Brevet FR3025003A1 — publié le 20160226

PROCEDE DE DETERMINATION DE LA QUANTITE DE CARBURANT INJECTEE DANS UN CYLINDRE D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE La présente invention se rapporte au domaine des moteurs à combustion interne. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de détermination de la quantité de carburant injectée dans un cylindre d'un moteur à combustion interne. L'invention concerne encore une unité de contrôle électronique destinée à la mise en oeuvre du procédé de l'invention et d'un moteur à combustion interne équipé d'une telle unité de contrôle électronique. Les nouvelles motorisations doivent répondre à une problématique de plus en plus contraignante, notamment à des limites réglementaires d'émissions de polluants et des émissions de CO2 de plus en plus sévères. Ces contraintes nous poussent à optimiser le moteur thermique dans son fonctionnement, et ce, pour toutes ses phases de vie. Cette optimisation passe notamment par la détermination et le contrôle de la quantité de carburant injectée dans les cylindres du moteur. II est connu d'équiper les moteurs à combustion interne à injection directe et notamment les moteurs Diesel, de dispositifs d'injection à rampe commune, aussi appelés « common rail » selon la terminologie anglaise, afin d'améliorer les performances du moteur. Un tel dispositif est décrit par exemple dans le document EP0969195A2. Lors d'une injection, la pression de carburant dans la rampe commune diminue temporairement. De plus, immédiatement après la fermeture F de l'injecteur, comme illustré sur la figure 1, on observe aussi des ondes, Op, de pression de carburant dans la rampe commune dues en grande partie à la dynamique du fluide et à sa compressibilité non nulle, avant d'atteindre une pression de carburant stabilisée, Pc stab I dans la rampe commune. Or, cette chute de pression influence directement la quantité de carburant injectée dans le cylindre. Le document EP0969195A2 se propose de déterminer la chute de pression dans la rampe commune en calculant l'écart de pression entre la pression de carburant dans la rampe juste avant l'injection de carburant et la pression du carburant stabilisée après l'injection de carburant. Cependant, cette méthode permet d'utiliser une valeur précise de pression du carburant stabilisée dans la rampe commune mais impose d'attendre la stabilisation de la pression de carburant dans la rampe commune avant de procéder au calcul de la chute de pression. 3025003 2 Par conséquent, le problème à la base de l'invention est de pouvoir déterminer rapidement après la fin de l'injection et avec précision la quantité de carburant injectée, 5 Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l'invention un procédé de détermination de la quantité de carburant injectée par un injecteur dans un cylindre d'un moteur à combustion interne comprenant une branche d'alimentation en carburant dite haute pression destinée à alimenter l'injecteur à sa pression d'injection, dans lequel : -on détermine la pression du carburant dans la branche dite haute pression avant 10 l'ouverture de l'injecteur, - on détermine la pression de stabilisation du carburant dans la branche dite haute pression après la fermeture de l'injecteur, - on détermine une chute de pression entre la pression du carburant avant l'ouverture de l'injecteur et la pression de stabilisation, 15 - on détermine la quantité de carburant injectée à partir de la chute de pression déterminée, caractérisé en ce que l'on détermine la pression de stabilisation en fonction d'une moyenne de la pression du carburant dans la branche dite haute pression sur une période d'oscillation de pression du carburant faisant suite à la fermeture de l'injecteur. 20 L'effet technique est de permettre de calculer une valeur fiable et représentative de la pression de stabilisation, sans attendre la stabilisation de la pression du carburant dans la branche dite haute pression. 25 De préférence, la période d'oscillation de pression du carburant est délimitée par deux minimums de pression successifs. De préférence encore, on détermine la moyenne de la pression du carburant sur la période d'oscillation par les étapes consistant à : 30 - détecter et déterminer les deux minimums de la période d'oscillation de pression, - déterminer la moyenne des deux minimums de pression, - détecter et déterminer le maximum de pression de l'oscillation de pression, - déterminer la moyenne de la pression du carburant sur la période d'oscillation en calculant la moyenne entre le maximum de pression et la moyenne des deux minimums 35 de pression. 