Brevet FR2762675A1 — publié le 19981030

i La présente invention concerne un procédé de détermination de la pression de compression dans le cylindre d'un moteur à combustion interne à injection directe à suralimentation, qui comprend: - un accumulateur haute pression à partir duquel du carburant est envoyé à un injecteur, et - un dispositif de suralimentation servant à augmenter le débit d'air par compression de l'air d'admission destiné au moteur à combustion interne. Les moteurs à combustion interne à injection directe possèdent un potentiel élevé de réduction de la consommation de carburant, avec des rejets relativement faibles de substances nocives. Contrairement à l'injection en collecteur d'admission, dans l'injection directe, du carburant est injecté avec une pression élevée directement dans la chambre de combustion. A cet effet, on connaît des système d'injection à accumulateur central de pression (dits "à rampe commune" ou en anglais "common rail"). Dans de tels systèmes à rampe commune, une pompe haute pression permet d'établir dans la rampe commune une pression de carburant qui est réglée par le dispositif électronique de commande du moteur à combustion interne par l'intermédiaire d'un capteur de pression et d'un régulateur de pression et qui est disponible d'une manière largement indépendante de la vitesse de rotation et du débit d'injection. Le carburant est injecté dans la chambre de combustion au moyen d'un injecteur à commande électrique. Celui-ci reçoit ses signaux du dispositif de commande. La séparation fonctionnelle existant entre la production de pression et l'injection permet de choisir d'une manière extrêmement libre la pression d'injection de façon indépendante du point de régime momentané du moteur. Les systèmes modernes d'injection à commande électronique pour moteur Diesel sont commandés en durée, par opposition aux systèmes jusqu'à présent commandés mécaniquement qui ont le volume comprimé pour référence et comportent par ailleurs un couplage fixe du débit et de la vitesse de rotation et donc de la pression d'injection et de la vitesse de rotation. Cela signifie que, dans le cas de systèmes classiques, pour un réglage identique du dispositif de réglage de débit et indépendamment des conditions environnantes régnant momentanément, c'est toujours le même volume de carburant qui est injecté. En revanche, dans le cas de systèmes commandés en durée, une durée de commande est déterminée à partir d'une masse d'injection calculée. Pour des systèmes à rampe commune dans lesquels la pression d'injection peut donc être réglée indépendamment du point de régime du moteur à combustion interne, la durée de commande d'injecteur nécessaire pour une masse d'injection déterminée dépend, pour des conditions environnantes restant identiques, de la perte de charge se présentant momentanément sur l'injecteur, c'est-à-dire sur la buse d'injection. Cette perte de charge est la différence entre la pression de rampe Prampe dans l'accumulateur haute pression et la pression dans la chambre de combustion, donc la pression de cylindre Pcyl. Par conséquent, pour calculer la durée de commande prévue pour l'injecteur, il convient de tenir compte de la perte de charge Ap = Prampe - Pcyl sur l'injecteur. A cet effet, la pression de rampe et la pression de compression dans le cylindre doivent être connues, si possible à l'instant du début d'injection. La pression de rampe est mesurée au moyen d'un capteur de pression et est fournie au dispositif électronique de commande du moteur en vue d'un traitement ultérieur. En revanche, il n'est habituellement prévu aucun capteur pour mesurer la pression de compression, de sorte qu'il convient de procéder à un calcul à partir de valeurs connues de la pression dans le cylindre. C'est pourquoi l'invention a pour but de fournir un procédé au moyen duquel la pression de compression dans le cylindre d'un moteur à combustion interne à suralimentation du type défini en préambule puisse être déterminée d'une manière simple. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé, du type générique défini en préambule, caractérisé en ce que la pression maximale de compression dans le cylindre (Pcyl.max.) est déterminée à partir de valeurs correspondant à la pression maximale de compression dans le cylindre en régime de coupure d'injection en décélération (ci-après plus succinctement "coupure" ou "coup.") du moteur à combustion interne (Pcyl.max.coup.) et du rapport des pressions d'admission en régime en charge (PL) et en régime de coupure d'injection en décélération (PLcoup.) du moteur à combustion interne. La pression maximale de compression dans le cylindre est déterminée à partir des valeurs correspondant à la pression maximale de compression dans le cylindre en régime de coupure du moteur et à partir du rapport des pressions d'admission en régime en charge et en régime de coupure. L'avantage en est que, sans utiliser de capteur de pression supplémentaire dans la chambre de compression, la pression maximale de compression peut être calculée avec une précision très élevée au moyen d'une mesure effectuée sur le banc d'essai en régime de coupure du moteur et au moyen d'une mesure de la pression d'admission, en tout état de cause nécessaire pour la régulation du dispositif de suralimentation, pendant le fonctionnement du moteur. Le procédé conforme à l'invention peut aussi présenter une ou plusieurs des particularités suivantes: - la pression maximale de compression dans le cylindre est calculée conformément à la relation suivante: Pcyl.max. = (PL / PLcoup.) Pcyl.max.coup. - la pression d'admission est mesurée au moyen d'un capteur de pression, les valeurs correspondant à la pression maximale de compression dans le cylindre en régime de coupure d'injection en décélération et à la pression d'admission en régime de coupure d'injection en décélération du moteur à combustion interne sont mémorisées, en fonction de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne, dans une table caractéristique d'une mémoire d'un dispositif électronique de commande, - les valeurs sont mémorisées chacune dans une table caractéristique qui lui est propre, les valeurs sont mémorisées d'une manière condensée sous forme de quotient (Pcyl.max.coup. / PLcoup. ) dans une table caractéristique commune, - la pression de compression est calculée, pour des débuts d'injection situés très en amont du point mort haut, par multiplication de la valeur correspondant à la pression maximale de compression dans le cylindre par un facteur dépendant de la pression relative de compression et de l'angle de vilebrequin, - la variation dans le temps de la pression relative de compression est mémorisée en fonction de l'angle de vilebrequin dans une table caractéristique. Un exemple de mise en oeuvre de l'invention est exposé en détail en regard des figures. On voit: à la figure 1, un schéma-bloc d'un moteur à combustion interne à injection directe comportant un accumulateur haute pression et un dispositif associé de commande, à la figure 2, un graphe correspondant à la variation dans le temps de la pression de cylindre en régime de coupure d'injection en décélération du moteur et, à la figure 3, un graphe correspondant à la variation dans le temps de la pression relative de cylindre également en régime de coupure d'injection en décélération du moteur. La figure 1 représente, sous forme d'un schéma- bloc, le contexte technique dans lequel l'invention est utilisée. Il n'y est représenté que les parties qui sont nécessaires à la compréhension de l'invention. Le repère désigne un moteur à combustion interne diesel auquel l'air nécessaire à la combustion est acheminé en passant par une conduite d'admission 11 et une soupape d'admission 12. Un piston, non représenté en détail, délimite une chambre de combustion 13 avec les parois intérieures de cylindre. Les gaz d'échappement parviennent dans un conduit d'échappement 15 en passant par une soupape d'échappement 14. Pour augmenter le remplissage de cylindre et donc pour accroître la puissance du moteur 10, il est prévu un turbocompresseur de gaz d'échappement de suralimentation 30 (ci-après plus succinctement "turbocompresseur") dont la roue de turbine 30b est disposée dans le conduit de gaz d'échappement 15 et coopère avec une roue de compresseur 30a, disposée dans le conduit d'admission 11, au moyen d'un arbre qui n'est pas décrit plus en détail et est représenté par une ligne en trait interrompu. Ainsi, les gaz d'échappement entraînent la turbine et celle-ci entraîne elle-même le compresseur. Ce compresseur assure l'admission et fournit au moteur un air d'admission frais précomprimé. Un refroidisseur d'air d'admission 30c monté en aval du compresseur évacue la chaleur de compression par le circuit d'eau de refroidissement du moteur, ce qui permet d'améliorer encore le remplissage de cylindre. Pour adapter le turbocompresseur aux conditions exigées du moteur, la pression d'admission de l'air frais précomprimé acheminé est réglée au moyen d'un dispositif de régulation de pression d'admission en soi connu et donc non représenté. Le moteur est ainsi protégé de pressions d'admission trop élevées en fonction du régime et des conditions environnantes. La vitesse de rotation du turbocompresseur peut en même temps être limitée et sa durée de service être ainsi augmentée. La pression d'admission PL est détectée par un