Brevet FR2795454A1 — publié le 20001229

L'invention concerne un procédé pour détecter une fuite d'un système d'injection de carburant, selon lequel le carburant est prélevé d'un réservoir par l'intermédiaire d'une pompe d'alimentation amont et est envoyé à une pompe à haute pression, à partir de laquelle le carburant placé sous haute pression est délivré directement ou indirectement à une installation d'injection, ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, dans lequel le carburant est prélevé d'un réservoir par l'intermédiaire d'une pompe d'alimentation amont et est envoyé à une pompe à haute pression, dont la vitesse de rotation est réglée et à partir de laquelle le carburant placé sous une haute pression est délivré directement ou indirectement à une installation d'injection. Dans des moteurs à combustion modernes, une exi- gence essentielle est que le moteur possède une consomma- tion aussi faible que possible et ce pour une allure opti- male de la puissance et du couple. A cet égard, on a pu réaliser des progrès importants notamment grâce au déve- loppement de systèmes d'injection de carburant performants. Ainsi par exemple dans le cas de moteurs diesel et de moteurs à essence, on utilise des systèmes d'injection de carburant du type dit "à rail commun", dans lesquels le carburant est prélevé d'un réservoir par l'intermédiaire d'une pompe d'alimentation amont et est envoyé par l'intermédiaire d'une canalisation d'alimentation d'une pompe à haute pression. Au moyen de cette dernière, le carburant est placé à une pression élevée (jusqu'à 2.108 Pa et dans le cas de moteurs à essence jusqu'à 4.107 Pa) et est envoyé à un rail commun, auquel sont raccordées des soupapes d'injection. Ces dernières peuvent être commandées individuellement de sorte que la quantité d'injection de carburant de chaque cylindre est réglable. Grâce à cette commande individuelle de la quantité de carburant injectée dans les cylindres, on peut optimiser les critères indiqués plus haut pour le moteur à combustion interne. Comme pompes à haute pression, dans le cas des systèmes d'injection de carburant décrits précédemment, on utilise fréquemment des pompes à pistons radiaux, dans lesquelles plusieurs unités de pompes sont entraînées par l'intermédiaire d'un arbre d'excentrique. Cet arbre est relié par l'intermédiaire d'un accouplement à un arbre du moteur à combustion interne, par exemple l'arbre à cames ou bien est équipé d'un système d'entraînement propre. Le flux volumique de carburant à basse pression refoulé par la pompe d'alimentation amont est habituellement injecté dans le carter de vilebrequin de la pompe à pistons radiaux et est envoyé, à partir de là, par l'intermédiaire de soupapes d'aspiration des unités de pompes, dans l'espace de refoulement et est délivré par l'intermédiaire de soupapes de pression à une canalisation à haute pression reliée au rail commun. En raison de la pression comparativement élevée régnant dans la canalisation d'alimentation, on porte une attention particulière à la construction des éléments d'étanchéité qui ferment de façon étanche l'espace du vilebrequin de la pompe à haute pression. Grâce à ces élé- ments d'étanchéité, la pompe à haute pression est fermée de façon étanche par rapport à l'environnement, mais également par rapport au circuit d'huile de lubrification du moteur. Un risque particulier existe dans la zone d'accouplement à l'arbre à cames étant donné qu'en cet endroit le circuit d'huile de lubrification du moteur et le circuit de carburant sont séparés l'un de l'autre uniquement par les éléments d'étanchéité. Lors d'une défaillance d'une garniture d'étan- chéité, en raison de la pression élevée d'alimentation il peut apparaître des fuites importantes, qui peuvent conduire par exemple à un salissement/une dilution de l'huile de lubrification du moteur ou à une pollution de l'environnement par le carburant qui s'échappe à l'extérieur. Pour cette raison, il est indispensable d'empê- cher une telle fuite grâce à des dispositions du point de vue construction et, dans le cas d'un accident, de prendre des dispositions appropriées d'assistance. En principe, pour détecter des fuites, on pour- rait utiliser les capteurs usuels de carburant, au moyen desquels le carburant sortant est identifié et un signal