FR2975729A3 - Limitation de la pression de carburant dans un systeme d'injection moteur - Google Patents

Abstract

Un procédé de limitation de la pression de carburant dans un système d'injection moteur, comprenant une étape de commande de l'injection (25) d'une quantité (Q1) de carburant dans au moins une chambre de combustion de façon à éviter la création de couple moteur.

Description

Limitation de la pression de carburant dans un système d'injection moteur L' invention concerne la limitation de la pression de carburant dans un système d' injection moteur, en particulier dans un système d' injection directe à rampe commune (« common rail » en anglais) destiné à équiper un moteur, par exemple un moteur diesel.

Les systèmes d' injection directe à rampe commune comportent un accumulateur à rampe commune en communication d' une part avec un réservoir de carburant, et d' autre part avec des injecteurs aptes à injecter du carburant dans des chambres de combustion respectives. Un calculateur de contrôle moteur permet d' estimer une quantité et une pression de carburant en fonction de la commande conducteur et de caractéristiques du moteur. Afin d' optimiser le rendement, on cherche à limiter la durée de 1' injection du carburant dans la chambre, de sorte que le carburant dans 1' accumulateur est pressurisé. Une pompe haute pression en amont de l' accumulateur permet de pressuriser du carburant issu du réservoir. Les composants du système d' injection sont donc conçus de façon à résister à des niveaux de pression relativement élevés, de 1' ordre de 1600 bar par exemple, avec une marge de sécurité.

Cependant, en cas de dépassement du niveau de pression maximal attendu, il existe un risque de fuite externe de carburant, et même d' incendie du véhicule. En outre, des injections incontrôlées dans le moteur du fait de la surpression peuvent entraîner un emballement et la casse du moteur. Il importe donc de maintenir la pression dans le système d' injection en deçà d' un certain seuil. Les systèmes d' injection peuvent comporter un actuateur de débit en amont de la pompe haute pression, par exemple une électrovanne, commandé par le calculateur, de façon à ce que la pompe ne comprime que la quantité de carburant dont le moteur et le reste du système d' injection ont besoin pour fonctionner. En sécurité, on prévoit en outre un limiteur de pression sur la rampe haute pression afin de décharger la pression du système d' injection en cas de surpression. Le limiteur peut comprendre un système à ressort pour évacuer du carburant lorsque la pression dépasse un seuil. Outre le fait que le limiteur est relativement encombrant, on peut relever que son implantation sur la rampe impose une forme de bout de rampe relativement complexe. La rampe est donc relativement délicate à réaliser et il existe un risque de fuite.

La plupart des injecteurs comportent une sortie raccordable au réservoir pour l'évacuation du surplus de carburant. Il existe également des injecteurs spécifiques aptes à mettre en oeuvre des stratégies de décharge vers le réservoir (par exemple les injecteurs du type Delphi DFI1.x ou Bosch CRI2.2).

Il existe un besoin pour une limitation de la pression plus simple à mettre en oeuvre. Il est proposé un procédé de limitation de la pression de carburant dans un système d' injection moteur, comprenant une étape de commande de l'injection d'une quantité de carburant dans au moins une chambre de combustion de façon à éviter la création de couple moteur pour évacuer un surplus de carburant du système d'injection. Ainsi, le surplus de pression est-il évacué dans une ou des chambres de combustion du moteur, ce qui peut permettre de concevoir des systèmes d'injection moteur plus simples. Le système d'injection moteur peut notamment être conçu sans autre circuit d'évacuation du type comprenant un limiteur ou des injecteurs spécifiques. Le procédé décrit ci-dessus peut ainsi permettre de concevoir des systèmes d'injection moteur avec n'importe quel type d'injecteurs. Avantageusement, le procédé peut comporter en outre une étape de réception d'au moins une valeur de pression en provenance d'au moins un capteur de pression cylindre disposé de façon à mesurer la pression à l'intérieur d'au moins une chambre de combustion correspondant à cet au moins un capteur. L'étape de commande peut être fonction de la ou les valeurs reçues.