3025003 3 De préférence encore, le procédé prend en compte plusieurs oscillations successives faisant suite à la fermeture de l'injecteur et il comprend de plus les étapes consistant à : - calculer la pression moyenne du carburant sur chaque période d'oscillation, - déterminer la pression de stabilisation en calculant la moyenne des pressions moyennes 5 du carburant sur chaque période d'oscillation. De préférence encore, le nombre d'oscillations pris en compte est compris entre 1 et 4. Dans une variante, le procédé comprend la prise en compte d'une période d'oscillation de 10 pression du carburant faisant immédiatement suite à la fermeture de l'injecteur. Dans une autre variante, on détermine l'écart entre la quantité de carburant injectée et la consigne de quantité de carburant à injecter et on incrémente un compteur si l'écart entre la quantité de carburant injectée et la consigne de quantité de carburant à injecter 15 dépasse un seuil acceptable déterminé. De préférence, si la valeur du compteur dépasse un nombre maximum d'écart significatif, on corrige la consigne de quantité de carburant à injecter. 20 L'invention a aussi pour objet une unité de contrôle électronique comprenant une mémoire disposant des instructions logicielles requises pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des variantes précédemment décrites. L'invention a aussi pour objet un moteur à combustion interne comprenant une branche 25 d'alimentation en carburant dite haute pression destinée à alimenter un injecteur à sa pression d'injection, caractérisé en ce qu'il comprend une unité de contrôle électronique selon l'invention. 30 Brève description des dessins D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux figures dans lesquelles : 35 - La figure 1 est une représentation schématique d'une évolution de pression de carburant dans la rampe commune suite à une injection de carburant. 3025003 4 - La figure 2 est une représentation schématique d'un dispositif d'alimentation en carburant à rampe commune pour moteurs à combustion interne de véhicule automobile selon l'invention. - La figure 3 une représentation schématique d'une évolution de pression de carburant 5 dans la rampe commune suite à une injection de carburant. - La figure 4 est un tableau indiquant les valeurs de pression mesurées par le procédé de l'invention sur une séquence de quatre oscillations de pression successives. - la figure 5 est une table des valeurs du module d'élasticité isostatique du gazole. - La figure 6 représente sous forme d'algorithme le procédé de l'invention. 10 Description détaillée La figure 2 présente un dispositif d'alimentation en carburant à rampe commune pour moteurs à combustion interne de véhicule automobile, par exemple un moteur Diesel. 15 Le dispositif d'alimentation en carburant à rampe commune comprend un réservoir 1 de carburant, une pompe 2 dite basse pression qui aspire le carburant du réservoir 1 pour l'envoyer vers une pompe 3 dite haute pression. Un filtre 4 à carburant est disposé sur le circuit du carburant entre le réservoir 1 et la pompe 2 basse pression. La pompe 3 haute 20 pression 2 élève la pression du carburant jusqu'à un seuil de pression requis pour l'injection dans le moteur pour assurer son fonctionnement et alimente une rampe commune 5. La pompe 3 haute pression est par exemple une pompe entrainée par le moteur. 25 La rampe 5 commune communique avec des injecteurs 6 de carburant par l'intermédiaire d'un conduit 7 d'alimentation propre à chaque injecteur 6. Le carburant non injecté par les injecteurs 6 est retourné en amont de la pompe 3 haute pression par un circuit 10 de retour de carburant. 30 La partie du dispositif d'alimentation en carburant située en amont de la pompe 3 haute pression constitue la branche dite « basse pression » du dispositif d'alimentation en carburant tandis que la partie du dispositif d'alimentation en carburant en aval de la pompe 3 haute pression constitue la branche dite « haute pression » du dispositif d'alimentation en carburant. 