Brevet FR2871194A1 — publié le 20051209

PROCEDE D'INJECTION POUR MOTEUR La présente invention concerne, de façon générale, un procédé d'injection de carburant pour moteur à combustion interne afin d'optimiser les performances d'un tel moteur sur-alimenté lorsque certaines conditions imposent de limiter un niveau de sur-alimentation du moteur par rapport à un niveau de sur-alimentation théoriquement admissible par le moteur pour un point de fonctionnement donné. Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de contrôle d'injection pour moteur à combustion interne tel qu'un moteur diesel comportant: - une chambre de combustion; - des moyens d'injection de carburant pour injecter du 15 carburant dans la chambre; - un turbocompresseur adapté pour compresser un comburant tel que de l'air dans la chambre; - des moyens de commande des moyens d'injection; le procédé comportant: - une étape de collecte de paramètres d'état du moteur pour déterminer un point de fonctionnement moteur sur une période de fonctionnement moteur donnée; - une étape détermination d'un niveau de sur-alimentation courant du moteur en comburant pour ladite période de 25 fonctionnement donnée; - une étape de détermination d'une consigne d'avance d'injection applicable pour un ou plusieurs cycles moteur postérieurs à la période de fonctionnement donnée. Les turbocompresseurs de moteurs tels que des moteurs diesels permettent de sur-alimenter en comburant chaque chambre de combustion du moteur, c'est à dire de compresser le comburant sous une pression supérieure à la pression atmosphérique. Les performances maximales d'un moteur sur-alimenté en pleine charge sont principalement limitées par deux limites physiques - la pression maximale admissible à l'intérieur de la chambre et la température avant turbine maximale admissible par le turbocompresseur. Les réglages de la pleine charge sont optimisés dans des conditions nominales de fonctionnement afin d'exploiter au 15 maximum les capacités du moteur. Certaines contraintes telles que la survitesse du turbocompresseur, le pompage turbo, la température avant turbine maximale imposent de diminuer le niveau de sur-alimentation par rapport aux conditions nominales en fonction de paramètres tels que la contre-pression d'échappement, la température de l'air ambiant, la pression atmosphérique, qui peuvent varier par rapport aux conditions nominales. La diminution du niveau de sur-alimentation entraîne une diminution du couple en pleine charge et de la puissance mécanique produite par le moteur en pleine charge. La diminution du niveau de sur-alimentation entraîne une diminution des performances en pleine charge du moteur par rapport à son potentiel de puissance théorique et à ses limites mécaniques. La diminution de pression à l'intérieur de la chambre associée à la diminution du niveau de sur-alimentation offre une marge de gain de puissance moteur par rapport aux limites mécaniques admissibles par ce dernier. Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer un procédé de contrôle d'injection permettant un gain de puissance moteur, lorsque le niveau de sur-alimentation courant du moteur est un facteur limitant les performances moteur. A cette fin, le procédé d'injection de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule défini précédemment, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte: - une étape de collecte dans une base de donnée 15 préenregistrée, d'une information de niveau de sur- alimentation théorique correspondant au point de fonctionnement moteur déterminé ; - et en ce que la consigne d'avance d'injection pour le ou les cycles moteur postérieurs à la période de 20 fonctionnement donnée est déterminée en fonction d'une valeur d'écart entre le niveau de sur- alimentation courant et le niveau de sur-alimentation théorique. Grâce à l'invention, il est donc possible d'augmenter les performances du moteur ayant un niveau de sur-alimentation courant inférieur à un niveau de sur-alimentation théorique préalablement mesuré sur banc d'essai moteur, en faisant varier la consigne d'avance d'injection en fonction de l'écart entre les niveaux de sur-alimentations théorique et courant. Plus particulièrement cette avance d'injection est augmentée lorsque l'écart de niveau augmente. L'invention permet donc d'exploiter au mieux les capacités mécaniques du moteur, même lorsque celui-ci n'est pas sur-alimenté de façon optimale et cela: sans avoir à distinguer la cause de la diminution du 5 niveau de sur-alimentation et quelles que soient les limites rencontrées par la suralimentation. Il est à noter que la période durant laquelle sont 10 collectés les paramètres correspond par exemple à un ou plusieurs cycles moteur. D'autre part, la consigne d'avance détermine le moment théorique auquel devra se produire l'injection de carburant et/ou de comburant ce moment étant généralement exprimé en angle de rotation du vilebrequin par rapport à un point mort haut moteur ou en écart de temps par rapport à ce point mort haut moteur, cette dernière valeur étant liée au régime moteur courant. On peut par exemple faire en sorte que les paramètres d'état du moteur collectés pour déterminer ledit