EP2042222A1 - Device and method for detecting the clogging of a fuel filter of an internal combustion engine fuel supply system - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a device and a method for detecting the fouling of a fuel filter of a fuel supply system of an internal combustion engine, particularly a motor vehicle. More specifically, the invention relates to high pressure direct or indirect injection systems, for example of diesel type.
- the actuators also called control valves, are controlled so that the measured pressure tends to the desired pressure.
- the fuel supply systems are designed to achieve increasingly higher injection pressures, for example greater than 1600 bar. Such fuel supply systems require the use of a high purity fuel. Also, it is known to filter the fuel by arranging a fuel filter on the low pressure circuit, between the fuel tank and the pumping assembly.
- Clogging of the fuel filter can disrupt the proper functioning of the engine fuel supply system, in particular by causing a pressure drop at the inlet of the pump assembly. Clogging the fuel filter can even interrupt the fuel supply to the engine and cause it to stall.
- the French patent application FR 2 787 143 discloses a method and a system for detecting the fouling of a fuel filter arranged, in a fuel supply circuit of an internal combustion engine, between, on the one hand, a a fuel pressure regulator, downstream of the filter, and of the bypass type, delivering fuel at a pressure imposed upstream and to the internal combustion engine, and on the other hand, a fuel delivery pump from a reservoir, the pump being driven by an electric motor and disposed upstream of the filter for supplying the regulator through the filter.
- This document discloses a pressure regulation from the difference between the inlet and outlet pressures of the fuel filter. This pressure difference can be measured by sensors, or estimated.
- the document presents a method which makes it possible, on the one hand, to estimate the pressure at the input of the filter, or at the pump output, from less than the instantaneous rotation speed of the pump and the average supply current of the electric drive motor of the pump, and secondly, to assimilate the fuel pressure at the outlet of the filter as the pressure imposed by the pressure regulator.
- Such a system necessarily requires an electric motor driving the pump, and a means for estimating the supply current of said electric motor, which is expensive.
- the estimation of the pressure at the outlet of the pump from the instantaneous rotation speed of the pump and the average power supply current of the electric drive motor of the pump is done in an open loop through an operating model of the pump, which generates a lack of precision in particular because of manufacturing dispersions and drifts over time of the pump assembly and the electric motor.
- the thermal state of the pump must necessarily be taken into account in the operating model of the pump to obtain an improved estimation in open loop of the pressure at the outlet of the pump.
- such an estimate is expensive because it requires either the use of a sensor to measure the temperature of the pump, or the use of a thermal model of the pump, knowing that a thermal model pump is not necessarily easy to calibrate and may also be imprecise.
- the determination of the inlet pressure of the filter is in open loop.
- the estimate of the pressure at the filter outlet is based on the characteristic curves (including flow-pressure) known to the regulator and stored in the electronic control unit of the engine. Also, this can generate a lack of precision on the actual estimate of the pressure at the outlet of the filter, since the manufacturing dispersions and / or the drifts of the regulator are not corrected.
- a pressure regulation based on a pressure regulator operating as a bypass downstream of the pump generally has a lower energy efficiency than a pressure regulation based on a fuel flow regulator placed upstream of the high-pressure pump. pressure. Indeed, with a bypass operation where the excess fuel is returned to the tank by the pressure regulator, more fuel is compressed than necessary.
- the present invention aims to provide a solution to these problems.
- An object of the invention is therefore to propose a device for detecting the fouling of a fuel filter of a fuel supply system of an internal combustion engine making it possible, at reduced cost, to determine, with improved accuracy, fouling or clogging of the fuel filter necessitating the change of the fuel filter.
- a first aspect of the invention relates to a device for detecting the fouling of a fuel filter of a fuel supply system of an internal combustion engine, especially a motor vehicle.
- the fuel supply system comprises a pumping assembly, comprising a first low pressure pump and a second high pressure pump arranged in series, and being arranged between a fuel injection ramp provided with a pressure sensor and a fuel tank.
- the fuel supply system further comprises a first controlled fuel flow control valve supplying the high pressure pump, means for determining a set pressure in the injection manifold, and means for regulating said first controlled valve.