35 Le dispositif d'alimentation comprend encore une unité 8 de contrôle électronique reliée à un capteur de pression 9 disposé sur la rampe 5 commune. Le dispositif d'alimentation 3025003 5 peut encore comprendre un capteur 9' de température du carburant ou un estimateur de température du carburant, non représenté. L'unité 8 de contrôle électronique reçoit des différents capteurs 9, 9' des informations de 5 pression et de température du carburant. L'unité 8 de contrôle électronique comprend encore une mémoire disposant des instructions logicielles requises pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention détaillé ci-après. En référence à la figure 3 nous détaillons maintenant le procédé de l'invention : 10 On remarque tout d'abord que la chute de la pression dans la rampe commune met un certain temps à se stabiliser, mais que dès la fermeture F de l'injecteur 6, on peut déterminer avec précision la pression de stabilisation, Pc stab, du carburant dans la rampe 5 commune. En effet, après la fermeture F, on observe que les ondes de pression 15 sont centrées sur la pression de stabilisation, Pc_stab. Ainsi dans une première étape on évalue la pression de stabilisation, Pc stab, à partir du calcul d'une pression moyenne de carburant dans la branche haute pression, dans notre mode de réalisation dans la rampe commune, sur une période N1 d'oscillation de 20 pression du carburant qui suit la fermeture de l'injecteur 6. La période N1 d'oscillation est ici délimitée par deux minimums de pression successifs, Pmin1, Pmin2. Cette période N1 d'oscillation correspond de préférence à la première oscillation de pression qui suit immédiatement la fermeture de l'injecteur 6, ce qui permet de déterminer une valeur de pression moyenne très rapidement. 25 Dans notre exemple, pour calculer la pression moyenne de carburant dans la branche haute pression sur cette période N1 d'oscillation : on détecte et on détermine les deux minimums successifs de pression, Pmin1, 30 Pmin2, on détecte et on détermine le maximum de pression, Pmax12, de l'oscillation N1, ce maximum étant compris entre les deux minimums successifs de pression, Pmin1, Pmin2, On détermine la moyenne, Pmoy minNi, des deux minimums de pression, Pmin1, 35 Pmin2. Cette moyenne des minimums de pression, Pmoy min12, est donnée par la relation : Pmoy minl2= (Pmin1+Pmin2) / 2. 3025003 6 On détermine ensuite la pression moyenne de carburant dans la branche haute pression, Pc moy12, sur la période N1 d'oscillation à partir de la moyenne, Pmoy min12, des deux minimums de pression, soit : 5 Pc moyN, = (Pmax12 + Pmin moy12) / 2. Cette pression moyenne Pc moyN, correspond à la pression de stabilisation, Pc stab, recherchée. 10 Pour améliorer la précision, on peut appliquer les étapes précédentes à plusieurs oscillations successives pour obtenir pour chaque oscillation Ni considérée une pression moyenne de carburant Pc moyN, et faire ensuite la moyenne de ces pressions moyennes Pc moyN, obtenues pour estimer la pression de stabilisation, Pc stab, recherchée, soit : n Pc_stab = -nIPc_moyNi i=t 15 Dans l'exemple illustré en figure 3, on prend ainsi les quatre premières oscillations successives, N1, N2, N3; N4 pour déterminer une pression de stabilisation, soit sur une durée de mesure de 8,5 ms après l'ouverture O de l'injecteur. 20 Dans cet exemple, le tableau présenté en figure 4 reprend les résultats obtenus pour les minimums de pression de chaque oscillation de pression, la moyenne des minimums de pression de chaque oscillation de pression, le maximum de pression de l'oscillation, la pression moyenne sur la période d'oscillation considérée à partir de la moyenne des minimums de pression et du maximum de pression de l'oscillation considérée. 25 On obtient, en prenant la moyenne sur les quatre oscillations, une pression de stabilisation calculée Pc_stab de 990,96 bar. Comparé à la pression de stabilisation réelle de 990,89 bar, l'erreur commise est donc inférieure à 0,01 % ce qui permet d'avoir une bonne précision sur la pression de stabilisation sans avoir à attendre la stabilisation de la 30 pression dans la rampe commune. On peut ensuite déterminer la quantité réellement injecté par l'injecteur à partir de la relation : 3025003 7 AV AP =E. Vtotal Avec : 4V : volume réellement injecté par l'injecteur, 4P : chute de pression dans la rampe 5 commune. La chute de pression correspond à la 5 différence entre la pression, Pr, du carburant dans la branche dite haute pression, dans notre mode de réalisation dans la rampe 5 commune avant l'ouverture de l'injecteur 6 et la pression de stabilisation, Pc stab après la fermeture de l'injecteur 6. Vtotal volume de carburant à haute pression, c'est-à-dire le volume de carburant compris à partir de la sortie de la pompe 3 haute pression jusqu'à l'aiguille de l'injecteur, non 10 représentée. Cette valeur pourra être disponible dans une mémoire de l'unité 8 de contrôle électronique sous la forme d'une constante. E : module d'élasticité isostatique du carburant (bulk modulus en anglais) représente la relation de proportionnalité entre la pression, la température et le taux de variation du volume du carburant. La figure 5 illustre une table des valeurs du module d'élasticité 15 isostatique du carburant, ici du gazole. Ces valeurs pourront être disponibles dans une mémoire de l'unité 8 de contrôle électronique sous forme d'une cartographie établissant, en fonction de la température et de la pression du carburant dans la rampe 5 commune, le module E d'élasticité isostatique du carburant. 