Brevet FR2728625A1 — publié le 19960628

" Système d'alimentation en carburant d'un moteur à combus- tion interne " Etat de la technique L'invention concerne un système d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne, avec une pompe électrique de carburant, dont on peut commander ou régler la puissance de transfert en fonction de grandeurs de fonctionnement, et avec un système de dosage de carbu- rant. Il est connu dans le cas de systèmes d'alimentation en carburant de moteur à combustion interne, de pomper le carburant à l'aide d'une pompe de carburant électrique à partir du réservoir de carburant pour l'envoyer aux injecteurs et, dans ce cas, le carburant en excès revient au réservoir de carburant par une conduite de retour. Comme en cas de charges différentes du moteur à combustion interne il est nécessaire d'avoir plus ou moins de carburant, l'alimentation en carburant est réglée par l'appareil de commande du moteur à combustion interne. Pour cela on détecte la pression du carburant à l'aide d'un dé- tecteur de pression, comme ceci est décrit par exemple dans le document DE 28 08 731, et on règle la vitesse de rota- tion et de cette façon la puissance de transfert de la pompe électrique de carburant, en fonction de la pression de carburant qui a été mesurée. En partant de la pression du carburant détectée, on détermine la quantité de carbu- rant transférée et l'on exploite aussi cette grandeur lors du réglage de la pompe. En partant d'un tel système connu d'alimentation en carburant pour un moteur à combustion in- terne, la présente invention a pour objet d'améliorer da- vantage la régulation de la pression de carburant et du débit de carburant dans le système d'injection, en obser- vant en permanence les points de fonctionnement du moteur. On résout ce problème grâce à un système d'alimentation en carburant caractérisé en ce que l'on détermine la pression du carburant et le débit du carburant en partant de gran- deurs spécifiques du moteur à combustion interne ou de la pompe mesurées par un circuit électronique. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - le circuit électronique comporte une fonction d'observateur, - la pression de carburant qui a été déterminée et le débit du carburant qui a été déterminé sont transmis à l'appareil de commande du moteur à combustion interne et celui-ci, en partant des données transmises ainsi que d'autres données, détermine le temps d'injection; - les grandeurs déterminées par l'observateur sont exploitées au moyen d'un modèle de pompe et, en par- tant de là, une valeur de correction est formée par l'appareil de commande de pression (Pcorr), cette valeur étant ramenée à l'observateur; - on intègre en plus dans l'électronique de commande de la pompe électrique de carburant, un détecteur de pression qui mesure la pression actuelle du carburant et transmet les valeurs de mesure correspondantes à l'observateur, lequel, en partant de cette pression, in- fluence la pression sur les injecteurs. - la pression sur les injecteurs est influencée au moyen d'un modèle de la conduite de carburant; - la quantité de carburant transférée est ré- glée en fonction des besoins; - la quantité de carburant transférée est ré- glée de telle façon qu'il n'y ait pas de carburant en excès et qu'il ne soit pas nécessaire de cette façon d'avoir une conduite de retour de carburant entre les injecteurs et le réservoir de carburant; - la puissance de la pompe électrique de carbu- rant n'est pas adaptée aux exigences du démarrage à froid et dans le cas d'un démarrage à froid, a lieu une augmenta- tion de la pression du carburant. Avantages de l'invention Le système d'alimentation en carburant selon l'invention présente, par rapport à l'état de la technique, l'avantage qu'il est possible d'avoir une régulation parti- culièrement précise et fiable de la quantité de carburant transférée sans être obligé de mesurer toutes les grandeurs nécessaires à la régulation, en particulier la pression de carburant et le débit de carburant eux-mêmes. Ces avantages sont obtenus en déterminant les paramètres de pression du carburant et de débit du carbu- rant au moyen d'un observateur électronique en permanence à partir d'autres grandeurs, et en transmettant ces valeurs au circuit électronique du moteur, de telle sorte que le circuit électronique du moteur soit alors en mesure, en particulier dans des conditions critiques telles qu'un dé- marrage à froid, de compenser une pression de