Brevet FR2742809A1 — publié le 19970627

i Etat de la technique. L'invention concerne un procédé et un dispositif de commande d'un moteur à combustion interne avec injection à haute pression, notamment pour un moteur à combustion interne ayant un système de rail commun, avec au moins une pompe qui transfère le carburant d'une plage basse pression à une plage haute pression et la pression du carburant dans la plage haute pression est détectée par un capteur de pression. Dans le cas des véhicules automobiles équipés d'un moteur à combustion interne, le carburant alimente, par l'intermédiaire d'une pompe électrique ou autre pompe à carbu- rant mécanique, les injecteurs en prenant le carburant dans un réservoir et en passant par des conduites. Dans le cas de mo- teurs à combustion interne à injection à haute pression, en particulier dans le cas des moteurs à combustion interne à al- lumage non commandé, la pompe à carburant est suivie d'une au- tre pompe qui imprime au carburant d'alimentation une pression très élevée, située dans le domaine des hautes pressions. Le domaine des hautes pressions est lié aux injecteurs. De plus, il est prévu une soupape de régulation de pression permettant de réguler la pression dans la zone des hautes pressions. La présente invention a pour but, dans le cas d'un procédé et d'un dispositif du type évoqué ci-dessus, de comman- der un moteur à combustion interne avec une régulation peu coû- teuse et rapide de la pression dans la plage des hautes pressions. Avantages de l'invention. A cet effet, l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'on sollicite au moins un premier et un second organe de réglage pour influencer la pression du carburant avec des signaux de commande. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Les moyens de l'invention offrent une possibilité avantageuse de réguler la pression dans le domaine des hautes pressions d'une installation de dosage de carburant. De plus, la pression peut être adaptée très rapidement à des valeurs prédéterminées, variables. L'invention concerne également un dispositif de commande d'un moteur à combustion interne à injection à haute pression, no- tamment d'un moteur à combustion interne à système de rail com- mun au moins une pompe transférant le carburant d'une plage basse pression à une plage haute pression et un capteur de pression détectant la pression du carburant dans la plage haute pression, pour la mise en oeuvre du procédé caractérisé par au moins un premier et un second organe de réglage pour influencer la pression du carburant. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: - le premier organe de réglage influence le débit et en parti- culier cet organe est une pompe électrique. - en fonction d'au moins la quantité de carburant injectée on prédétermine un premier signal de commande pour le premier or- gane de réglage. - le second organe de réglage influence directement la pression du carburant et cet organe est notamment une soupape de régula- tion de pression. - en fonction d'une comparaison entre une valeur réelle et une valeur de consigne de la pression du carburant, on prédétermine un second signal de commande pour le second organe de réglage. - partant du premier et du second signal de commande on prédé- termine une valeur de consigne pour la régulation de la vitesse de rotation du premier organe de réglage. - partant d'une valeur de consigne de la pression du carburant, on prédétermine une valeur de consigne pour une régulation du courant traversant le second organe de réglage. Dessins. La présente invention sera décrite ci-après de ma- nière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans les- quels: - la figure 1 montre un schéma par blocs du dispo- sitif selon l'invention, - la figure 2 montre un schéma par blocs, détaillé de l'installation de régulation du procédé de l'invention. Description de l'exemDle de réalisation. A la figure 1, on a représenté tous les composants nécessaires d'un système d'alimentation en carburant d'un mo- teur à combustion interne avec injection haute pression pour la compréhension de l'invention. Le système représenté est usuel- lement appelé système à " rail commun " (système CR). La référence 100 désigne un réservoir de carburant. Celui-ci est relié par un premier filtre 105, une pompe d'alimentation réglable 110 et un second filtre 115. Le carbu- rant arrive dans le second filtre 115 par une conduite allant à une soupape 120. La conduite de liaison entre le filtre 115 et la soupape 120 est reliée