correspondant peut être envoyé au conducteur. De telles dispositions ne peuvent cependant être utilisées que d'une manière limitée étant donné qu'elles supposent que le cap- teur est disposé au niveau de l'emplacement de fuite et également qu'une quantité importante de carburant s'échappe. Au contraire l'invention a pour but d'indiquer un procédé pour détecter une fuite ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, a l'aide desquels les fuites peuvent être identifiées avec une dépense technique minimale du point de vue dispositif. Ce problème est résolu conformément à l'invention à l'aide d'un procédé du type indiqué plus haut, caractérisé par les étapes consistant à: - déterminer directement ou indirectement un flux volu- mnique de carburant prélevé du réservoir, - détecter directement ou indirectement le flux volumique d'injection injecté ou entraîné par la pompe à haute pression, - calculer une valeur caractéristique à partir du flux volumique de carburant et du courant volumique d'injection, et délivrer un signal de fuite dans le cas o la valeur caractéristique dépasse une valeur limite par valeurs supérieures ou inférieures, ou par un procédé du type indiqué plus haut caractérisé par les étapes consistant à: - déterminer directement ou indirectement la vitesse de rotation de la pompe à haute pression, - déterminer la pression de consigne à partir d'une courbe caractéristique de la pompe en fonction de la vitesse de rotation de la pompe, - déterminer directement ou indirectement la pression réelle de refoulement, - calculer une valeur caractéristique à partir de la pression de refoulement de consigne et de la pression réelle de refoulement, - délivrer un signal de fuite dans le cas o la valeur caractéristique dépasse une valeur de seuil prédétermi- née, ainsi que par un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé du type indiqué plus haut, caractérisé par: - un capteur pour déterminer directement ou indirectement un flux volumique de carburant entre le réservoir et la pompe à haute pression; - un second capteur pour détecter directement ou indirec- tement le flux volumique d'injection; - un dispositif pour calculer une valeur caractéristique à partir du flux volumique de carburant et du flux volumique d'injection et pour comparer la valeur carac- téristique à une valeur limite, et - un dispositif de délivrance de signal pour délivrer un signal de fuite dans le cas o la valeur caractéristique est supérieure ou inférieure à la valeur limite, ou par un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé du type indiqué plus haut, caractérisé par: un capteur pour déterminer directement ou indirectement la vitesse de rotation de la pompe à haute pression, dont la vitesse de rotation est réglée, - un capteur de pression pour déterminer directement ou indirectement la pression de refoulement réelle de la pompe à haute pression, - un dispositif pour calculer une pression de refoulement de consigne à partir de la vitesse de rotation, - un dispositif comparateur pour calculer une valeur caractéristique à partir de la pression de refoulement de consigne et de la pression de refoulement réelle et pour comparer la valeur caractéristique à une valeur limite, et - un dispositif de délivrance de signal pour délivrer un signal de fuite dans le cas o la valeur caractéristique est supérieure ou inférieure à la valeur limite. Conformément à une première variante, une fuite est déterminée par comparaison du flux volumique d'injec- tion refoulé par la pompe à haute pression en direction de l'installation d'injection, au flux volumique refoulé par la pompe d'entraînement amont, auquel cas lors du dépasse- ment d'une différence prédéterminée entre les deux flux volumiques indiqués précédemment, un signal de commande peut être envoyé à l'unité de commande du moteur, signal qui peut conduire par exemple à l'arrêt de la pompe d'alimentation amont ou du moteur. Selon une seconde variante, on utilise comme pompe à haute pression une pompe dont la vitesse de rota- tion est réglée. La vitesse de rotation de la pompe à haute pression est utilisée pour calculer une pression de refoulement de consigne à partir de la courbe caractéris- tique de la pompe. Simultanément la pression de refoulement réelle de la pompe à haute pression est détectée par un