carburant plus faible par une durée d'injection plus longue. Dans une forme de réalisation particulièrement avantageuse de l'invention il est possible de faire l'économie du régulateur de pression et du circuit de re- tour de carburant, et de laisser l'observateur ou le cir- cuit électronique correspondant régler lui-même la pression du carburant sur les injecteurs et le débit du carburant. Dans ce cas, l'observateur peut d'une manière avantageuse Dans ce cas, l'observateur peut d'une manière avantageuse maintenir la pression constante en réglant le courant du moteur. Si l'observateur constate que par exemple au ralenti ou en passant sur le mode de fonctionnement en poussée, la pression augmente parce qu'on injecte peu de carburant ou pas de carburant du tout, celui-ci peut ré- duire la puissance du moteur de la pompe en influençant la tension qui est appliquée à la pompe. Si la pression est alors plus petite, l'observateur part alors du fait que du carburant est à nouveau injecté. Il augmente alors la puis- sance de la pompe électrique de carburant. De cette façon l'observateur règle la quantité de carburant transférée se- lon le besoin correspondant. Comme dans le cas d'un tel système d'alimentation en carburant il n'y a pas de circuit de re- tour, on obtient d'une manière avantageuse une réduction du chauffage du carburant dans le réservoir et de cette façon une réduction des émissions à partir du réservoir. Selon une autre configuration avantageuse de l'invention on constitue une boucle de régulation entre l'observateur et le circuit électronique du moteur. Dans cette boucle de régulation, le circuit électronique délivre à l'observateur des données qui permettent à l'observateur de corriger son champ caractéristique de pompe. L'observateur apprend dans ce cas en permanence sa nouvelle courbe caractéristique de pompe et est de cette façon, d'une manière particulièrement avantageuse, en position de corriger les tolérances de fabrication et les apparitions du vieillissement du système d'alimentation en carburant. Dans le cas de cette configuration de l'invention, l'électronique du moteur détermine, à partir de la pression de carburant fournie par l'observateur, la durée d'injection qui est nécessaire pour la délivrance de la quantité à injecter nécessaire. Si les valeurs atten- d'une régulation lambda du moteur, ne sont pas atteintes avec un intervalle de temps d'injection raisonnable pour ce point de fonctionnement, le circuit électronique du moteur part alors du fait que la pression de carburant indiquée par l'observateur est fausse, par exemple est trop petite. Le circuit électronique du moteur fait alors part à l'observateur de cette divergence, et l'observateur corrige en conséquence, à la suite de cela son champ caractéristi- que de pompe. En particulier, du fait de la disparition des exigences élevées relatives au démarrage à froid, qui ne sont plus nécessaires dans ce cas, on obtient la possibili- té avantageuse de réduire l'intensité du moteur de la pompe de carburant pour un même volume de construction et, de cette façon, la possibilité de réduire les conditions de température qui sont appliquées au circuit électronique de commande. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un mode de réalisation représenté sur les dessins annexes dans lesquels: - la figure 1 montre une représentation simpli- fiée d'un système de régulation du moteur, système tel que ceux réalisés aujourd'hui de façon standard en série, - la figure 2 montre une représentation simplifiée du système selon l'invention avec une pompe de carburant électrique associée à l'observateur, - les figures 3a et 3b montrent le principe de l'observation sans détecteur de pression, - la figure 4 montre le principe de l'observation avec détecteur de pression et correction de la courbe ca- ractéristique de la pompe, - la figure 5 montre un autre principe d'observation avec détecteur de pression, et - la figure 6 montre le champ caractéristique d'un moteur de pompe de carburant commuté électriquement. Description Sur la figure 1 on a représenté un système con- ventionnel de régulation d'un moteur, y compris le système d'alimentation en carburant. Dans ce cas on a désigné en particulier par la référence 10 le moteur à combustion in- terne. Du système d'alimentation en carburant, on a repré- senté la pompe électrique de carburant 11l ainsi qu'un bloc 12 qui comprend les injecteurs. Par la référence 13 on a désigné schématiquement