En effet, certains moteurs sont équipés d'un ou plusieurs capteurs(s) de pression cylindre dont les mesures servent à optimiser le fonctionnement normal du moteur. Ainsi, on vient profiter de la présence de ces capteurs pour obtenir des informations sur le moteur, ces informations étant ensuite utilisées pour gérer l'injection de surplus de carburant dans le moteur. Par exemple, la ou les valeurs de pression cylindre peuvent être utilisées pour détecter une surpression du carburant dans le système d'injection, et/ou pour choisir les instants d'injection du surplus de carburant de façon à s'assurer de la non création de couple moteur. Avantageusement, le procédé peut comporter, pendant et/ou après une injection de surplus, une étape d'estimation du couple effectivement appliqué à partir de cette au moins une valeur reçue, une étape d'estimation du couple théorique à partir d'une commande conducteur, une étape de comparaison d'une différence entre ces deux couples estimés à un seuil de couple moteur, et, selon le résultat de la comparaison, une étape de diminution de la quantité à injecter. Lorsque cette différence est supérieure à ce seuil, c'est à dire lorsqu'on considère que l'injection de surplus a produit un couple moteur trop élevé, on peut diminuer la quantité à injecter par exemple en retardant l'instant de début d'injection de surplus. L'étape d'estimation du couple théorique peut être effectuée en déterminant dans un premier temps une pression de rail et des instants d'injection à partir de la commande conducteur et de caractéristiques propres au moteur, puis en estimant le couple correspondant à cette pression de rail et ces instants d'injection. Par exemple, dans le cas d'une situation de pied levé, c'est à dire d'un freinage moteur demandé par le conducteur, la valeur du couple théorique peut être nulle. En cas d'injection afin de limiter la pression du système d'injection, si un couple moteur est produit et que ce couple moteur est supérieur au seuil, il existe un risque que le conducteur ait l'impression que le véhicule accélère alors qu'un freinage moteur était attendu. On réduit alors la quantité à injecter. Si le système d'injection est toujours en surpression, la quantité ainsi réduite est injectée. Une ou plusieurs nouvelles valeurs de pression de cylindre sont alors mesurées et l'étape de comparaison est menée à nouveau. Ainsi, cette ou ces mesures de valeurs de pression cylindre permettent de déterminer si l'injection de surplus de carburant a ou non produit un couple. En cas de couple produit trop important, la quantité à injecter est réduite. Avantageusement, le procédé peut comporter une étape de détection de surpression dans le système d'injection en fonction de cette ou ces valeurs reçues du ou des capteurs de pression cylindre. Ainsi, on peut concevoir un système d'injection sans capteur spécifiquement dédié à la détection des surpressions accidentelles.

Avantageusement, le procédé peut comprendre une étape d'estimation du couple effectivement appliqué à partir de cette au moins une valeur reçue, une étape d'estimation du couple théorique à partir d'une commande conducteur, une étape de comparaison d'une différence entre deux valeurs issues de ces deux couples respectifs à un seuil de dysfonctionnement. L'étape de commande de l'injection peut être fonction du résultat de la comparaison. Si cette différence est supérieure à ce seuil, c'est à dire que l'on détecte un dysfonctionnement du système d'injection ayant conduit à une surpression, alors on décide d'effectuer une injection de surplus de carburant vers la chambre de combustion. Avantageusement, le procédé comporte en outre une étape de réception d'une ou plusieurs valeurs de position en provenance de un ou plusieurs capteurs de position du moteur, par exemple un capteur de PMH (pour « Point Mort Haut ») et/ou un capteur d'arbre à came. Ces valeurs, par exemple des angles de vilebrequin, peuvent être prises en compte dans le procédé décrit ci-dessus, notamment pour calculer une valeur de couple à partir d'au moins une valeur de pression cylindre et/ou pour choisir les instants d'injection de surplus de carburant.

Il est en outre proposé un programme d'ordinateur comportant des instructions pour exécuter les étapes du procédé décrit ci-dessus lorsque ces instructions sont exécutées par un processeur. Il est en outre proposé un dispositif de limitation de la pression de carburant dans un système d' injection moteur, ce dispositif étant agencé pour commander l'injection d'une quantité de carburant dans au moins une chambre de combustion de façon à éviter la création de couple moteur pour évacuer un surplus de carburant du système d'injection. Ce dispositif peut ainsi permettre de mettre en oeuvre le procédé décrit ci-dessus. Ce dispositif peut comprendre des moyens de traitement et une mémoire intégrés en un ou plusieurs processeurs, par exemple un microcontrôleur, un microprocesseur ou bien encore un processeur de traitement de signal numérique ou DSP (de l'anglais « Digital Signal Processor »).

Il est en outre proposé un système d'injection comportant un dispositif tel que décrit ci-dessus. Ce système peut en outre comprendre une pompe haute pression, un accumulateur à rampe commune, des injecteurs, et/ou un calculateur de contrôle moteur. Ce calculateur et le dispositif de limitation décrit ci-dessus peuvent bien entendu être intégrés en un seul processeur. Dans la présente demande, il est fait état de comparaison de différences à un seuil, mais il va de soit que cette étape pourrait être remplacée par une comparaison de ratio, de différence relative, ou autre. L'invention est maintenant décrite en référence aux dessins annexés, non limitatifs, dans lesquels : - La figure 1 montre un exemple de système d'injection avec un dispositif de limitation de pression selon un mode de réalisation de l'invention. - La figure 2 est un organigramme illustrant un exemple de procédé selon un mode de réalisation de l'invention.

