore the triggering of the regeneration of the particle filter can be implemented optimally.

De préférence, l'étape consistant à estimer la quantité de carburant réellement injectée en réponse à la consigne d'injection de carburant est mise en oeuvre par l'estimation du couple moteur (Cm), le couple moteur étant proportionnel à la quantité de carburant réellement injectée (Qinj_R) selon l'équation Qinj R = Cm / a, avec a une constante dépendant du type de moteur. De préférence également, l'estimation du couple moteur (Cm) est fonction du régime moteur (N). Dans un mode de réalisation, la consigne d'injection de 15 carburant (Qinj) est l'estimation de la quantité de carburant réellement injectée (Qinj_R). Dans un- autre mode de réalisation, le procédé selon l'invention comprend en outre une étape consistant à compenser une dérive dans le temps entre la consigne 20 d'injection de carburant (Qinj) donnée et la quantité de carburant réellement injectée (Qinj_R) estimée, de sorte à conserver la masse de suies (mi) donnée en adaptant la consigne d'injection de carburant donnée (Qinj) à cette dérive. 25 De préférence, l'étape de compensation est mise en oeuvre par un algorithme de recalage d'injection. Dans un mode de réalisation, le procédé selon l'invention comprend en outre une étape consistant à analyser la richesse du mélange issu de la combustion, et corriger 30 valeur de la consigne d'injection de carburant (Qinj) en fonction du résultat de l'analyse de richesse. Preferably, the step consisting in estimating the quantity of fuel actually injected in response to the fuel injection instruction is implemented by estimating the engine torque (Cm), the engine torque being proportional to the quantity of fuel actually injected (Qinj_R) according to the equation Qinj R = Cm / a, with a constant depending on the type of motor. Also preferably, the estimate of the engine torque (Cm) is a function of the engine speed (N). In one embodiment, the fuel injection setpoint (Qinj) is the estimate of the amount of fuel actually injected (Qinj_R). In another embodiment, the method according to the invention further comprises a step of compensating for a drift in time between the fuel injection instruction 20 (Qinj) given and the quantity of fuel actually injected (Qinj_R). estimated, so as to keep the mass of soot (mi) given by adapting the fuel injection instruction given (Qinj) to this drift. Preferably, the compensation step is implemented by an injection registration algorithm. In one embodiment, the method according to the invention also comprises a step of analyzing the richness of the mixture resulting from the combustion, and correcting the value of the fuel injection setpoint (Qinj) as a function of the result of the fuel injection. wealth analysis.

De préférence, l'analyse de richesse est mise en oeuvre par une sonde à oxygène. Avantageusement, le modèle utilisé pour l'estimation de la masse de suies d'un filtre à particules, comprend en outre au moins l'un des paramètres suivants : quantité ou débit d'air, température de l'air. Dans un mode de réalisation, le procédé selon l'invention comprend en outre une étape consistant à recirculer les gaz d'échappement. Dans ce cas, le modèle utilisé pour l'estimation de la masse de suies d'un filtre à particules comprend avantageusement comme paramètre le taux de recirculation des gaz d'échappement. La présente invention est avantageusement mise en ouvre dans le cadre des normes européennes EURO5. Preferably, the wealth analysis is carried out by an oxygen probe. Advantageously, the model used for the estimation of the soot mass of a particulate filter, further comprises at least one of the following parameters: quantity or flow of air, temperature of the air. In one embodiment, the method according to the invention further comprises a step of recirculating the exhaust gas. In this case, the model used for estimating the soot mass of a particulate filter advantageously comprises as a parameter the rate of recirculation of the exhaust gas. The present invention is advantageously implemented in the context of the European standards EURO5.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux figures annexées dans lesquelles : la figure 1 illustre un mode de réalisation du procédé selon l'invention, et la figure 2 illustre un autre mode de réalisation du procédé selon l'invention. En référence à la figure 1, le procédé selon 25 l'invention comprend une étape consistant à estimer la masse de suies d'un filtre à particules. Cette étape est mise en ouvre à partir d'un modèle comprenant une correspondance entre une masse de suies M donnée et une consigne d'injection de carburant Qinj donnée. 30 Le modèle définit le débit instantané de particules en fonction d'au moins un paramètre moteur égal à une consigne d'injection de carburant donnée. Other characteristics and advantages of the present invention will emerge more clearly on reading the following description given by way of illustrative and nonlimiting example and with reference to the appended figures in which: FIG. 1 illustrates one embodiment of the method according to the invention, and FIG. 2 illustrates another embodiment of the method according to the invention. With reference to FIG. 1, the method according to the invention comprises a step of estimating the soot mass of a particulate filter. This step is implemented from a model comprising a correspondence between a mass of soot M given and a given fuel injection setpoint Qinj. The model defines the instantaneous flow rate of particles as a function of at least one engine parameter equal to a given fuel injection target.

