Brevet FR3098551A1 — publié le 20210115

Description Titre de l'invention : procédé de diagnostic pour un système d'injection haute pression [0001] La présente invention concerne un procédé de diagnostic pour un système d'injection haute pression dans un moteur à combustion interne ainsi qu'un dispositif mettant en oeuvre un tel procédé. Domaine technique [0002] La présente divulgation relève notamment du domaine de l'industrie automobile. Ainsi par exemple, dans des moteurs à injection, il est connu d'avoir des injecteurs haute pression alimentés en carburant à partir d'une rampe d'injection commune à plusieurs (généralement tous) injecteurs. Du carburant est mis sous pression dans la rampe d'injection et est introduit sous pression par les injecteurs dans des chambres de combustion correspondantes. [0003] Le carburant arrive dans la rampe d'injection à partir d'un réservoir. Une pompe, dite pompe basse pression, fait sortir le carburant du réservoir et l'envoie à travers un filtre vers une pompe, dite pompe haute pression, qui alimente en sortie la rampe d'injection commune. En général, la température et la pression du carburant sont mesurées en sortie du réservoir (en aval de la pompe basse pression) et la pression à l'intérieur de la rampe commune est également mesurée à l'aide d'un capteur de pression. La pression dans la rampe d'injection est contrôlée en boucle fermée à partir de l'information donnée par le capteur de pression associé à la rampe d'injection. La délivrance de carburant se fait quant à elle par une pompe haute pression munie généralement d'une soupape (valve on-off) commandée électriquement afin de mesurer précisément la quantité de carburant délivrée. 100041 Le système est normalement prévu sans fuite. Toutefois, pour abaisser la pression dans la rampe d'injection, il est le plus souvent prévu de relier la rampe d'injection au réservoir par une soupape de décompression. 100051 L'ensemble du système d'injection est associé à une unité de commande moteur élec- tronique qui embarque un logiciel sophistiqué. Cette unité de commande est capable de détecter un fonctionnement anormal du système d'injection. 100061 La présente invention a pour but fournir un procédé qui permette de déterminer la cause d'un dysfonctionnement du système d'injection lorsqu'un tel dysfonctionnement est détecté. Résumé 100071 À cet effet, la présente invention propose un procédé de diagnostic d'un système d'injection associé à une unité de commande moteur électronique comportant : 2 [0008] - une rampe d'injection alimentant au moins un injecteur et munie d'un capteur de pression, [0009] - une pompe dite pompe haute pression permettant d'alimenter la rampe d'injection en carburant, et [0010] - éventuellement une soupape de décompression permettant de faire baisser la pression régnant dans la rampe d'injection. [0011] Selon la présente invention, ce procédé comporte les trois étapes suivantes dans un ordre indifférent après détection d'un défaut de fonctionnement du système d'injection [0012] - a) isolation de la rampe d'injection, c'est-à-dire sans aucune entrée ni sortie de carburant, et détermination d'une éventuelle variation de pression dans la rampe d'injection au moyen notamment de son capteur de pression, [0013] - b) sortie de carburant de la rampe d'injection mais sans alimenter la rampe d'injection en carburant et détermination d'une éventuelle variation de pression dans la rampe d'injection au moyen notamment de son capteur de pression, [0014] - c) entrée de carburant dans la rampe d'injection mais sans laisser sortir du carburant de la rampe d'injection et détermination d'une éventuelle variation de pression dans la rampe d'injection au moyen notamment de son capteur de pression, et [0015] - d) une quatrième étape de détermination d'un diagnostic en fonction des variations de pression constatées lors des trois étapes précédentes selon des schémas prédéterminés. [0016] Il est ainsi proposé un procédé intrusif qui vient agir sur des composants du système d'injection afin de réaliser un diagnostic en fonction de la réponse reçue suite à chaque action (intrusion) menée. Ceci permet d'avoir un diagnostic avec une grande fiabilité. [0017] Dans le procédé de diagnostic proposé, on prévoit par exemple que