En référence à la figure 1, un injecteur 1 permet d'injecter une quantité de carburant dans une chambre de combustion 4 d'un moteur. De manière connue, la combustion du carburant injecté déplace le piston 6. Le mouvement de translation du piston 6 est transformé par la bielle 7 en un mouvement de rotation d'un vilebrequin solidarisé aux roues du véhicule. De manière bien connue de l'homme du métier, la chambre de combustion peut être mise en communication avec une zone d'admission 3 et une zone d'échappement 2. Un capteur de pression 5 permet d'obtenir des mesures de valeur de pression à l'intérieur de la chambre de combustion 4. Afin de faciliter la compréhension, ce capteur de pression est abusivement représenté sur la figure 1, qui est une vue en coupe. Avantageusement, le capteur de pression est implanté dans une bougie de préchauffage non représentée.

Un capteur de PMH 9 permet de mesurer l'angle de rotation du vilebrequin. Afin de faciliter la compréhension, ce capteur de PMH est abusivement représenté sur la figure 1, qui est une vue en coupe. Avantageusement, le capteur de PMH peut être placé sur un carter de boîte de vitesse en regard d'une cible moteur crantée montée sur le volant moteur en bout de vilebrequin. La cible peut comporter une roue comptant une pluralité de dents creuses et une dent plus longue que les autres dont on connaît la position par rapport au PMH d'un cylindre du moteur. Le défilement des dents devant le capteur donne un signal en créneau et les durées de défilement permettent d'obtenir l'angle du vilebrequin. La durée de défilement de la dent longue permet d'obtenir la référence angulaire par rapport au PMH. Le capteur de PMH 9 permet d'obtenir un angle a, dit angle vilebrequin. Les capteurs 5 et 9 sont en communication avec un dispositif de limitation 8 incorporant des moyens de traitement, par exemple un microcontrôleur. A partir des valeurs de pression et d'angle vilebrequin reçus, le microcontrôleur 8 détermine si le système d'injection est en surpression ou non. En mode de fonctionnement normal du système d'injection, une électrovanne non représentée, commandé par un capteur de pression supplémentaire et non représentée, permet de ne pressuriser que la quantité de carburant nécessaire pour atteindre une pression de consigne déterminée par un calculateur de contrôle moteur. Ce calculateur peut être intégré au microcontrôleur 8. Ainsi, le microcontrôleur 8 permet de détecter un dysfonctionnement du système d'injection à partir des valeurs reçues des capteurs 5 et 9. En cas de dysfonctionnement, c'est-à-dire de pression du système d'injection supérieure à la pression attendue, le microcontrôleur 8 commande à l'injecteur 1 une injection d'une quantité déterminée de carburant dans la chambre de combustion 4, de façon à ne pas produire de couple moteur. Cette injection d'un surplus de carburant permet d'abaisser la pression à l'intérieur du système d'injection. Les instants d'injection de cette quantité de carburant sont déterminés, notamment grâce aux valeurs reçues des capteurs 5 et 9, afin de s'assurer que cette quantité de carburant injectée ne produira pas de couple moteur. Le fonctionnement du microcontrôleur 8 est maintenant décrit de façon plus précise en référence à la figure 2. Lors d'une étape 30, des valeurs de pression cylindre p; sont reçues. Des valeurs d'angle vilebrequin a sont également reçues lors d'une étape non représentée sur la figure 2.

A partir des valeurs de pression et d'angle vilebrequin reçus des capteurs 5, 9, le microcontrôleur 8 estime un couple moyen indiqué ou CMI selon la formule suivante : 1 Np, CMI =-1(p1VV)Aa (1) 4ir ;_1 dans lequel

u désigne l'angle vilebrequin, V~ désigne la dérivée temporaire du volume de la chambre de combustion,

pi désigne la pression dans la chambre de combustion au moment indicé j et

Au désigne le pas d'échantillonnage du système.

L'angle vilebrequin u peut être enregistré à l'aide du capteur 9 pendant tout le cycle thermodynamique du moteur, ou bien encore sur une portion de cycle.

Le pas d'échantillonnage Au peut varier, par exemple entre 1 degré vilebrequin jusqu'à plusieurs degrés, par exemple 8 degrés.

