Brevet FR2990473A1 — publié le 20131115

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé de gestion d'un système d'alimentation en carburant d'un moteur thermique comportant au moins une pompe électrique de transfert de carburant. L'invention se rapporte également à une installation de commande et/ou de régulation de la gestion d'un système d'alimentation en carburant d'un moteur thermique et un programme d'ordinateur pour exécuter un tel procédé. Etat de la technique On connaît des systèmes d'alimentation en carburant de moteurs thermiques ayant au moins une pompe de transfert de carburant à entraînement électrique. En particulier, il s'agit de la pompe amont du système d'alimentation en carburant qui transfère le carburant vers une pompe haute pression installée en aval. Une réalisation connue du système de carburant, fait passer la quantité excédentaire débitée par la pompe électrique de carburant à travers une vanne de débordement ou soupape de débordement pour renvoyer le carburant dans le réservoir. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour objet un procédé de gestion d'un système d'alimentation en carburant d'une moteur thermique comportant au moins une pompe électrique de transfert de carburant, cadencée périodiquement par un relai à la manière d'une modulation de largeur d'impulsion appliquée à la tension de fonctionnement. L'invention a l'avantage de commander ou de réguler le débit de transfert de la pompe électrique de carburant équipant un système d'alimentation en carburant du moteur thermique en cadençant un relai. En particulier, en cas de défaut, si le système d'alimentation en carburant fournit des quantités de carburant trop importantes à cause d'une installation de dosage défectueuse ou d'une vanne de dé- bordement grippée, on diminue d'une manière contrôlée le débit de transfert de la pompe de transfert de carburant à entraînement électrique. Cela permet d'augmenter globalement la disponibilité du moteur thermique sans nécessité de composants supplémentaires tels que par exemple un étage final garni de semi-conducteur ce qui permet une économie. L'invention a également pour objet un procédé de gestion du système de carburant d'un moteur thermique, ayant au moins une pompe électrique de transfert de carburant. Dans la présente descrip- tion l'expression « pompe électrique de transfert de carburant » est la combinaison d'un moteur à courant continu et d'une pompe mécanique couplée au moteur. La pompe électrique de transfert de carburant est commandée en cadence, périodiquement par un relai pour commuter à la manière d'une modulation de largeur d'impulsion sa liaison à la borne de tension ou au potentiel de masse. La tension de fonctionnement est par exemple celle fournie par la batterie du véhicule. Le relai peut être un relai « standard » relativement simple et économique, qui existe déjà de manière générale et peut servir pour relier une borne élec- trique de la pompe de transfert de carburant en permanence à la ten- sion de fonctionnement ou au potentiel de la masse pendant que le moteur thermique fonctionne. L'invention applique entre autre le fait que la pompe de transfert de carburant a une inertie mécanique et les autres éléments du système d'alimentation en carburant ont une inertie de type hydrau- lique. Ainsi, le débit résultant peut être relativement constant si le cadencement du relai assuré par ce mode de construction se fait à une fréquence relativement basse et si le courant est lissé du seul fait de la fréquence relativement faible et de ce que le courant ne peut pas être lissé par la seule inductance de la pompe de transfert de carburant. Pour l'essentiel, on a un système d'alimentation en carburant selon l'invention tel que la pompe de transfert de carburant est commandée par une tension « analogue » équivalente. En particulier, le rapport de travail de la modulation par largeur d'impulsion est commandé et/ou régulé en fonction de la quan- tité de carburant à débiter. Cela permet de modifier de manière contrôlée de façon simple le débit de la pompe de transfert de carburant et cela dans une plage de vitesse de rotation relativement étendue. Cela se fait par exemple en utilisant un programme d'ordinateur et en général des composants supplémentaires