20 Le volume réellement injecté par l'injecteur, 4V, s'écrit alors : AV = AP. Vtotal E On pourrait prendre en compte un nombre d'oscillation différentes, mais de préférence on choisira de prendre en compte un nombre d'oscillations compris entre 1 et 4 oscillations, 25 ce qui permet un bon compromis entre la précision et la rapidité d'obtention du résultat du calcul du volume réellement injecté par l'injecteur. La figure 6 présente maintenant sous forme d'algorithme un mode de réalisation du procédé de l'invention à appliquer afin de contrôler et corriger les quantités réellement 30 injectées sur un point de fonctionnement du moteur : A l'étape 601 on détecte l'ouverture O de l'injecteur et on détermine la pression, Pr, de carburant dans la rampe 5 commune. 3025003 8 A l'étape suivante 602, pour la première oscillation N1 (figure 3), faisant immédiatement suite à la fermeture F de l'injecteur : on détecte, et on détermine dans cette première oscillation N1 les deux minimums 5 successifs de pression, Pmin1, Pmin2, on détecte, et on détermine dans cette première oscillation N1 le maximum de pression, Pmax12, de l'oscillation, Ces valeurs sont mémorisées pour la suite du procédé, 10 A l'étape 603, on incrémente un compteur du nombre d'oscillation pris en compte. A l'étape 604, on compare la valeur de ce compteur à un nombre maximum d'oscillation à prendre en compte. Dans notre exemple, le nombre maximum d'oscillation à prendre en 15 compte est quatre. Si le compteur est inférieur au nombre maximum d'oscillation à prendre en compte, (flèche NON à partir du bloc 604), on revient à l'étape 602 pour traiter la seconde oscillation N2 de pression, et ainsi de suite jusqu'à ce que la valeur du compteur devienne 20 supérieure au nombre maximum d'oscillation à prendre en compte. Si le compteur est supérieur au nombre maximum d'oscillation à prendre en compte, (flèche OUI à partir du bloc 604), on passe à l'étape suivante 605 où l'on calcule la pression de stabilisation et la quantité de carburant réellement injectée de la manière 25 indiquée plus haut. A l'étape suivante 606, afin de comparer la quantité de carburant injectée déterminée à l'étape 605 avec la consigne de quantité de carburant à injecter pour ce point de fonctionnement du moteur, on calcule l'écart entre la quantité de carburant réellement 30 injectée déterminée à l'étape 605 et la consigne de quantité de carburant à injecter pour ce point de fonctionnement. Les valeurs des consignes de quantités de carburant à injecter pourront être disponibles dans une mémoire de l'unité 8 de contrôle électronique sous forme d'une cartographie établissant en fonction du point de fonctionnement moteur la consigne de quantités de carburant à injecter dans le cylindre du moteur. 35 A l'étape suivante 607 on compare la valeur de cet écart à un seuil acceptable déterminé, par exemple 10%. 3025003 9 Si l'écart est inférieur au seuil acceptable (Flèche NON à partir du bloc 607) on revient à l'étape 601 pour une nouvelle injection. En effet, dans ce cas on estime que l'écart entre la mesure et la cartographie de quantité à injecter suffisamment faible pour ne pas 5 n'appliquer pas de correction et on continue les mesures. Si l'écart est supérieur au seuil acceptable (Flèche OUI à partir du bloc 607), on passe à l'étape suivante 608, dans laquelle on incrémente un compteur du nombre d'écart significatif entre le calcul et la cartographie. 10 A l'étape suivante 609 on compare la valeur de ce compteur à un nombre maximum d'écart significatif entre le calcul et la cartographie. Dans notre exemple, ce nombre maximum d'écart significatif entre le calcul et la cartographie est fixé à vingt. 15 Si le compteur est inférieur au nombre maximum d'écart significatif entre le calcul et la cartographie, (flèche NON à partir du bloc 609), on revient à l'étape 601 pour une nouvelle injection. Dans le cas contraire on passe à l'étape suivante 610 dans laquelle on corrige dans la cartographie la consigne de quantité de carburant à injecter. 