- the regulating means of said first controlled valve comprise Proportional Integral and Derivative components and a feedback loop for controlling the pressure measured by the sensor on said setpoint pressure.
- the fuel filter is disposed between the fuel tank and the pumping assembly.
- the device comprises means for determining the fouling of the fuel filter from said integral component of said regulating means.
- said determination means are adapted to evaluate the integral component of the regulation means for stabilized operating phases.
- said determining means are adapted to carry out said evaluation cyclically, a cycle corresponding, for example, to the consumption of a threshold fuel quantity or the threshold distance of the vehicle. .
- the determination means are adapted to detect a clogging of the fuel filter when a set of average values of said integral component, depending on the speed of rotation and the flow rate delivered by the first pump, to the cycle of current observation k, are greater than respective maximum thresholds dependent on the speed of rotation and the flow rate delivered by the first pump, the current observation cycle k being greater than or equal to a number of reference cycles n_ref increased by at least two.
- the determining means are adapted to use arithmetic or sliding averages.
- the determining means are adapted to detect fouling of the fuel filter when, in addition, the differences between said average values of said integral component, at the current observation cycle k, and corresponding values, for the reference cycle n_ref, depending on the speed of rotation and the flow rate delivered by the first pump, are greater than the corresponding differences for the previous cycle k-1 or the ante-penultimate cycle k-2.
- the determination means are adapted to detect clogging of the fuel filter when, moreover, differences between first differences between mean values of said integral component for a maximum flow delivered by the first pump, to the current cycle k, and the corresponding values, to the reference cycle n_ref, and second differences between mean values of said integral component for a minimum flow rate delivered by the first pump, to the current cycle k, and the corresponding values, to the reference cycle n_ref, are greater than the corresponding differences for the previous cycle k-1 or the antepenultimate cycle k-2.
- the device further comprises alerting means for alerting the driver of the detection of fouling of the fuel filter by the determination means.
- warning means include, for example, a visual element such as a light, or an audible alarm.
- the determining means is adapted to detect a stabilized operating phase when, during a time interval greater than a threshold time interval, the fuel temperature is between a minimum temperature and a maximum temperature, the variation of the pressure measured in the injection manifold is less than a pressure threshold, the variation of the rotation speed of the engine is less than a rotation speed threshold, and the variation of the fuel flow delivered by the first pump is below a flow threshold.
- FIG. 1 On the figure 1 is schematically shown a reference internal combustion diesel engine 1, supplied with fuel by a fuel supply system.
- the invention can also be applied to other types of direct or indirect injection engines high pressure fuel.
- the engine 1 comprises four cylinders, and the fuel supply system comprises four reference injectors 2, each connected by a high pressure conduit 3 to the common injection rail 4, also called “injection rail "and which constitutes a high-pressure accumulator for the fuel to be injected.
- the fuel supply system comprises a low pressure booster pump 5a which draws fuel into the tank 6 of the vehicle via a low pressure circuit 7.
- the pump 5a associated with a mechanical pressure regulator , not shown on the figure 1 , its function is to stabilize the pressure at the inlet of a pump 5b at high pressure.
- the two pumps 5a and 5b constitute what will be called in the rest of the description the pumping assembly 5a, 5b.
- the low-pressure booster pump 5a can be mechanically driven by being integrated with the high-pressure pump 5b, itself driven mechanically by the motor 1.
- the booster pump 5a may be independent of the high pressure pump 5b and, for example, driven by an electric motor.
- a flow actuator, or flow control valve 9 is arranged between the low pressure pump 5a and the high pressure pump 5b to adjust the amount of fuel supplied to the high pressure pump 5b, then the injection manifold 4
- the feed system also comprises, between the outlet of the pump 5b and the injection manifold 4, on the duct 10, an optional pressure actuator, or optional controlled valve 11 for regulating the pressure of the pressure. fuel accumulated in the fuel rail 4.
- the system includes a return circuit 12 for the delivery of fuel from the pump assembly 5a, 5b, injector ducts 3, and the discharge of the high pressure portion.
- the return circuit 12 is mounted in communication with the two valves 9 and 11 and with a single conduit 3. Of course, in reality, the return circuit 12 communicates with all the conduits 3.