capteur de pression 32 approprié situé dans la conduite d'admission 11 en aval du refroidisseur d'air d'admission 30c et est transmise au dispositif électronique de commande 26. Un signal de sortie correspondant à la vitesse de rotation N du moteur, fourni par un capteur de vitesse de rotation 31, est également envoyé au dispositif de commande. Le dispositif d'injection comprend un réservoir de carburant 16 qui communique, par l'intermédiaire d'un filtre de carburant 17 et d'une pompe pilote 18, avec une pompe haute pression 19 qui refoule du carburant avec une pression élevée dans une conduite haute pression 20. Cette conduite haute pression 20 est raccordée à une rampe d'injection 21 qui comporte des injecteurs 22, sous forme de buses d'injection, qui injectent du carburant dans les chambres de combustion du moteur 10. La rampe d'injection 21 est de préférence réalisée sous forme d'un accumulateur haute pression (rampe commune ou "common rail"). La conduite haute pression 20 comporte un organe de réglage de pression 23 pouvant être commandé qui constitue par exemple un étranglement réglable ou une valve de régulation de pression et qui communique avec le réservoir de carburant 16 par une conduite de fuite 24. Les injecteurs 22 sont raccordés à une seconde conduite de fuite 25 qui mène également au réservoir de carburant 16. L'organe de réglage de pression 23 est relié au dispositif électronique de commande (unité centrale ou UC) 26 par l'intermédiaire d'un conducteur de commande non référencé. Il en est de même pour la pompe pilote 18. La pompe haute pression 19 peut être entraînée soit par le moteur à combustion interne lui- même, par exemple par le vilebrequin, soit électriquement. Le dispositif de commande 26 communique en outre avec un capteur de pression 27 qui est disposé sur la rampe d'injection (rampe commune) 21 et détecte la pression de carburant Prampe dans la rampe d'injection 21 et donc la pression dans la zone haute pression. Le dispositif de commande 26 a en outre accès à une mémoire 29 dans laquelle sont mémorisées, entre autres, des tables caractéristiques KF3, KF4 et KF5. Par ailleurs, il présente d'autres entrées ES, désignées d'une manière générale, par lesquelles sont introduites les données du moteur qui sont nécessaires au fonctionnement de celui-ci, telles que par exemple charge ou température. D'autres grandeurs de sortie du dispositif de commande qui servent à commander différents actionneurs sont désignées par AS. Le fonctionnement général d'un tel dispositif d'injection directe à accumulateur haute pression est connue et n'est donc pas exposé plus en détail. La manière dont la pression dans le cylindre peut être déterminée est exposée ci-après. Dans le cas de moteurs dépourvus de suralimentation, il suffit de mémoriser la valeur maximale de la pression de compression, ou une caractéristique de la pression de compression en fonction de l'angle de vilebrequin, dans une mémoire du dispositif électronique de commande du moteur. Dans le cas de moteurs à combustion interne à suralimentation, la pression maximale de compression varie déjà en fonction de la vitesse de rotation en régime de coupure d'injection en décélération, étant donné que le turbocompresseur crée une faible augmentation de pression pour des vitesses de rotation élevées. Si on fait fonctionner le moteur en charge, la pression maximale de compression varie en fonction de la pression d'admission. Entre les pressions maximales de compression et les pressions d'admission qui leur sont associées, il existe la relation suivante: Pcyl.max. / Pcyl.max.coup. = PL / PLcoup. avec Pcyl.max.: pression maximale de compression en régime en charge du moteur, Pcyl.max.coup.: pression maximale de compression en régime de coupure d'injection en décélération du moteur, PL: pression d'admission en régime en charge du moteur, PLcoup.: pression d'admission en régime de coupure du moteur. De là, la pression maximale de compression momentanée est calculée: Pcyl.max. = (PL / PLcoup.) Pcyl.max.coup. Alors que la pression d'admission PL est mesurée en continu au moyen du capteur de pression 32, les valeurs Pcyl.max.coup. et PLcoup. sont mémorisées en fonction de la vitesse de rotation N du moteur dans une mémoire 29 du dispositif de commande 26. Les valeurs peuvent être mises en mémoire soit chacune dans une table caractéristique qui lui est propre, soit d'une manière condensée, sous forme de quotient Pcyl.max.coup. / PLcoup., dans une table caractéristique commune. La pression maximale de compression ainsi déterminée suffit approximativement pour représenter la pression de compression au voisinage du point mort haut OT (+/- 10 vil.). Pour des débuts d'injection