To cite this version:Olivier Lepreux. Model-based Temperature Control of a Diesel Oxidation Catalyst . Mathematics
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DOCTEUR DE L'ECOLE NATIONALE SUPERIEURE DES MINES DE PARIS
RésuméLe problème étudié dans cette thèse est la commande d'un système DOC (Diesel Oxidation Catalyst) tel qu'utilisé dans les systèmes de dépollution des gaz d'échappement des moteurs Diesel automobiles.Ce système est par nature un système à paramètres répartis en raison de sa géométrie allongée parcourue par un flux gazeux en contact avec un catalyseur réparti. Après avoir étudié expérimenta-lement 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 du système DOC. Celui-ci est obtenu par des simplifications successives, justifiées expérimentalement (observations, estimations des ordres de grandeurs) ou par analyse des équations régissant la dynamique du système (déve-loppements 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 commande (précompensation, rétro-action, 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 commander, en conditions réelles, la température de sortie du DOC à ±15 • C.
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SummaryThe problem studied in this thesis is the control of a DOC (Diesel Oxidation Catalyst) as used in aftertreatment systems 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 devices (particulate filters, NOx traps, SCR).A first contribution of the thesis is a model for the DOC system. It is obtained by successive simplifications justified either experimentally (from observations, estimates of orders of magnitudes) or by an analysis of governing equations (through asymptotic 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 o...