- the electronic control unit 13 comprises conventional components, such as microprocessors, hard EEPROM memories and RAM type buffers.
- the electronic control unit 13 receives input information 14 via a connection 15.
- This information 14 comes from different sensors placed on the engine 1 and related systems, such as the fuel injection system or the fuel injection system. air supply system, providing, for example, an estimate of the injected fuel flow Qinj.
- a fuel filter 16 is disposed between the fuel tank 6 and the pumping assembly 5a, 5b so as to filter the fuel conveyed by the pipe 7 to the low-pressure pump 5a, as well as the fuel conveyed by the fuel pump. return circuit 12 to the tank 6.
- the electronic control unit 13 processes the data it receives as input to define or calculate control levels outputted so as to control the entire system.
- the control levels are sent to the various actuators that participate in the control of the ancillary systems and therefore the engine 1. More particularly, the control levels are transmitted via a connection 18 to the injectors 2, via a connection 19 to the first controlled valve 9 of regulating the fuel flow supplying the high-pressure pump 5b, and via a connection 20 to the second controlled valve 11 for regulating the fuel pressure accumulated in the common injection rail 4.
- the information 14 transmitted to the electronic control unit 13, such as the temperature of the engine coolant, the rotational speed of the engine, the temperature of the engine lubricating oil, the air pressure provided by a turbocharger, or the position of the accelerator pedal, are, for example, processed via functions or maps stored in an EEPROM type memory.
- the rotation speed of the high-pressure pump 5b can be deduced from the speed of rotation of the engine 1, according to the mechanical drive ratio between the engine 1 and the high-pressure pump 5b.
- the electronic control unit 13 adjusts the control signals of the controlled flow control valve 9, and possibly the second controlled pressure control valve 11 so that the measured pressure Pmes reaches the pressure setpoint Pcons. If the pressure difference ⁇ P is positive, the electronic control unit acts to increase the flow rate and / or reduce the discharge or leakage. On the other hand, when the pressure difference ⁇ P is negative, the electronic control unit 13 acts in such a way as to reduce the flow rate and / or to increase the discharge.
- the controlled flow control valve 9 is controlled and controlled by regulation means 25 of the PID regulator type comprising components Proportional, Integral, and Derivative for continuously adjusting, in a closed loop, the control of the flow actuator 9.
- the electronic control unit 13 further comprises a module 25a for determining the fouling of the fuel filter 16, from the integral component of said regulating means 25, described in more detail later, and related to the pressure drop ⁇ P across the fuel filter 16.
- the second controlled pressure control valve 11 can be regulated by regulation means 26 of the PID regulator type.
- the electronic control unit 13 further comprises means 25 for determining the setpoint pressure Pcons in the injection manifold 4. This setpoint pressure Pcons is transmitted to the regulation means 25 via a connection 28, and control means 26 by a connection 29 derived from the connection 28.
- the flow actuator 9 has a so-called increasing flow characteristic as a function of the control, for example as shown in FIG. figure 2 when the pressure variation ⁇ P in the injection manifold 4 is positive (ie Pcons> Pmes), the regulating means 25 act to increase the control of the controlled flow control valve 9 in order to increase the quantity fuel entering the high-pressure part.
- the regulation means 25 act in such a way as to reduce controlling the controlled valve 9 to reduce the amount of fuel entering the high pressure portion.
- the controlled flow control valve 9 has a so-called decreasing flow rate characteristic as a function of the control, as illustrated in FIG. figure 3 the control of the controlled valve 9 is reversed.
- the regulating means 25 act in such a way as to reduce the control of the controlled flow control valve 9 so as to increase the flow rate fuel entering the high pressure portion, and when the pressure difference ⁇ P is negative (ie Pmes> Pcons), the control means 25 increase the control of the controlled valve 9 flow control to reduce the flow rate of fuel entering the high pressure part.
- the system of figure 1 comprises the optional controlled pressure control valve 11 which is generally closed-loop controlled with a PID regulator in a manner similar to that used for the controlled flow control valve 9. Depending on the operating point of the motor 1, it is possible to use either the closed control loop on the controlled flow control valve 9 or the closed control loop on the controlled pressure control valve 11.
