Brevet FR2767561A1 — publié le 19990226

l Etat de la technique L'invention concerne un procédé et un dispositif pour commander un moteur à combustion interne, en particulier un moteur à combustion interne avec un système à rail commun, procédé dans lequel on prédéfinit une valeur de consigne par une pression dans un accumulateur de pression et on la com- pare à une valeur réelle, de telle sorte qu'en partant de cette comparaison un appareil de réglage prédéfinisse une grandeur servant à former un signal de commande pour un or- gane de réglage. On connaît un procédé et un dispositif servant à commander un moteur à combustion interne par le document DE 195 482 78. Dans ce document il est décrit un procédé et un dispositif servant à régler la pression dans un système à rail commun qui est utilisé dans le cas d'un moteur à combus- tion interne. Dans le cas de ce système, on produit la gran- deur de réglage pour la vanne de réglage de la pression directement au moyen d'un appareil de réglage habituel pro- portionnel-intégral PI. Comme le système de réglage est for- tement non linéaire, la conception de l'appareil de réglage est compliquée. Objet de l'invention L'invention a pour objet de fournir une structure de réglage simple dans le cas d'un dispositif et d'un procédé servant à commander un moteur à combustion interne. On résout ce problème grâce au fait que le système de réglage est rendu linéaire et l'appareil de réglage prédéfinit une grandeur qui correspond au débit de carburant qui est nécessaire à la mise en pression et/ou à la chute de pression. Avantages de l'invention On simplifie la conception des paramètres de ré- glage en rendant linéaire le système de réglage. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - l'appareil de réglage prédéfinit un débit de mise en pres- sion. - l'on peut prédéfinir une grandeur de réglage pour alimenter un organe de réglage en fonction de la grandeur qui corres- pond au débit de carburant nécessaire à la mise en pression et ou à la chute de la pression. - la grandeur de réglage peut être prédéfinie en fonction d'autres grandeurs tel qu'un débit de refoulement, un débit de dosage et/ou de la pression. - le débit de dosage peut être prédéfini en partant du débit de carburant à injecter dans le moteur à combustion in- terne. - le débit de refoulement peut être prédéfini au moins en partant de la vitesse de rotation. - le débit de mise en pression peut être prédéfini en partant d'un écart de réglage. -le système de réglage est rendu linéaire et l'appareil de réglage prédéfinit une grandeur qui correspond au débit de carburant qui est nécessaire à la mise en pression et/ou à la chute de la pression. Dessins L'invention va être décrite ci-après plus en dé- tail à partir de plusieurs formes de réalisation représentées sur les dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 montre un diagramme par blocs du dispositif se- lon l'invention, - la figure 2 montre une représentation schématique de la vanne de réglage de la pression, - la figure 3 montre un champ caractéristique et, - la figure 4 montre un diagramme par blocs de la structure de réglage. Description des exemples de réalisation Sur la figure 1 on a représenté les pièces cons- titutives nécessaires à la compréhension de l'invention, d'un système d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne avec injection à haute pression. Le système représen- té est habituellement désigné sous le nom de système à rail commun. On a désigné par la référence 100 un réservoir de carburant. Celui-ci est en liaison au moyen d'un premier fil- tre 105 et d'une pompe de transfert 110 avec un second moyen de filtration 115. A partir du second moyen de filtration 115 le carburant arrive par l'intermédiaire d'une conduite à une vanne 120. La conduite de liaison qui se trouve entre le moyen de filtration 115 et la vanne 120 est en liaison au moyen d'une vanne de limitation de la basse pression 145 avec le réservoir 100. La vanne 120 est en liaison au moyen d'une pompe à haute pression 125 avec un rail 130. Le rail est aus- si désigné comme étant un accumulateur de pression et est en contact par l'intermédiaire de conduites de carburant avec différents injecteurs 131. Au moyen d'une vanne de réglage de la pression 135, on peut relier le rail 130 avec le réservoir de carburant 110. La vanne de réglage de la pression 135 peut être commandée au moyen d'une bobine 136. Les conduites entre la sortie de la pompe haute pression 125 et l'entrée de la vanne de réglage de la pres- sion 135 sont désignées comme la zone à haute pression. Dans cette zone, le carburant se trouve sous haute pression. La pression dans la zone à haute pression est détectée au moyen d'un capteur 140. Les conduites entre le réservoir 100 et la pompe à haute pression 125 sont désignées comme la zone à basse