ne sont pas nécessaires. Suivant une autre caractéristique, la fréquence de la modulation par largeur d'impulsion varie entre 1 HZ et 100 HZ et elle est de préférence de l'ordre de 10 HZ. Une fréquence de l'ordre de 10 HZ constitue un compromis particulièrement approprié pour commuter une pompe de transfert de carburant à moteur électrique en utilisant un relai standard, usuel. D'une part cette fréquence de commutation est suffisamment faible pour que le relai puisse commuter sans difficulté et d'autre part cette fréquence de commutation est suffisamment élevée pour réduire au minimum les brèves variations de débit. L'invention est particulièrement utile si la commande et/ou la régulation du rapport de travail est faite en fonction d'une pression moyenne de carburant dans un accumulateur haute pression (rampe), car la pression du carburant est la moyenne sur au moins une période, de la modulation par largeur d'impulsion. Cela permet d'appliquer le procédé selon l'invention pour réguler la quantité de car- burant ou réaliser une pompe haute pression à partir d'une pompe électrique de transfert de carburant installée en amont et cela en fonction de la pression du carburant. La moyenne de la pression du carburant sur au moins une période de la modulation par largeur d'impulsion permet une régulation particulièrement stable et précise. Pour cela, il n'est pas indispensable d'avoir une installation de dosage, par exemple une vanne de commande de débit ou une bobine réglable en amont de la pompe haute pression. Selon un développement du procédé, la pompe électrique de transfert de carburant est une pompe amont dans le système d'alimentation en carburant. Le débit de la pompe amont, comparée à celui de la pompe haute pression est faible. De façon correspondante, la puissance électrique de la pompe de transfert de carburant est relativement réduite de sorte qu'elle peut fonctionner de manière cadencée particulièrement bien à l'aide du relai. De façon générale, un relai est un composant économique et usuel pour commuter une pompe électrique de transfert de carburant. Selon un autre développement de l'invention, dans un premier état de fonctionnement, on relie en permanence la pompe élec- trique de transfert de carburant par le relai à la tension de fonctionne- ment et dans un second état de fonctionnement, on relie la pompe électrique de transfert de carburant par le relai de façon cadencée, périodiquement, à la manière d'une modulation par largeur d'impulsion, à la tension de fonctionnement. Le premier état de fonctionnement est de préférence l'état normal, c'est-à-dire, le fonctionnement supposé non- défectueux du système d'alimentation en carburant. Le relai n'est pas alors commandé de manière cadencée de sorte que la pompe électrique de transfert de carburant débite en permanence. La fiabilité mécanique et électrique du relai est de ce fait, importante. Le réglage de la quantité effectivement débitée de carburant se fait dans cet état de fonctionne- ment par d'autres moyens. Le second état de fonctionnement est en revanche un état de fonctionnement de secours du système d'alimentation en carburant dans lequel un dispositif (installation de dosage, vanne de commande de débit, vanne de débordement) du système d'alimentation en carbu- rant qui, dans le premier état de fonctionnement, commande la quantité de carburant à transférer, ne peut plus, pratiquement ou totalement, commander la quantité de carburant à débiter. Néanmoins grâce à l'invention, le système d'alimentation en carburant, c'est-à-dire, le mo- teur thermique, peut continuer à fonctionner. En même temps, un si- gnal d'avertissement est transmis au gestionnaire du moteur thermique ou au conducteur. Par exemple pour permettre le retour du véhicule ou lui permettre d'atteindre un garage et de façon générale, il n'est pas nécessaire de couper rapidement le moteur thermique, ce qui permet de continuer la route. On peut également envisager de faire fonctionner le procédé dans le premier état. Cela se traduit par des avantages économiques relativement importants car on peut alors supprimer l'installation de dosage ou la vanne de commande de débit en les rem- plaçant par la régulation de la pompe de transfert selon l'invention. Dans ce cas, le relai