Brevet FR2875544A1 — publié le 20060324

Système d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile et procédé de régulation de la pression d'alimentation en carburant d'un tel moteur. La présente invention concerne un système d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile. Elle se rapporte également à un procédé de régulation de la pression d'alimentation en carburant d'un tel moteur. De nombreux systèmes d'alimentation en carburant existent et comprennent notamment un réservoir de carburant et une pompe à carburant couplée à un moteur électrique. Le moteur électrique, durant toutes les phases de fonctionnement du moteur thermique du véhicule, fonctionne à une vitesse de rotation constante. En raison d'un besoin de débit élevé en carburant à chaque phase de démarrage du véhicule, la pompe en carburant, couplée au moteur thermique, fournit du courant en excès durant toutes les autres phases de fonctionnement du moteur thermique. C'est la raison pour laquelle on prévoit, dans les systèmes d'alimentation conventionnels, un circuit de retour de carburant en excès afin de rediriger l'excès de carburant dans le réservoir. Cette réinjection de carburant en excès peut s'effectuer soit directement dans le réservoir, soit dans un bac de rétention utilisé pour maintenir un niveau de carburant toujours suffisant pour ne pas désamorcer la pompe à carburant, même lorsqu'il n'y a plus beaucoup de carburant dans le réservoir. Le moteur électrique consomme donc de l'énergie inutilement, car en dehors des phases de démarrage, il fournit un débit excessif de carburant par rapport aux besoins du moteur thermique. Pour pallier cet inconvénient, il a été proposé, dans le document US-A-4 756 291, d'appliquer une tension au moteur électrique en fonction du débit de carburant souhaité et, ainsi, d'obtenir un débit proportionnel à cette tension. Or, une telle solution nécessite de prévoir un certain nombre de capteurs et engendre dès lors des mises au point onéreuses. Dans les documents EP-A-O 644 322 et WO 98/27333, il est proposé de réguler le débit d'alimentation en carburant d'un moteur de véhicule automobile en commandant la pompe à carburant de manière à maintenir le débit d'alimentation à un niveau suffisant pour que les injecteurs fonctionnent linéairement, ce qui nécessite également l'emploi de divers capteurs coûteux. On pourra également se référer aux documents US 6,609,501 et US 5,842,454, dans lesquels il est proposé de réguler la pression d'alimentation du carburant à partir d'une régulation du courant d'alimentation du moteur. En particulier, la régulation mise en oeuvre dans le document US 5,842, 454 utilise une mesure de la vitesse de rotation du moteur, qui est représentative du débit de carburant, ou une mesure de la tension aux bornes du moteur, qui est représentative de la vitesse de rotation du moteur. La régulation mise en oeuvre dans le document US 6,609,501 est basée sur une comparaison entre la pression de carburant et une pression de carburant cible, une régulation du courant d'alimentation du moteur étant mise en oeuvre dès que la pression d'alimentation atteint ou dépasse la valeur cible. Cette technique nécessite donc également de prévoir un capteur de pression formant interrupteur. Au vu de ce qui précède, le but de l'invention est de pallier Ies inconvénients des systèmes d'alimentation en carburant selon l'état de la technique en limitant, notamment, l'emploi de capteurs pour réguler la pression du carburant délivrée par le système. Selon l'invention, il est donc proposé un système d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile, comprenant un réservoir de carburant, une pompe entraînée par un moteur électrique et des moyens de régulation du courant d'alimentation du moteur. 2875544 3 Ce système d'alimentation comporte des moyens de mesure du courant d'alimentation du moteur, les moyens de régulation du courant d'alimentation du moteur étant adaptés pour réguler la vitesse de rotation du moteur uniquement en régulant le courant d'alimentation du moteur autour d'une valeur de consigne de courant d'alimentation représentative d'un niveau de pression de carburant en aval de la pompe. Ce système d'alimentation ne nécessite donc que l'emploi d'un unique capteur et ne nécessite donc aucun capteur pour, notamment, mesurer la pression et/ou le débit du carburant en aval de la pompe, ou pour mesurer la vitesse de rotation du moteur, ou encore pour mesurer la tension aux bornes du moteur de la pompe. En outre, cette solution permet d'effectuer une régulation de la pression en aval de la pompe, en mettant en oeuvre une