Brevet FR2976025A1 — publié le 20121207

PROCEDE DE DECHARGE DE LA PRESSION DANS UNE RAMPE COMMUNE D'UN MOTEUR THERMIQUE A INJECTION DIRECTE [0001 La présente invention concerne un procédé de décharge de la pression dans la rampe commune d'injection d'un moteur thermique à injection directe et à allumage commandé, le moteur étant du type fonctionnant avec de l'essence ou avec un carburant équivalent tel que de l'éthanol ou du GPL par exemple. [0002] L'injection de carburant dans les cylindres d'un moteur thermique est souvent réalisée selon le procédé d'injection directe à rampe commune, appelée également injection directe à haute pression ou "common rail". Un calculateur décide de la durée d'injection (et donc de la quantité de carburant injectée) de façon à bien contrôler la richesse du mélange air/carburant. Pour les moteurs à injection directe d'essence, différentes pressions d'injection (par exemple, de 50 à 200 bars) peuvent être requises suivant le point de fonctionnement du moteur et différents schémas d'injection peuvent être proposés (par exemple, la quantité de carburant à injecter peut être réalisée en 1, 2 ou 3 injections distinctes pour une combustion dans un cylindre). [0003] De façon à bien contrôler la pression dans la rampe commune, notamment lorsqu'il s'agit de diminuer la pression, les moteurs étaient habituellement munis de fuites contrôlables ou de systèmes pilotés permettant la décharge en pression de la rampe commune d'injection. A cette fin, une conduite munie d'un clapet de décharge permettait d'évacuer vers le réservoir d'essence ou vers une pompe, une quantité de carburant déterminée. Le clapet de décharge contrôlait l'ouverture et la fermeture de cette conduite et donc le débit. Ainsi, lors d'un besoin de chute de la pression d'injection (chute de la pression pilotée dans la rampe commune qui sert de réservoir sous pression), il suffisait d'ouvrir ledit clapet de décharge pour permettre un retour piloté d'une partie du carburant vers le réservoir. [0004] Cependant, sur une nouvelle génération de pompe dite « pompe monopiston », ladite conduite de fuite et ledit clapet de décharge sont supprimés dans les véhicules équipés de ce nouveau type de pompe. Cette suppression n'empêche pas qu'il est parfois nécessaire de décharger la pression dans la rampe commune, par exemple dans le cas d'une levée de pied de l'accélérateur. [0005] Une des raisons de l'utilisation de ce nouveau type de pompe, outre son coût souvent moins élevé réside en ce que, pour les véhicules équipés d'un système d'arrêt et de redémarrage automatique du moteur (système Stop & Start par exemple), il est important de bien contrôler la pression dans la rampe commune afin que le système puisse maintenir la pression d'injection constante dans la rampe commune pendant par exemple dix minutes. Ce besoin ne pouvait être satisfait par les anciennes pompes où une fuite continue vers le réservoir existait. [0006] Avec le nouveau type de pompe, le seul moyen de décharger la pression de la rampe commune est, en l'absence de clapet de décharge, d'injecter du carburant dans les cylindres. [0007] La présente invention propose un procédé de décharge de la pression de la rampe commune en permettant une injection robuste de carburant dans les cylindres, c'est-à-dire en injectant le carburant ( de l'essence ou un équivalent) pendant une durée d'injection maitrisée (et donc en injectant une quantité de carburant bien déterminée). [0008] De façon plus précise l'invention concerne un procédé de décharge de la pression dans une rampe commune d'injection d'un moteur thermique à injection directe et à allumage commandé, un carburant étant contenu dans un réservoir et pouvant être pompé à l'aide d'une pompe afin d'être introduit dans ladite rampe qui est munie d'injecteurs, ledit moteur ne comprenant pas de moyens de retour du carburant de ladite rampe vers ledit réservoir (tels qu'un clapet de décharge) et le fonctionnement du moteur étant piloté par un contrôleur lequel fournit