capteur de pression et est comparée à la valeur de consigne. Dans le cas o la valeur réelle est inférieure, et ce au-delà d'une tolérance prédéterminée, à la pression de refoulement de consigne résultant de la vitesse de rotation réglée, un signal de fuite est envoyé par l'unité de gestion du moteur à l'unité de commande du moteur et des dispositions correspondantes sont prises. Conformément à l'invention, la valeur de consigne et la valeur réelle peuvent être obtenue directement ou être dérivées de valeurs de mesure, à partir desquelles la valeur de consigne et la valeur réelle du flux volumique de refoulement peuvent être calculées. Conformément à l'invention, le flux volumique de carburant ou la pression de refoulement de la pompe à haute pression ou une autre valeur caractéristique appropriée est comparé à une valeur de consigne et un signal de fuite est délivré dans le cas d'un dépassement d'une plage de tolérance par valeurs supérieures ou inférieures. L'invention permet par conséquent de détecter une fuite de façon fiable avec une dépense minimale du point de vue technique de mesure et de régulation et de déclencher en temps opportun des dispositions appropriées pour empêcher un endommagement de l'environnement ou du moteur. Dans une variante du procédé selon l'invention, la variation du niveau de remplissage du réservoir est utilisée pour calculer le flux volumique de carburant. Sinon, le flux volumique de carburant entraîné par la pompe d'alimentation amont et également le flux volumique d'injection entraîné par la pompe à haute pres- sion peuvent être déterminés directement à partir de la différence de pression entre deux points de mesure des trajets respectifs de circulation du carburant. Dans le cas de systèmes d'injection de carburant à rail commun, le carburant en excès est renvoyé dans la canalisation d'alimentation par l'intermédiaire d'une sou- pape de limitation de pression et d'une canalisation de retour. Dans ce cas il est préférable que la mesure du flux volumique de carburant s'effectue dans une zone située en amont de l'endroit o la canalisation de retour débouche dans la canalisation d'alimentation. Dans un autre exemple de réalisation, les valeurs limites, à partir desquelles un signal de fuite est envoyé à l'unité de commande du moteur est agencé d'une manière variable en fonction des paramètres de fonctionnement du moteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, le flux volumique de carburant est déterminé par mesure directe dans la zone comprise entre le réservoir et la pompe à haute pression. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente un schéma-bloc d'un système d'injection de carburant du type à rail commun; - la figure 2 représente un organigramme d'un premier exemple de mise en oeuvre d'un procédé pour détec- ter une fuite; et - la figure 3 représente un organigramme d'un autre exemple de mode de mise en oeuvre, selon lequel on utilise une pompe à haute pression, dont la vitesse de rotation est réglée. Sur la figure 1, on a représenté un schéma de base d'un système d'injection de carburant à rail commun 1 pour un moteur à essence. Par conséquent, le carburant est aspiré par une pompe d'alimentation amont 2 à partir d'un réservoir de carburant T et est envoyé par l'intermédiaire d'une cana- lisation d'amenée 4 au raccord d'aspiration 6 d'une pompe à haute pression 8. Un filtre à carburant 10 servant à séparer des impuretés est prévu dans la canalisation d'alimentation 4. Le carburant est placé sous pression au moyen de la pompe à haute pression 8 et est envoyé par l'intermé- diaire d'un raccord de pression 12 dans une canalisation de pression 14, au moyen de laquelle le carburant placé sous pression est délivré à un rail commun 16. Au rail commun 16 sont raccordées des soupapes d'injection de carburant 19, qui sont associées respectivement à un cylindre du moteur à combustion interne. Les soupapes d'injection 18 sont commandées par l'intermédiaire d'une unité 20 de commande du moteur de sorte que l'allure de l'injection dans chaque cylindre peut être commandée individuellement pour une optimisation de l'allure de combustion. La pression dans le rail commun 16 est limitée par une soupape de limitation de pression 22 qui, lors du dépassement d'une pression maximale prédéterminée par l'unité 20 de commande du moteur, commande une liaison aboutissant à une canalisation de retour 24, de manière à renvoyer du carburant depuis le rail commun 16 à la cana- lisation d'alimentation 4, pour réduire la pression. Dans l'exemple de réalisation représenté, la canalisation de retour 24 débouche en aval du filtre à carburant 10 dans la canalisation d'alimentation 4. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, la pompe à haute pression 8 est du type à pistons radiaux, un arbre d'excentrique 26 entraînant les unités de pompes non représentées étant accouplé à l'arbre à cames du moteur d'entraînement. Dans le cas des pompes à pistons radiaux, utili- sées habituellement dans des systèmes d'injection de car- burant, plusieurs et par exemple trois unités de pompes sont logées dans un carter de pompe, auquel cas un excen- trique de l'arbre d'excentrique 26 se déplace dans un espace pour vilebrequin, excentrique contre lequel sont précontraints des organes de refoulement des unités de pompes de sorte que la rotation de l'excentrique est convertie en une course d'aspiration ou de compression des organes de refoulement. Le carburant chargé par la pression de refoulement amont comprise par exemple entre 4 et 5.105 Pa, est introduit par l'intermédiaire du raccord d'aspiration 6 dans l'espace contenant le vilebrequin de la pompe à haute pression 8 et, à partir de là, est aspiré par l'intermédiaire des soupapes d'aspiration des unités de pompes, dans l'espace respectif de refoulement. C'est-à- dire que le carburant, qui est présent dans le carter de vilebrequin de la pompe à haute pression 8, est chargé par la pression d'alimentation amont de sorte que les garnitures d'étanchéité du carter de la pompe à haute pression 8 sont soumises à des contraintes élevées. Ce qui est particulièrement critique c'est la zone de jonction avec l'arbre à cames étant donné que dans cette partie, le circuit du carburant et le circuit de l'huile de lubrifi- cation du moteur sont séparés l'un de l'autre uniquement par des garnitures d'étanchéité d'arbre. Dans le début de la description on a déjà donné des indications concernant les risques dans le cas d'une fuite dans la gamme de basses pressions et dans la gamme de hautes pressions de la pompe. Conformément à l'invention, pour identifier une fuite de carburant, un programme de fuite, qui est repré- senté d'une manière très simplifiée sur la figure 2, est mis en oeuvre par l'intermédiaire de l'unité 20 de commande du moteur. Lors d'un premier pas, le flux volumique de car- burant VK prélevé du réservoir T et envoyé par l'inter- médiaire de la canalisation d'alimentation 4 au raccord d'aspiration 6 de la pompe à haute pression 8, est détecté. Pour la détection du flux volumique de carburant VK, il existe une multiplicité de possibilités. Ainsi pour la détection du flux volumique de carburant VK, par exemple la variation du niveau de rem- plissage du réservoir par unité de temps peut être mesurée et le flux volumique de carburant prélevé peut être calculé à partir de la variation du contenu du réservoir. Une autre possibilité consiste à déterminer le flux volumique de carburant prélevé, de façon connue directement à partir de la différence entre les deux points de mesure dans la canalisation d'alimentation 4. On peut alors calculer le flux volumique en fonction de cette différence de pression. Naturellement on peut détecter directement ou indirectement le flux volumique de carburant VK également à l'aide des autres appareils de mesure de débit, par exemple des appareils de mesure de débit à pression active (appareils à étranglement), des débitmètres magnéto-induc- tifs, etc. Ce qui est essentiel c'est que les moyens de mesure indiqués précédemment soient disposés en amont de la zone d'embouchure de la canalisation de retour 24, de sorte que la valeur de mesure n'est pas faussée par la quantité de carburant renvoyée. Mais en principe on pourrait également prévoir le point de mesure en aval de cette zone d'embouchure étant donné que le flux de carburant renvoyé par l'intermédiaire de la canalisation de retour 24 est également détecté et peut être pris en compte dans le programme décrit ci-après. Lors d'un pas parallèle, le flux volumique d'injection VE, qui est prédéterminé pendant la même unité de temps par