Brevet FR2910930A1 — publié le 20080704

Système d'injection de carburant d'un moteur à combustion interne pour compenser les perturbations lors de la régénération du filtre à particules et procédé de commande associé La présente invention concerne le domaine de la régénération des filtres à particules et la commande de l'injection dans un moteur à combustion interne. Les particules de suies sont un des polluants produits lors de la combustion dans un moteur à combustion interne. Le filtre à particules est composé d'un ensemble de canaux de taille comparable à la taille des particules à piéger. Lors du fonctionnement du véhicule, une grande quantité de particules se retrouvent piégées et une fois saturé, le filtre est vidé en brûlant les particules. Cette phase est appelée régénération et requiert une température proche de 500 C alors que la température d'échappement communément admise est proche de 200 C. Les conditions requises pour la régénération du filtre à particules sont obtenues soit grâce à des dispositifs de chauffe soit grâce à des réglages moteurs. Une première approche consiste à récupérer une partie de l'énergie thermique de la combustion pour régénérer le filtre à particules, voir la demande de brevet JP61093236 qui décrit un système mécanique permettant de compenser les pertes de performances du moteur lors de la régénération du filtre à particules. La régénération du filtre à particules n'utilise que la chaleur provenant des gaz d'échappement pour brûler les particules piégées dans le filtre. Pour cela, on retarde l'injection de carburant par rapport au moment optimal afin de conserver dans les gaz d'échappement une partie de l'énergie thermique libérée pendant la combustion. Pour compenser ce retard d'injection, il est nécessaire d'augmenter le débit d'injection pour limiter l'impact de la régénération du filtre à particules sur les performances du moteur, d'où une consommation de carburant accrue. Une deuxième approche consiste à utiliser des dispositifs de chauffe placés dans le filtre à particules, ou plus couramment à utiliser une réaction de décomposition catalytique exothermique permettant de générer la chaleur nécessaire à la régénération directement dans le filtre à particule. La présente invention s'intéresse plus particulièrement à ce cas de figure. L'invention a pour objet de proposer un système de commande de l'injection de carburant dans un vehicule diesel utilisant une régénération du filtre à particules. Le système proposé permet de réguler les débits de carburant dans les différents organes du moteur afin de maintenir les performances du moteur pendant la régénération du filtre à particules. Dans un mode de réalisation, le système d'injection de carburant d'un moteur à combustion interne muni d'un filtre à particules, comprend une pompe à carburant haute pression et un injecteur de carburant à l'échappement. Le système d'injection comprend un régulateur de débit piloté et un moyen de calcul, qui est capable de limiter les variations du débit en amont de la pompe à carburant haute pression pendant les phases d'injection de carburant en amont du filtre à particules. Le moyen de calcul est relié au régulateur de débit piloté et est capable de déterminer une consigne et une correction de la consigne du régulateur de débit piloté. En phase de fonctionnement stabilisé, c'est-à-dire pour un point de fonctionnement du groupe motopropulseur donné, la pression dans la rampe commune d'alimentation doit rester la plus constante possible pour éviter une baisse de performance du moteur. Le débit d'alimentation de la pompe haute pression doit par conséquent être maintenu constant. Pendant les phases de régénération du filtre à particules, l'injecteur de carburant à l'échappement est utilisé pour injecter une certaine quantité de carburant en amont du filtre à particules. Cette quantité de carburant est prélevée en amont de la pompe haute pression ce qui est susceptible d'avoir un effet sur l'alimentation de la pompe haute pression, et donc sur les performances du moteur. Le système d'injection vise à réguler l'alimentation de la pompe haute pression pour empêcher toute variation de pression dans la rampe commune d'alimentation pendant les phases d'injection de carburant en amont du filtre à particules. Le système d'injection peut comprendre un moyen de calcul comprenant lui-même un moyen de détermination d'une consigne de débit du régulateur de débit piloté et un moyen de détermination d'une correction de la consigne du régulateur de débit piloté. Le moyen de calcul est alors capable de déterminer une consigne et une correction de la consigne du régulateur de débit piloté. Le moyen de calcul peut également comprendre un moyen de correction anticipative capable de déterminer une correction anticipative de la consigne de débit du régulateur de débit piloté. On entend par correction anticipative, une correction dont le déclenchement est synchronisé avec l'apparition de la perturbation du débit en amont du régulateur de débit. Dans un mode de réalisation, le système d'injection