chacune des étapes est réalisée sur un temps moteur. De la sorte, il est possible d'obtenir une mesure significative sans toutefois avoir une répercussion sensible au niveau de la conduite du véhicule. [0018] Selon un procédé préféré, les étapes a), b) et c) sont réalisées dans cet ordre puisqu'il s'agit (l'un ordre correspondant au déroulement d'un cycle moteur. [0019] Dans ce procédé de diagnostic décrit ici, les trois étapes a), b) et c) sont avanta- geusement effectuées à la suite l'une de l'autre, de préférence dans cet ordre. On réalise alors un cycle de tests qui n'est pas perturbé par le fonctionnement du moteur. [0020] Dans le procédé proposé, on peut prévoir indépendamment ou en combinaison que : [0021] - une panne du capteur de pression de la rampe d'injection est diagnostiquée si aucune variation de pression n'est détectée au cours de chacune des étapes a), b) et c) ; [0022] - une fuite de carburant au niveau de la rampe d'injection est diagnostiquée si à la fois : 3 100231 1. une chute de pression est mesurée à l'étape a), [0024] 2. une chute de pression est mesurée à l'étape b), et [0025] 3. une hausse de pression est mesurée à l'étape c). [0026] - un raté d'injection est diagnostiqué si à la fois : [0027] 1. aucune variation de pression est mesurée à l'étape a), [0028] 2. aucune variation de pression est mesurée à l'étape h), et [0029] 3. une hausse de pression est mesurée à l'étape c). [0030] - un dysfonctionnement de la pompe haute pression est diagnostiqué si à la fois : [0031] 1. aucune variation de pression est mesurée à l'étape a), [0032] 2. une chute de pression est mesurée à l'étape b), et [0033] 3. aucune variation de pression est mesurée à l'étape c). [0034] La présente invention concerne aussi : [0035] - Un produit programme informatique comportant des instructions pour la mise en oeuvre du procédé de diagnostic tel que décrit ci-dessus lorsque cc programme est exécuté par un processeur, et [0036] - Un support d'enregistrement non transitoire lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme pour la mise en oeuvre du procédé de diagnostic tel que décrit ci-dessus lorsque cc programme est exécuté par un processeur. Brève description des dessins [0037] D'autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la des- cription détaillée ci-après, et à l'analyse des dessins annexés, sur lesquels : Fig. 1 100381 Ifig.11 montre schématiquement un exemple de système d'injection à rampe d'injection commune pour un moteur à combustion interne. Fig. 2 100391 I fie.21 est un exemple d'organigramme pour réaliser un diagnostic du système d'injection de la figure 1. Fig. 3 100401 Ifig.31 montre une courbe de pression correspondant à un système d'injection en ordre de marche. Fig. 4 [0041] [fig.41 montre une courbe de pression correspondant à un système d'injection présentant une fuite de carburant. Fig. 5 [0042] [fig.51 montre une courbe de pression correspondant à un système d'injection présentant un problème d'injection. Fig. 6 100431 Ifie.61 montre une courbe de pression correspondant à un système d'injection présentant un problème de pompe haute pression. Fig. 7 100441 Ifie.71 montre une courbe de pression correspondant à un système d'injection présentant un problème de capteur de pression. Fig. 8 [0045] [fie.81 montre un tableau récapitulatif pour un diagnostic des principaux défauts pouvant être diagnostiqués. Description des modes de réalisation [0046] Les figures et la description ci-après contiennent, pour l'essentiel, des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la présente divulgation mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. [0047] 11 est maintenant fait référence à la figure 1. Cette dernière représente un système d'injection destiné pour un moteur de type Diesel mais l'invention peut aussi s'appliquer à d'autres types de systèmes d'injection à rampe d'injection commune. [0048] On a représenté sur la figure 1 un réservoir 2 de carburant à l'intérieur duquel se trouve une pompe, dite pompe basse pression 4, pour permettre d'amener du carburant se trouvant dans le réservoir 2 vers une autre pompe, dite pompe haute pression 6. En sortie de réservoir 2, le carburant passe par un premier filtre 8. Avant d'arriver à la pompe haute pression 6, un capteur de température 10 et un capteur de pression 12 sont prévus respectivement pour mesure la température et la pression du carburant avant son entrée dans la pompe haute pression 6. Les signaux de mesure émis par ces capteurs sont transmis à une unité de commande moteur 14 (Engine Control Unit en anglais ou bien encore couramment ECU) électronique. 