une conduite d'alimentation en car- burant par laquelle la pompe électrique de carburant trans- fère le carburant du réservoir non représenté aux injecteurs et, de cette façon, au moteur à combustion in- terne 10. Par le tuyau d'admission 14, on amène de l'air au moteur à combustion interne 10. Dans le tuyau d'admission 14 se trouve un clapet d'étranglement 15 qui est commandé par le conducteur F, par exemple à l'aide d'une pédale d'accélérateur électronique 16. En plus on a disposé un régulateur de ralenti 17 en dérivation par rap- port au tuyau d'admission. On évacue les gaz d'échappement du moteur à combustion interne 10 par la conduite d'échappement 18. La commande de tout le système a lieu à l'aide de l'appareil de commande 19. Les grandeurs mentionnées ci-après, désignées plus en détail, sont importantes pour la commande du sys- tème représenté à la figure 1. De la façon plus détaillée suivante: QK est la quantité de carburant transférée par la pompe électrique de carburant 11; P ou dQ/dt sont la pression du carburant ou la variation de la quantité en fonction du temps; et QA est la quantite de gaz d'échappement. QL est la quantité d'air amenée. Elle est ré- glée au moyen du clapet d'étranglement 15 dont le déploie- ment est désigné par l'angle aD. du clapet. Le régulateur de ralenti 17 est caractérisé par la grandeur aL. La quan- tité de carburant injecté est caractérisée à partir de la durée tE de l'injection. En plus de ces grandeurs sont encore essentiel- les les valeurs suivantes: TL qui est la température de l'air aspiré; UB qui est la tension de la batterie; lambda qui est ce qu'on appelle la valeur lambda; et n qui est la vitesse de rotation du moteur dont la température est dési- gnée par TM. Comme on l'a représenté à la figure 1 ces gran- deurs sont amenées à l'appareil de commande 19 ou sont dé- livrées par celui-ci aux groupes correspondants. La mesure des grandeurs a lieu par exemple avec des détecteurs cor- respondants. Le système de réglage de moteur représenté à la figure 1 comprend un système de carburant dans lequel on ne détecte ni la pression du carburant ni le débit du carbu- rant. La pression du carburant est maintenue constante sur les injecteurs 12 au moyen d'un régulateur de pression 20 qui est par exemple un composant de la pompe électrique de carburant 11. Dans ce cas le carburant est renvoyé lors de l'ouverture du régulateur de pression, par une conduite de retour, au réservoir non représenté sur la figure 1. En fonctionnement normal, on maintient en mar- che de cette façon par la pompe électrique de carburant, un circuit de carburant qui débite en permanence et dans le cas duquel du carburant est transféré du réservoir et amené par l'intermédiaire des injecteurs 12 au moteur à combus- tion interne 10. Le carburant en excès revient alors au ré- servoir. Ce circuit de carburant mène à un échauffement permanent du carburant dans le réservoir, échauffement qui Dans le cas du système représenté à la figure 1, le circuit électronique du moteur part à chaque instant du fait que la pression de carburant p établie par le régu- lateur de pression 20, est appliquée aux injecteurs 12. On peut déterminer ainsi par l'appareil de commande 19, en fonction de la durée de l'injection, la quantité de carbu- rant en influençant le temps tE de l'injection. Dans le cas du système d'alimentation en carbu- rant représenté sur la figure 1, avec une pompe électrique de carburant dans le réservoir, celle-ci doit fournir la pression nécessaire même dans les conditions les plus sévè- res, donc par exemple au démarrage à froid, en cas de forte charge sur le réseau électrique de bord, et dans des cas analogues. Au démarrage à froid il se produit de cette fa- çon, pour la pompe de carburant, l'exigence de devoir four- nir, dans les cas le plus défavorable d'une tension de fonctionnement de 6 volts, une très grande puissance de pompage, afin que soit obtenue la pression de fonctionne- ment. Des essais ont montré que, pour produire une pression de 430 kPa dans des conditions de démarrage à froid et avec une tension de 6 volts, il était nécessaire d'avoir un écoulement dQ/dt de 20 litres par heure. Dans les mêmes conditions il se produit, avec une tension de 12 volts, un écoulement de 120 litres par heure. La conséquence d'exigences élevées quant à la pression, est que le moteur doit être conçu pour le point de démarrage à froid. Avec une tension normale, le moteur est alors surdimensionné