Model-based Temperature Control of a Diesel Oxidation Catalyst   - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2009

Model-based Temperature Control of a Diesel Oxidation Catalyst  

Modélisation et commande de la température pour un catalyseur d'oxydation diesel

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Abstract

The problem studied in this thesis is the control of a DOC (Diesel Oxidation Catalyst) as used in after-treatment systems for exhausts of diesel vehicles. This system is inherently a distributed parameter system due to its elongated geometry where a gas stream is in contact with a distributed catalyst. After having studied this system experimentally, we decided to take into account its distributed nature, which as shown, is also found in other aftertreatment systems (particulate filters, NOx traps, SCR). A first contribution of the thesis is a model, referred to as control model, for the DOC system. It is obtained by successive simplifications justified either experimentally (from observations, estimates of orders of magnitudes) or mathematically (through asymtotic developments, change of variables). This model can account for the complexity of the temperature response of DOC output to changes in input variables. In particular, the effects of inverse responses and delays are well represented. A second contribution is a combination of algorithms (feedback, feedforward, and synchronization) to control the thermal phenomena in the DOC. Both contributions have been tested and validated experimentally. In conclusion, the outcomes are evaluated. In summary, using the approach presented in this manuscript, it is possible to control, in real conditions, the outlet temperature of the DOC within +/- 15°C.
Le problème étudié dans cette thèse est le contrôle d'un système DOC (Diesel Oxidation Catalyst) tel qu'utilisé dans les systèmes de dépollution des gaz d'échappements des moteurs Diesel automobiles. Ce système est par nature un système à paramètres distribués en raison de sa géométrie allongée parcourue par un flux gazeux en contact avec un catalyseur réparti. Après avoir étudié expérimentalement ce système, nous avons décidé de prendre en compte cette nature répartie, qui comme on le montre, se retrouve également dans les autres systèmes de dépollution (filtres à particules, pièges à NOx, SCR). Une première contribution du manuscrit consiste en un modèle, dit modèle pour le contrôle, du système DOC. Celui-ci est obtenu par des simplifications successives, justifiées expérimentalement (observations, estimations des ordres de grandeurs) ou mathématiquement (développements asymptotiques, changements de variables). Ce modèle permet de rendre compte de la complexité de la réponse de la température de sortie du DOC à des variations des grandeurs d'entrée. En particulier, les effets de réponses inverses et de retards sont bien représentés. Une seconde contribution est un ensemble d'algorithmes de contrôle (feedback, feedforward, et synchronisation) permettant de maîtriser les phénomènes thermiques dans le DOC. Ces deux contributions ont été testées expérimentalement et validées. En conclusion, les performances obtenues sont évaluées. En résumé, en utilisant l'approche présentée dans ce manuscrit, il est possible de contrôler, en conditions réelles, la température de sortie du DOC à +/- 15 degrés.
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Dates and versions

pastel-00005857 , version 1 (09-03-2010)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00005857 , version 1

Cite

Olivier Lepreux. Model-based Temperature Control of a Diesel Oxidation Catalyst  . Mathematics [math]. École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2009. English. ⟨NNT : 2009ENMP1670⟩. ⟨pastel-00005857⟩
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