Brevet FR2957978A1 — publié le 20110930

PROCEDE DE REGLAGE DU DEBIT D'INJECTION DE CARBURANT D'UN MOTEUR DIESEL [0001 La présente invention concerne un procédé de réglage du débit d'injection de gazole dans le cylindre d'un moteur diesel dans des conditions d'environnements particulières. [0002] Les polluants issus de la combustion d'un moteur de véhicule automobile, que celui-ci soit un moteur diesel ou essence, sont majoritairement des hydrocarbures imbrûlés (HC), des oxydes d'azote (NOx), des oxydes de carbone (CO, CO2) et dans le cas particulier des moteurs diesel, des particules solides carbonées. [0003] Afin de respecter les normes environnementales internationales, la maîtrise des émissions de HC, de CO/CO2, de NOx et des particules est impérative et doit être respectée de plus en plus sévèrement. Par ailleurs, la règlementation, notamment européenne, tend à limiter la quantité de carburant injectée dans les chambres de combustion dans des conditions habituelles de conduite. [0004 Dans ce but, on a fait appel à des dispositifs de régulation électronique (par exemple à l'aide de calculateurs numériques à programme enregistrés) pour piloter les systèmes d'injection, ce qui a permis de stabiliser et d'affiner les réglages de base, tant au niveau de l'instant de l'injection que du débit de combustible. Ces dispositifs permettent de maîtriser les quantités injectées de carburant qui participent à la combustion de sorte que l'on injecte une quantité exacte correspondant au besoin de couple. [0005] Ainsi, le fonctionnement de chaque injecteur est piloté par une unité électronique, tel qu'un calculateur, qui commande la quantité de carburant injectée par cet injecteur dans la chambre de combustion du cylindre. Pour ce faire, l'unité électronique reçoit des informations telles qu'un couple requis par le conducteur du véhicule et commande en conséquence une durée d'ouverture ou d'activation de l'injecteur, telle que ce dernier injecte dans la chambre du cylindre la quantité de carburant nécessaire à l'obtention du couple requis par le conducteur. [0006] On comprend que la précision et la robustesse des injections soient primordiales, que ce soit à court terme (moteur neuf) ou sur une période longue. Or, la dérive des injecteurs (due en particulier à leur vieillissement, leur encrassement, etc...) ne permet pas de garantir des réglages optimaux prédéfinis durant toute la vie du moteur. Il est donc nécessaire de disposer d'un moyen de contrôle de l'injection (quantité, avance, séparation ...) et de correction des dérives, de façon à rattraper tout écart et retrouver un fonctionnement correct, voire optimum. [0007] Ces écarts sont d'autant plus gênants que la pression du carburant est élevée car lorsque cette pression augmente, les écarts en quantités de carburant injectées entre un injecteur ayant déjà fonctionné un certain temps et un injecteur modélisé croissent généralement. [0008] Ces écarts provoquent une baisse des performances (couple, puissance), une augmentation du bruit de combustion et/ou une augmentation des émissions polluantes du moteur, en particulier en oxydes d'azote. [0009] Pour corriger les dérives des injecteurs, on connaît un procédé auto-adaptatif basé sur l'analyse du comportement du moteur lors de petites injections dans des conditions de fonctionnement particulières, à savoir lorsque le moteur est chaud (après un certain temps de fonctionnement) et en phase de décélération (le conducteur n'exerce plus de pression sur la pédale d'accélérateur). Ce procédé auto- adaptatif est classiquement disponible dans les calculateurs de contrôle moteur. Ce procédé est plus particulièrement basé sur l'analyse du régime et de l'accélération angulaire du moteur obtenus en réponse aux injections de ces petites quantités de carburant. [0010 Le problème vient du fait que le procédé de contrôle de l'injection de carburant, pour son éventuelle correction, nécessite que les conditions thermiques dans la chambre de combustion soient suffisantes pour permettre la combustion de ces petites quantités de carburant injectées lors du test de contrôle. Or, dans certaines conditions, notamment dans des conditions froides de température de l'air et/ou de température du liquide de refroidissement ainsi qu'en présence d'une pression atmosphérique ambiante faible (haute altitude), les