100491 La pompe haute pression comporte une chambre 60, un second filtre 62 pour le carburant placé en amont d'une valve d'entrée 64, un ensemble piston/cylindre 66 et une valve de sortie 68. Le carburant qui est passé par le premier filtre 8 entre dans la chambre 60 et le second filtre 62 avant de rejoindre l'ensemble piston/cylindre 66 par la valve d'entrée 64. Cet ensemble piston/cylindre 66 augmente la pression du carburant à la pression souhaitée avant de sortir de la pompe haute pression par la valve de sortie 68 pour rejoindre une rampe d'injection 16 (appelée « rail » en anglais). À l'entrée de la rampe d'injection 16, on remarque la présence d'un orifice calibré 18. Le carburant sous haute pression se trouvant dans la rampe d'injection 16 sert à alimenter plusieurs (quatre dans la forme de réalisation illustrée) injecteurs 20 pour l'injection de ce carburant dans une chambre de combustion (un injecteur 20 par chambre de combustion). Ainsi, cette rampe d'injection 16 est souvent appelée rampe d'injection commune (ou common rail en anglais) car elle fournit du carburant à tous les injecteurs (ou au moins à plusieurs d'entre eux). Un capteur haute pression 22 mesure en permanence la pression régnant dans la rampe d'injection 16. L'unité de commande moteur 14 gère la pompe basse pression 4, la pompe haute pression 6 et notamment de sa valve d'entrée 64 ainsi que les injecteurs 20. Pour assurer cette gestion, l'unité de commande moteur 14 comprend un processeur programmé à l'aide de logiciels perfectionnés et de signaux fournis par de multiples capteurs parmi lesquels le capteur de température 10, le capteur de pression 12 et le capteur haute pression 22. On remarque en outre que la rampe d'injection 16 comporte une soupape de décompression 24 (ou soupape de décharge) qui permet de faire diminuer la pression dans la rampe d'injection 16 et de faire retourner du carburant vers le réservoir 2. [0050] Un dysfonctionnement d'un composant de ce système d'injection peut conduire à des symptômes aigus comme par exemple une perte de puissance, un calage ou bien encore à des émissions polluantes au-delà des normes en vigueur. Un tel dysfonctionnement a en général des répercussions sur la pression au sein de la rampe d'injection 16 et le signal fournit par le capteur haute pression 22 est important pour réaliser un diagnostic à bord du véhicule. Toutefois, une détermination de la cause du dysfonctionnement est bien plus difficile que la simple constatation du dysfonctionnement. Le diagnostic en outre ne peut pas reposer uniquement sur le signal fourni par le capteur haute pression 22 car ce capteur peut être lui aussi défectueux. Il est ainsi proposé dans la suite de la description un procédé permettant de réaliser à bord du véhicule un diagnostic suite à la détection d'un dysfonctionnement. [0051] La figure 2 propose un organigramme pour établir un diagnostic lorsqu'un dysfonc- tionnement a été constaté. [0052] Sur cette figure 2, l'étape 100 correspond à la constatation d'un défaut au niveau du système d'injection décrit ci-dessus. [0053] Une fois cette constatation faite, il est proposé de faire trois tests distincts, en trois phases PH 1, PH 2 et PH 3. Ces trois phases peuvent être réalisées dans l'ordre qui va être décrit ci-après (forme de réalisation préférée) ou bien dans un ordre différent. Elles peuvent être réalisées l'une directement à la suite de l'autre (forme de réalisation préférée) mais elles peuvent aussi être réalisées en laissant passer du temps (ou quelques cycles moteur) entre deux phases. [0054] Au cours d'une première phase, PH 1, il est proposé d'isoler la rampe d'injection 16, c'est-à-dire de ne pas laisser entrer ni sortir de carburant de celle-ci. Pour ne pas laisser entrer de carburant, on coupe (ferme) la valve de sortie 68 de la pompe haute pression 6. Pour ne pas laisser sortir de carburant de la rampe d'injection 16, d'une part, aucune injection n'est commandée et tous les injecteurs 20 restent en position fermée et, d'autre part, la soupape de décompression 24 est en position fermée. 