et doit être calé sur le point de fonctionnement nécessaire. Sur la figure 2, on a indiqué une représenta- tion simplifiée de la régulation du moteur avec une pompe électrique de carburant à observateur, comme exemple de réalisation de l'invention. Ce système se différencie du système selon la figure 1 en ce que la pompe électrique de carburant 11 et le régulateur de pression 20, qui existe le cas échéant, sont remplacés par une pompe électrique de carburant 11 et le régulateur de pression 20, qui existe le cas échéant, sont remplacés par une pompe électrique de carburant avec observateur 21. Par rapport au système qui existait jusqu'ici la pompe électrique de carburant avec observateur délivre à l'appareil de commande 19, en plus des informations quant à la pression du carburant PK et au débit du carburant, la valeur dQ/dtK. Ceci est représenté par les liaisons entre la pompe électrique de carburant avec observateur 21 et l'appareil de commande 19. Les au- tres parties constitutives sont les mêmes que celles de la figure 1 et sont également pourvues des mêmes références numériques. Dans le cas du système selon la figure 2 il y a une détection permanente des paramètres du carburant c'est- à-dire la pression p et le débit QK dans le circuit élec- tronique de l'observateur. Ce circuit électronique de l'observateur 22 est dans ce cas une partie constitutive du bloc 21, donc de la pompe électrique de carburant avec ob- servateur. Grâce à la transmission en permanence des va- leurs détectées à l'appareil de commande, celui-ci est en mesure, en particulier au démarrage à froid, de compenser une plus faible pression du carburant par une durée plus longue de l'injection. Il est de cette façon possible d'avoir une conception simplifiée du système d'alimentation en carburant car la pompe de carburant, en ce qui concerne sa puissance de transfert, n'a pas besoin d'être conçue pour le démarrage à froid à une tension faible de par exem- ple 6 volts. Sur la figure 3 on a représenté un premier principe d'observation de la pression et d'observation du débit dans le système de carburant. Dans ce cas on a repré- senté à la figure 3a la manière dont sont obtenues par l'observateur les valeurs déterminées par le calcul. Sur la figure 3b on a représenté la combinaison entre Sur la figure 3a on a désigné par la référence 23 le moteur, commuté de façon électronique, qui entraîne la pompe. La pompe elle-même porte la référence numérique 24. Par 22 on a désigné l'observateur comme auparavant sur la figure 2, et par 25 on a désigné un modèle de pompe. Par 26 on a finalement désigné un point de superposition o l'on compare les vitesses de rotation de la pompe les unes aux autres. L'observateur 22, qui est intégré dans le cir- cuit électronique de commande, détermine par la mesure de la tension aux bornes U et de l'intensité I de la pompe électrique de carburant, le point respectif de fonctionne- ment du moteur, et calcule les valeurs instantanées de la vitesse de rotation n de la pompe électrique de carburant et du couple de rotation M. Ce calcul a lieu à partir des équations correspondantes du moteur ou des courbes caracté- ristiques du moteur. Le débit du carburant transféré par la pompe est désigné par dQ/dt et la pression du carburant est désignée par p. Une compensation nécessaire de température est effectuée par prise en compte des évolutions des températu- res détectées auparavant, évolutions qui sont par exemple déposées dans les champs caractéristiques du circuit élec- tronique de l'observateur. Si en plus de la tension aux bornes U et de l'intensité du moteur I, on dispose d'un signal n propor- tionnel à la vitesse de rotation, par exemple dans le cas d'un moteur commuté de façon électronique au moyen d'une mesure effectuée par un détecteur à effet Hall, ou en mesu- rant la tension induite dans une ligne non alimentée en courant, le circuit électronique de l'observateur peut alors effectuer directement la compensation de température. Les valeurs déterminées par le calcul par l'observateur sont caractérisées, dans la suite de la description ou sur il les figures, par une étoile, les valeurs réelles du système de carburant sont sans étoile. On détermine la pression de carburant instanta- née et le débit de carburant instantané au point de fonc- tionnement du moteur, obtenus par le calcul (M*, n*), en comparant avec le champ caractéristique de la pompe. Pour compenser des jeux éventuels dans le champ caractéristique