pression. Le système fonctionne de la manière suivante. Le carburant qui se trouve dans le réservoir est transféré par la pompe de refoulement préalable 110 à travers les moyens de filtration 105 et 115. Du côté de la sortie de la pompe de refoulement préalable 110 le carburant est alimenté sous une pression qui est comprise entre 1 et 3 bars environ. Quand la pression dans la zone basse pression du système de carburant a atteint une valeur qui peut être définie au préalable, la vanne 120 s'ouvre et l'entrée de la pompe à haute pression 125 est alimentée avec une pression déterminée. Cette pres- sion dépend de la réalisation de la vanne 120. Habituelle- ment, la vanne 120 a une configuration telle qu'elle libère la liaison avec la pompe à haute pression 125 à une pression d'environ 1 bar. Si la pression monte dans la zone à basse pres- sion à des valeurs élevées non acceptables, la vanne de limi- tation basse pression 145 s'ouvre alors et libère la liaison entre la sortie de la pompe de refoulement préalable 110 et le réservoir 100. Au moyen de la vanne 120 et de la vanne de limitation basse pression 145, on maintient la pression dans la zone à basse pression à des valeurs comprises entre envi- ron 1 et 3 bars. La pompe à haute pression 125 transfert le carbu- rant de la zone à basse pression dans la zone à haute pres- sion. La pompe à haute pression 125 établit dans le rail 130 une très haute pression. Habituellement, on obtient dans des systèmes pour moteurs à combustion interne à allumage par ap- pareillage externe des valeurs de pression allant d'environ bars jusqu'à 100 bars et dans le cas des moteurs à combus- tion à allumage commandé, des valeurs de pression qui vont d'environ 1000 bars jusqu'à 2000 bars. Via les injecteurs 131 le carburant peut être amené de façon dosée sous une haute pression aux différents cylindres du moteur à combustion in- terne. Au moyen du capteur 140, on détecte la pression dans le rail ou dans toute la zone à haute pression. Au moyen de la vanne de réglage de la pression 135, qui peut être com- mandée par une bobine 136, on peut régler la pression dans la zone à haute pression. En fonction de la tension appliquée à la bobine 136 ou de l'intensité passant à travers la bobine 136, la vanne de réglage de la pression 135 s'ouvre à diffé- rentes valeurs de la pression. Comme pompe de refoulement préalable, on utilise habituellement des pompes électriques de carburant avec un moteur à courant continu (moteur DC) ou un moteur à courant continu à collecteur (moteur EC). Pour des débits de refoule- ment plus élevés qui sont en particulier nécessaires dans le cas des véhicules à moteur utilitaires, on peut aussi utili- ser plusieurs pompes de refoulement préalable montées en pa- rallèle. Dans ce cas, on utilise de préférence des moteurs à collecteur (moteur EC) en raison de leur durée de vie plus élevée et de leur disponibilité plus grande. Pour régler la pression P dans la zone à haute pression, on peut utiliser aussi d'autres organes de réglage. Ce sont par exemple une pompe électrique de refoulement pré- alable 110 dont on peut régler le débit ou une pompe à haute pression 125 que l'on peut commander. En outre, on peut pré- voir aussi pour la vanne de réglage de la pression 135, une vanne de limitation de la pression qui pour une valeur de la pression prédéfinie libère la liaison entre la zone à haute5 pression et la zone à basse pression. On désigne dans ce qui va suivre par Q respecti- vement les débits ou les variations de quantités. Il s'agit des quantités de fluide qui s'écoulent au cours d'un inter- valle de temps déterminé. A partir de la pompe à haute pres-10 sion 125 on transfert dans un intervalle de temps déterminé le débit de refoulement QP dans le rail 130. On évacue le débit de réglage QDRV dans la zone à basse pression via la vanne de réglage de la pression 135. Le débit de mise en pression QR est disponible pour la mise en pression. Le dé- bit de dosage QI arrive aux injecteurs 131 via les injec- teurs 131. Le débit QI se compose de la quantité de carburant injectée QK, du débit de fuite et d'un débit de commande de l'injection. Le débit de fuite et le débit de commande reviennent à nouveau dans la zone à basse pression. Le débit injecté arrive dans les chambres de combustion du moteur à combustion interne. Sur la figure 2 on a représenté la vanne de ré- glage de la pression ainsi que le rail 130 de façon schémati- que. On a désigné par la lettre P la pression dans le rail, par I l'intensité dans la bobine de la vanne de réglage de la pression et par X la position de l'induit. Une bille 200 est pressée par une armature 210 sur le siège de la vanne. La bobine 220 qui est parcourue par l'intensité I, exerce une force sur l'induit. En outre, il est prévu un ressort 230, qui presse la bille 200 dans le siège de la