Le volume de la chambre de combustion est estimé pour chaque valeur d'angle de vilebrequin u mesuré à partir des caractéristiques géométriques du moteur. Le volume de la chambre de combustion pour un angle de vilebrequin u donné peut être estimé en effectuant la somme du volume de la chambre dans la culasse connue par exemple d'après les numérisations tridimensionnelles de la pièce et de la portion du volume du cylindre située au-dessus du piston, au moyen d'une formule trigonométrique.

La dérivée du volume par rapport au temps V/ est ainsi issue d'une cartographie uniquement en fonction de l'angle de vilebrequin u.

La pression pi est la pression dans le cylindre mesurée à l'aide du capteur 5 placé dans la bougie de préchauffage par exemple.

L'homme du métier saura choisir un nombre de points N PST adapté en fonction du pas d'échantillonnage Au. La valeur CMI prise en compte peut être une valeur instantanée enregistrée cycle à cycle, ou la valeur moyennée sur un nombre donné de cycles thermo dynamiques du moteur.

La valeur de couple moyen CMI peut être estimée sur chacun des cylindres ou sur un cylindre seulement.

Cette étape d'estimation du couple moteur CMI est représentée à la figure 2 sous la référence 31. Lors d'une étape non représentée, une valeur de couple moyen théorique est estimée à partir de la commande conducteur. Plus précisément, pour ce type de moteur, une table de correspondance entre pression de système d'injection, couple et temps d'injection moteur a été dressée par le constructeur et conservée en mémoire. A la pression de système d'injection et aux temps d'injections moteurs définis par le calculateur de contrôle moteur correspondent donc une valeur de couple théorique. Cette valeur de couple théorique est ainsi déterminée en fonction d'une cartographie pour le point de fonctionnement attendu du moteur. Dit autrement, un calculateur de contrôle moteur intégré dans le micro contrôleur 8 permet de déterminer en fonction d'une commande conducteur et de caractéristiques propre à ce type de moteur une pression d'accumulateur et un temps d'injection correspondant. Lors d'une étape 23, le couple estimé à l'étape 31 est indirectement comparé à cette valeur de couple théorique estimé. Plus précisément, on déduit de la différence entre ces deux valeurs de couple estimées un écart de quantité de carburant injecté dans le cylindre EQ. En effet, il existe une relation linéaire entre le couple du moteur et la quantité de carburant injectée dans le cylindre. Un écart de couple EC signifie donc qu'un écart de quantité EQ a été injecté physiquement dans le cylindre. Le microcontrôleur estime donc cet écart par une relation linéaire du type EQ = kl* EC dans lequel kl est une constante prédéterminée et calibrée lors d'une phase de mise au point du moteur. La section des trous de l'injecteur étant constante, on peut déduire de cet écart EQ de quantité injectée un écart de pression rail EPR, à l'aide d'une formule du type EPR = 1/k2* EQ, où k2 est aussi une constante prédéterminée et calibrée lors d'une phase de mise au point du moteur. Si cet écart de pression rail EPR dépasse une valeur de seuil de dysfonctionnement S1, le défaut est détecté. Si l'écart de pression rail EPR est inférieur au seuil S1, il n'y a pas de vidange.

Dans le cas contraire, le microcontrôleur passe dans un mode de disfonctionnement. Lors d'une étape 25, la quantité Q1 de carburant est injectée à un angle vilebrequin tel que cette injection ne doit pas produire de couple, en fin de phase de détente par exemple. La détermination de la quantité Q1 et des instants de début et de fin d'injection sera détaillée ci-après, en référence aux étapes 26, 27, 29, 40. Par ailleurs, pendant et après l'injection de surplus de carburant, des valeurs de pression cylindre p; sont reçues lors d'une étape 42. A partir de ces valeurs de pression cylindre et de valeurs d'angle vilebrequin a, est déterminée une nouvelle valeur de couple en appliquant une formule analogue à la formule (1). Cette estimation est effectuée pendant une étape 20.