situés loin en amont de OT, par exemple en cas de préinjection, il est possible de procéder à un calcul de la manière qui suit à partir de la pression maximale de la pression de compression au début de l'injection: La variation relative de pression de compression Pcyl. / Pcyl.max. en fonction de l'angle de vilebrequin est identique pour toutes les vitesses de rotation et les pressions d'admission. Cette variation est mémorisée dans une table caractéristique KF5 de la mémoire 29. Le facteur associé au début d'injection du moment est sélectionné en fonction de l'angle de vilebrequin dans cette table caractéristique et est multiplié par la pression maximale de compression précédemment calculée. La figure 2 représente la variation de la pression de cylindre Pcyl. max.coup. en régime de coupure du moteur en fonction de l'angle de vilebrequin pour différentes vitesses de rotation, tandis que la figure 3 représente la variation de la pression relative de cylindre également en fonction de l'angle de vilebrequin. Au moyen de la pression de compression ainsi déterminée, il est alors possible de calculer la perte de charge Ap sur la buse d'injection: AP = Prampe - Pcyl. Cette différence de pression Ap peut alors être prise en compte lors du calcul de la durée de commande prévue pour l'injecteur, ainsi que cela est par exemple indiquée dans la demande de brevet déposée ce jour au nom de la Demanderesse et ayant pour titre "Procédé pour déterminer la durée d'injection dans un moteur à combustion interne à injection directe". Le procédé conforme à l'invention a été exposé à l'aide d'un moteur à combustion interne Diesel à injection directe à accumulateur haute pression; il convient toutefois aussi pour un moteur à combustion interne à quatre temps, fonctionnant avec une injection haute pression et une rampe commune (common rail), dans lequel il doit être tenu compte de la différence de pression sur l'injecteur lors de la détermination de la durée d'injection.5 REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination de la pression de compression dans le cylindre d'un moteur à combustion interne à injection directe, comprenant: - un accumulateur haute pression (21) à partir duquel du carburant est envoyé à un injecteur (22), et - un dispositif de suralimentation (30) servant à augmenter le débit d'air par compression de l'air d'admission destiné au moteur à combustion interne, caractérisé en ce que la pression maximale de compression dans le cylindre (Pcyl.max.) est déterminée à partir de valeurs correspondant à la pression maximale de compression dans le cylindre en régime de coupure d'injection en décélération du moteur à combustion interne (Pcyl.max.coup.) et du rapport des pressions d'admission en régime en charge (PL) et en régime de coupure d'injection en décélération (PLcoup.) du moteur à combustion interne. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la pression maximale de compression dans le cylindre (Pcyl.max.) est calculée conformément à la relation suivante: Pcyl.max. = (PL / PLcoup.) - Pcyl.max.coup. 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la pression d'admission (PL) est mesurée au moyen d'un capteur de pression (32). 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les valeurs correspondant à la pression maximale de compression dans le cylindre en régime de coupure d'injection en décélération (Pcyl.max.coup.) et à la pression d'admission en régime de coupure d'injection en décélération (PLcoup.) du moteur à combustion interne sont mémorisées, en fonction de la vitesse de rotation (N) du moteur à combustion interne, dans une table caractéristique (KF3, KF4) d'une mémoire (29) d'un dispositif électronique de commande (26). 5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les valeurs sont mémorisées chacune dans une table caractéristique (KF3, KF4) qui lui est propre. 6. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les valeurs sont mémorisées d'une manière condensée sous forme de quotient (Pcyl.max.coup. / PLcoup.) dans une table caractéristique commune. 7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pression de compression est calculée, pour des débuts d'injection situés très en amont du point mort haut, par multiplication de la valeur correspondant à la pression maximale de compression dans le cylindre (Pcyl.max.) par un facteur dépendant de la pression relative de compression (Pcyl. / Pcyl.max.) et de l'angle de vilebrequin ( vil.). 8. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la variation dans le temps de la pression relative de compression (Pcyl. / Pcyl.max.) est mémorisée en fonction de l'angle de vilebrequin ( vil.) dans une table caractéristique (KF5).