vanne. La force exercée sur l'induit et de cette façon sur la bille, avec laquelle celle-ci est pressée dans le siège de la vanne est déterminée par les différentes gran- deurs. Il s'agit d'une part de la force magnétique FM qui est fonction de l'intensité I, qui passe à travers la bobine et de la position X de l'induit. Une force de pression FP agit contre ces forces, force de pression FP qui peut être repré- sentée comme une fonction F de la pression P dans le rail 130 et de la position X de l'induit ou comme une fonction F du débit de réglage QDRV et de la position X de l'induit. A l'état stationnaire, on détermine la force qui en résulte par deux grandeurs. Les autres grandeurs sont ré- glées en conséquence. Par la force exercée sur l'induit on a: La force de l'induit peut être représentée en fonction de l'intensité I et de la position X de l'induit comme la force FAl. En outre, on peut représenter la force de l'induit comme la force FA2 en fonction de la pression P et de la position X de l'induit. Egalement, on peut représenter cette force de l'induit comme la force FA3 en fonction du dé- bit de réglage QDRV et de la position X de l'induit. On a représenté ces forces sur la ligne 3 en tant que courbes caractéristiques. La force FAl a été portée comme une famille de courbes de courbes caractéristiques avec des lignes en traits pleins donnant l'intensité I en fonction de la position X de l'induit. La force FA2 a été représentée par des lignes en tirets donnant comme une famille de paramètres avec le paramètre de la pression P. La force de l'induit FA3 a été portée comme famille de paramètres sous la forme d'une famille de courbes en pointillés avec le paramètre de débit de réglage QDRV. A l'état stationnaire on a la relation suivante: QDRV = QP - QI Dans le cas non stationnaire, c'est-à-dire lors de la mise en pression ou lors de la chute de la pression on a la relation suivante: QDRV = QP - QI - QR Le débit de mise en pression QR conduit à la mise en pression dans le rail. Les extrémités de temps du circuit magnétique et de l'induit sont si petites que l'on a en permanence FAl = FA2 = FA3. Au moyen de la famille de courbes caracté- ristiques représentées à la figure 3, on peut déterminer le débit de mise en pression QR. On détermine de façon univoque la force de l'induit FA et la position X de l'induit par la pression dans le rail P et l'intensité I dans la bobine qui actionne l'induit. De cette façon, on a la courbe caractéris- tique FA3 et de la sorte le débit QDRV. On a la relation suivante: QR = QP - QI - QDRV le débit de réglage QDRV est une fonction de la pression P et de l'intensité I. Le débit de mise en pression QR est fonction de la différence entre le débit de refoulement et le débit de dosage QP - QI de la pression P et de l'intensité I. Cette fonction représente le mode de fonctionnement non linéaire du système de réglage selon l'invention on place en amont de cette fonction un champ caractéristique en trois di- mensions de telle sorte que le montage l'un derrière l'autre produise une relation linéaire. On a représenté une structure de réglage corres- pondante à la figure 4 et désigné par la référence 400 l'appareil de réglage de la pression proprement dite. Celui- ci délivre une grandeur de réglage QR à un champ caractéris- tique 410. Le champ caractéristique actionne le système de réglage 436 avec un signal I. Ceci signifie que la bobine 136 est dépendante de l'écart de réglage entre la valeur de con- signe PS et la valeur réelle P avec une intensité I. Comme autre grandeur d'entrée arrivent au champ caractéristique le signal de sortie P du capteur de pression 140 ainsi que le signal de sortie d'un point de combinaison 415. Sur la première entrée du point de combinaison 415 se trouve la grandeur QP et sur la deuxième entrée se trouve avec un signe négatif la grandeur QI. La grandeur QP est fournie par une définition préalable QP 420 et la grandeur QI par la définition préalable QI 430. On amène à l'appareil de réglage 400 comme signal d'entrée l'écart de réglage qui est formé par le point de combinaison 440. Sur une entrée du point de combinaison 440 se trouve avec un signe négatif la valeur effective P de la pression, sur la deuxième entrée se trouve avec un signe po- sitif la valeur de consigne PS d'une prédéfinition de la va- leur de consigne 450. Le champ caractéristique alimente la vanne de réglage de la pression avec une intensité I. Ce dispositif fonctionne alors de la manière sui- vante. La prédéfinition QP calcule à partir de la vitesse de rotation N et d'une constante KI le débit de refoulement QP qui correspond à la puissance de refoulement de la pompe se- lon la formule: QP = K1 * N La prédéfinition QI 430 calcule le débit de do- sage QI en partant du débit de carburant à injecter QK, du débit de commande des injecteurs