6 [0055] Ainsi, on s'attend à ce que la pression dans la rampe d'injection 16 ne varie pas durant cette phase. Si une variation est constatée, il ne devrait s'agir que d'une diminution de la pression. On peut alors supposer que cette diminution de pression (ou gradient de pression négatif) est dû à une fuite au niveau de la rampe d'injection 16. 11 peut s'agir aussi d'une autre cause. [0056] Au cours d'une deuxième phase, PH 2, il est proposé d'ouvrir un injecteur 20 sans laisser entrer de carburant dans la rampe d'injection 16. La valve de sortie 68 de la pompe haute pression 6 reste close de même que la soupape de décompression 24. Au cours de cette phase, on s'attend donc à avoir une chute de pression dans la rampe d'injection 16, c'est-à-dire d'observer au niveau du capteur haute pression 22 un gradient de pression négatif. [0057] Dans cette phase d'injection, on peut estimer auparavant la variation de pression à mesurer. En effet, la quantité de carburant à injecter, dV, est connue. Elle est déterminée, par exemple par l'unité de commande moteur 14 ou bien par un autre calculateur embarqué. Le retrait de ce volume de carburant dV hors de la rampe d'injection 16 provoque une baisse de pression dP au sein de la rampe d'injection 16. Cette variation de pression, dP, en première approximation, est donnée par la formule suivante : [0058] dP = (K / V) * dV [0059] dans laquelle : K est un module (connu sous le nom de bulk modulus) qui est notamment dépendant de la température et de la pression régnant dans la rampe d'injection 16. Cette température est connue et la pression est mesurée par le capteur haute pression 22. On connait habituellement les variations de K en fonction de cette température et de la pression et les valeurs de K sont généralement mémorisées dans l'unité de commande déterminant la quantité de carburant à injecter, V est le volume global de la rampe d'injection 16. [0060] Ainsi donc, si les injecteurs 20 et le capteur haute pression 22 fonctionnent nor- malement (et en l'absence de fuite au niveau de la rampe (l'injection 16), on peut prédire la variation de pression dans la rampe d'injection 16 au cours de la phase PH 2. [0061] Cette phase PH 2 peut être réalisée une fois avec ouverture d'un injecteur 20 ou bien aussi souvent qu'il y a d'injecteurs 20 (ou bien un autre nombre de fois). [0062] Au cours de la troisième phase, PH 3, il est proposé de faire entrer du carburant dans la rampe d'injection 16 sans en laisser sortir. Ainsi donc, on prévoit donc d'ouvrir la valve de sortie 68 de la pompe haute pression 6 et de maintenir fermée la soupape de décompression 24 ainsi que de fermer tous les injecteurs 20. [0063] Durant cette troisième phase, on s'attend à une augmentation de la pression dans la rampe d'injection 16. Le capteur haute pression 22 est donc sensé enregistrer un 7 gradient de pression positif dans la rampe d'injection 16. [0064] Comme déjà évoqué, les différentes phases ci-dessus peuvent être réalisées chacune une ou plusieurs fois. Elles peuvent être alternées, une fois une phase puis une autre et encore une autre, et on recommence. On peut aussi réaliser plusieurs fois d'affilée (en laissant du temps éventuellement entre deux phases de test) une même phase. Toute variante peut être envisagée ici. [0065] On peut aussi envisager une variante de la phase PH 2 dans laquelle on teste la rampe d'injection 16 en laissant sortir du carburant de celle-ci sans en laisser entrer. Dans cette variante, au lieu d'activer un injecteur 20 pour qu'il injecte du carburant dans une chambre de combustion associée, on pourrait ouvrir la soupape de décompression 24. Ici aussi, une chute de pression (gradient de pression négatif) est attendue mais il est plus difficile de quantifier cette chute de pression. [0066] Chaque test, ou phase, est par exemple réalisé durant un temps moteur. Ceci correspond pour un moteur quatre cylindres, quatre temps, à une rotation de 180' du vilebrequin du moteur, soit 180eCRK. Une telle durée permet de réaliser un test qui, dune part, est assez long pour permettre un enregistrement significatif de la variation de