une pression de consigne du carburant dans ladite rampe en fonction des conditions d'utilisation du moteur. [0009] Selon l'invention, on détermine si ladite pression de consigne est réalisable (en d'autres termes, peut être atteinte) en mesurant la pression dans ladite rampe et si la différence entre ladite pression mesurée et ladite pression de consigne dépasse un seuil (appelé seuil de non-robustesse) prédéterminé, on déclare non réalisable la pression de consigne et, dans ce cas, on interdit le pompage de carburant dans ledit réservoir. La valeur de ce seuil de robustesse dépend des capacités de l'injecteur à fournir une très faible quantité de carburant à la pression mesurée dans la rampe commune. [0010 De plus, ou alternativement, si la pression de consigne est non réalisable, l'une ou plusieurs des actions suivantes peut ou peuvent être entreprise(s): [0011 -on peut procéder à une seule injection de carburant par cylindre 15 pour un cycle de fonctionnement du moteur au lieu de plusieurs injections; [0012] - lorsque le moteur est équipé d'un canister, on peut arrêter l'envoi de carburant du canister vers les cylindres du moteur; [0013] - on peut injecter dans le moteur, plus précisément dans le cylindre considéré, une quantité d'air qui correspond sensiblement à un mélange 20 air/carburant à la richesse de consigne souhaitée, la quantité de carburant injectée étant choisie égale ou supérieure à la quantité minimale que l'injecteur est capable de fournir à la pression mesurée par le capteur dans la rampe commune. Pour assurer la cohérence du couple réalisé par le moteur par rapport au couple requis par le conducteur, on peut alors procéder au 25 bouclage de la structure couple afin de s'assurer de la cohérence entre le couple lent déterminé par la quantité d'air injectée et le couple rapide déterminé par l'avance à l'allumage. [0014] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés et sur lesquels : - la figure 1 montre schématiquement un système d'injection d'essence à rampe commune équipé d'une pompe du type monopiston; - la figure 2 est une courbe montrant la masse Minj de carburant injectée par un injecteur en fonction de la durée t d'injection; à pression donnée; - les figures 3 à 5 sont des logigrammes illustrant un mode de réalisation 10 du procédé de l'invention; et - la figure 6 illustre le bouclage de la structure couple. [0015] La présente invention s'applique tout particulièrement aux moteurs à allumage commandé et dont le carburant est de l'essence, mais il pourrait aussi s'agir d'un équivalent tel que l'éthanol ou le GPL. Sur la figure 1, le 15 carburant présent dans un réservoir 10 est aspiré par une pompe 11 basse-pression (de l'ordre de 3 à 5 bars), souvent appelée pompe "de gavage". Cette pompe basse-pression, de type électrique, est reliée à une pompe 12 haute-pression (faisant par exemple évoluer la pression entre 50 et 200 bars). Cette pompe 12 est entrainée par le moteur thermique. Elle alimente 20 une rampe commune 13 qui constitue une réserve de carburant sous haute pression. Un capteur de pression 14 permet de mesurer la pression dans la rampe commune 13. La rampe commune communique avec des injecteurs 15 (un injecteur par cylindre 16). Les injecteurs injectent du carburant dans les cylindres 16 (ici quatre cylindres). Un calculateur électronique 18 25 (souvent désigné par l'abréviation ECU pour "Electronic Control Unit") reçoit des informations du capteur de pression 14 et pilote le fonctionnement du moteur thermique, notamment les temps et les durées d'ouverture des injecteurs 15. Pour cela, des cartographies caractéristiques du régime moteur et du couple ou de la charge demandé(e) permettent de déterminer des pressions de consigne pour la rampe commune. [0016] Un canister 19, relié au réservoir 10 et à une électrovanne 17, comporte du charbon actif qui piège les vapeurs d'essence du réservoir, l'électrovanne 17 permettant de piloter l'évacuation des vapeurs piégées vers les cylindres 16. En fonctionnement, le