comprend un injecteur de carburant à l'échappement et un moyen de calcul. Le moyen de calcul est capable limiter les variations du débit en amont de la pompe à carburant haute pression pendant les phases d'injection de carburant en amont du filtre à particules Le système d'injection peut comprendre un capteur de pression situé en aval de la pompe haute pression. Le moyen de calcul est relié par au moins une entrée au capteur de pression dans la zone de haute pression et par au moins une sortie au régulateur de débit et par au moins une sortie à l'injecteur de carburant à l'échappement. Le moyen de calcul est capable de commander le régulateur de débit en fonction des informations provenant du capteur de pression et de commander l'injecteur de carburant à l'échappement. En d'autres termes, lors de la régénération du filtre à particules, un volume de carburant est prélevé en amont de la pompe haute pression et injecté dans la conduite d'échappement, avant le filtre à particule afin d'élever sa température. Le prélèvement de ce volume de carburant crée une dépression dans la rampe commune d'alimentation si aucune correction du débit d'alimentation de la pompe haute pression n'est prise en compte. Une dépression diminue les performances du groupe motopropulseur. L'unité de commande l'ouverture du régulateur de débit en fonction des informations reçues du capteur de pression en aval de la pompe haute pression afin de corriger ou d'anticiper la dépression lors de la régénération du filtre à particules. Selon un autre aspect de l'invention, un procédé de commande d'un système d'injection de carburant d'un moteur à combustion interne muni d'un filtre à particules, comprend une pompe à carburant haute pression et un injecteur de carburant à l'échappement. On limite les variations du débit en entrée de la pompe à carburant haute pression pendant les phases d'injection de carburant en amont du filtre à particules. On détermine la consigne de débit en amont de la pompe haute pression en fonction de la consigne de débit carburant en aval de la pompe haute pression et du régime moteur. On détermine la correction anticipée de la consigne de débit en amont de la pompe haute pression de façon anticipée par une fonction de transfert modélisant la correction à appliquer et dont les paramètres d'entrée sont la durée d'activation de l'injection de carburant à l'échappement, de la fréquence d'activation de l'injection de carburant à l'échappement et du signal de déclenchement de l'activation de l'injection de carburant à l'échappement. Dans un mode de mise en oeuvre, on détermine une correction en boucle fermée de la consigne de débit en amont de la pompe haute pression par une méthode de commande, notamment de type proportionnel intégral dérivé en fonction de la consigne de débit de carburant en aval de la pompe haute pression, du régime moteur et de la pression dans la rampe commune d'alimentation mesurée. D'autres 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 décrit les principaux organes de la présente invention ; et - la figure 2 montre les étapes du procédé de commande selon l'invention. Sur la figure 1, un moteur 1 de type diesel absorbe de l'air frais par un collecteur 2 d'admission et une conduite 2a et rejette des gaz d'échappement par un collecteur 3 d'échappement. Ces gaz sont évacués en passant par une conduite 4 d'échappement puis des filtres 5 à particules et catalytique avant d'être rejetés dans l'atmosphère. Les cylindres la du moteur 1 sont reliés à une rampe commune 6 d'alimentation par des conduites 6a. La rampe commune 6 d'alimentation est connectée à un capteur 9 de pression par une conduite 7. La conduite 7 se poursuit jusqu'à une pompe 8 haute pression. La pompe 8 haute pression est reliée par une conduite 8a au régulateur 13 de débit. Le régulateur 13 de débit est relié à une pompe 12 de gavage par une conduite 13b. La pompe 12 de gavage est reliée par une conduite 12a à un réservoir 11 de carburant. Une deuxième conduite 15a est piquée sur la conduite 13b et est reliée à un limiteur 15 de pression connecté par une conduite 15b au réservoir 11 de carburant. Une première conduite 14a est également piquée sur la conduite 13b et reliée à un injecteur 14 de carburant à l'échappement. L'injecteur 14 de carburant à l'échappement est situé sur la conduite 4 d'échappement en aval du collecteur d'échappement et avant les filtres 5 à particules et catalytique. La sortie de la rampe commune 6 d'alimentation est connectée à un régulateur 10 de pression. Le régulateur 10 de pression est connecté à une conduite 1 1a reliée au réservoir 11 de carburant. L'unité 16 de commande électronique reçoit des signaux du capteur 9 de pression par une connexion 9a et elle émet des signaux de commande à destination du régulateur 13 de débit par une connexion 13a, à destination du régulateur 10 de pression par la connexion l0a et à destination de l'injecteur 14 de carburant à l'échappement par une connexion 14b. L'unité 16 de commande électronique comprend un moyen 17 de déclenchement périodique en