Reduced order modeling and control of components of low consumption powertrains in preparation for Euro 6 and Euro 7 standards

Modélisation réduite et commande d'éléments du système de dépollution d'un groupe motopropulseur en vue des normes Euro 6 et Euro 7

David Marie-Luce (1)

1 SISYPHE - SIgnals and SYstems in PHysiology & Engineering

The purpose of this study is to develop mathematical reduced order models for components of low consumption motor vehicles : the lean NOx trap and the SCR catalysts, used in the exhaust of Diesel engines and involved in the reduction of pollutants in exhaust emissions. These systems have in common that they aim at controling the boundaries on pollutant emissions in order to achieve the forthcoming Euro standards and they allow the optimization of the aftertreatment systems to reduce greenhouse gases.The lean NOx trap catalyst aims at collecting the NOx in order to avoid the pollution of the environment and the SCR catalyst uses the selective reduction of the NOx by the ammonia (NH3), initially produced by an embedded urea system.The similarity between the two technologies allow the implementation of common methodologies for reduced order modeling of catalytic reactors based on thermochemical and kinetic studies. After application, respectively to the NOx trap and the SCR, we obtain reduced order models which were identified, validated and implemented for the control and diagnosis of the amount of stock of the pollutants (respectively NOx and NH3).

Dans cette étude, on s'est intéressé à la modélisation réduite et au contrôle d’organes intervenant dans la réduction des émissions de polluants des véhicules automobiles à basse consommation. Il s’agit des réacteurs catalysés de type « piège à NOx » et SCR, utilisés dans les architectures de post-traitement des gaz d’échappement des véhicules Diesel. Ces systèmes ont en commun la nécessité de contrôler les niveaux des émissions de polluants stockés sur les sites catalytiques et l’optimisation du fonctionnement du GMP en vue d’approcher les futures normes Euro et les nouvelles incitations sur les émissions de gaz à effet de serre.Le piège à NOx est un système catalytique dont la fonction première est de collecter les oxydes d’azote (NOx) des gaz d’échappement afin qu’ils ne soient pas rejetés dans l’environnement. Le réacteur SCR est un système catalytique qui utilise le principe de réduction sélective des NOx par l’ammoniac (NH3), initialment produit et délivré à partir d’un stock d’urée embarqué.La similitude des technologies a permis la mise en œuvre de méthodologies communes de modélisation cinétique et de réduction de modèles, basées sur l’étude thermochimique et cinétique des réseaux réactionnels. Après application aux systèmes respectifs de piège à NOx et SCR, nous avons obtenus des modèles réduits qui ont pu être identifiés, validés et appliqués à l’observation et au contrôle des niveaux de stock des polluants (respectivement NOx et NH3).

Mots clés: Automotive; Modeling; Model reduction; Validation; NOx trap; Nitrogen oxides; Ammonia; Selective catalytic reduction; Observer; Control

Mots clés: Automobile; Modélisation; Réduction de modèle; Piège à NOx; SCR; Oxydes d’azote; Ammoniac; Réduction catalytique sélective; Observateur; Commande

Domaines: Autre [cond-mat.other]

David Marie-Luce. Modélisation réduite et commande d'éléments du système de dépollution d'un groupe motopropulseur en vue des normes Euro 6 et Euro 7. Autre [cond-mat.other]. Université Paris Sud - Paris XI, 2013. Français. ⟨NNT : 2013PA112034⟩. ⟨tel-01722697⟩