Brevet FR2936840A1 — publié le 20100409

DEMANDE DE BREVET B08-2814FR ODE/EHE/EVH Société par Actions Simplifiée dite : RENAULT s.a.s. Procédé de correction d'ondes de pression dans un système d'injection d'un moteur à combustion interne de type diesel. Invention de : Pascal EMERY, Marcos NAVARRO. Procédé de correction d'ondes de pression dans un système d'injection d'un moteur à combustion interne de type diesel. L'invention concerne le contrôle de la phase de combustion d'un moteur à combustion interne, plus particulièrement le contrôle de la phase de combustion d'un moteur à combustion interne de type Diesel à injection directe de carburant et comportant un rail d'injection à haute pression. La maîtrise de la phase de combustion d'un moteur à combustion interne est primordiale pour limiter les émissions polluantes sans négliger pour autant la consommation en carburant et les performances du moteur. Il est donc important de bien connaître la phase de combustion d'un moteur et ses différentes caractéristiques. De nombreuses stratégies de contrôle moteur implantées dans un moyen de commande du moteur visent à piloter la phase de combustion en commandant l'injection de carburant dans le moteur. Cette injection reste tributaire de la qualité et des performances des actionneurs utilisés. Pour répondre à des besoins acoustiques et des besoins de dépollution, l'injection est généralement réalisée grâce à un mode de multi injection correspondant à une succession d'injections de carburant dans chaque cylindre et pour chaque cycle. Ces injections multiples sont réalisées notamment grâce au stockage intermédiaire du carburant dans un accumulateur haute pression commun à tous les cylindres, une rampe communément appelée � Common-rail �, mettant du carburant à haute pression à disposition des injecteurs des différents cylindres. Dans les systèmes d'injection de carburant à haute pression, notamment dans des moteurs à combustion interne à allumage non commandé, toutes les quantités ou doses de carburant injectées par des soupapes d'injection, ou injecteurs, dans les chambres de combustion du moteur à combustion interne, sont chaque fois réparties sur un certain nombre d'injections partielles. Ces injections partielles sont fréquemment très rapprochées les unes des autres dans le temps et se composent généralement d'une ou plusieurs injections préliminaires précédant l'injection principale proprement dite. Les injections partielles multiples permettent de mieux préparer le mélange réactif entre l'air et le carburant, et produisent également individuellement une moindre émission de gaz d'échappement, un bruit réduit à la combustion et une plus grande puissance fournie par le moteur à combustion interne. La précision de chaque quantité ou dose injectée est très importante pour ces injections partielles. Toutefois, il est connu que chaque injection à l'aide d'un injecteur alimenté par une rampe haute pression se traduit par un bref effondrement du carburant dans la conduite d'alimentation associée au système d'injection entre la rampe et l'injecteur concerné, ainsi que dans l'injecteur lui-même pour le branchement à haute pression adjacent à la rampe et relié à l'aiguille de l'injecteur. Un tel effondrement bref de la pression produit, à la fin de la commande de l'injecteur, une onde de pression de carburant générée notamment entre la rampe et l'injecteur. Cette onde de pression induit des variations gênantes de la quantité de carburant injectée, l'effet de l'onde sous pression s'amplifiant même lorsque la fréquence de soulèvement de l'aiguille d'injecteur augmente. D'autre part, la demande d'injection d'une certaine quantité de carburant se traduit par une demande de temps d'ouverture d'un injecteur. Ce temps d'ouverture est calculé par rapport à la pression existante dans le rail haute pression. Lorsque que l'injection est réalisée, une onde de pression se crée dans le rail haute pression, due à l'introduction du carburant dans le cylindre via l'injecteur. Cette onde de pression se propage dans le rail et modifie donc notablement la pression instantanée. Lors d'une injection consécutive, aucune garantie n'est donnée quant à la quantité injectée puisqu'elle dépend notamment de la pression instantanée lors de