canister est purgé, c'est-à-dire que les vapeurs d'essence sont aspirées par le moteur durant le cycle d'admission pour participer à la combustion. [0017] On remarque que le système représenté sur la figure 1 ne comporte pas de fuite ou de moyen permettant de diminuer la pression dans la rampe commune. Pour diminuer la pression, on décharge alors la rampe en injectant du carburant de la rampe dans les cylindres. [ools] L'injection de faibles quantités de carburant à fortes pressions dans les cylindres n'est pas facilement contrôlable. C'est ce qui est mis en évidence sur la figure 2 qui représente, pour un injecteur donné, la quantité de carburant injectée (ou la masse) Minj en fonction de la durée d'injection t, à pression constante (courbe 20). On remarque que la zone 21 qui correspond aux faibles quantités à injecter, est une zone non-répétable (due à la dispersion d'un injecteur à l'autre) où les faibles quantités à injecter ne sont pas pilotables ou contrôlables de manière robuste. On est alors dans une zone de non-robustesse. Il est donc préférable de se situer dans la zone répétable 22 (ou zone de robustesse) qui débute sensiblement à partir de la durée d'injection tmin. Dans cette zone 22, la quantité injectée varie sensiblement proportionnellement à la durée d'injection et peut donc être déterminée de façon robuste. [0019] Si l'on augmente la pression, la pente de la courbe 20 augmente. Il en résulte que pour une même quantité de carburant à injecter la durée d'injection diminue lorsque la pression augmente. Si la pression augmente, on peut alors se trouver dans la zone non répétable 21, zone de non- robustesse à éviter. En d'autres termes, plus la pression est élevée dans la rampe commune, plus la quantité minimale de carburant que l'injecteur est capable de fournir de façon répétable augmente. [0020] Pour se placer dans des conditions d'injection robuste (c'est-à-dire une injection dont on contrôle la quantité de carburant injectée et donc la durée d'injection- zone 22 de la figure 2), il faut contrôler la masse de carburant injectée et la pression d'injection. La masse de carburant dépend de la quantité d'air admise dans les cylindres. La masse de carburant injectée est donc un paramètre que l'on sait maitriser, puisqu'il suffit de bien contrôler la masse d'air. La difficulté vient du paramètre pression, notamment lorsque l'on veut diminuer la pression. [0021] Plusieurs paramètres influencent l'injection, notamment la pression d'injection et l'injection en une ou plusieurs fois pour le cycle de combustion dans le cylindre considéré. [0022] Selon l'invention, on détecte la robustesse ou la non-robustesse de la pression de consigne fournit par l'ECU. Pour cela, la pression dans la rampe commune est mesurée et si la différence entre la pression mesurée et la pression de consigne dépasse un seuil prédéterminé, appelé seuil de "non-robustesse", on active des stratégies de décharge de pression de rampe. [0023] Parmi ces stratégies de décharge, l'une d'elles consiste à interdire le pompage de carburant dans le réservoir. Pour cela, le fonctionnement de la pompe haute pression 12 est arrêté. [0024] Une autre stratégie, complémentaire ou non de la coupure de la pompe haute pression, consiste à agir sur le nombre d'injections demandé. En fonction des conditions de fonctionnement du moteur thermique, le réglage fournit par le calculateur peut indiquer une introduction du carburant en plusieurs fois, par exemple en trois injections, chacune comprenant une faible quantité de carburant. On risque alors de se trouver dans la zone de non-robustesse 21 de la figure 2. On choisit alors de ne procéder qu'à une seule injection. Par exemple, si la consigne indiquait de procéder à trois injections, le fait de procéder à une seule injection permet de multiplier la durée d'injection globalement par trois et donc de sortir de la zone 21 pour se trouver dans la zone de robustesse 22. [0025] Une autre possibilité concerne le canister 19. Les vapeurs