l'unité de commande du moteur et qui peut être calculé par exemple sur la base du flux volumique délivré par la pompe à haute pression 8, est détecté. Lors d'un pas suivant, la différence AV entre le flux volumique de carburant VK et le flux volumique d'injection VE est calculée et une valeur limite V* est lue dans la mémoire de l'unité de commande du moteur, valeur qui est calculée en fonction de paramètres de fonc- tionnement du moteur. Ces paramètres peuvent être par exemple les variations de la vitesse de rotation ou de la charge du moteur. Lors d'un pas suivant de comparaison, la diffé- rence AV des flux volumiques est comparée à la valeur limite V*. Dans le cas o la différence calculée AV des flux volumiques est inférieure à la valeur limite V*, le programme revient au point de départ et le calcul indiqué précédemment est à nouveau exécuté. Dans le cas o la différence détectée AV entre les flux volumiques est supérieure à la valeur limite associée V*, un signal de fuite est délivré et l'unité de commande du moteur déclenche des dispositions antagonistes correspondantes pour empêcher un endommagement du moteur ou une pollution de l'environnement par la fuite. Ceci peut inclure par exemple la délivrance d'un signal d'aver- tissement au conducteur, le réglage de la puissance du moteur à un niveau inférieur, l'arrêt de la pompe d'entrai- nement amont 2 ou de l'ensemble du moteur. Dans le cas de pompe à haute pression, dont la vitesse de rotation est réglée, on peut utiliser un autre programme pour détecter une fuite - ce programme est représenté sur l'organigramme de la figure 3. Dans le cas de telles pompes, dont la vitesse de rotation est réglée, la pression de refoulement est réglée au moyen de la vitesse de rotation de la pompe. Cet exemple de réalisation présuppose assurément que la pompe à haute pression est équipée d'un dispositif d'entraînement propre, par exemple électrique, de sorte qu'aucun accouplement n'est présent au niveau de l'arbre à cames. Lors d'un premier pas, la vitesse de rotation np de la pompe à haute pression 8 est détectée et une pression de refoulement de consigne PCONSIGNE est déterminée par l'intermédiaire d'une courbe caractéristique programmée de la pompe, en fonction de la vitesse de rotation détectée np de la pompe. Parallèlement à la détection de la pression de refoulement de consigne PCONSIGNE, la pression de refoule- ment réelle PREELLE est détectée par l'intermédiaire d'un transmetteur de pression situé dans la canalisation de pression 14 et ensuite la différence AP entre la valeur de consigne et la valeur réelle est calculée. Cette différence de pression AP est alors compa- rée, lors du pas suivant, à une valeur limite p*, qui est calculée en fonction des paramètres indiqués précédemment de fonctionnement du moteur à combustion interne. De façon correspondante, comme dans le cas de l'exemple de réalisation représenté sur la figure 2, dans le cas o la différence de pression Ap est inférieure à la valeur limite p*, le programme se répète. Dans le cas o la différence de pression AP dépasse la valeur limite p* calculée, le signal de fuite est à nouveau délivré, et les dispositions décrites précédemment sont déclenchées par l'unité 20 de commande du moteur. En principe, il existe une multiplicité de pos- sibilités de comparer la quantité de refoulement prélevée du réservoir T à la quantité de carburant refoulée par unité de temps en direction du rail commun 16 et injectée par l'intermédiaire des soupapes d'injection 18 dans les cylindres, de sorte que l'invention n'est en aucune manière limitée aux procédés de mesure décrits précédemment. A la place de la formation de la différence décrite précédemment, on peut également calculer des valeurs caractéristiques AV et Ap également pour la formation du quotient ou bien d'une autre manière. D'autre part la valeur de consigne pourrait être également déterminée sur la base du courant, qui est nécessaire pour entraîner la pompe dont la vitesse de rotation est réglée. A partir de cette valeur on peut alors déterminer la vitesse de rotation et, à partir de là, la pression de refoulement de consigne. C'est-à-dire qu'en tant que base des calculs, on peut utiliser en principe n'importe quelle valeur de mesure, à partir de laquelle les valeurs de consigne et les