point de fonctionnement moteur soient au moins la charge et le régime moteur. Les paramètres de charge et de régime moteur sont choisis en particulier car ils donnent une excellente image du point de fonctionnement du moteur mais aussi parce qu'il s'agit de paramètres normalement mesurés ou évalués par les moyens de commande d'injection de nombreux véhicules existants. La présente invention peut donc être mise en oeuvre sans avoir à installer impérativement de nouveaux capteurs sur le moteur. On peut également faire en sorte que le paramètre de charge moteur corresponde: - soit à une consigne de charge à développer donnée au 5 moteur par les moyens de commande d'injection; - soit à un paramètre collecté à l'aide d'un capteur de débit de carburant injecté et/ou un capteur de puissance mécanique produite par le moteur et/ou un capteur de couple moteur. Lorsque le paramètre de charge utilisé dans le procédé d'injection selon l'invention est la consigne de charge à développer, il n'est pas nécessaire d'effectuer une mesure particulière de la charge. Dans ce cas la consigne de charge est considérée comme représentative de la charge courante réelle du moteur. Lorsque le paramètre de charge utilisé dans le procédé selon l'invention est mesuré à l'aide de capteurs, l'approximation du paramètre de charge courante réelle est réduite à son minimum et dépend uniquement de la qualité de la mesure. On peut également faire en sorte que la collecte des paramètres d'état du moteur soit réalisée à l'aide d'au moins un capteur de type tachymètre mesurant le régime moteur, c'est à dire sa vitesse de rotation. Il est également possible de prévoir que le niveau de sur-30 alimentation courant soit: mesuré à l'aide d'un capteur de pression mesurant une pression de comburant à une sortie du turbocompresseur adaptée pour alimenter ladite chambre en comburant, ou calculé à l'aide d'une table de données en fonction de paramètres d'environnement moteur tels que la 5 température ambiante et/ou la pression atmosphérique et en fonction des paramètres d'état du moteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite 10 ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 représente des courbes de performances moteur obtenues avec et sans la mise en oeuvre du procédé selon l'invention et mettant ainsi en évidence les gains de performance moteur autorisés par l'invention; la figure 2 représente un schémas logique de stratégie de contrôle moteur permettant de déterminer un niveau de sur-alimentation courant moteur qui, en l'occurrence, est la consigne de sur-alimentation courante; la figure 3 représente un schémas logique de stratégie de contrôle moteur mettant en uvre le procédé selon l'invention, permettant de déterminer l'avance moteur en fonction de l'écart entre le niveau de sur- alimentation courant et le niveau de sur-alimentation théorique (aussi appelé niveau de sur-alimentation nominal). Comme annoncé précédemment, l'invention concerne un procédé d'injection pour moteur particulièrement adapté pour être mis en oeuvre sur des moteurs de type turbo-diesel. Le procédé selon l'invention s'applique particulièrement à un moteur comportant au moins une chambre de combustion, des moyens d'injection de carburant pour injecter du carburant dans la chambre, un turbocompresseur adapté pour compresser un comburant tel que de l'air dans la chambre et des moyens de commande des moyens d'injection. La figure 1 représente un graphique de mesures dont l'axe des abscisses est la pression après turbine exprimée en millibars et dont l'axe des ordonnées représente la puissance brute fournie par le moteur. Les courbes 1 et l', 2 et 2', 3 et 3', 4 et 4' représentent respectivement quatre séries de mesures de performances moteur (puissance brute en kilo watt) en fonction de l'augmentation de la contre-pression d'échappement (la pression mesurée après turbine du turbocompresseur exprimée en mbars) qui est un facteur limitatif de la puissance et qui impose une baisse de la pression de sur-alimentation par rapport à un niveau de sur-alimentation théorique nominal. Les courbes 1 et 1' sont mesurées sur un moteur dont la pression maximale avant turbine de turbocompresseur est 25 limitée volontairement à 3, 8 bars. Les courbes 2 et 2' sont mesurées sur un moteur dont la pression maximale avant turbine de turbocompresseur est limitée volontairement à 3, 9 bars. Les courbes 3 et 3' sont mesurées sur un moteur dont la pression maximale avant turbine de turbocompresseur est limitée volontairement à 4 bars. 2871194 8 Les courbes 4 et 4' sont mesurées sur un moteur dont la pression maximale avant turbine de turbocompresseur est limitée volontairement à 4,2 bars. Les courbes en traits discontinus numérotées 1', 2', 3' et 4' sont des courbes de comportement moteur sans mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Les courbes en traits continus numérotées 1, 2, 3 et 4 sont des courbes de comportement moteur avec mise en oeuvre du procédé selon l'invention. D'après cette figure 1 on s'aperçoit que plus le niveau 15 maximum de pression avant turbine est réglé bas et plus la puissance brute fournie par le moteur sera faible. D'autre part, pour chacun des