par une soupape de limitation basse pression 140 au réservoir d'alimentation 100. La soupape 120 est reliée par une pompe à haute pression 125 au rail 130. Le rail est relié aux différents injecteurs 131 par des conduites de carburant. Une soupape de régulation de pression 135 permet de relier le rail 130 au réservoir d'alimentation en carburant 110. La soupape de régulation de pression 135 se commande à l'aide d'une bobine 136. Les conduites entre la sortie de la pompe haute pression 125 et l'entrée de la vanne de régulation de pression sont appelées zones haute pression. Dans cette zone, le carburant est sous haute pression. La pression dans la zone haute pression est détectée par l'intermédiaire d'un capteur25 150. L'installation fonctionne de la manière suivante: Le carburant du réservoir est transféré par la pompe amont 110 à travers les filtres 105 et 115. En sortie de la pompe de transfert amont 110, le carburant est à une pres-30 sion comprise entre environ 1 et 3 bars. Lorsque la pression de la zone basse pression du système de carburant atteint une pression prédéterminée, la soupape 120 s'ouvre et l'entrée de la pompe à haute pression 125 reçoit une certaine pression. Cette pression dépend de la réalisation de la soupape 120. Usuellement, la soupape 120 est conçue pour ouvrir la liaison vers la pompe à haute pression 125 à une pression d'environ 1 bar. Lorsque la pression dans la zone basse pression at- teint un niveau inacceptable, la soupape de limitation basse pression 140 s'ouvre et libère la liaison entre la sortie de la pompe amont 110 et le réservoir 100. La soupape 120 et la sou- pape de limitation basse pression 140 maintiennent la pression de la zone basse pression à une valeur comprise entre environ 1 et 3 bars. La pompe à haute pression 125 transfère le carbu- rant de la zone basse pression à la zone haute pression. La pompe haute pression 125 établit une pression très élevée dans le rail 130. Cette pression est de l'ordre de 1000 à 2000 bars. Les injecteurs 131 permettent alors d'injecter du carburant à haute pression dans les différents cylindres du moteur à com- bustion interne. Le capteur 150 saisit la pression dans le rail ou dans l'ensemble de la zone à haute pression. La soupape de ré- gulation de pression 135 commandée par une bobine 136 permet de réguler la pression dans le domaine haute pression. En fonction de la tension appliquée à la bobine 136 ou du courant traver- sant la bobine 136, la soupape de régulation de pression 135 s'ouvre pour des pressions différentes. Comme pompe amont 110 on utilise usuellement des pompes électriques à moteur à courant continu (moteurs DC) ou des moteurs à courant continu commuté, électriques (moteurs EC). Pour des débits plus importants, qui sont notamment néces- saires pour les véhicules utilitaires, on peut également utili- ser plusieurs pompes amont branchées en parallèle. Dans ce cas, pour une plus grande fiabilité et une plus grande disponibilité on utilise de préférence des moteurs à courant continu, commu- té, (moteurs EC). Pour réguler la pression P dans la zone haute pres- sion on utilise au moins deux organes de réglage. Il s'agit, d'une part, de la pompe de transfert 110, électrique, dont le débit est réglable, et, d'autre part, de la soupape de régula- tion de pression 135. La soupape de régulation de pression 135 peut également être considérée comme une soupape de limitation de pression car pour une pression réglée elle libère la commu- nication entre la zone haute pression et la zone basse pres- sion. La structure de régulateur est représentée sous la forme d'un schéma par blocs à la figure 2. Les éléments déjà décrits à la figure 1 portent les références correspondantes. La référence 200 désigne une commande qui envoie des signaux à une commande préalable 210, ainsi qu'à une commande de courant 250. Le signal de sortie N d'un capteur de vitesse de rotation 205 est appliqué à la commande 200 et à la commande préalable 210. Le signal de sortie PI du capteur de pression 140 arrive, d'une part, à la commande préalable 210, et, d'autre part, à un point de combinaison 225. Le signal de sortie QSV de la com- mande préalable 210 arrive à un point de combinaison 215. La seconde entrée du point de combinaison 225 re- çoit un signal PS correspondant à la pression de consigne sou- haitée dans le rail 130. Ce signal PS est fourni par la commande 200. Le signal de sortie du point de combinaison 225 arrive dans un régulateur de pression 220 dont le signal de sortie QSR est de