de la pompe, il est possible d'avoir un circuit de régula- tion entre l'observateur 22 et le circuit électronique du moteur. Ceci a été représenté sur la figure 3b. Avec ce circuit de régulation, le circuit élec- tronique du moteur, donc l'appareil de commande 19, peut signaler à l'observateur 22 des écarts de pression, de telle sorte que le circuit électronique de l'observateur puisse corriger en apprenant le champ caractéristique de la pompe. De cette manière, il est également possible de pren- dre en considération l'usure qui se produit dans la pompe. L'agencement décrit peut, sans mesure directe de la pression par un détecteur de pression et sans mesure directe du débit, déterminer les valeurs de la pression du carburant et du débit de carburant. La figure 3b reproduit la corrélation qui existe entre l'appareil de commande et l'observateur lors de leur coopération. De cette figure 3b il ressort que les valeurs n*, M* déterminées par le calcul par l'observateur agissent sur le champ caractéristique de la pompe 26. Celui-ci déli- vre alors les valeurs également déterminées par le calcul P* et (dQ/dt)*, à l'appareil de commande 19 qui peut in- fluencer le temps de l'injection tE en fonction de ces va- leurs. Par la pression p qui règne sur les injecteurs 12 ainsi que par la variation dans le temps du débit dQ/dt, on obtient la quantité de carburant effectivement injectée. Le système représenté à la figure 3b est réalisé pour le reste sans circuit de retour entre les injecteurs et le réservoir 27 à partir duquel le carburant a été transféré. sans circuit de retour entre les injecteurs et le réservoir 27 à partir duquel le carburant a été transféré. On a représenté sur la figure 4 un autre exem- ple de réalisation de l'invention. Dans ce cas, il y a un détecteur de pression qui est intégré en même temps dans le circuit électronique de commande de la pompe. La pression actuelle du carburant est de cette façon mesurée directe- ment. A l'aide du concept de l'observateur, on détermine alors la pression sur les injecteurs en ayant connaissance des paramètres de la conduite de carburant. Dans le cas de l'exemple de réalisation selon la figure 4, il n'y a pas de régulateur de pression. De même, on se passe de circuit de retour de carburant. On rè- gle dans ce cas la pression de carburant sur les injecteurs 12 ainsi que le débit de carburant directement par l'observateur. Ceci a lieu en faisant régler par l'observateur par exemple l'intensité I du moteur et en maintenant ainsi la pression p constante. Si l'observateur constate que par exemple au ralenti ou en mode de fonctionnement en poussée, la pres- sion augmente parce qu'on injecte que peu de carburant ou pas de carburant du tout, l'observateur réduire la puis- sance du moteur de la pompe. Toutefois, si la pression de- vient plus petite, l'observateur part alors du fait que du carburant est à nouveau injecté. Il augmente alors la puis- sance du moteur. Sur la figure 4, on a représenté cela par la grandeur additionnelle Pcorr Une correction K est éga- lement amenée en conséquence au modèle de pompe en partant de l'observateur. Dans le cas du système représenté à la figure 4, l'observateur règle aussi la quantité de carburant transférée selon les besoins correspondants. La suppression du carburant de retour conduit à une réduction du chauffage du carburant dans le réservoir et, de cette façon, à une réduction des émissions du réservoir. On a finalement représenté une autre variante sur la figure 5. Dans le cas de cet exemple de réalisation il y a la possibilité de former une boucle de régulation entre l'observateur et le circuit électronique du moteur. Dans cette boucle de régulation, le circuit électronique du moteur délivre à l'observateur 22 des données qui lui permettent de corriger le champ caractéristique de sa pompe. L'observateur apprend dans ce cas sa courbe caracté- ristique de pompe, et il est de cette façon en mesure de corriger des jeux de fabrication et l'apparition du vieillissement. En plus du moteur 23 commuté de façon électro- nique de la pompe 24, et de l'observateur 22, l'exemple de réalisation selon la figure 5 présente encore un détecteur de pression 28 qui délivre à l'observateur 22 la pression mesurée p. ainsi qu'un modèle de conduite de carburant 29 (modèle par calcul) au moyen duquel on obtient la pression p* déterminée par le calcul. Dans le cas de l'exemple de réalisation selon la figure 5, le circuit électronique du