fonction d'une cartographie 17a, un moyen 18 de détermination de la correction anticipée, une cartographie 18a de la consigne, un moyen 19 de calcul, notamment de type PID et une cartographie 19a de la consigne de la pression dans la rampe commune d'alimentation. Le moteur 1 et plus particulièrement ses cylindres la sont alimentés par la rampe commune 6 d'alimentation qui est fournie en 5 d'alimentation. Le régulateur 10 de pression piloté permet de réguler la pression dans la rampe commune 6 d'alimentation en commandant une fuite de carburant qui retourne au réservoir 11. Un régulateur 13 10 de débit inséré entre la pompe 8 haute pression et la pompe 12 de gavage permet de maintenir une alimentation constante de la pompe 8 haute pression, afin de contrôler indirectement la pression dans la rampe commune 6 d'alimentation. Ainsi la pression dans la rampe commune 6 d'alimentation peut être contrôlée, soit par le régulateur 15 13 de débit, soit par le régulateur 10 de pression, soit par les deux. La première conduite 14a alimente l'injecteur 14 de carburant à l'échappement situé en amont de l'échappement 5 et en aval du collecteur 3 d'échappement. Une deuxième conduite 15a menant au carburant par la pompe 8 haute pression. Le capteur de pression 9 permet de contrôler la pression dans la rampe commune 6 20 limiteur 15 de pression entre les deux pompes réservoir. L'organe 16 de entrées au capteur 9permet de maintenir une pression constante par retour de l'excédent de carburant au commande de l'injection est relié par ses de pression de la rampe commune 6 d'alimentation, et par ses sorties au régulateur 13 de débit et à 25 l'injecteur 14 de carburant à l'échappement. L'organe 16 de commande de l'injection commande le fonctionnement du système. En d'autres termes, pour commander le fonctionnement de ces différents organes, et en particulier pour garantir que la pression de carburant dans la rampe commune 6 d'alimentation reste dans une 30 plage de pression prédéterminée lors de la régénération du filtre à particules, on utilise une unité 16 de commande électronique. L'unité 16 de commande électronique commande l'ouverture du régulateur de débit 13 et de l'injecteur 14 de carburant à l'échappement en fonction d'un moyen 17 de déclenchement périodique et de la mesure de la pression dans la rampe commune 6 d'alimentation réalisée par le capteur 9. Les moyens de calcul 18 et 19 compris dans l'unité 16 de commande électronique calculent une consigne d'ouverture du régulateur 13 de débit comportant plusieurs corrections. La première correction est calculée de façon à compenser la perte de pression enregistrée par le capteur 9 par une méthode de commande, notamment de type PID. La deuxième correction est dite anticipative dans le sens où elle applique une correction annulant la réponse du système lors de l'ouverture de l'injecteur 14 de carburant à l'échappement de façon synchronisée avec l'ouverture de l'injecteur 14 de carburant à l'échappement. La réponse du système est modélisée mathématiquement pour refléter la variation de pression dans la rampe commune 6 d'alimentation lors de l'ouverture de l'injecteur 14 de carburant à l'échappement en fonction des éléments du système d'injection de carburant, notamment les conduites 13b, 14a et 15a, l'injecteur 14 de carburant à l'échappement, le limiteur 15 de pression, les pompes 8 et 12 ainsi que la rampe commune 6 d'alimentation. I1 résulte de l'application simultanée de ces deux corrections que l'on anticipe la réponse du système à la demande de carburant supplémentaire provoquée par l'ouverture de l'injecteur 14 de carburant à l'échappement et on compense par une méthode, notamment de type PID, les éventuelles fluctuations qui apparaîtraient. La figure 2 montre les étapes du procédé de commande de l'injection selon l'invention. Une consigne Qcarb_ini initiale de débit du régulateur 13 de débit piloté est déterminée à partir d'une cartographie 18a des consignes de débit de carburant en fonction du régime moteur Nmot et du débit Qcarb_hp de carburant en aval de la pompe haute pression. Une correction Qcarb_f de la consigne Qcarb_ini est calculée par un moyen 19 de calcul, notamment de type PID, d'après la différence AP entre la pression théorique Pth et la pression mesurée Pmes. La pression théorique Pth est déterminée d'après la cartographie 19a dépendant du régime moteur Nmot et du débit Qcarb_hp de carburant en aval de la pompe haute pression et de paramètres environnementaux non dynamiques comme la température extérieure. La pression mesurée Pmes est déterminée par le capteur 9 de pression dans la rampe commune d'alimentation. Enfin, une correction Qcarb_ant anticipé de la consigne Qcarb_ini est calculée d'après la fonction de transfert par le moyen 18 de détermination de la correction anticipée a partir de la durée t d'activation de l'injection de carburant à l'échappement, de la fréquence f d'activation de l'injection de carburant à l'échappement et du signal 8 de déclenchement de l'activation de l'injection de carburant à l'échappement provenant du