nouveau appliqué à la seconde entrée du point de combinaison 215. Le signal de sortie du point de combinaison 215 alimente un dispositif de valeur de consigne 230. Ce dispo- sitif de valeur de consigne fournit une valeur de consigne NSE pour la vitesse de rotation de la pompe amont 110. Cette valeur de consigne NSE arrive à un point de combinaison 235 dont la seconde entrée de signe algébrique négatif reçoit le signal de sortie NIE d'un capteur de vitesse de rotation 240; ce dernier détecte la vitesse de rotation de la pompe amont 110. Le signal de sortie du point de combinaison 235 atteint un régulateur de vitesse de rotation 245 transmettant un signal de commande ap- proprié UEKP à la pompe amont 110. Le signal PS arrive en outre dans une commande de courant 250 qui prédétermine une valeur de consigne IS pour le courant traversant la soupape de régulation de pression 135. Cette valeur de consigne IS arrive à un point de combinaison 255 dont la seconde entrée à signe algébrique négatif reçoit le signal de sortie IDRV d'un dispositif de mesure de courant 160. Le signal de sortie du point de combinaison 255 est appliqué à un régulateur de courant 265 qui fournit un signal de commande UDRV à la soupape de régulation 135. La pompe amont 110 peut également être considérée comme premier organe de réglage et la soupape de régulation de pression 135 comme second organe de réglage. Cette installation fonctionne de la manière sui- vante: Suivant la quantité réelle injectée QK, fournie par la commande 200, de la vitesse de rotation N du moteur ainsi que de la pression PI dans le rail 130, la commande préalable 210 fournit le signal QSV. Ce signal est une mesure de la quan- tité que la pompe amont doit fournir pour que l'on dispose de la quantité nécessaire à l'injection. La fuite approximative- ment connue, qui dépend de la pression, ainsi que le rendement de la pompe haute pression, qui dépend de la pression et de la vitesse de rotation du moteur, sont pris en compte et sont ap- pelés débits de commande préalable QSV. De plus, le point de combinaison 225 fournit une différence de pression en fonction de la pression souhaitée PS dans le rail et de la pression ef- fective PI qui y règne. Cette différence de pression entre la valeur souhaitée et la valeur réelle est appliquée au régula- teur de pression 220. Partant de la différence entre la valeur prévue et la valeur réelle, celui-ci fournit une première va- leur de commande QSR. Cette première valeur de commande QSR et la seconde valeur de commande QSV, prédéterminées par la com- mande préalable 210, sont combinées par addition au point de combinaison 215. En fonction de cette valeur, le moyen de calcul de la valeur de consigne 230 calcule une valeur de consigne NSE de la vitesse de rotation de la pompe amont 110. Cette vitesse de rotation est comparée au point de comparaison 235 à la valeur réelle NIE de la vitesse de rotation de la pompe amont. En fonction de la différence entre la valeur prévue NSE et la va- leur réelle NIE de la vitesse de rotation de la pompe amont 110, le régulateur de vitesse de rotation 245 fournit un signal de commande appliqué au premier organe de réglage 110. En particulier, lorsqu'on utilise des moteurs EC comportant un capteur de position pour la commutation électri- que, celui-ci peut servir de capteur de vitesse de rotation pour la vitesse de rotation NIE. Ce circuit de régulation de la vitesse de rotation peut être supprimé dans un mode de réalisation simplifié. Dans ce cas on se limite à une commande de la pompe amont. Cela si- gnifie que le moyen prédéterminant la valeur de consigne 230 fournit directement le signal de commande UEKP appliqué à la pompe amont 110. A la place de la pompe amont 110 comme organe de réglage pour influencer le débit on peut également utiliser un autre organe de réglage dans la plage basse pression. Il est par exemple possible de concevoir la soupape 140 comme la sou- pape 135, c'est-à-dire comme soupape de régulation de pression et de la commander pour le débit. On peut en outre prévoir une vanne d'arrêt dans la plage basse pression pour commander le passage du carburant dans la plage basse pression. Par la combinaison de la valeur de commande préala- ble QSV et du signal de sortie QSR du régulateur de pression 220 on peut compenser les variations de pression à long terme dans le rail. A partir de cette procédure on obtient, pour une pression de consigne constante, une pression moyenne correspon- dante dans le rail. Lorsque la pression de consigne