l'ouverture de l'injecteur. I1 est connu de corriger ce phénomène dû aux ondes de pression à l'aide de systèmes d'injection ou de logiciels de commande du moteur embarqués dans des moyens de commande moteur utilisant une correction d'onde de pression par cartographie, c'est-à-dire à partir de tests réalisés sur des banc de mesure. Une proposition connue pour réduire au maximum l'influence évoquée de l'onde de pression, consiste à mesurer cette influence en dehors du roulage du véhicule, sur un banc d'essai, et de tenir compte des résultats de ces mesures par exemple lors du pré-réglage des paramètres de fonctionnement du moteur. Mais le modèle qu'il faut utiliser pour calculer l'influence d'une telle onde de pression composée d'injections partielles avec des injections partielles qui se suivent dans le temps devient très compliqué. Ainsi, dans ce modèle, il faut faire intervenir un grand nombre de paramètres de fonctionnement du moteur, comme la quantité ou dose injectée, la pression instantanée du carburant régnant dans la rampe, la température du carburant ou la géométrie des conduites de l'ensemble du système d'injection. Ces paramètres interviennent dans le paramétrage de la mesure de l'onde de pression effectuée comme ci-dessus, d'une manière pratiquement hors-ligne. La correction de l'onde de pression elle-même se fait par une variation appropriée de la durée de commande de l'injecteur en appliquant une correction définie de manière collective pour tous les injecteurs à chaque injecteur individuel. Toutefois, dès que l'on rencontre des déviations importantes entre les doses ou quantités injectées et/ou un réglage d'équilibrage des doses par des durées de commande des injecteurs, l'amplitude des ondes de pression générées peut augmenter de façon importante et la correction de l'onde de pression évoquée ci-dessus ne peut se faire qu'avec une fonction de compensation rigide vis-à-vis d'une nouvelle détérioration de la préparation du mélange, et ainsi cela se traduit finalement par une augmentation des émissions polluantes et du bruit de combustion. En effet, des différences de quantités d'injection importantes entraînent des différences significatives entre la fin de l'injection et la valeur de consigne respective. L'onde de pression déclenchée par la fin de l'injection domine l'ensemble des oscillations de pression produites de sorte que la correction commandée évoquée aboutit à des erreurs d'injection considérables. Divers documents de l'état de la technique décrivent des techniques de réduction d'ondes de pression. Le document FR 2 857 057 décrit un procédé de commande d'un système d'injection avec deux éléments d'injection permettant de corriger l'onde de pression par rapport au moteur et aux conditions de fonctionnement du moteur. Dans ce document, il est proposé une correction collective de l'onde de pression pour l'ensemble des injecteurs, puis une adaptation des données de correction est réalisée pour chaque injecteur. Le document FR 2 851 013 décrit un procédé et un dispositif associé de correction adaptative de l'onde de pression d'un système d'injection à haute pression. L'actionneur d'injection est commandé par deux signaux dont l'intervalle de temps entre les deux signaux est d'abord fixé lors d'un fonctionnement stable du moteur. Cet intervalle de temps est fixé de sorte que l'onde de pression pour une injection soit amortie avant une injection successive. On diminue ensuite l'intervalle de temps entres les deux injections jusqu'à ce qu'il y ait une variation d'un paramètre de fonctionnement. A ce moment, on enregistre la valeur du paramètre de fonctionnement du moteur qui a varié et l'intervalle de temps correspondant. Au vu de ce qui précède, l'invention vise à améliorer les performances de correction d'ondes de pression. L'invention a donc pour objet un procédé de correction d'onde de pression dans un système d'injection d'un moteur à combustion interne. Selon ce procédé, on mesure la pression dans la chambre de combustion du moteur, et l'on modifie la commande d'injection à partir de la mesure de pression dans la chambre de combustion. Avantageusement, on détermine le couple moteur dans chacun des cylindres à partir de la pression mesurée dans la chambre de combustion de