conditions dans la chambre de combustion ne permettent pas de brûler ce carburant. [0011] La présente invention entend remédier à ce problème en proposant de vérifier des conditions d'environnements afin de déterminer si le test de contrôle de l'injection de carburant est possible et s'il est déterminé que ce test n'est pas possible au regard de ces conditions d'environnement, à commander un chauffage de la chambre de combustion à l'aide d'au moins un élément du bloc moteur pour rendre ledit test possible. [0012] Selon l'invention, il est ainsi proposé un procédé de réglage du débit d'injection de carburant d'un moteur diesel de véhicule, comprenant une opération d'analyse et de correction du débit d'injection par un calculateur comportant une étape d'injection de petites quantités de carburant dans la chambre de combustion, caractérisé en ce que, préalablement à l'opération de correction du débit : - on détermine la température du liquide de refroidissement Teau circulant dans le moteur et la température de l'air d'admission Tair, - on compare la température du liquide de refroidissement Teau circulant dans le moteur à une température de seuil du liquide de refroidissement Teau seuil et la température de l'air d'admission Tair à une température de seuil de l'air d'admission Tair seuil, et - si l'une des températures Teau ou Tair est inférieure à sa température de seuil respective Teau seuil ou Tair seuil, on augmente la température dans la chambre de combustion jusqu'à ce que les conditions thermiques dans ladite chambre autorisent la combustion des petites quantités de carburant injectées. [0013] A la suite des petites injections de carburant, le calculateur analyse les données concernant le régime et l'accélération angulaire du moteur de manière à corriger, s'il y a lieu, le débit d'injection de carburant au regard de la comparaison entre les susdites données avec celles d'une injection modélisée souhaitée. [0014] On entend par l'expression « injection modélisée souhaitée » une injection, ou un débit d'injection de carburant, définie conforme par le constructeur au regard des spécificités du moteur ainsi que des réglementations en matière d'injection (consommation de carburant). [0015] Avantageusement, on vérifie également la pression atmosphérique ambiante Pamb. et on augmente la température de seuil du liquide de refroidissement Teau seuil et la température de seuil de l'air d'admission Tair seuil d'au moins 10°c si la pression atmosphérique ambiante Pamb. est inférieure à une pression atmosphérique ambiante de seuil Pamb. seuil. [0016] Avantageusement, l'augmentation de la température dans la chambre de combustion dure au moins 0,5 seconde, de préférence au moins 1 seconde. [0017] Selon un mode d'exécution de l'invention, l'augmentation de la température dans la chambre de combustion est réalisée à l'aide d'au moins une des bougies de préchauffage présente dans ladite chambre. [0018] Selon un autre mode d'exécution, l'augmentation de la température dans la chambre de combustion est réalisée à l'aide d'une résistance électrique, tel qu'au moins une bougie de préchauffage, présente dans la ligne d'admission d'air de manière à augmenter premièrement la température des gaz d'admission. [0019] Selon encore un autre mode d'exécution de l'invention, l'augmentation de la température est réalisée en ouvrant le conduit de dérivation du refroidisseur d'air de suralimentation de sorte que l'air d'admission n'est pas refroidie. [0020] Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention : - la température de seuil de l'air d'admission Tair seuil est supérieure ou égale à -5°c, de préférence supérieure ou égale à 0 °c ; - la température de seuil du liquide de refroidissement Teau seuil est supérieure ou égale à 50°c, de préférence supérieure ou égale à 70°c ; - la pression atmosphérique ambiante de seuil Pamb. seuil est supérieure ou égale à 920 mbars (millibars) ; - l'injection de carburant est du type à injection directe et le moteur diesel du type à rampe commune. [0021] D'autres détails et caractéristiques avantageuses de l'invention ressortent de la description détaillée faite ci-après à titre non limitatif à l'aide des figures annexées sur lesquelles : - la figure 1 montre un schéma simplifié d'un moteur diesel équipé d'une rampe commune ; - la figure 2 