simple régulation du courant d'alimentation du moteur, un débit délivré par la pompe, procurant un niveau de pression donné en aval de celle-ci, étant lié au niveau de courant d'alimentation du moteur. Selon une autre caractéristique du système selon l'invention, on prévoit des moyens pour calculer la vitesse de rotation du moteur à partir d'une mesure du courant d'alimentation du moteur et pour adapter la valeur de consigne du courant en fonction de la vitesse de rotation du moteur. Dans un mode de réalisation, pour adapter la valeur de consigne de courant, le système comporte des moyens de mesure de la fréquence du courant d'alimentation du moteur, des moyens de conversion de la fréquence mesurée en vitesse de rotation du moteur et des moyens de comparaison de la vitesse de rotation du moteur résultant de ladite comparaison avec au moins une valeur de consigne de vitesse de rotation pour adapter la valeur de consigne de courant. Selon une autre caractéristique du système selon l'invention, celui-ci comporte en outre un bac de rétention logé à l'intérieur du réservoir, dans lequel se trouve un conduit relié à la pompe et constituant un circuit de retour de carburant en excès pour maintenir un niveau de carburant sensiblement constant dans le bac de rétention. Dans un mode de réalisation, le circuit de retour de carburant est équipé d'un filtre de carburant. Cependant, ce filtre peut-être disposé en aval de la pompe. Selon l'invention, il est également proposé un procédé de régulation du débit d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne, selon lequel on régule le courant d'alimentation d'un moteur électrique d'entraînement d'une pompe à carburant. Selon ce procédé, on régule la vitesse de rotation du moteur uniquement en régulant le courant d'alimentation du moteur autour d'une valeur de consigne de courant d'alimentation représentative d'un niveau de pression de carburant en aval de la pompe. De préférence, selon ce procédé, on mesure le courant d'alimentation du moteur, on calcule la vitesse de rotation du moteur à partir de la mesure du courant d'alimentation du moteur et l'on adapte la valeur de consigne de courant en fonction de la vitesse de rotation du moteur. Dans un mode de mise en oeuvre de ce procédé, la vitesse de rotation du moteur est calculée par mesure de la fréquence du courant d'alimentation du moteur et conversion de la fréquence mesurée en une vitesse de rotation correspondante. D'autre buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 illustre, de manière schématique, la structure générale d'un système d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile; - la figure 2 illustre un autre mode de réalisation du système de la figure 1; - la figure 3 et un schéma synoptique illustrant la structure générale des moyens de régulation du système d'alimentation de la figure 1; et - la figure 4 illustre le mode de régulation de la vitesse de 5 rotation du moteur. Sur la figure 1, on a représenté un système d'alimentation en carburant selon l'invention, désigné par la référence numérique générale 10. Ce système est destiné à l'alimentation d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile. Ce système comporte essentiellement un réservoir 12 de carburant, assurant l'alimentation d'un dispositif d'injection 14 d'un moteur thermique 16. Le réservoir 12 est muni, intérieurement, d'un bac de rétention de carburant 18 dans lequel est pratiqué un orifice de petite taille 20, c'est-à-dire de taille négligeable par rapport à la surface de fond du bac de rétention 18. Le réservoir 12 est également pourvu d'une pompe à carburant 22 pilotée par une carte électronique de pilotage 24 extérieure, ou intérieure, au réservoir. Elle assure l'aspiration du carburant à partir du bac de rétention 18. A cet effet, une canalisation 26 raccordée à la pompe à carburant 22 et équipée d'un filtre à carburant 28 plonge dans le bac de rétention 18. Une deuxième canalisation 29 s'étend entre le système d'injection 14 et la pompe 22. Comme visible sur la figure 2, qui est par ailleurs identique à la figure 1 et sur laquelle des éléments identiques à ceux de la figure 1 sont désignés par les mêmes références numériques, la deuxième canalisation peut être équipée d'un filtre à carburant 31 à la place du filtre dans le bac de rétention. Enfin, un régulateur de pression 30 optionnel, disposé en aval de la pompe 22, assure une régulation de la pression de carburant délivré par la pompe de manière à la maintenir à un niveau sensiblement constant. A cet effet, une conduite 32 de retour de carburant est prévue entre le régulateur de pression 