plus d'un débit de fuite se- lon la formule QI = QK + A + QK Dans ce cas on part du fait que la somme du débit de commande et du débit de fuite constitue un pourcentage A fixe du débit de carburant QK à injecter. Pour calculer le débit de dosage QI on augmente d'un pourcentage déterminé A le débit d'injection QK, pourcentage A qui correspond au dé- bit de commande et au débit de fuite. On alimente le champ caractéristique 410 avec la différence de ces deux signaux QP et QI. En outre, on alimente le champ caractéristique avec le signal de pression P. L'appareil de réglage de la pression 400 prédéfi- nit en fonction de l'écart de réglage entre la valeur de con- signe PS et la valeur réelle P une grandeur, qui correspond au débit de carburant nécessaire à la mise en pression et/ou à la chute de pression. Cette grandeur est désignée comme étant le débit QR1 qui est nécessaire à la mise en pression. Dans le champ caractéristique 410, on dépose l'intensité I en fonction de la pression actuelle P. du débit de refoulement QP et du débit de dosage QI, intensité I qui est nécessaire pour fournir dans le cas des paramètres de fonctionnement donnés le débit QRI voulu pour la mise en pression de l'appareil de réglage. Dans ce cas, le champ caractéristique conserve la fonction fL selon l'équation suivante: I = fL (QR1, QP-QI, P) Avec l'intensité I correspondante, on alimente le système de réglage 436. En fonction de l'intensité I qui s'écoule à travers la somme 136 de la vanne de réglage de la pression, de la pression P dans le rail et du débit de refou- lement QP, et du débit de dosage QI, on établit selon la fonction suivante le débit effectif QR2. Q R2 = fS(QP - QI,I, La relation fonctionnelle fS des grandeurs ci- dessus est non linéaire. Si l'on place la fonction fL en amont de cette fonction, on a ainsi QR1 égal à QR2. On éli- mine de cette façon la non réalité du système. Le débit de mise en pression QR est alors utilisé comme grandeur de réglage pour le circuit de réglage de la pression. Le système de réglage est rendu linéaire par le champ caractéristique 410. Avec le débit de mise en pression QR comme grandeur de réglage on obtient un système de ré- glage linéaire; celui-ci constitue avant tout un appareil d'intégration. Lors de la mise en pression, la grandeur cons- tituée par le débit de mise en pression QR prend des valeurs négatives. R E V E N D I C AT I ON S 1 ) Procédé pour commander un moteur à combustion interne, en particulier un moteur à combustion interne avec un système à rail commun, procédé dans lequel on prédéfinit une valeur de consigne par une pression dans un accumulateur de pression et on la compare à une valeur réelle, de telle sorte qu'en par- tant de cette comparaison un appareil de réglage prédéfinisse une grandeur servant à former un signal de commande pour un organe de réglage, caractérisé en ce que le système de réglage est rendu linéaire et l'appareil de ré- glage prédéfinit une grandeur qui correspond au débit de car- burant qui est nécessaire à la mise en pression et/ou à la chute de pression. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'appareil de réglage prédéfinit un débit de mise en pression (QR). 3 ) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on peut prédéfinir une grandeur de réglage pour alimenter un organe de réglage en fonction de la grandeur qui corres- pond au débit de carburant nécessaire à la mise en pression et ou à la chute de la pression. 4 ) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la grandeur de réglage peut être prédéfinie en fonction d'autres grandeurs tel qu'un débit de refoulement (QR), un débit de dosage (QI) et/ou de la pression (P). ) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le débit de dosage (QI) peut être prédéfini en partant du débit de carburant (QK) à injecter dans le moteur à combus- tion interne. 6 ) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le débit de refoulement (QP) peut être prédéfini au moins en partant de la vitesse de rotation (N). 7 ) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le débit de mise en pression peut être prédéfini en partant d'un écart de réglage. 8 ) Dispositif servant à commander un moteur à combustion in- terne, en particulier un moteur à combustion interne avec un système à rail commun, dispositif dans lequel on prédéfinit une valeur de consigne pour une pression dans un accumulateur de pression et on la compare à une valeur réelle de telle sorte qu'en partant de cette comparaison un appareil de ré- glage prédéfinisse une grandeur servant à former un signal de commande pour un organe de réglage, caractérisé en ce que le système de réglage est rendu linéaire et l'appareil de ré- glage prédéfinit une grandeur qui correspond au débit de car- burant qui est nécessaire à la mise en pression et/ou à la chute de la pression.