d'essence aspirées par le moteur participent à la combustion. Il faut donc soustraire cette quantité de vapeurs de la quantité de carburant à injecter par les injecteurs, ce qui diminue la quantité à injecter et donc ce qui réduit la durée d'injection. La stratégie consiste alors à fermer l'électrovanne 17 de façon à ne pas injecter ces vapeurs d'essence dans les cylindres, ce qui permet de ne pas réduire la durée d'injection. La purge canister est donc inhibée afin d'utiliser tout l'air admis pour l'injection, sans en utiliser une partie pour la purge canister. [0026] Mais les actions précédentes peuvent ne pas suffire (par exemple, le contrôleur préconisait déjà d'injecter le carburant en une seule fois) et l'on peut se trouver encore dans la zone non-répétable 21 de la figure 2. Il faut alors atteindre au minimum la durée tmin d'injection minimale pour atteindre la zone 22 : on peut donc augmenter la masse à injecter Minj afin d'augmenter la durée t d'injection. Le débit minimum qu'un injecteur peut fournir est connu; c'est une caractéristique fournie par le fabricant. A ce débit minimum de carburant correspond une quantité d'air déterminée pour être à la richesse souhaitée (si la richesse souhaitée est par exemple égale à 1, la proportion air/carburant correspond alors à la proportion stoechiométrique). On peut alors imposer une consigne de débit d'air minimum qui corresponde à la richesse souhaitée et au débit minimum de carburant injectable à la pression mesurée dans la rampe commune. [0027] Cependant, la structure couple 24 du moteur, illustrée sur la figure 6, est réglée en fonction de la quantité d'air admise 25 (c'est le couple "lent" car 30 il faut un certain temps avant que le moteur réagisse à la variation de consigne de la quantité d'air à admettre) et en fonction de l'allumage 26 (c'est le couple "rapide" d'avance à l'allumage). Si le couple lent 25 est modifié, il faut agir sur le couple rapide 26 (action de bouclage de la structure couple) de façon à assurer une cohérence entre les deux couples. Cette action est représentée symboliquement par la flèche 27 sur la figure 6. Par exemple, on peut dégrader l'avance à l'allumage pour ne pas produire de sur-couple dû à l'augmentation de quantité d'air admise. [0028] La figure 3 illustre des étapes d'un mode de réalisation du procédé de l'invention. On commence par choisir (30) une pression de consigne de carburant Pcons à partir de cartographies régime- charge, puis on détermine (31) si la pression de consigne est réalisable (est-ce que la différence entre la pression mesurée Pmes dans la rampe et la pression de consigne Pcons est égale ou supérieure à un seuil S de non-robustesse?) Si ce n'est pas le cas (NON), on applique ladite valeur de consigne (32) sans autre mesure. Si c'est le cas (OUI), on applique une ou plusieurs stratégie(s) de décharge (Stratégies de décharge) de la pression de la rampe commune (33). Par exemple, on peut: - arrêter de pomper du carburant dans le réservoir (de préférence, on commence par cette action qui consiste à arrêter la pompe) et/ou. - imposer une seule injection de carburant, illustré par le diagramme de la figure 4, et/ou - imposer une masse d'air minimale, illustré par le diagramme de la figure 5, et/ou - interdire la purge canister. [0029] On se pose alors la question (34) de savoir si la masse d'air admise Mair a été augmentée pour permettre de se trouver dans la zone de robustesse (22 de la figure 2). Si la réponse est OUI, on applique (35) alors le bouclage de la structure de couple illustrée sur la figure 6. En d'autres termes, on adapte l'avance à l'allumage à la nouvelle masse d'air. Si la réponse est NON, on applique directement ladite valeur de pression de consigne (32) sans autre mesure. [0030] Le diagramme de la figure 4 illustre l'étape du procédé selon laquelle l'injection de carburant est effectuée en une seule fois. Si la décharge en pression de la rampe commune est demandée (40, Décharge?) et si la réponse est NON, on ne change pas (42) le nombre d'injection(s). Si la réponse est OUI, on détecte si des ratés de combustion (Ratés? 