montre un schéma simplifié d'une ligne d'admission d'air de suralimentation dans lequel sont apparents les solutions de chauffage de la chambre de combustion conformément à l'invention. [0022] Afin d'illustrer la présente invention, on a choisi de représenter un moteur diesel du type à injection directe à rampe commune. Ce mode de réalisation est représenté schématiquement sur la figure 1 mais il est bien entendu que l'invention se rapporte à tous types de moteur diesel pourvu qu'il soit doté d'un système de contrôle et de correction du débit d'injection de carburant. [0023] Dans la technologie récente des moteurs diesel, l'injection directe s'est imposée pour son rendement supérieur à celui des moteurs à injection indirecte. Elle permet des consommation et pollution moindres. [0024] Dans un moteur 10 diesel à rampe commune, chaque cylindre 12, 14, 16 et 18 comporte une chambre de combustion 1312, 1314, 1316 ou 1318 dans laquelle est injecté un carburant au moyen d'un injecteur 2012, 2014 2016 ou 2018 relié à la rampe commune 22. Dans cette dernière, le carburant est maintenu à haute pression par une pompe 24 connectée, via un conduit 26, au réservoir (non représenté) du véhicule, permettant ainsi d'effectuer des injections de carburant dans chaque cylindre à des pressions élevées, généralement comprises entre 200 et 1600 bars. [0025] Le fonctionnement de chaque injecteur 20i est contrôlé par une unité 28 qui commande la quantité de carburant injectée par cet injecteur dans la chambre 13i. Pour cela, cette unité 28 reçoit des informations telles que le couple C requis par le conducteur du véhicule ou la pression P du carburant dans la rampe commune, et commande en conséquence une durée d'ouverture ou d'activation de l'injecteur 20i telle que ce dernier injecte dans la chambre 13i la quantité de carburant nécessaire à l'obtention du couple requis par le conducteur. [0026] Cette durée d'activation est déterminée en fonction de la quantité de carburant devant être injectée dans les chambres et de la pression de carburant dans la rampe commune. La durée d'activation dépend en outre des caractéristiques de l'injecteur, c'est pourquoi elle est prédéterminée par le constructeur, par exemple de façon empirique. Toutefois, il est connu que le fonctionnement d'un injecteur équipant un véhicule présente des écarts par rapport au fonctionnement prédéterminé. En effet, la prédétermination est effectuée au moyen d'un injecteur modélisé ne prenant en compte ni les tolérances acceptées lors de l'usinage des injecteurs, ni surtout l'usure de ces derniers. [0027] L'expérience montre que, pour un injecteur réel usé, le temps minimal d'activation dérive par rapport à sa valeur initiale, soit à la baisse, soit à la hausse. Une remarque similaire s'impose quant aux dérives de la valeur de pente de fonctionnement de l'injecteur par rapport à celle d'un injecteur modélisé. Ces écarts présentent des inconvénients gênants pour le fonctionnement du moteur. En effet, lorsqu'un injecteur fonctionne avec un décalage de l'instant d'activation et/ou avec une pente de fonctionnement modifiée, les durées d'activation commandées par le calculateur provoquent l'injection d'une quantité de carburant dans les chambres de combustion distincte de la quantité optimale prédéterminée, quantité de carburant sensiblement plus faible que la quantité attendue. [0028] Les écarts sont d'autant plus gênants que la pression du carburant est élevée, car, lorsque cette pression augmente, on constate des écarts, dans un sens ou dans un autre, entre la quantité de carburant injecté par un injecteur ayant déjà fonctionné un certain temps par rapport à celle, théorique, de carburant injecté par un injecteur modélisé. Comme on l'a vu précédemment, ces écarts sont néfastes concernant les performances du moteur, le bruit de combustion et les émissions polluantes. [0029] Ainsi, il est absolument nécessaire de prévoir un système de contrôle du débit de carburant destiné à déterminer, tout au long de la vie du véhicule, s'il y a lieu de corriger ce débit, et effectuer la correction le cas échéant. Comme on l'a vu précédemment, de tels systèmes de contrôle et de correction sont connus et consistent en l'analyse des données relatives en particulier au régime et à l'accélération angulaire de ce moteur lorsque ce dernier est chaud, soit