augmente, le régulateur de débit règle un débit de consigne QSR plus im- portant pour établir la pression de sorte que la pression dans le rail augmente. Si la pression de consigne diminue, le régu- lateur de débit réduit la quantité de consigne QSR jusqu'à zé- ro. Si ce moyen ne suffit pas pour réduire la pression comme souhaité, la soupape de régulation de pression 135 se met en oeuvre. Sa pression d'ouverture est réglée par le courant tra- versant la bobine 136 de sorte que celle-ci s'ouvre à environ -50 bars au-dessus de la pression de consigne. Si la pression chute trop lentement dans le rail malgré le faible débit fourni par la pompe amont 110, la com- mande 250 donne un courant IS qui ouvre la soupape de régula- tion de pression 135 et diminue ainsi la pression jusqu'à ce que l'on soit à un niveau de pression qui dépasse légèrement la pression de consigne. La pression reste alors brièvement au- dessus de la pression attendue dans le rail car la pression continuera de diminuer à cause des fuites et des injections et la régulation de débit peut de nouveau agir par la pompe amont 110. On a de préférence une régulation du courant I tra- versant la bobine 136 de la soupape 135. Cela permet de compen- ser la variation de la résistance de la bobine électromagnétique 136 résultant des variations de température. Dans le cas de défauts dans le système, la soupape de régulation de pression 135 peut servir de soupape de secours pour abaisser rapidement la pression P dans le rail. Cette procédure offre les avantages suivants: à cause des débits nécessairement plus petits à transférer, la pompe à haute pression demande une puissance plus faible. Il en résulte à son tour une économie de carburant. Du fait des fai- bles quantités de retour, on a un moindre chauffage du carbu- rant. Comme la soupape de régulation de pression 135 est pratiquement fermée en permanence, cela simplifie la détection des fuites. En outre, on a une meilleure dynamique de régula- tion de la diminution de pression. En particulier cela permet une diminution de pression plus rapide en cas d'un défaut. R E V E N D I C A T I ONS 1 ) Procédé de commande d'un moteur à combustion interne avec injection à haute pression, notamment pour un moteur à combus- tion interne ayant un système de rail commun, avec au moins une pompe qui transfère le carburant d'une plage basse pression à une plage haute pression et la pression du carburant dans la plage haute pression est détectée par un capteur de pression, caractérisé en ce qu' on sollicite au moins un premier et un second organe de réglage (110, 135)) pour influencer la pression du carburant avec des signaux de commande. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier organe de réglage (110) influence le débit et en particulier cet organe est une pompe électrique. 3 ) Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu' en fonction d'au moins la quantité de carburant injectée on prédétermine un premier signal de commande pour le premier or- gane de réglage (110). 4 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisé en ce que le second organe de réglage (135) influence directement la pression du carburant et cet organe est notamment une soupape de régulation de pression. ) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu' en fonction d'une comparaison entre une valeur réelle et une valeur de consigne de la pression du carburant, on prédétermine un second signal de commande pour le second organe de réglage (135). 6 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisé en ce que partant du premier et du second signal de commande on prédéter- mine une valeur de consigne pour la régulation de la vitesse de rotation du premier organe de réglage (110). 7 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisé en ce que partant d'une valeur de consigne de la pression du carburant, on prédétermine une valeur de consigne pour une régulation du courant traversant le second organe de réglage (135). 8 ) Dispositif de commande d'un moteur à combustion interne à injection haute pression, notamment d'un moteur à combustion interne à système de rail commun (130), au moins une pompe (125) transférant le carburant d'une plage basse pression à une plage haute pression et un capteur de pression (150) détectant la pression du carburant dans la plage haute pression, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 7, caractérisé par au moins un premier (110) et un second organe de réglage (135)25 pour influencer la pression du carburant.