chacun des cylindres, on détermine la moyenne des couples moteur pour un nombre de cycles thermodynamiques, on compare la moyenne des couples moteur déterminés à une valeur préenregistrée de couple moteur, on détermine une valeur de correction d'injection pour chaque cylindre, et l'on corrige enfin la pression d'injection de carburant. On détermine avantageusement le couple moteur également à partir de la dérivée angulaire du volume de la chambre de combustion, du pas d'échantillonnage, de l'angle du vilebrequin au moment de la mesure de pression, de l'alésage du cylindre, de la longueur de la manivelle, et de la longueur de la bielle. De préférence, on identifie au préalable si des conditions prédéterminées de fonctionnement du moteur sont rencontrées. Les conditions prédéterminées de fonctionnement du moteur correspondent préférentiellement à des conditions d'entrée du moteur dans une phase de fonctionnement stabilisée prédéterminée, pour un point de fonctionnement du moteur. De préférence, on sature le couple moteur corrigé. L'invention a également pour objet un dispositif de correction d'onde de pression dans un système d'injection à haute pression d'un moteur à combustion interne. Le dispositif comprend des moyens de mesure de la pression dans la chambre de combustion pour chaque cylindre et des moyens de calcul pour modifier la commande d'injection de carburant en fonction de la pression mesurée. Avantageusement, il comprend des moyens de détection des conditions de fonctionnement du moteur, des moyens d'enregistrement du couple moteur pour un nombre de cycles thermodynamiques du moteur, des moyens de détermination du couple moteur sur au moins un cylindre, et des moyens de correction de l'injection de carburant. Les moyens de correction de l'injection comprennent avantageusement un premier moyen de comparaison de la moyenne de couple moteur mesurée à une valeur prédéterminée de couple moteur, un second moyen de correction apte à comparer le résultat de la comparaison issu du premier moyen de comparaison à un facteur de correction intégrale déterminé par des moyens de correction intégrale , et des moyens de prise en compte d'un facteur de correction proportionnelle issu des moyens de correction proportionnelle. De préférence, les moyens de détermination du facteur de correction comprennent des moyens de saturation du signal de correction issu des moyens de prise en compte du facteur de correction proportionnelle, et des moyens de contrôle de la correction, les moyens de saturations délivrant un signal de commande de correction K. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention nullement limitatif, et des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 décrit la structure générale d'un cylindre d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile comprenant un système d'injection avec un rail à haute pression ; - la figure 2 présente, de manière schématique, un dispositif de correction d'ondes de pression selon un mode de réalisation ; - la figure 3 présente, de manière schématique, des moyens de calcul pour modifier la commande d'injection de carburant en fonction de la pression mesurée selon un mode de réalisation ; - la figure 4 illustre de manière schématique, selon un mode de mise en oeuvre, un procédé de correction d'onde de pression dans un système d'injection d'un moteur à combustion interne. Sur la figure 1, est représenté de manière très schématique la structure générale d'un cylindre 1 d'un moteur à combustion interne. Le cylindre 1 comprend un conduit d'admission 2 des gaz comportant une soupape d'admission 3 ainsi qu'un conduit d'échappement 4 comportant une soupape d'échappement 5. Le cylindre 1 comprend également un injecteur 6 alimenté par un rail haute pression 7 � Common-rail �. Le cylindre 1 comprend d'autre part une chambre d'admission 8 définie par les parois internes du cylindre 1 et un piston 9 mobile sous l'action d'une bielle 10 dont le mouvement est animé par un vilebrequin 11. La bielle 10 est fixée au piston 9 à une extrémité, et au vilebrequin 11 à son autre extrémité grâce à la manivelle du vilebrequin 1 1 reliant l'axe de rotation du vilebrequin 1 1 à la bielle 10. Des moyens de mesure des caractéristiques de sortie du moteur sont disposés