41), par exemple cliquetis ou auto-allumage, se produisent. Si la réponse est OUI, on ne change pas (42) le nombre d'injection(s). Si la réponse est NON, on procède alors (43) à une seule injection. [0031] Le diagramme de la figure 5 illustre l'étape où l'on impose une masse d'air minimale. Si la décharge en pression de la rampe commune est demandée (50, Décharge?) et si la réponse est NON, aucune requête de modification de la masse d'air n'est demandée (51). Si la réponse est OUI, on regarde (52) si la vitesse du véhicule n'augmente pas (Vitesse?). Si la réponse est OUI, la masse d'air minimale est commandée (53). Si la réponse est NON, on ne modifie pas la masse d'air (51). [0032] Le procédé de la présente invention permet donc de diminuer la pression dans la rampe commune d'injection d'un moteur thermique qui ne comporte pas de fuite ou de retour de carburant entre la rampe et le réservoir de carburant. L'invention permet d'améliorer la combustion par l'injection maitrisée de la quantité de carburant souhaitée, la richesse du mélange air/carburant et l'émission de polluants étant bien contrôlées. La combustion étant bien maitrisée, le conducteur ne ressent aucun désagrément, tel que des à-coups. Le procédé peut être appliqué à tous les moteurs à injection directe et à allumage commandé, dont le carburant peut être de l'essence mais aussi un équivalent de l'essence tel que l'éthanol ou le GPL. L'invention permet de faire l'économie d'un système de décharge, tel qu'un clapet de décharge dont le coût peut représenter par exemple 15 Euros par véhicule. REVENDICATIONS1. Procédé de décharge de la pression dans une rampe commune (13) d'injection d'un moteur thermique à injection directe et à allumage commandé, un carburant étant contenu dans un réservoir (10) et pouvant être pompé à l'aide d'une pompe (12) afin d'être introduit dans ladite rampe qui est munie d'injecteurs (15), ledit moteur ne comprenant pas de moyens de retour du carburant de ladite rampe vers ledit réservoir et le fonctionnement du moteur étant piloté par un contrôleur (18) lequel fournit une pression de consigne du carburant dans ladite rampe, le procédé étant caractérisé en ce qu'on détermine (31) si ladite pression de consigne est réalisable en mesurant la pression dans ladite rampe et, si la différence entre ladite pression mesurée (Pmes) et ladite pression de consigne (Pcons) dépasse un seuil S prédéterminé, on déclare non réalisable la pression de consigne et, dans ce cas, on interdit le pompage de carburant dans ledit réservoir. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que, si la pression de consigne est non réalisable, on procède (33) à une seule injection de carburant par cylindre pour un cycle de fonctionnement du moteur. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que, si la pression de consigne est non réalisable et lorsque le moteur est équipé d'un canister, on arrête (33) l'envoi de carburant du canister vers les cylindres du moteur. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que, si la pression de consigne est non réalisable, on injecte (33) dans le cylindre considéré une quantité d'air qui correspond sensiblement à un mélange air/carburant dans une proportion correspondant à la richesse souhaitée, la quantité de carburant injectée étant choisie égale ou supérieure à la quantité minimale que l'injecteur est capable de fournir à la pression mesurée dans la rampe. 5. Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que ladite quantité d'air correspond à la proportion stoechiométrique du mélange air/carburant. 6. Procédé selon la revendication 4 ou 5 caractérisé en ce que l'on procède au bouclage (27) de la structure de couple. 7. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'on s'assure de la cohérence entre le couple lent (25) déterminé par la quantité d'air injectée et le couple rapide (26) déterminé par l'avance à l'allumage.