moyen 17 de déclenchement périodique de l'injecteur de carburant à l'échappement. La consigne Qcarb_ini, les corrections Qcarb_f et Qcarb_ant sont sommées et envoyées au régulateur 13 de débit par la liaison 13a. En pratique, le moyen 17 de déclenchement périodique de l'injection de carburant à l'échappement émet un signal qui déclenche l'injecteur 14 de carburant à l'échappement et qui synchronise l'émission de la consigne de débit du régulateur 13 de débit piloté. Cette consigne est composée d'une consigne initiale tirée d'une cartographie en fonction des paramètres de fonctionnement du moteur. Une première correction, dite anticipée, a pour but de supprimer les effets dynamiques de baisse de pression dans la ligne d'alimentation en aval de la pompe haute pression au moment où l'injecteur de carburant à l'échappement se déclenche. En parallèle, une deuxième correction, de type boucle fermée, calculée sur un modèle, notamment de type PID, compense les effets du déclenchement de l'injecteur de carburant à l'échappement, sur une durée caractéristique plus longue. L'invention permet de corriger les variations de pression dans la rampe commune d'alimentation lors des phases de régénération du filtre à particules. L'invention utilise une combinaison de moyens correctifs et anticipatifs pour limiter les fluctuations de la pression dans la rampe commune d'alimentation. Un tel système permet de limiter l'impact des phases de régénération sur les performances et l'agrément de conduite perçu par le conducteur. REVENDICATIONS 1. Système d'injection de carburant d'un moteur (1) à combustion interne muni d'un filtre (5) à particules, comprenant une pompe (8) à carburant haute pression et un injecteur (14) de carburant à l'échappement caractérisé par le fait que le système d'injection comprend un régulateur (13) de débit piloté et un moyen (16) de calcul capable de limiter les variations de débit en amont de la pompe (8) à carburant haute pression pendant les phases d'injection de carburant en amont du filtre (5) à particules, le moyen (16) de calcul étant relié au régulateur (13) de débit piloté et étant capable de déterminer une consigne et une correction de la consigne du régulateur (13) de débit piloté. 2. Système d'injection selon la revendication 1 dans lequel le moyen (16) de calcul comprend un moyen (18a) de détermination d'une consigne de débit du régulateur (13) de débit piloté et un moyen (19) de détermination d'une correction de la consigne du régulateur (13) de débit piloté. 3. Système d'injection selon la revendication 2 dans lequel le moyen (16) de calcul comprend un moyen (18) de correction anticipative capable de déterminer une correction anticipative de la consigne de débit du régulateur (13) de débit piloté. 4. Système d'injection selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'injecteur (14) de carburant à l'échappement et le régulateur (13) de débit sont reliés à un moyen (17) de déclenchement synchronisé. 5. Système d'injection selon l'une des revendications précédentes dans lequel le moyen (16) de calcul est relié par au moins une entrée au capteur (9) de pression dans la zone de haute pression et par au moins une sortie au régulateur (13) de débit et par au moins une sortie à l'injecteur (14) de carburant à l'échappement et est capable de commander le régulateur (13) de débit en fonction des informationsconcernant l'injecteur (14) de carburant à l'échappement et du capteur (9) de pression. 6. Procédé d'injection de carburant d'un moteur (1) à combustion interne muni d'un filtre (5) à particules, comprenant une pompe (8) à carburant haute pression et un injecteur (14) de carburant à l'échappement caractérisé par le fait que l'on limite les variations du débit en entrée de la pompe (8) à carburant haute pression pendant les phases d'injection de carburant en amont du filtre (5) à particules en contrôlant le débit autorisé par le régulateur (13) de débit piloté. 7. Procédé selon la revendication 6 dans lequel on détermine la consigne de débit en amont de la pompe (8) haute pression en fonction de la consigne de débit carburant en aval de la pompe haute pression et du régime moteur. 8. Procédé selon la revendication 7 dans lequel on détermine une correction anticipée de la consigne de débit en amont de la pompe haute pression de façon anticipée par une fonction de transfert modélisant la correction à appliquer et dont les paramètres d'entrée comprennent la durée d'activation de l'injection de carburant à l'échappement, de la fréquence d'activation de l'injection de carburant à l'échappement et du signal de déclenchement de l'activation de l'injection de carburant à l'échappement. 9. Procédé selon la revendication 8 dans lequel on détermine une correction en boucle fermée de la consigne de débit en amont de la pompe haute pression par une méthode de commande, notamment de type proportionnel intégral dérivé, en fonction de la consigne de débit de carburant en aval de la pompe haute pression, du régime moteur et de la pression dans la rampe (6) commune d'alimentation mesurée.