doit avoir une fiabilité mécanique et électrique appropriée. Le procédé peut s'appliquer d'une manière particulière- ment simple et économique par une installation de commande et/ou de régulation du moteur thermique en utilisant de préférence un pro- gramme d'ordinateur. Les composants supplémentaires sont alors, de manière générale, inutiles ce qui se traduit par une économie. Dessins La présente invention sera décrite, ci-après, de manière plus détaillée à l'aide de mode de réalisation d'un procédé de gestion d'un système d'alimentation en carburant d'un moteur thermique et d'une installation de commande et/ou de régulation pour sa mise en oeuvre représentée dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est le schéma d'un système d'alimentation en carburant d'un moteur thermique, - la figure 2 montre un chronogramme de gestion d'une pompe de transfert de carburant, - la figure 3 montre un second chronogramme de gestion d'une pompe de transfert de carburant, - la figure 4 montre l'ordinogramme d'un procédé de gestion du sys- tème de carburant de la figure 1. Description de modes de réalisation La figure 1 montre un schéma d 'un système d'alimentation en carburant 10 d'un moteur thermique non représenté. Le carburant est prélevé dans un réservoir de carburant 12 par une ligne d'aspiration 14 à l'aide d'une pompe de transfert de carburant 16 (pompe amont) entraînée par un moteur électrique à courant continu. Le carburant passe par une ligne basse pression 18 et alimente par l'intermédiaire d'une vanne de commande de débit 22 (installation de dosage) actionnée par une installation d'actionnement électromagné- tique 20, une pompe haute pression (appelée ci-après pompe à piston 24). En aval, la pompe à piston 24 est reliée à un accumulateur haute pression 28 (rampe commune) par une conduite haute pression 26. L'accumulateur haute pression 28 est équipé d'un capteur de pression 29 qui détermine la pression du carburant dans l'accumulateur haute pression 28. Les autres éléments tels que par exemple les vannes de la pompe à piston 24 ne sont pas représentées à la figure 1. L'installation d'actionnement électromagnétique 20 est commandée par une installation de commande et/ou de régulation 30 ayant une mémoire de données 32 ainsi qu'un programme d'ordinateur 34. Des lignes électriques 36, 38, 39 relient l'installation de commande et/ou de régulation 30 à la vanne de commande de débit 22 ou à un relai 40 ou au capteur de pression 29. Le relai 40 comporte une bobine électromagnétique 42 qui peut actionner un induit non représenté d'un contact de commuta- tion 44. La bobine électromagnétique 42 est reliée par une borne à la masse 46 et par l'autre borne à la ligne électrique 38. Le contact de commutation 44 est relié par une borne à la tension de fonctionnement 48 et par l'autre borne, à une première borne 50 de la pompe de trans- fert de carburant 16. La seconde borne 52 de la pompe de transfert de carburant 16 est reliée à la masse 46. Entre la ligne électrique 38 et la masse 46, on a la tension de commande 54 du relai 40 et entre les bornes 50 et 52, on a la tension d'alimentation 56 de la pompe de transfert de carburant 16. Dans un autre mode de réalisation de fonction équiva- lente, non représentée du système d'alimentation en carburant 10, la borne 50 est reliée en permanence à la tension de fonctionnement 48 et le contact de commutation 44 du relai 40 est branché dans la ligne électrique entre la borne 52 et la masse 46. Dans une variante de réalisa- tion non représentée de la vanne de commande de débit 22, cette vanne est réalisée comme un module avec la pompe à piston 24. La vanne de commande de débit 22 peut être une vanne d'entrée de la pompe à piston 24 qui s'ouvre de manière forcée. Lorsque le système d'alimentation en carburant 10 fonc- tionne, la pompe de transfert de carburant 16 à entraînement électrique prélève du carburant 12 pour alimenter la conduite basse pression 18. La vanne de commande de débit 22 règle la quantité de carburant alimentant la chambre de travail 25 de la pompe à piston 24. La vanne de commande de débit 22 peut être fermée et ouverte en fonction de la de- mande respective de carburant. Le carburant est par exemple de l'essence ou du gazole. La pression du carburant