30 et le bac de rétention 18 ou, en variante, comme représenté en pointillés, directement dans le reste du réservoir de manière à réinjecter le carburant en excès. Cette conduite permet, par effet Venturi dans le bac 20, de maintenir sensiblement constant le niveau de carburant dans le bac 18. La pompe à carburant 22 comprend un moteur électrique 34 piloté par la carte électronique de pilotage 24 et une pompe hydraulique 36 entraînée par le moteur 34. Dans le but de contrôler la pression de carburant fourni par la pompe 22, le courant d'alimentation du moteur 34 est régulé par la carte de pilotage 24. Cette carte 24 assure le pilotage du moteur électrique 34 de la pompe à carburant uniquement par régulation du courant d'alimentation du moteur, celui-ci étant toujours alimenté par une tension continue, sans utilisation de quelconques capteurs. En d'autre termes, le courant d'alimentation du moteur est régulé autour d'une valeur de consigne apte à obtenir une vitesse de rotation du moteur permettant d'obtenir une pression de courant cible en aval de la pompe, et ce en fonction des caractéristiques de la pompe liant la pression en fonction du débit de carburant. En outre, les caractéristiques de la pompe liant la pression en fonction du débit pouvant varier en fonction du débit de carburant traversant la pompe, la valeur de consigne est élaborée ou adaptée en fonction du débit. A cet effet, la valeur du courant d'alimentation du moteur, qui traduit le débit de carburant traversant la pompe, est utilisée pour corriger la valeur de consigne de courant. On a représenté sur la figure 3 le schéma synoptique de la carte électronique de pilotage 24 permettant d'assurer la régulation de la pompe 22. Comme on le voit que cette figure, cette carte 24 comprend un convertisseur de tension continue 38 recevant, en entrée, une tension d'alimentation Ve délivrée par le réseau de bord R du véhicule et délivrant, en sortie, une tension de sortie Vs d'alimentation du moteur 34 de la pompe 22. Par ailleurs, afin d'assurer la régulation du courant d'alimentation du moteur, cette carte 24 est associée à un organe 40 de mesure du courant d'alimentation du moteur qui traduit, comme indiqué précédemment, la pression du courant en aval de la pompe, selon les caractéristiques de la pompe établissant un niveau de pression en fonction du débit délivré par la pompe. Le courant mesuré délivré par l'organe de mesure 40 est comparé, après filtrage au moyen d'un organe de filtrage 42 approprié, à une valeur de consigne de courant CONS au moyen d'un comparateur 44: L'erreur ainsi calculée est présentée en entrée d'un régulateur 46 puis en entrée d'un étage de pilotage 48 pour élaborer un signal S de pilotage du convertisseur de tension 38. Par exemple, le convertisseur de tension 38 comporte un ensemble de cellules de commutation à base de transistors bipolaires, de transistors MOSFET, ...pilotés par modulation en largeur d'impulsion par l'étage de pilotage 48 de manière à obtenir un niveau de courant cible. Comme on le voit sur la figure 3, la carte 24 est complétée par un étage 50 de correction adapté pour corriger la consigne de courant en fonction du débit de carburant dans la mesure où, comme indiqué précédemment, les caractéristiques de la pompe liant la pression de carburant en fonction du débit peuvent varier en fonction du débit de carburant traversant la pompe et donc en fonction du courant d'alimentation du moteur 34. Cette correction est également basée sur une mesure du courant délivrée par l'organe de mesure 40. L'étage 50 de correction comporte un étage 52 de mesure de la fréquence du courant mesuré raccordé à un étage 54 de conversion de fréquence en vitesse de rotation du moteur. Cette conversion est effectuée selon la relation suivante: Q=f/2p dans laquelle: Q désigne la vitesse de rotation du moteur en tours par seconde; f désigne la fréquence du courant d'alimentation; et p désigne le nombre de paires de pôles du moteur électrique. Ainsi, comme représenté sur la figure 4, après mesure du courant I (étape 56), l'étage de détection de fréquence 52 mesure la fréquence f du courant d'alimentation (étape 58). L'étage de conversion 54 procède alors au calcul de la vitesse de rotation du moteur (étape 60). La vitesse de rotation du moteur est alors comparée à une vitesse de référence VIT au moyen d'un comparateur 62. La différence ainsi calculée est alors présentée en entrée d'un correcteur 64 pour insérer dans le résultat de la comparaison entre la mesure de courant filtrée et la consigne de courant, une composante de correction de la consigne de courant en fonction