20 Ainsi, les étapes 608, 609, 610 permettent de limiter les erreurs (de mesure ou autre), on attend de mesurer, ici au moins 20 fois un écart significatif entre le calcul et la cartographie avant d'appliquer une correction dans la cartographie. L'invention permet d'avoir d'une manière rapide, avec une bonne précision, avant que 25 celle-ci soit stabilisée la pression de stabilisation de carburant dans la branche haute pression ce qui permet par voie de conséquence d'avoir une bonne précision sur la quantité injectée dans le cylindre. L'invention permet aussi une correction précise des valeurs de consigne de quantité de carburant à injecter ce qui fiabilise le fonctionnement du moteur dans la durée. 30 REVENDICATIONS1. Procédé de détermination de la quantité de carburant injectée par un injecteur (6) dans un cylindre d'un moteur à combustion interne comprenant une branche d'alimentation en carburant dite haute pression destinée à alimenter l'injecteur (6) à sa pression d'injection, dans lequel : - on détermine la pression (Pr) du carburant dans la branche dite haute pression avant l'ouverture de l'injecteur (6), - on détermine la pression de stabilisation (Pc_stab) du carburant dans la branche dite haute pression après la fermeture (F) de l'injecteur (6), - on détermine une chute de pression (4P) entre la pression (Pr) du carburant avant l'ouverture de l'injecteur (6) et la pression de stabilisation (Pc stab), - on détermine la quantité de carburant (4V) injectée à partir de la chute de pression (4P) déterminée, caractérisé en ce que l'on détermine la pression de stabilisation (Pc_stab) en fonction d'une moyenne (Pc moyNi) de la pression du carburant dans la branche dite haute pression sur une période (N1) d'oscillation de pression du carburant faisant suite à la fermeture (F) de l'injecteur (6). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la période (N1) d'oscillation de pression du carburant est délimitée par deux minimums de pression (Pmin1, Pmin2) successifs. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on détermine la moyenne (Pc moyNi) de la pression du carburant sur la période (N1) d'oscillation par les étapes consistant à : détecter et déterminer les deux minimums (Pmin1, Pmin2) de la période (N1) d'oscillation de pression, déterminer la moyenne (Pmoy_min12) des deux minimums de pression (Pmin1, Pmin2), détecter et déterminer le maximum de pression (Pmax12) de l'oscillation de pression, déterminer la moyenne (Pc moyNi) de la pression du carburant sur la période (N1) d'oscillation en calculant la moyenne entre le maximum de pression (Pmax12) et la moyenne (Pmoy_min12) des deux minimums de pression. 3025003 11 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il prend en compte plusieurs oscillations successives (N1, N2, N3, N4) faisant suite à la fermeture de l'injecteur (6) et qu'il comprend de plus les étapes consistant à : calculer la pression (Pc moyN,) moyenne du carburant sur chaque période (N1, 5 N2, N3, N4) d'oscillation, déterminer la pression de stabilisation (Pc stab) en calculant la moyenne des pressions moyennes (Pc moyN,) du carburant sur chaque période (N1, N2, N3, N4) d'oscillation. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le nombre d'oscillations 10 pris en compte est compris entre 1 et 4. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend la prise en compte d'une période (N1) d'oscillation de pression du carburant faisant immédiatement suite à la fermeture de l'injecteur (6). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en 15 ce qu'on détermine l'écart entre la quantité de carburant (4V) injectée et la consigne de quantité de carburant à injecter et on incrémente un compteur si l'écart entre la quantité de carburant (4V) injectée et la consigne de quantité de carburant à injecter dépasse un seuil acceptable déterminé. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que si la valeur du compteur 20 dépasse un nombre maximum d'écart significatif, on corrige la consigne de quantité de carburant à injecter. 9. Unité (8) de contrôle électronique comprenant une mémoire disposant des instructions logicielles requises pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 25 10. Moteur à combustion interne comprenant une branche d'alimentation en carburant dite haute pression destinée à alimenter un injecteur (6) à sa pression d'injection, caractérisé en ce qu'il comprend une unité (8) de contrôle électronique selon la revendication précédente.