L'estimation de la masse de suies correspond à l'intégration mathématique de la somme des débits instantanés sur une période de temps considérée. Le modèle permet de réaliser une étape consistant à 5 calculer la masse de suies M donnée en fonction de la consigne d'injection de carburant Qinj donnée. La correspondance est initialisée avant la mise en service du moteur. Cependant, comme vu précédemment, le modèle est 10 sensible aux dispersions, en particulier aux dispersions dues aux injecteurs. Or la quantité réelle de carburant injecté n'est pas connue, seule la valeur de la consigne d'injection est connue. 15 Selon l'invention, le procédé comprend en outre une étape consistant à estimer la quantité de carburant réellement injectée en réponse à la consigne d'injection. Sur un moteur diesel, l'effet d'une injection sur le couple moteur est direct et proportionnel (approximation 20 linéaire). C'est-à-dire que C = a.Qinj Avec C le couple moteur, Qinj le débit de carburant injecté, et a une constante dépendant notamment du type de moteur. 25 La présente invention vise donc à estimer la quantité de carburant injecté par l'estimation du couple moteur. A cet effet, dans un mode de réalisation, l'estimation du couple moteur est mise en œuvre par le procédé décrit dans la demande de brevet FR 2818740 déposée par la demanderesse. 30 Dans ce mode de réalisation, des moyens de calcul calculent le couple moteur à partir de la mesure de la vitesse angulaire du volant moteur, connaissant les couples résistants entrant en jeu au niveau du volant moteur : J dw/dt = Cm(e)-(Cr.nTM + Ca) ça = n . N / 15 • = de/dt avec N le régime moteur (Tr/min), w la vitesse angulaire du volant moteur, 6 l'angle vilebrequin, J l'inertie du système, Cm le couple moteur, Cr le couple résistif à la roue, Ca l'ensemble des couples résistants restants, et r1TM le rendement de la transmission. La vitesse angulaire au niveau du volant moteur est mesurée grâce à un capteur approprié, optique ou autre. Le signal délivré par ce capteur représente le régime moteur instantané et permet de calculer le couple moteur Cm instantané. Le couple résistif à la roue (aux roues) Cr comprend tous les couples liés aux frottements (aérodynamique, 20 contacts pneus/route, etc.) Le couple accessoire Ca comprend tous les consommateurs d'énergie entraînés directement par le vilebrequin (compresseur de climatisation, alternateur, etc.). De préférence, le couple global Cm est également estimé 25 à partir du régime moteur. Le couple global Cm est lui-même relié au débit de carburant Qinj injecté dans un cylindre par la relation Cm = a Qinj susmentionnée. La constante a étant connue, le débit de carburant 30 Qinj _R réellement injecté est alors calculé par la relation Qinj _R = Cm / a. The estimation of the soot mass corresponds to the mathematical integration of the sum of the instantaneous flows over a period of time considered. The model makes it possible to perform a step of calculating the soot mass M given as a function of the fuel injection instruction Qinj given. The correspondence is initialized before the engine is put into service. However, as seen above, the model is sensitive to dispersions, particularly dispersions due to injectors. However, the actual quantity of fuel injected is not known, only the value of the injection setpoint is known. According to the invention, the method further comprises a step of estimating the quantity of fuel actually injected in response to the injection set point. On a diesel engine, the effect of an injection on the engine torque is direct and proportional (linear approximation). That is to say that C = a.Qinj With C the engine torque, Qinj the injected fuel flow, and has a constant depending in particular on the type of engine. The present invention therefore aims at estimating the quantity of fuel injected by the estimate of the engine torque. For this purpose, in one embodiment, the estimation of the engine torque is implemented by the method described in the patent application FR 2818740 filed by the applicant. In this embodiment, calculation means calculate the engine torque from the measurement of the angular speed of the flywheel, knowing the resistant torques involved in the flywheel: J dw / dt = Cm (e) - (Cr.nTM + Ca) that = n. N / 15 • = de / dt with N the engine speed (RPM), w the angular speed of the flywheel, 6 the crankshaft angle, J the inertia of the system, Cm the engine torque, Cr the resistive torque to the wheel, Ca all the remaining resistant torques, and r1TM the performance of the transmission. The angular speed at the flywheel is measured by a suitable sensor, optical or otherwise. The signal delivered by this sensor represents the instantaneous engine speed and makes it possible to calculate the instantaneous engine torque Cm. The resistive torque to the wheel (to the wheels) Cr includes all the couples related to friction (aerodynamic, 20 tire / road contacts, etc.) The accessory torque Ca includes all the energy consumers driven directly by the crankshaft (air conditioning compressor , alternator, etc.). Preferably, the overall torque Cm is also estimated from the engine speed. The overall torque Cm is itself connected to the fuel flow Qinj injected into a cylinder by the relation Cm = a Qinj above. Since the constant a is known, the fuel flow rate Qinj _R actually injected is then calculated by the relation Qinj _R = Cm / a.