moteur, donc l'appareil de commande 19, détermine à partir de la pres- sion de carburant p* fournie par l'observateur, le temps d'injection tE qui est nécessaire pour la quantité de car- burant à injecter exigée. Si les valeurs attendues, par exemple pour le coefficient lambda en cas de régulation lambda du moteur avec un intervalle de temps d'injection raisonnable pour ce point de fonctionnement, ne sont pas atteintes, l'appareil de commande part du fait que la pres- sion de carburant indiquée par l'observateur 22 est fausse, par exemple est trop petite. Entre l'appareil de commande et l'observateur 22 a alors lieu un échange dans le cas du- quel l'observateur reste informé de ce que son champ carac- téristique de pompe doit être corrigé de façon appropriée. Dans le cas de tous les exemple de réalisation, on a la possibilité, en supprimant les exigences élevées du démarrage à froid qui sont nécessaires au système habituel, de réduire l'intensité du moteur électrique de la pompe de carburant pour un même volume de construction et, de cette façon, la possibilité de réduire la charge de température sur le circuit électrique de commande. Sur la figure 6 on a représenté les courbes ca- ractéristiques du moteur et de la pompe, courbes qui per- mettent de reconnaître la problématique de régulation de la pompe. En détail on a porté la vitesse de rotation du mo- teur nM en tours/min en fonction du couple M en Newton. En outre on a porté la tension de batterie UB en volts et on a porté en pointillés différentes intensités du courant (en ampères) ainsi que différentes débits dQ/dt en litres par heure (1/h). En outre on a indiqué différentes pressions p (en bar). R E V E N D I CATIONS 1) Système d'alimentation de carburant pour un moteur à combustion interne (10), avec une pompe électrique de carburant (21), dont on peut commander ou régler la puissance de transfert en fonction de grandeurs de fonc- tionnement, et avec un système de dosage de carburant, sys- tème d'alimentation en carburant caractérisé en ce que l'on détermine la pression du carburant et le débit du carburant en partant de grandeurs spécifiques du moteur à combustion interne (10) ou de la pompe (21) mesurées par un circuit électronique (22). 2) Système d'alimentation en carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit électro- nique (22) comporte une fonction d'observateur. * 3) Système d'alimentation en carburant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la pression de carburant qui a été déterminée et le débit de carburant qui a été déterminé sont transmis à l'appareil de commande (19) du moteur à combustion interne (10) et celui-ci, en partant des données transmises ainsi que d'autres données, déter- mine le temps d'injection. 4) Système d'alimentation en carburant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les grandeurs déterminées par l'observateur sont exploitées au moyen d'un modèle de pompe (25) et, en partant de là, une valeur de correction est formée par l'appareil de commande de pres- sion (Pcorr), cette valeur étant ramenée à l'observateur. ) Système d'alimentation en carburant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on intègre en plus dans l'électronique de commande de la pompe électrique de carburant (21), un détecteur de pression qui mesure la pression actuelle du carburant et transmet les valeurs de mesure correspondantes à l'observateur, lequel, en partant de cette pression, influence la pression sur les injecteurs (12). 6) Système d'alimentation en carburant selon la revendication 5, caractérisé en ce que la pression sur les injecteurs (12)est influencée au moyen d'un modèle de la conduite de carburant. 7) Système d'alimentation en carburant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la quantité de carburant transférée est réglée en fonction des besoins. 8) Système d'alimentation en carburant selon la revendication 7, caractérisé en ce que la quantité de car- burant transférée est réglée de telle façon qu'il n'y ait pas de carburant en excès et qu'il ne soit pas nécessaire de cette façon d'avoir une conduite de retour de carburant entre les injecteurs (12) et le réservoir de carburant. 9) Système d'alimentation en carburant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la puissance de la pompe électrique de carburant (21) n'est pas adaptée aux exigences du démarrage à froid et dans le cas d'un démarrage à froid, a lieu une augmentation de la pression du carburant.