sur le cylindre du moteur. On a illustré en particulier un moyen 12 permettant de mesurer des caractéristiques de déplacement du vilebrequin 11, et en particulier l'angle du vilebrequin, ainsi qu'un moyen 13 apte à mesurer la pression dans la chambre de combustion du cylindre, comme par exemple un capteur de pression. Une unité de commande électronique 14 permet de recueillir les données des moyens de mesure 12 et 13, et comprend un dispositif 15 de correction des ondes de pression dans un système d'injection de carburant à haute pression. A partir de ces données recueillies et de la commande issue du dispositif 15 de correction des ondes de pression, l'unité de commande électronique 14 est capable de commander la phase de combustion en envoyant des signaux de commande à divers actionneurs du système de commande de la combustion du moteur à combustion interne, tels qu'un injecteur 6 de combustion. Sur la figure 2, a été représenté un dispositif de correction d'ondes de pression dans un système d'injection de carburant à haute pression d'un moteur à combustion interne selon un mode de réalisation. Le dispositif de correction d'ondes de pression comprend des moyens 23 de détection des conditions de fonctionnement du moteur et des moyens 20 de calcul permettant de modifier la commande d'injection de carburant en fonction de la pression mesurée dans la chambre mesurée par le capteur de pression 13. Les moyens 23 de détection des conditions de fonctionnement du moteur identifient si des conditions prédéterminées de fonctionnement du moteur sont vérifiées en comparant les conditions de fonctionnement du moteur mesurées par différents moyens de mesures des caractéristiques de fonctionnement du moteur à des conditions prédéterminées. Ces conditions prédéterminées peuvent être, par exemple, l'entrée du moteur dans une phase de fonctionnement stabilisé prédéterminée pour un certain régime et une charge donnée. Si les conditions prédéterminées de fonctionnement du moteur sont vérifiées, les moyens 23 de détection des conditions de fonctionnement du moteur, délivrent un signal aux moyens 20 de calcul permettant de modifier la commande d'injection en fonction de la pression mesurée par le capteur de pression 13. Les moyens 20 de calculs comprennent des moyens 21 de détermination du couple moteur pour au moins un cylindre, des moyens d'enregistrement du couple moteur sur n2 cycles thermodynamiques du moteur, et des moyens 30 de correction de la commande d'injection. Si les moyens de détection des conditions de fonctionnement du moteur ont délivré un signal indiquant que les conditions prédéterminées de fonctionnement du moteur sont vérifiées, alors les moyens 21 de détermination du couple moteur calculent la valeur du couple moteur d'un cylindre 1 à partir de la pression mesurée par le capteur de pression 13 dans la chambre de combustion 8 du cylindre 1. Les moyens 21 de détermination du couple moteur peuvent réaliser ce calcul pour les n cylindres composant le moteur à partir des pressions mesurées dans les chambres de combustions 8 des cylindres 1 respectifs à partir des capteurs de pression 13 correspondant. Le couple moteur CMI dans les n cylindres est calculé à partir de l'équation suivante : dans laquelle : - p correspond à la pression mesurée dans la chambre de combustion 8 ; - V' correspond à la dérivée angulaire du volume de la chambre de combustion 8 ; CMI= 4n i=1 Z=i (1) - Au désigne le pas d'échantillonnage du système ; - Ncyl représente le nombre de cylindres du moteur ; et - Npts correspond au nombre de point de mesure de la pression dans la chambre de combustion du moteur pour un cycle thermodynamique pris en compte, ou au nombre d'échantillon de pression enregistrés dans un cycle thermodynamique, correspondant à deux tours moteur. I1 est noté que la dérivée angulaire V' du volume de la chambre de combustion 8 est calculée à l'aide l'équation suivante : V' = da = 7c .2 D Lm sine( (L cosa Lb i 1+ m n 180 sin2a L \ b / Dans laquelle : - a correspond à l'angle du vilebrequin ; - D désigne l'alésage du cylindre ; - Lm représente la longueur de la manivelle ; et - Lb correspond à la longueur de la bielle. La valeur ainsi calculée du couple moteur CMI dans les n cylindres par les moyens 21 de