dans l'accumulateur haute pression 28 est déterminée par le capteur de pression 29 pour être transmise sous la forme d'un signal à la pression du carburant par la ligne 39 à l'installation de commande et/ou de régulation 30. L'installation de commande et/ou de régulation 30 est ici programmée pour former un circuit de régulation et réguler la pression du carburant sur une valeur de consigne. Pour cela, dans un premier état de fonctionnement (mode de fonctionnement normal) elle est commandée en fonction de l'installation d'actionnement électromagnétique 20. Dans un second état de fonctionnement (cas de défaillance ou défaillance de l'installation d'actionnement 20 par la rupture de la ligne électrique 36) le relai 40 est commandé périodiquement de manière cadencée à la manière du modulation de largeur d'impulsion 59 (voir figure 2) en étant relié à la tension de fonctionnement 48. La pression de carburant de l'accumulateur haute pression 28 correspond ainsi à une moyenne sur une période 61 (voir figure 2) de la modulation de largeur d'impulsion 59. Le circuit de régulation comporte un régulateur PID (régulateur proportionnel, intégral, différentiel) à composants électroniques et/ou un programme d'ordinateur 34. La fréquence de la modulation de largeur d'impulsion 59 est ici de l'ordre de 10 HZ. Ainsi, le contact de commutation 44 est fermé et ouvert périodiquement, en permanence à cette fréquence. Il en résulte une tension moyenne ou une intensité moyenne sur la première borne 50 qui est inférieure selon le rapport de travail 60 (figure 2) de la modulation de largeur d'impulsion 59 à la tension de fonctionnement 48 ou au courant de fonctionnement maximum de la pompe de transfert de carburant 16. La figure 2 montre un premier chronogramme de fonc- tionnement de la pompe de transfert de carburant 16. La courbe supé- rieure du dessin représente la quantité de carburant 58 débitée en fonction du temps (t). Les deux courbes inférieures du dessin représentent une modulation de largeur d'impulsion 59 pour commander la pompe de transfert de carburant 16. La courbe représentée en trait fort 8 correspond à la tension de pompe 56 et la courbe en trait fin 8 repré- sente la tension de commande 54 correspondante du relai 40. La modulation de largeur d'impulsion 59 donne, comme indiqué ci-dessus, un rapport de travail 60 et correspond à une période 61. La tension de commande 54 et la tension de pompe 56 sont représentées en fonction du temps (t) avec une quantification rela- tivement grossière et avec l'amplitude respective. En fait, il s'agit de tension « analogue ». La tension de pompe 56 présente à chaque impulsion une montée raide jusqu'à une valeur maximale respective qui correspond sensiblement à la tension de fonctionnement 48. A la fin de l'impulsion respective, la tension de pompe 56 chute sensiblement sui- vant une fonction exponentielle et reste pratiquement à zéro jusqu'au début de l'impulsion suivante. Du fait de la fréquence relativement basse de la modulation de largeur d'impulsion 59, le cadencement de la tension 56 de la pompe apparaît nettement. On reconnaît que malgré la fréquence relativement faible de la modulation de largeur d'impulsion 59 qui est de 10 HZ, la quantité de carburant 58 est essentiellement constante en fonction du temps (t). Cela est notamment possible du fait de l'inertie mécanique de la pompe de transfert de carburant 16 et de l'inertie hydraulique du sys- tème d'alimentation en carburant 10. La courbe associée à la quantité de carburant débitée 58 est lissée comme cela apparaît. La quantité de carburant débitée 58 correspond sensiblement à 20 % de la quantité de transfert, maximum possible. La figure 3 montre un second chronogramme du fonc- tionnement de la pompe de transfert de carburant 16. La courbe infé- rieure représentée dans ce diagramme correspond au rapport de travail 60 de la tension de pompe 56. Le rapport de travail 60 a été réduit ici en fonction du temps, de manière continue pour des essais, et en permanence la tension de pompe 56 est moyenne plus petite. La courbe supérieure du dessin de la figure 3 montre le débit de carburant 58 associé au rapport de travail 60. On reconnaît que la quantité de carburant transférée 58 diminue de façon continue avec la diminution