La présente invention renvoie vers la demande FR 2818740 pour de plus amples informations sur l'estimation du couple moteur global. Dans un autre mode de réalisation, l'estimation du 5 couple moteur est mise en œuvre par la mesure de pression cylindre, connue de l'homme du métier. Selon une première variante de l'invention, le procédé comprend une étape consistant à compenser la dérive entre la consigne d'injection de carburant donnée Qinj et la quantité 10 de carburant réellement injectée estimée Qinj R, de sorte à conserver la masse de suies donnée. En l'espèce, l'étape de compensation est mise en oeuvre par un algorithme de recalage d'injection. A titre d'exemple, le modèle est initialisé avec une 15 relation de correspondance entre une consigne de débit de carburant initiale Qin] _1 et une masse de suies correspondante mi_ i. L'estimation du couple moteur permet d'estimer la valeur réelle du débit d'injection Qinj_R. 20 Lors de sa mise en service, un moteur est calibré de sorte que la valeur réelle du débit d'injection Qinj_R soit égale à la consigne de débit de carburant initiale Qinj_i. Si le moteur a subi des dispersions, alors Qinj_i et Qinj_R ont des valeurs différentes, et l'application de la 25 consigne du débit d'injection réel Qinj_R en entrée du modèle aboutira à une masse de suies correspondante m _R différente de mi i. L'algorithme de compensation permet, en fonction de l'écart (du rapport) entre Qinj_i et Qinj_R de compenser la 30 dispersion, de sorte à conserver la production d'une masse de suies mi i alors que le débit d'injection est le débit d'injection réel Qinj R. The present invention refers to the application FR 2818740 for further information on the estimate of the overall engine torque. In another embodiment, the estimate of the engine torque is implemented by the cylinder pressure measurement, known to those skilled in the art. According to a first variant of the invention, the method comprises a step of compensating the drift between the given fuel injection setpoint Qinj and the quantity of fuel actually injected estimated Qinj R, so as to preserve the given mass of soot . In this case, the compensation step is implemented by an injection registration algorithm. By way of example, the model is initialized with a correspondence relation between an initial fuel flow setpoint Qin] _1 and a corresponding soot mass mi_i. The estimation of the engine torque makes it possible to estimate the real value of the injection flow rate Qinj_R. When put into service, a motor is calibrated so that the actual value of the injection flow rate Qinj_R is equal to the initial fuel flow setpoint Qinj_i. If the motor has undergone dispersions, then Qinj_i and Qinj_R have different values, and the application of the setpoint of the actual injection rate Qinj_R at the input of the model will result in a corresponding mass of soot m _R different from mi i. The compensation algorithm allows, as a function of the difference (in the ratio) between Qinj_i and Qinj_R to compensate for the dispersion, so as to preserve the production of a mass of soot mi i while the injection rate is the real injection rate Qinj R.