valeurs réelles du flux volumique de refoulement peuvent être calculées. Dans le cas de ces procédés de mesure indirecte, on peut éven- tuellement utiliser des capteurs ou des dispositifs de mesure déjà présents, de sorte qu'aucun capteur particulier pour détecter la vitesse de rotation ou pour mesurer le débit n'est nécessaire. Les valeurs limites V* et p* peuvent être égale- ment prédéterminées en tant que constantes dans des cas assez simples d'utilisation. on a indiqué des procédés pour détecter une fuite d'un système d'injection de carburant, dans lequel une fuite est identifiée lorsque le flux volumique du carburant retiré du réservoir T est supérieur, d'une valeur limite prédéterminée, au courant volumique d'injection entraîné par une pompe à haute pression ou injecté dans des cylindres par des soupapes d'injection. REVENDICATIONS 1. Procédé pour détecter une fuite d'un système d'injection de carburant, selon lequel le carburant est prélevé d'un réservoir (T) par l'intermédiaire d'une pompe d'alimentation amont (2) et est envoyé à une pompe à haute pression (8), à partir de laquelle le carburant placé sous haute pression est délivré directement ou indirectement à une installation d'injection (16,18), caractérisé par les étapes consistant à: - déterminer directement ou indirectement un flux volu- mique de carburant (VK) prélevé du réservoir (T), - détecter directement ou indirectement le flux volumique d'injection (VE) injecté ou entraîné par la pompe à haute pression (8), - calculer une valeur caractéristique (AV) à partir du flux volumique de carburant (VK) et du courant volumique d'injection VE, et - délivrer un signal de fuite dans le cas o la valeur caractéristique (AV) dépasse une valeur limite (V*) par valeurs supérieures ou inférieures. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le flux volumique de carburant (VK) est calculé sur la base de la variation du niveau dans le réservoir (T). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détermination des flux volumiques (VK, VE) est réalisée par mesure de la différence de pression entre deux points de mesure. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le flux volumique de carburant (VK) est déterminé par mesure directe dans la zone comprise entre le réservoir (T) et la pompe à haute pression (8). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, selon lequel le carburant chargé en pression est envoyé à un rail commun (16), auquel sont raccordées des soupapes d'injection (18), et selon lequel une quantité en excès est introduite par l'intermédiaire d'une canalisation de retour (24) dans la canalisation d'alimentation (4), caractérisé en ce que le flux volumique de carburant (VK) est mesuré en amont de l'endroit o la canalisation de retour (24) débouche dans la canalisation d'alimentation (4). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1, 2, 4 et 5, caractérisé en ce que le flux volumique d'injection (VE) est calculé à partir de la vitesse de rotation d'une pompe à haute pression (8) dont la vitesse de rotation est réglée. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce que la valeur limite (V*, p*) est variable en fonction de l'état de fonctionnement du moteur. 8. Dispositif pour détecter une fuite d'un système d'injection de carburant, dans lequel le carburant est prélevé d'un réservoir (T) par l'intermédiaire d'une pompe d'alimentation amont (2) et est envoyé à une pompe à haute pression (8), dont la vitesse de rotation est réglée et à partir de laquelle le carburant placé sous haute pression est délivré directement ou indirectement à une installation d'injection (16, 18), caractérisé par: un capteur pour déterminer directement ou indirectement un flux volumique de carburant (VK) entre le réservoir (T) et la pompe à haute pression (8); - un second capteur pour détecter directement ou indirec- tement le flux volumique d'injection (VE); - un dispositif (20) pour calculer une valeur caractéris- tique (AV) à partir du flux volumique de carburant (VK) et du flux volumique d'injection (VE) et pour comparer la valeur caractéristique (AV) à une valeur limite (V*), et - un dispositif (20) de délivrance de signal pour délivrer un signal de fuite dans le cas o la valeur carac- téristique (AV) est supérieure ou inférieure à la valeur limite (V*).