après un certain de fonctionnement/roulage dans des conditions particulières. [0030] La présente invention est partie du constat que les phases de contrôle sont réalisées lors d'une phase de décélération par l'injection de petites quantités de carburant et qu'en conséquence, il est possible, dans certaines conditions d'environnement, que ces dernières ne brûlent pas dans la chambre de combustion. On entend par l'expression « petites quantités de carburant » une quantité de 0,3 à 2,5 mg/coup (milligramme par ouverture de l'injecteur), de préférence de 0,8 à 2 mg/coup ; ces quantités étant considérées pour un injecteur fonctionnant pour une chambre de combustion. [0031] Le fait que les phases de contrôle sont prévues en phase de décélération (aucun couple demandé) a pour conséquence que la chambre de combustion se refroidit vite, d'autant plus vite que la température extérieure est basse (impact directe sur la température d'admission et indirecte sur la température du liquide de refroidissement lorsque ce dernier échange de la chaleur avec l'air). Il faut noter également que le liquide de refroidissement n'atteint une température élevée qu'après un certain temps de roulage, ce temps de roulage étant d'autant plus important que la température extérieure est basse. Si on ajoute à une température extérieure basse, une pression atmosphérique ambiante faible (moindre quantité d'air, et donc d'oxygène, par unité de volume), par exemple du fait d'une situation du véhicule en altitude élevée, et compte tenu du fait que les injections de contrôle consistent en de petites quantités de carburant, il y a un risque très important que le carburant ne puisse pas être brûlé dans la chambre de combustion. [0032] A l'heure actuelle, on dispose de capteurs permettant de déterminer la température de l'air d'admission, celle du liquide de refroidissement circulant dans le moteur et la pression atmosphérique ambiante. L'invention propose d'utiliser ces informations pour commander, s'il y a lieu en fonction des relevés relatifs à ces températures/pression, le chauffage de la chambre de combustion avant le test de contrôle du débit de carburant injecté de manière à rétablir des conditions thermiques permettant de brûler le carburant. [0033] Après expérimentations, il a été déterminé qu'une température de l'air d'admission inférieure à -5°c (degré Celsius), soit d'environ 268°K (degré Kelvin), ou qu'une température du liquide de refroidissement inférieure à 50°C, soit d'environ 323°K, constituent des conditions d'environnement limite ne permettant pas aux petites injections de carburant du test de contrôle de débit d'injection d'être brûlées dans la chambre de combustion. Ces températures de -5°c et 50°c, respectivement pour la température de l'air d'admission et celle du liquide de refroidissement circulant dans le moteur, sont définies à l'heure actuelle comme les températures de seuil extrêmes/limites Tair seuil, Teau seuil pour ces deux éléments/paramètres cruciaux relativement aux conditions thermiques dans la chambre de combustion. [0034] Ainsi, de manière plus générale, on considèrera que la température de seuil de l'air d'admission Tairseuil est égale à 0°c (ou plus), soit 273°K, et que la température de seuil du liquide de refroidissement Teau seuil est égale à 70°c (ou plus), soit 343°K. [0035] Un autre facteur d'importance réside dans la pression atmosphérique ambiante. Si celle-ci est trop basse, d'où une moindre quantité d'air/oxygène par unité de volume, la combustion du carburant sera également plus difficile. Ainsi, la détermination de la pression ambiante aura éventuellement un impact sur les températures de seuil Tair seuil et Teau seuil, ces dernières étant relevées/augmentées d'au moins 10°c si la pression ambiante Pamb. est déterminée inférieure à une pression ambiante de seuil Pamb. seuil. A partir d'expérimentations, il a été convenu de considérer que la pression atmosphérique ambiante de seuil doit être égale sensiblement à 920 mbars (millibars), ce qui correspond sensiblement à la pression atmosphérique moyenne à 1000 mètres d'altitude. Bien entendu, si la pression atmosphérique Pamb. relevée par capteur est très inférieure à cette pression de seuil, les températures de seuil Tair seuil, Teau seuil doivent être relevées/augmentées de plus de 10°c, idéalement de