Dans ce mode de réalisation, la dérive des injecteurs est corrigée au niveau du moteur. Selon une deuxième variante, illustrée figure 2, ne nécessitant pas d'intrusion dans le réglage moteur, la consigne d'injection de carburant est l'estimation de la quantité de carburant réellement injectée Qinj_R. Le modèle est ainsi informé de la dérive de fonctionnement des injecteurs. En outre, la richesse du mélange issu de la combustion peut être analysée par une sonde à oxygène, de sorte à corriger valeur de la consigne d'injection de carburant en fonction du résultat de l'analyse de richesse. De préférence, le modèle utilisé pour l'estimation de la masse de suies d'un filtre à particules, comprend en outre au moins l'un des paramètres suivants . quantité ou débit d'air Qair, température de l'air Tair, taux de recirculation des gaz d'échappement EGR. Le procédé selon l'invention est avantageusement mis en oeuvre sous forme d'algorithme. 10 In this embodiment, the drift of the injectors is corrected at the engine. According to a second variant, illustrated in FIG. 2, which does not require any intrusion into the engine adjustment, the fuel injection instruction is the estimate of the quantity of fuel actually injected Qinj_R. The model is thus informed of the injector operating drift. In addition, the richness of the mixture resulting from the combustion can be analyzed by an oxygen sensor, so as to correct value of the fuel injection setpoint as a function of the result of the wealth analysis. Preferably, the model used for estimating the soot mass of a particulate filter further comprises at least one of the following parameters. quantity or air flow Qair, air temperature Tair, exhaust gas recirculation rate EGR. The method according to the invention is advantageously implemented in the form of an algorithm. 10

Claims

A method for controlling the exhaust emissions of a diesel engine equipped with a particulate filter, comprising the steps of: estimating the instantaneous soot mass of a particulate filter, from a model comprising a correspondence between a given instantaneous mass of soot (mi) and a fuel injection setpoint (Qinj) given, 10 -memorizing the estimated instantaneous mass of soot, - repeating the previous steps and calculating the total soot mass by integration of each instantaneous estimation, and - regenerate the filter at. particle when the total soot mass reaches a threshold value, characterized in that it further comprises a step of: - estimating the quantity of fuel actually injected (Qinj_R) in response to the injection setpoint (Qinj), and in that: the step of estimating the mass of soot is made from the estimate of the amount of fuel actually injected (Qinj_R).

2. Method according to claim 1, wherein the step 25 of estimating the amount of fuel actually injected in response to the fuel injection instruction is implemented by estimating the engine torque (Cm), the torque motor being proportional to the amount of fuel actually injected (Qinj_R) according to the equation Qinj_R = Cm / a, 30 with a constant depending on the type of engine.

3. Method according to claim 2, wherein the estimate of the engine torque (Cm) is a function of the engine speed (N). 10. The method of claim 1, wherein the fuel injection instruction (Qinj) is the estimate of the amount of fuel actually injected (Qinj R). 5. Method according to any one of claims 2 or 3, further comprising a step of compensating for a drift in time between the fuel injection setpoint (Qinj) given and the quantity of fuel actually injected (Qinj_R) estimated , so as to keep the mass of soot (mi) given by adapting the given fuel injection instruction (Qinj) to this drift. 6. The method of claim 5, wherein the compensation step is implemented by an injection registration algorithm. 7. Method according to any one of the preceding claims, further comprising a step of analyzing the richness of the mixture resulting from the combustion, and correcting the value of the fuel injection instruction (Qinj) according to the result of the wealth analysis. The method of claim 7, wherein the wealth analysis is performed by an oxygen probe. A method according to any one of the preceding claims, wherein the model used for estimating the soot mass of a particulate filter further comprises at least one of the following quantity or flow rate parameters. air, air temperature. The method of any of the preceding claims, further comprising a step of recirculating the exhaust gas, the model used for estimating the soot mass of a particulate filter comprising as a parameter the recirculation of exhaust gases. 11