détermination du couple moteur est ensuite délivrée aux moyens 22 d'enregistrement. Les moyens 22 d'enregistrement mémorisent alors les valeurs du couple moteur CMI pendant n2 cycles thermodynamiques du moteur et réalise la moyenne CMI mes des couples moteurs enregistrés pour n2 cycles thermodynamiques. La valeur moyenne CMI mes ainsi déterminée est transmise aux moyens 30 de correction pour déterminer la correction de la 25 commande d'injection. Sur la figure 3, est présenté un exemple d'architecture des moyens 30 de correction permettant de modifier la pression d'injection de carburant en fonction de la pression mesurée. Les moyens 30 de correction comprennent des moyens 38 30 d'enregistrement d'une valeur de référence CMIref, un premier et un second moyens de comparaison 31 et 32, des moyens 33 d'intégration, des moyens 34 de contrôle de la correction, des moyens 35 de prise en compte de la correction proportionnelle, et des moyens 36 de saturation du signal de correction. Pour corriger la commande d'injection, les moyens 30 de correction comparent tout d'abord, au moyen d'un premier moyen 31 de comparaison, la valeur moyenne CMI mes du couple moteur déterminée par les moyens 22 d'enregistrement à la valeur de référence CMI ref délivrée par les moyens 38 d'enregistrement d'une valeur de référence CMI ref. Le résultat de la comparaison issu du premier moyen de comparaison 31 est comparé, au moyen du second moyen 32 de comparaison, au facteur de correction intégrale Ki déterminé par les moyens 33 d'intégration. Le signal de commande ainsi corrigé du facteur de correction intégrale Ki est délivré par le second moyen 32 de comparaison aux moyens 35 de prise en compte du facteur de correction proportionnelle Kp, le facteur de correction proportionnelle Kp étant déterminé par les moyens 37 de correction proportionnelle. Les moyens 35 de prise en compte du facteur de correction proportionnelle Kp délivre alors un signal de correction Kip aux moyens 36 de saturation. Les moyens 36 de saturation du signal ont pour objectif de ne pas changer le point de fonctionnement en limitant l'action de régulation. Les valeurs de saturation sont déterminées sur un banc moteur. Les moyens 36 de saturation délivrent alors en sortie une commande de correction K, limitant volontairement le champ d'action des moyens de corrections 30. La commande de correction K délivrée par les moyens 36 de saturation est transmise vers des moyens 34 de contrôle de la correction qui reçoivent également en entrée le résultat de la comparaison issu du premier moyen de comparaison 31 et qui permettent d'empêcher les moyens 33 d'intégration de se charger inutilement. Les moyens 34 de contrôle de la correction ont aussi pour fonction, de maintenir la partie intégrale des moyens 30 de correction dans son domaine d'utilisation en arrêtant de charger la correction intégrale lorsque cela devient inutile. Tel est en particulier le cas, par exemple, dans une situation dans laquelle les moyens 30 de corrections sont déjà à la limite de saturation et la commande de correction K est déjà bloqué par la saturation, et dans laquelle les moyens 33 d'intégration continuent ainsi de corriger le signal de correction, ce qui engendre une correction inutile, et une divergence. Lorsqu'une correction est mise en oeuvre, la correction est alors complètement erronée. La figure 4 illustre un procédé de correction d'ondes de pression dans un système d'injection d'un moteur à combustion interne selon un mode de mise en oeuvre. Dans une étape initiale 301, on identifie si les conditions prédéterminées de fonctionnement du moteur sont rencontrées. Ces conditions prédéterminées peuvent être, par exemple, l'entrée du moteur dans une phase de fonctionnement stabilisé prédéterminée pour un certain régime et une charge donnée. Si ces conditions prédéterminées ne sont pas rencontrées, on continue de tester sur le cycle suivant si les conditions sont vérifiées. En revanche, si les conditions prédéterminées de fonctionnement du moteur sont rencontrées, la correction peut être amorcée. Dans une étape suivante 302, on mesure alors le couple moteur dans chacun des cylindres à partir de la pression mesurée dans chacune des chambres de combustion correspondante. On enregistre