pression dans la rampe d'injection 16 et, d'autre part, ne pas être ressenti dans la conduite du véhicule. Étant donné qu'une injection est prévue, on peut réaliser raisonnablement trois phases PH 1, PH 2 et PH 3 l'une à la suite de l'autre sans avoir de ressenti au niveau de la conduite du véhicule. [0067] Une fois les divers tests réalisés, il convient de réaliser un diagnostic. [0068] À titre d'exemple illustratif, quelques variations de pression sont illustrées sur les figures. On a supposé ici à chaque fois que l'on réalisait à la suite l'une de l'autre une première phase PH 1, une deuxième phase PH 2 et une troisième phase PH 3. [0069] La figure 3 illustre la variation de la pression dans la rampe d'injection 16 lorsque tout est en ordre. On remarque ainsi qu'il n'y a pas de variation de pression durant la phase PH 1 (schématisé par 0), que la pression diminue (gradient négatif ou bien Grad 0) durant la troisième phase (PH 3). [0070] La figure 4 montre une courbe de pression d'un système d'injection qui n'est plus étanche. Ceci est visible notamment au cours de la phase PH 1 où l'on constate clairement une variation de pression avec un gradient de pression négatif (Grad 0 signifie que l'on détecte une variation de pression allant dans le sens d'une augmentation de la pression avec une variation (dérivée) supérieure au moins localement et/ou globalement durant le test à un seuil prédéterminé. [0077] Dans ce tableau : - PB1 correspond à une fuite au niveau de la rampe d'injection ; - PB2 correspond à un raté au niveau de l'injection ; - PB3 correspond à un dysfonctionnement de la pompe haute pression et - PB4 correspond à une défaillance du capteur haute pression (mesurant la pression dans la rampe d'injection). [0078] Le procédé de la figure 2 prévoit une étape finale 300 qui est l'action à mener en fonction du diagnostic réalisé à l'étape 200. On peut par exemple envisager un fonc- tionnement en mode dégradé en cas de défaillance de la pompe haute pression. Application industrielle 9 100791 La présente solution technique et ses variantes évoquées peuvent trouver à s'appliquer pour réaliser le diagnostic d'un dysfonctionnement qui a été constaté au niveau d'un système d'injection. [0080] La solution proposée ici a l'avantage d'être une solution logicielle qui permet de pointer la cause d'un dysfonctionnement, qui peut être aussi une panne du capteur de pression de la rampe d'injection. [0081] Le fait de réaliser un diagnostic pendant le fonctionnement du véhicule permet d'avoir immédiatement un diagnostic qui peut être enregistré. Certaines pannes en effet peuvent ne pas se reproduire lorsque le véhicule est contrôlé sur banc d'essais et/ou en service après-vente. [0082] Un autre avantage de la réalisation d'un diagnostic pendant le fonctionnement du véhicule est qu'il est possible de réagir immédiatement, sans attendre un passage au service après-vente. Ainsi par exemple, si une défaillance d'un capteur haute pression est diagnostiquée, c'est-à-dire que la pression dans la rampe d'injection n'est plus détectée, si aucune action n'est menée, la pompe haute pression se base sur une information erronée et risque fort de créer dans la rampe d'injection une surpression importante pouvant provoquer la rupture de composants dans le système haute pression. Dès lors que le diagnostic est réalisé, il est possible d'agir (logiciellement) pour éviter des détériorations ducs à une surpression dans la rampe d'injection. [0083] On remarque aussi que les actions menées pour réaliser les tests ne mettent pas le système d'injection en danger. Pendant les phases PH 1 et PH 2, la pression ne peut pas augmenter théoriquement dans la rampe d'injection. Il n'y a donc aucun risque de surpression. Au cours de la phase PH 3, une augmentation de pression est créée mais elle est limitée dans le temps et suit de préférence une phase au cours de laquelle la pression dans la rampe d'injection a diminué. Le risque de surpression au cours de cette troisième phase PH 3 est donc très limité. [0084] La présente divulgation ne se limite pas aux exemples de réalisation décrits et aux variantes évoquées ci-avant, seulement à titre d'exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l'homme de l'art dans le cadre de la protection