Lors d'une étape non représentée, est estimé un couple moteur théorique Cp en fonction de la commande conducteur et d'une cartographie du moteur. Lors de l'étape 21 le couple moteur estimé à l'étape 20 est comparé au couple moteur Cp issu d'une cartographie. Si la valeur absolue de la différence est supérieure à un seuil S2, alors il est considéré que l'injection commandée à l'étape 25 a produit un couple moteur indésirable et la quantité Q1 de surplus à injecter est diminuée lors des étapes 26, 27. Cette quantité Q1 est initialement choisie égale à une valeur prédéterminée Q0, lors d'une étape 40. Dans un mode de réalisation non représenté, lors de cette étape d'initialisation, la quantité Q1 est choisie égale à une valeur fonction de la commande conducteur et d'une cartographie du moteur. On peut choisir une qualité initiale relativement importante de sorte que la diminution de pression soit suffisamment rapide. Mais plus la quantité est importante, plus il y a un risque que le début de l'injection de surplus participe à la combustion, selon les dispersions d'un moteur à l'autre. La quantité Q1 et le façage dans le cycle moteur peuvent être prédéfinis par calibration dans la finalité d'éviter toute production de couple moteur. Comme expliqué ci-dessus, si le test 21 montre que l'injection de la quantité Q1 a conduit à produire un couple moteur trop élevé, alors on incrémente lors d'une étape 26 un facteur de correction COR, puis on retire à la valeur de Q1 ce facteur de correction lors d'une étape 27. Ainsi, si le test 21 se révèle positif un certain nombre de fois, la quantité Q1 est amenée à diminuer de plus en plus rapidement.

Le dispositif détermine des instants de début et de fin d'injection de surplus t 1, t2 à partir de la valeur de la quantité Q1 que l'on souhaite injecter, de la pression du système d'injection et des valeurs d'angle vilebrequin a. Cette étape 29 est bien connue de l'homme du métier et ne sera pas détaillée davantage.

On peut relever que lorsque l'on souhaite augmenter la quantité de carburant injectée de façon à ne pas produire de couple, on peut avancer l'instant de début d'injection t1, l'instant de fin d'injection t2 restant inchangé de façon à s'assurer que cette injection ne produira pas de couple moteur. Cette avance d'injection peut par exemple prendre des valeurs entre 100 micro secondes et 1000 micro secondes. Ainsi, le micro contrôleur 8 permet de détecter une surpression dans le rail et d'effectuer une vidange. On utilise l'information venant des capteurs de pression cylindre, et ce, de manière transparente pour l'utilisateur. 25 30

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de limitation de la pression de carburant dans un système d' injection moteur, comprenant une étape de commande (25) de l'injection d'une quantité (Q 1) de carburant dans au moins une chambre de combustion de façon à éviter la création de couple moteur pour évacuer un surplus de carburant du système d'injection.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre une étape de réception (30, 42) d'au moins une valeur en provenance d'au moins un capteur de pression cylindre disposé de façon à mesurer la pression à l'intérieur d'au moins une chambre de combustion correspondant audit au moins un capteur, et dans lequel l'étape de commande est fonction de ladite au moins une valeur reçue.
3. 3. Procédé selon la revendication 2, comportant une étape de détermination (20, 21, 26, 27, 29) d'au moins un paramètre (Q1, tl, t2) relatif à l'injection à partir de ladite au moins une valeur reçue (42).
4. 4. Procédé selon la revendication 3, comportant une étape d'estimation (20) du couple effectivement appliqué (C) à partir de ladite au moins une valeur reçue, une étape d'estimation du couple théorique (Cp) à partir d'une commande conducteur, une étape de comparaison (21) d'une différence entre le couple effectivement appliqué et le couple théorique à un seuil de couple moteur (S2), et, lorsque ladite différence est supérieure audit seuil de couple moteur, une étape de diminution (26, 27) de la quantité à injecter (Q1).
5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, comportant en outre une étape de détection (31, 23) de surpression dans le système d'injection en fonction de ladite au moins une valeur reçue dudit au moins un capteur de pression cylindre.
6. 6. Procédé selon la revendication 5, comprenant une étape d'estimation (31) du couple effectivement appliqué à partir de cette au moins une valeur reçue, une étape d'estimation du couple théorique à partir d'une commande conducteur, une étape de comparaison (23) d'une différence (EPR) entre deux valeurs issues de ces deux couples respectifs à un seuil de dysfonctionnement (S 1), et dans lequel l'étape de commande de l'injection (25) est effectuée lorsque ladite différence est supérieure audit seuil de dysfonctionnement.
7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comportant en outre une étape de réception d'au moins une valeur de position en provenance d'au moins un capteur de position du moteur, et dans lequel l'étape de commande est fonction de ladite au moins une valeur de position reçue.
8. 8. Dispositif de limitation (8) de la pression de carburant dans un système d' injection moteur, ledit dispositif étant agencé pour commander l'injection d'une quantité de carburant dans au moins une chambre de combustion (4) de façon à éviter la création de couple moteur pour évacuer un surplus de carburant du système d'injection.
9. 9. Système d'injection moteur comportant le dispositif de limitation (8) de la revendication 8. 35