ensuite dans une étape 303, le couple moteur calculé pour un nombre n2 de cycles thermodynamiques, le nombre n2 de cycles thermodynamiques pouvant être égal à � 1 � ou à toute autre valeur permettant une bonne stabilité et une bonne efficacité des moyens 30 de correction, et l'on détermine la moyenne des couples moteur pour le nombre n2 de cycles thermodynamiques enregistrés. Dans une étape suivante 304, on compare la moyenne des couples moteurs déterminés à une valeur préenregistrée de couple moteur. Puis dans une autre étape 305, on détermine une commande de correction K pour commander l'injection dans chaque cylindre à partir d'une composante intégrale de correction et d'une composante proportionnelle de correction. Enfin, dans une étape 306, on corrige la quantité de carburant injecté lors de l'injection suivante en générant une commande 5 d'injection de carburant corrigée. REVENDICATIONS1. Procédé de correction d'ondes de pression dans un système d'injection d'un moteur à combustion interne, caractérisé en que l'on mesure la pression dans la chambre de combustion du moteur, et l'on modifie la commande d'injection à partir de la mesure de pression dans la chambre de combustion. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on détermine le couple moteur dans chacun des cylindres à partir de la pression mesurée dans la chambre de combustion (8), on détermine la moyenne des couples moteurs pour un nombre de cycles thermodynamiques, on compare la moyenne des couples moteurs déterminés à une valeur préenregistrée de couple moteur, on détermine une valeur de correction d'injection pour chaque cylindre, et l'on corrige la commande d'injection de carburant. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel on détermine le couple moteur également à partir de la dérivée angulaire du volume de la chambre de combustion (8), du pas d'échantillonnage, de l'angle du vilebrequin (11) au moment de la mesure de pression, de l'alésage du cylindre (1), de la longueur de la manivelle, et de la longueur de la bielle (10). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel on identifie au préalable si des conditions prédéterminées de fonctionnement du moteur sont rencontrées. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel les conditions prédéterminées de fonctionnement du moteur correspondent à des conditions d'entrée du moteur dans une phase de fonctionnement stabilisé prédéterminée pour un point de fonctionnement du moteur. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel on sature le couple moteur corrigé. 7. Dispositif de correction d'ondes de pression dans un système d'injection à haute pression d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (13) de mesure de la pression dans la chambre de combustion (8) pour chaque cylindre (1) et des moyens (20) de calcul pour modifier la commande d'injection de carburant en fonction de la pression mesurée. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (23) de détection de conditions de fonctionnement du moteur, des moyens (21) de détermination du couple moteur sur au moins un cylindre, des moyens (22) d'enregistrement du couple moteur pour un nombre de cycles thermodynamiques du moteur, et des moyens (30) de correction de l'injection de carburant. 9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel les moyens (30) de correction de l'injection de carburant comprennent un premier moyen (31) de comparaison de la moyenne de couple moteur mesuré à une valeur prédéterminée de couple moteur, un second moyen de correction apte à comparer le résultat de la comparaison issue du premier moyen de comparaison (31) à un facteur de correction intégrale (Ki) déterminé par des moyens (33) de correction intégrale, et des moyens (35) de prise en compte d'un facteur de correction proportionnelle (Kp) issu de moyens (37) de correction proportionnelle. 10. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel les moyens (30) de correction de l'injection de carburant comprennent des moyens (36) de saturations du signal de correction (Kip) issu des moyens (35) de prise en compte du facteur de correction proportionnelle, et desmoyens (34) de contrôle de la correction, les moyens (36) de saturations délivrant un signal de commande de correction (K).