du rapport de travail 60 car il y a une relation biunivoque entre les deux courbes. La longueur de l'intervalle de temps re- présentée à la figure 3 est environ égale à cent fois la longueur de l'intervalle de temps représenté à la figure 2. Ainsi les courtes variations de la quantité de carburant débitée 58 qui apparaissent à la figure 3 sont comparables aux variations des quantités débitées de carburant 58 de la figure 2. La figure 4 montre un ordinogramme simplifié d'un procédé de gestion du système de carburant 10. Le bloc de départ 62 commence la procédure de la figure 4 exécutée par exemple par le programme d'ordinateur 34. Le bloc 64 suivant, branche le relai 40 en permanence à la tension de fonctionnement 48 dans la mesure où le moteur thermique non représenté dans les figures, fonctionne. Le bloc d'interrogation 66 vérifie si la régulation exécutée par la vanne de commande de débit 22 pour la pression de carburant dans l'accumulateur haute pression 28 est exploitée sans défaut. Dans l'affirmative, on con- clut que le système de carburant 10 fonctionne normalement et on revient au début du bloc 64. Dans la négative, on considère que le fonctionnement du système d'alimentation en carburant 10 est perturbé. Dans cet état de fonctionnement, la vanne de commande de débit 22 ne peut plus com- mander, pour l'essentiel, le débit de carburant. Par exemple, la vanne de commande de débit 22 est défectueuse ou l'installation d'actionnement électromagnétique 20 est coupée du courant (défaut de contact ou fuite de connecteur), si bien que la vanne de commande de débit 22 est ainsi totalement ouverte en permanence ou d'une manière relativement large. On passe alors au mode de secours du système d'alimentation en carburant 10 selon lequel on commande le fonctionnement cadencé du relai 40 pour avoir une alternative de régulation de la pression de carburant dans l'accumulateur haute pression 28. Pour cela, dans le bloc 68 suivant, le capteur de pression 29 détermine la pression du carburant régnant actuellement dans l'accumulateur haute pression 28 et on compare cette pression à une valeur de consigne. Dans le bloc 70 suivant, si la pression du carburant est inférieure à la valeur de consigne, on augmente le rapport de travail 60 d'une valeur de différence. Si la pression actuelle du carburant est supérieure à la valeur de consigne, on diminue en revanche le rapport de travail 60 d'une valeur de différence. La régulation obtenue de la quantité de carburant débitée 58 se fait principalement à l'aide d'un régulateur PID. Suivant que la régulation est effectuée de manière numé- rique ou analogique, la valeur de la différence évoquée ci-dessus, est finie ou est infiniment petite. Dans le bloc 72 suivant, on fait une unique entrée dans une mémoire de défaut de l'installation de commande et/ou de régula- tion 30 et en complément, on émet une indication d'avertissement par exemple au niveau du tableau de bord du véhicule. Puis le procédé revient à l'entrée du bloc d'interrogation 66. Le procédé permet ainsi, contrairement à la procédure décrite ci-dessus, de réguler la pompe de transfert de carburant 16 par le cadencement du relai 40 ou par les blocs 68, 70, 72 même en fonc- tionnement normal du système d'alimentation en carburant 10. Pour cela, la vanne de commande de débit 22 n'est pas nécessaire.15 10 15 20 25 30 10 12 14 16 18 20 22 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 22 24 25 26 28 29 30 32 34 36, 38, 40 42 44 46 48 50 52 54 56 59 60 61 62-72 39 Système d'alimentation en carburant Réservoir de carburant Conduite d'aspiration Pompe de transfert de carburant Conduite basse pression Installation d'actionnement électromagnétique Soupape de commande de débit/Installation de dosage Vanne de commande de débit Pompe à piston Chambre de la pompe à piston Conduite haute pression Accumulateur haute pression Capteur de pression Installation de commande et/ou de régulation Mémoire de données Programme d'ordinateur Lignes électriques Relai Bobine électromagnétique Contact de commutation Masse/Potentiel de masse Tension de fonctionnement Première borne Seconde borne Tension de commande Tension de pompe Modulation de largeur d'impulsion Rapport de travail Période Etape de l'ordinogramme d'exécution du procédé 35