quatre cas comparatifs 1, 1', 2, 2', 3,3' et 4,4', on s'aperçoit que plus la pression avant turbine augmente et plus l'invention est avantageuse et permet de limiter la baisse de performance moteur par rapport à ce quelle serait sur un moteur sans mise en oeuvre de l'invention. La figure 2 représente un moyen de détermination du niveau de suralimentation courant. Dans ce cas, l'information de niveau de suralimentation courant 7 utilisée est la consigne gérée par les moyens de commande des moyens d'injection. Dans ce cas il est considérée que cette consigne 7 est suffisamment proche de la valeur réelle de niveau de suralimentation courant 7 pour qu'elle y soit assimilée. Ce mode de réalisation particulier permet d'économiser une mesure spécifique du niveau de sur- alimentation courant par des capteurs permettant ainsi de réduire le coût de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Les moyens de commande d'injection non représentés sur les figures comportent un moyen de calcul du type processeur, alimenté électriquement par une alimentation embarquée et au moins une mémoire pour stocker des données, des valeurs, des consignes et des résultats de calculs. Ces moyens de commande d'injection comportent également des capteurs et des organes effecteurs tels que des vannes permettant de contrôler l'injection de carburant et de comburant dans la chambre. Le niveau de sur-alimentation courant 7 est obtenu en additionnant une valeur 10 ou niveau de sur-alimentation théorique 10 issue d'une base de données préenregistrée 9 avec une valeur de correction de la suralimentation 20. La base de données préenregistrée 9 est une table dans laquelle sont enregistrés pour chaque point de fonctionnement moteur donné un niveau de sur-alimentation théorique 10. Le point de fonctionnement mesuré par capteur est en l'occurrence défini par le régime moteur et la charge. 25 Il est à noter que la valeur de correction de la sur-alimentation 20 est une valeur dépendante de nombreux facteurs tels que la température de l'eau du véhicule, la température ambiante de l'air, la pression atmosphérique. Cette correction 20 est utilisée comme une information brute sans en analyser les causes de variations qui sont extrêmement complexes. Grâce au procédé selon l'invention il est maintenant possible d'optimiser les performances moteur sans avoir à tenir compte de ces causes de variation complexes. 1l est à noter que la correction de la sur-alimentation 20 est déterminée par un ou plusieurs calculateurs et est égale à la valeur d'écart 11 représentée sur les figures 2 et 3. La figure 3 décrit le processus d'obtention de la consigne d'avance d'injection 8. Cette consigne d'avance d'injection 8 est déterminée en 10 additionnant: une valeur d'avance de base 12 issue d'une base de données cartographiées d'avance de base 13 dans laquelle, pour un point de fonctionnement moteur donné, correspond une seule valeur d'avance de base 12; - et une valeur de correction d'avance calculée 14. La valeur de correction d'avance calculée 14 est obtenue par une étape de calcul d'une valeur intermédiaire de correction d'avance 15. La valeur intermédiaire de correction d'avance 15 est elle même obtenue par multiplication: d'une valeur de correction d'avance maximale théoriquement admissible 16, qui est mémorisée dans une base de données cartographiées 18; - par un coefficient multiplicatif 17 qui est une valeur numérique comprise entre 0 et 1. Ainsi pour un coefficient 17 égal à 0, la valeur intermédiaire de correction d'avance 15 sera nulle. Pour pour un coefficient 17 égal à 1, la valeur intermédiaire de correction d'avance 15 sera maximale. La valeur de correction d'avance maximale théoriquement admissible 16 est issue d'une base de données cartographiées de correction d'avance maximale 18 dans laquelle pour un point de fonctionnement moteur donné correspond une seule valeur de correction d'avance maximale théorique 16. Il est à noter que les valeurs issues des bases de données cartographiées sont des valeurs préenregistrées dans des mémoires appartenant aux moyens de commande des moyens d'injection, à l'issue des tests moteur effectués sur bancs d'essais. Le coefficient multiplicatif 17 est déterminé en fonction de la valeur d'écart 11 entre le niveau de sur-alimentation courant 7 et le niveau de sur-alimentation théorique 10, c'est à dire en fonction de la valeur de correction de la sur-alimentation 20 de la figure 2. Ce coefficient 17 provient soit d'une base de données cartographiées de coefficients 19 comme représenté sur l'exemple de la figure 2, soit d'une fonction de calcul telle qu'une fonction bijective. Par exemple le coefficient 17 peut être proportionnel à la valeur d'écart 11. Avantageusement, le procédé selon l'invention comporte une étape de limitation de la consigne d'avance d'injection adaptée pour que ladite consigne d'avance d'injection 8 soit comprise, pour chaque point de fonctionnement moteur déterminé, entre des consignes d'avances minimale et maximale définies en fonction dudit point de fonctionnement. Cette étape de limitation de la consigne d'avance 8 permet d'éviter un risque d'emballement ou de perte de puissance du moteur en fixant une plage d'avance admissible pour chaque point de fonctionnement moteur. Chaque plage d'avance admissible et le ou les points de fonctionnement moteur correspondants sont préférentiellement stockés dans une base de données cartographiées prédéterminée lors d'essais du moteur sur banc. L'invention concerne enfin un moteur pour la mise en oeuvre 10 du procédé selon l'invention. 