façon proportionnelle. [0036] La figure 2 illustre l'ensemble des solutions envisagées dans le cadre de l'invention pour réaliser le chauffage de la chambre de combustion 20i, si nécessaire, avant le démarrage du contrôle de débit d'injection de carburant. La ligne d'air d'admission représentée sur cette figure présente les éléments classiquement présents, à savoir un filtre à air 80, un débitmètre 70, un compresseur 60 destiné à comprimer l'air d'admission (ce qui augmente sa température), une branche dans laquelle se trouve le refroidisseur d'air de suralimentation (RAS) 50 ayant pour but de refroidir l'air compressé et une branche constituant le conduit de dérivation 51 du RAS (les gaz circulant dans cette branche contourne le RAS) ainsi que les capteurs de positionnement des valves 52, 53 permettant la fermeture de l'une ou l'autre de ces branches et leur gestion par un calculateur, non représenté sur les figures annexées. [0037] Une solution préférée pour le chauffage de la chambre de combustion 13i consiste à utiliser les bougies de préchauffage 30i de la chambre de combustion 13i du moteur. Cette solution présente l'avantage d'utiliser un moyen toujours présent dans un véhicule diesel et les bougies de préchauffage 30i (au moins une) sont particulièrement efficaces pour augmenter très rapidement la température dans la chambre de combustion 13i. [0038] Une autre solution de l'invention consiste à disposer une résistance électrique 40, telle qu'au moins une bougie de préchauffage, dans le circuit de la ligne d'admission d'air pour augmenter la température des gaz d'admission. [0039] Une troisième solution consiste à utiliser le refroidisseur d'air de suralimentation 50, et plus particulièrement le conduit de dérivation 51 de ce dernier lorsqu'il en est pourvu. [0040] Afin d'augmenter la densité de l'air d'admission d'un moteur turbocompressé, il est connu de refroidir l'air de suralimentation sortant du compresseur 60 au moyen d'un échangeur de chaleur qui est appelé refroidisseur d'air de suralimentation ou RAS en abrégé. [0041] Un circuit de RAS comprend classiquement une première branche, dite branche de refroidissement, et une deuxième branche, dite de contournement ou de dérivation. La branche de refroidissement comporte un RAS 50 et la deuxième branche 51 consiste en un conduit de dérivation (« bypass ») du refroidisseur 50, le conduit de dérivation 51 permettant à l'air de suralimentation d'éviter de traverser le refroidisseur 50 et donc d'y être refroidi. [0042] Ainsi, une des solutions de l'invention consiste ainsi à fermer la branche de fonctionnement du RAS 50, et ouvrir celle du conduit de dérivation 51, juste avant les phases de contrôle pour le recalage des injecteurs de carburant 20i pour éviter la chute de température de l'air d'admission pendant les phases de décélérations. [0043] Bien entendu, même s'il est prévu de n'utiliser qu'une seule solution pour augmenter la température dans la chambre de combustion 20i, à savoir les bougies de préchauffage 30i de la chambre de combustion 13i, la résistance électrique 40 dans la ligne d'admission d'air de suralimentation ou l'ouverture du conduit de dérivation 51 du RAS 50, il est toutefois possible d'associer deux de ces solutions, voire de toutes les utiliser en même temps. Il est également possible de disposer de deux ou de ces trois solutions de chauffage et de déterminer, en fonction des températures d'air d'admission, de celle du liquide de refroidissement ou de la pression ambiante mesurée, laquelle ou lesquelles de ces solutions sont les mieux adaptées et de commander ainsi préférentiellement telle ou telle solution de chauffage de la chambre de combustion 13i. [0044] Le chauffage de la chambre de combustion 13i est réalisé avant le test de contrôle du débit d'injection et pendant une durée nécessaire pour que les conditions thermiques dans la chambre de combustion 13i soient à nouveau compatibles avec la consommation des petites quantités de carburant injectées. De façon expérimentale, il a été déterminé que cette durée doit être d'un minimum de 0,5 seconde, et de préférence d'au moins 1 seconde. Bien entendu, cette durée de chauffage dépend de la solution retenue, la ou les bougie(s) de préchauffage 30i, la résistance électrique 40 ou le conduit de dérivation 51 du RAS 50. [0045] Un cycle NMVEG (« New Motor Vehicle Exhausted Gas ») est un cycle de conduite normalisé pour la mesure des émissions et de la consommation des véhicules commercialisés en Europe. A l'heure actuelle, ce cycle est réalisé dans des conditions de température et pression standard, c'est-à-dire pour une température et une pression ambiantes respectivement de 20°c et 1 bar. Or, dans l'optique d'un durcissement des contraintes réglementaires relatives aux émissions polluantes et à l'injection de carburant, il est envisagé de réaliser ce cycle avec une température très inférieure, de l'ordre de -7°c. [0046] Grâce au procédé de l'invention et son chauffage préalable de la chambre de combustion si les conditions de température l'exigent, il sera toujours possible de réaliser ce cycle NMVEG sans difficulté. [0047] Outre le cycle NMVEG, l'invention permet, quelque soient en particulier les conditions de températures extérieures, de réaliser un contrôle du débit d'injection de carburant et de corriger ce débit si nécessaire et surtout de mieux maîtriser les quantités injectées dans l'objectif de réduire la dispersion véhicule à véhicule des émissions de polluants, des consommations et/ou du bruit émis par le moteur.10 REVENDICATIONS1. Procédé de réglage du débit d'injection de carburant d'un moteur diesel de véhicule, comprenant une opération d'analyse et de correction du débit d'injection par un calculateur comportant une étape d'injection de petites quantités de carburant dans la chambre de combustion (13i), caractérisé en ce que, préalablement à l'opération de correction du débit, on détermine la température du liquide de refroidissement Teau circulant dans le moteur et la température de l'air d'admission Tair, on compare la température du liquide de refroidissement Teau circulant dans le moteur à une température de seuil du liquide de refroidissement Teau seuil et la température de l'air d'admission Tair à une température de seuil de l'air d'admission Tair seuil, et si l'une des températures Teau ou Tair est inférieure à sa température de seuil respective Teau seuil ou Tair seuil, on augmente la température dans la chambre de combustion (13i) jusqu'à ce que les conditions thermiques dans ladite chambre (13i) autorisent la combustion des petites quantités de carburant injectées. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on vérifie également la pression atmosphérique ambiante Pamb. et on augmente la température de seuil du liquide de refroidissement Teau seuil et la température de seuil de l'air d'admission Tair seuil d'au moins 10°c si la pression atmosphérique ambiante Pamb. est inférieure à une pression atmosphérique ambiante de seuil Pamb. seuil. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'augmentation de la température dans la chambre de combustion (13i) dure au moins 0,5 seconde, de préférence au moins 1 seconde. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'augmentation de la température dans la chambre de combustion (13i) est réalisée à l'aide d'au moins une des bougies de préchauffage (30i) présente dans ladite chambre (13i). 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'augmentation de la température dans la chambre de combustion (13i) est réalisée à l'aide d'une résistance électrique (40), tel qu'au moins une bougie de préchauffage,présente dans la ligne d'admission d'air de manière à augmenter premièrement la température des gaz d'admission. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'augmentation de la température est réalisée en ouvrant le conduit de dérivation (51) du refroidisseur d'air de suralimentation (50) de sorte que l'air d'admission n'est pas refroidie. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce la température de seuil de l'air d'admission Tairseuil est supérieure ou égale à -5°c, de préférence supérieure ou égale à 0°c. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température de seuil du liquide de refroidissement Teau seuil est supérieure ou égale à 50°c, de préférence supérieure ou égale à 70°c. 9. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pression atmosphérique ambiante de seuil Pamb. seuil est supérieure ou égale à 920 mbars 15 (millibars). 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'injection de carburant est du type à injection directe et le moteur diesel du type à rampe commune.