recherchée. Liste des signes de référence [0085] 2 réservoir [0086] 4 pompe basse pression [0087] 6 pompe haute pression [0088] 60 chambre [0089] 62 second filtre [0090] 64 valve d'entrée [0091] 66 ensemble piston/cylindre [0092] 68 valve de sortie [0093] 8 premier filtre [0094] 10 capteur de température [0095] 12 capteur de pression [0096] 14 unité de commande moteur [0097] 16 rampe d'injection [0098] 18 orifice calibré [0099] 20 injecteur [0100] 22 capteur haute pression [0101] 24 soupape de décompression [0102] 100 étape [0103] 200 étape [0104] 300 étape finale 11 REVENDICATIONS[Revendication 1] Procédé de diagnostic d'un système d'injection associé à une unité de commande moteur (14) électronique comportant : - une rampe d'injection (16) alimentant au moins un injecteur (20) et munie d'un capteur de pression (22),et - une pompe dite pompe haute pression (6) permettant d'alimenter la rampe d'injection (16) en carburant, caractérisé en ce qu'il comporte les trois étapes suivantes dans un ordre indifférent après détection d'un défaut de fonctionnement du système d'injection : - a) isolation de la rampe d'injection (16), c'est-à-dire sans aucune entrée ni sortie de carburant, et détermination d'une éventuelle variation de pression dans la rampe d'injection (16) au moyen notamment de son capteur de pression (22), - b) sortie de carburant de la rampe d'injection (16) mais sans alimenter la rampe d'injection (16) en carburant et détermination d'une éventuelle variation de pression dans la rampe d'injection (16) au moyen notamment de son capteur de pression (22), - c) entrée de carburant dans la rampe d'injection (16) mais sans laisser sortir du carburant de la rampe d'injection (16) et détermination d'une éventuelle variation de pression dans la rampe d'injection (16) au moyen notamment de son capteur de pression (22), et - d) une quatrième étape de détermination d'un diagnostic en fonction des variations de pression constatées lors des trois étapes précédentes selon des schémas prédéterminés. [Revendication 2] Procédé de diagnostic selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des trois étapes est réalisée sur un temps moteur. [Revendication 3] Procédé de diagnostic selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les étapes a), b) et c) sont réalisées dans cet ordre. [Revendication 4] Procédé de diagnostic selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que en ce que les trois étapes a), b) et c) sont effectuées à la suite l'une de l'autre, de préférence dans cet. ordre. [Revendication 5] Procédé de diagnostic selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une panne du capteur de pression (22) de la rampe d'injection (16) est diagnostiquée si aucune variation de pression n'est détectée au cours de chacune des étapes a), b) et c). [Revendication 6] Procédé de diagnostic selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en 12 [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] ce qu'une fuite de carburant au niveau de la rampe d'injection (16) est diagnostiquée si à la fois : - une chute de pression est mesurée à l'étape a), - une chute de pression est mesurée à l'étape b), et - une hausse de pression est mesurée à l'étape c). Procédé de diagnostic selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'un raté d'injection est diagnostiqué si à la fois : - aucune variation de pression est mesurée à l'étape a), - aucune variation de pression est mesurée à l'étape b), et - une hausse de pression est mesurée à l'étape c). Procédé de diagnostic selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'un dysfonctionnement de la pompe haute pression (6) est diagnostiqué si à la fois : - aucune variation de pression est mesurée à l'étape a), - une chute de pression est mesurée à l'étape b), et - aucune variation de pression est mesurée à l'étape c). Produit programme informatique comportant des instructions pour la mise en oeuvre du procédé de diagnostic selon l'une des revendications 1 à 8 lorsque ce programme est exécuté par un processeur. Support d'enregistrement non transitoire lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme pour la mise en oeuvre du procédé de diagnostic selon l'une des revendications 1 à 8 lorsque ce programme est exécuté par un processeur.