13 REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle d'injection pour moteur à combustion interne tel qu'un moteur diesel comportant: - une chambre de combustion; - des moyens d'injection de carburant pour injecter du 5 carburant dans la chambre; un turbocompresseur adapté pour compresser un comburant tel que de l'air dans la chambre; - des moyens de commande des moyens d'injection; le procédé comportant: - une étape de collecte de paramètres d'état du moteur pour déterminer un point de fonctionnement moteur sur une période de fonctionnement moteur donnée; - une étape détermination d'un niveau de sur-alimentation courant du moteur en comburant pour ladite 15 période de fonctionnement donnée; - une étape de détermination d'une consigne d'avance d'injection applicable pour un ou plusieurs cycles moteur postérieurs à la période de fonctionnement donnée; caractérisé : - en ce qu'il comporte une étape de collecte dans une base de donnée préenregistrée, d'une information de niveau de sur-alimentation théorique correspondant au point de fonctionnement moteur déterminé ; - et en ce que la consigne d'avance d'injection pour le ou les cycles moteur postérieurs à la période de fonctionnement donnée est déterminée en fonction d'une valeur d'écart entre le niveau de sur-alimentation courant et le niveau de sur-alimentation théorique. 2. Procédé de contrôle d'injection selon la revendication 1 caractérisé en ce que les paramètres d'état du moteur collectés pour déterminer ledit point de fonctionnement moteur sont au moins la charge et le régime moteur. 3. Procédé de contrôle d'injection selon la revendication 2 caractérisé en ce que le paramètre de charge moteur correspond: - soit à une consigne de charge à développer donnée au moteur par les moyens de commande d'injection - soit à un paramètre collecté à l'aide d'un capteur de débit de carburant injecté et/ou un capteur de puissance mécanique produite par le moteur et/ou un capteur de couple moteur. 4. Procédé de contrôle d'injection selon l'une au moins des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la collecte des paramètres d'état du moteur est réalisée à l'aide d'au moins un capteur de type tachymètre mesurant le régime moteur. 5. Procédé de contrôle d'injection selon l'une au moins des 20 revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le niveau de sur- alimentation courant est: - soit mesuré à l'aide d'un capteur de pression mesurant une pression de comburant à une sortie du turbocompresseur adaptée pour alimenter ladite chambre en comburant, - soit calculé à l'aide d'une table de données en fonction de paramètres d'environnement moteur tels que la température ambiante et/ou la pression atmosphérique et en fonction des paramètres d'état du moteur. 6. Procédé de contrôle d'injection selon l'une au moins des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la consigne d'avance d'injection est déterminée en additionnant: - une valeur d'avance de base (12) issue d'une base de données cartographiées d'avance de base (13) dans laquelle pour un point de fonctionnement moteur donné correspond une seule valeur d'avance de base (12) ; - et une valeur de correction d'avance calculée (14). 7. Procédé de contrôle d'injection selon la revendication 6 caractérisé en ce que la valeur de correction d'avance calculée (14) est obtenue par une étape de calcul d'une valeur intermédiaire de correction d'avance (15) elle même obtenue par multiplication: - d'une valeur de correction d'avance maximale théoriquement admissible (16) ; - par un coefficient multiplicatif (17) qui est une valeur numérique comprise entre 0 et 1. 8 Procédé de contrôle d'injection selon la revendications 7 caractérisé en ce que la valeur de correction d'avance maximale théoriquement admissible (16) est issue d'une base de données cartographiées d'avance maximale (18) dans laquelle pour un point de fonctionnement moteur donné 20 correspond une seule valeur de correction d'avance maximale théorique (16). 9. Procédé de contrôle d'injection selon l'une des revendications 7 ou 8 caractérisé en ce que le coefficient multiplicatif (17) est fonction de la valeur d'écart (11) entre le niveau de sur-alimentation courant (7) et le niveau de sur-alimentation théorique (10), ce coefficient (17) provenant soit d'une base de données cartographiées de coefficients {19), soit d'une fonction de calcul telle qu'une fonction bijective. 10 Procédé de contrôle d'injection selon l'une des revendications 1 ou 9 caractérisé en ce qu'il comporte une étape de limitation de la consigne d'avance d'injection adaptée pour que ladite consigne d'avance d'injection (8) soit comprise, pour chaque point de fonctionnement moteur déterminé, entre des consignes d'avance minimale et maximale définies en fonction dudit point de fonctionnement.