de la vitesse de rotation du moteur. Comme indiqué précédemment, cette compensation permet d'adapter la consigne de courant à la vitesse de rotation du moteur et, en particulier, de s'affranchir ainsi des non-linéarités de la pompe à carburant. En fonctionnement, lors du démarrage du moteur thermique, la tension délivrée par la batterie du véhicule, qui est disponible sur le réseau de bord du véhicule, est appliquée à la carte électronique de pilotage. Cette carte procède alors au démarrage du moteur électrique de la pompe et à une régulation du courant d'alimentation de ce moteur autour d'une consigne de courant représentative de la pression nominale de fonctionnement du circuit d'alimentation en carburant. On notera que la valeur de consigne de courant peut être maintenue fixe tout au long de l'application de la tension du réseau de bord et, par conséquent, tant que le véhicule est en fonctionnement. En variante, il est également possible de faire varier cette consigne et/ou la vitesse de référence utilisée pour l'élaboration de la composante de correction de cette valeur de consigne. On notera enfin que le pilotage du moteur électrique de la pompe a été illustré dans une application selon laquelle le moteur est un moteur électrique à courant continu avec balai. Pour un moteur électrique à courant continu sans balai, le même principe de régulation s'applique également. Cependant, dans ce cas, le courant continu est polyphasé et se pilote en fréquence. La vitesse de rotation du moteur électrique peut donc directement être déduite de la fréquence de pilotage. La régulation en courant décrit précédemment s'applique quant à elle en parallèle sur l'ensemble des courants de phase. REVENDICATIONS 1. Système d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile, comprenant un réservoir (12) de carburant, une pompe (36) entraînée par un moteur électrique (34) et des moyens (24) de régulation du courant d'alimentation du moteur, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (40) de mesure du courant d'alimentation du moteur, les moyens de régulation du courant d'alimentation du moteur étant adaptés pour réguler la vitesse de rotation du moteur uniquement en régulant k courant d'alimentation du moteur autour d'une valeur de consigne de courant d'alimentation (CONS) représentative d'un niveau de pression de carburant en aval de la pompe. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (52, 54, 62, 64) pour calculer la vitesse de rotation du moteur à partir d'une mesure du courant d'alimentation du moteur et pour adapter la valeur de consigne de courant en fonction de la vitesse de rotation du moteur. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (52) de mesure de la fréquence du courant d'alimentation du moteur, des moyens (54) de conversion de la fréquence mesurée en vitesse de rotation du moteur et des moyens (62) de comparaison de la vitesse de rotation du moteur résultant de ladite comparaison avec au moins une valeur de consigne de vitesse de rotation pour adapter la valeur de consigne de courant. 4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un bac de rétention (18) logé à l'intérieur du réservoir, dans lequel se trouve un conduit relié à la pompe et constituant un circuit de retour de carburant en excès pour maintenir un niveau de carburant sensiblement constant dans le bac de rétention. 5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit de retour de carburant est équipé d'un filtre de carburant (28). 6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un filtre de carburant (31) disposé en aval de la pompe. 7. Procédé de régulation de la pression d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne, selon lequel on régule le courant d'alimentation d'un moteur électrique (34) d'entraînement d'une pompe à carburant, caractérisé en ce que l'on régule la vitesse de rotation du moteur uniquement en régulant le courant d'alimentation du moteur autour d'une valeur de consigne de courant d'alimentation (CONS) représentative d'un niveau de pression de carburant en aval de la pompe. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on mesure le courant d'alimentation du moteur, on calcule la vitesse de rotation du moteur à partir de la mesure du courant d'alimentation du moteur et l'on adapte la valeur de consigne de courant en fonction de la vitesse de rotation du moteur. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la vitesse de rotation du moteur est calculée par mesure de la fréquence du courant d'alimentation du moteur et conversion de la fréquence mesurée en une vitesse de rotation correspondante.