- the figure 4 illustrates an example of the control loop used, for such a system provided with a flow actuator 9 and a pressure actuator 11, depending on the operating point of the engine 1.
- the closed loop on the pressure actuator It is used in cold start, idle, or low fuel flow. Indeed, during such operations, the higher reactivity of the pressure actuator 11 is preponderant.
- L / 11 pressure actuator is also very useful when the engine is driven ("overrun" in English), or, in other words, when the injection of fuel into the engine is zero. In this case, the use of the pressure actuator 11 makes it possible to reduce the pressure of the fuel in the injection manifold 4 by ensuring the return of the excess fuel to the tank 6 via the return circuit 12, which can not be guaranteed with regulation only on the controlled valve 9 of flow control.
- the integral action 1 acts all the time and makes it possible to eliminate the permanent static error with respect to a setpoint or disturbance step, while the proportional actions P and derivative D act only in dynamic.
- the proportional action P makes it possible to increase the reaction speed with respect to a high setpoint gradient, whereas the derivative fraction D tends to stabilize the system by bringing a phase advance. This means that in stabilized operation, the proportional actions P and derivative D are zero, and that the control value is directly given by the integral action I (cf. figure 6 ).
- the value of the integral action in the stabilized phase would be zero. But given the manufacturing dispersions and drifts over time (aging) components of the fuel system, operating deviations from the nominal system are inevitable. Also, the value of integral action in stabilized operation is the image of the corrections made to the fuel system in relation to the nominal operation.
- the fuel filter 16 clogs or at least partially clogs, which can disrupt the proper functioning of the fuel supply system of the internal combustion engines by generating an increase in the pressure drop in the inlet of the pumping assembly.
- the pressure drop ⁇ P__filter across the fuel filter 16 follows, in general, a second-degree law, depending on the fuel flow through it.
- the pressure drop ⁇ P_filtre across the fuel filter 16, for a given fuel flow increases over time with the degree of fouling of the filter. When this pressure loss AP_filtre exceeds a critical threshold AP_filtre_critique, malfunctions of the engine 1 may appear.
- the invention makes it possible, on the one hand, to follow the revolution of the fouling of the fuel filter 16 by not observing the integral term I in the stabilized phase of operation of the engine 1, in particular by means of the determination module 25a, and, on the other hand, to warn the driver that he must change his fuel filter 16, when the integral component reaches the I_critical threshold.
- the driver can be alerted by means of an alert module 30 connected to the electronic control unit 13 via a connection 31.
- the warning module 30 may for example comprise a light or a voice interface.
- the evaluation of the degree of fouling of the fuel filter is based on the observation and analysis of the integral term I of the regulator P.I.D 25 in the stabilized phase.
- a stabilized phase can be defined by variations ⁇ P_mes of the pressure Pmes measured in the injection manifold 4, variations ⁇ R_motor speed R_motor of rotation of the engine 1, and ⁇ Qinj variations of the quantity Q inj fuel to inject, not exceeding certain thresholds during a T_laps time interval.
- the integral term I is a corrective factor of the system. In other words, it corrects all the dispersions and drifts of the fuel system, but not the dispersions and drifts of a specific component of the fuel system. It is therefore necessary to define a criterion making it possible to take into account only the influence of the fouling of the fuel filter 16 on the term I.
- the phenomenon of fouling of the fuel filter 16 is a phenomenon rapid in comparison with the wear or aging of any other component of the fuel supply system
- an analysis of the evolution of the integral term I on relatively short observation cycles is carried out over the duration of use of a vehicle. For example, this analysis can be done at the full fuel level (tank filling) or thousand kilometers.
- the integral term I is learned at each stabilized phase transition, around predetermined operating points ("breakpoints", in English) on the field of possible values of the engine rotation speed and the quantity of engine. fuel to be injected.
- the average evolution of the integral term learned I_app_moyen is determined on all the pairs of values (R_pump, Q_pump).
- the integral term I represents the corrective control to be applied to the nominal control of the flow actuator 9 to compensate for the dispersions and drifts of the fuel supply system. It is as if the drifts and / or the dispersions of the flow actuator 9 were corrected with respect to its nominal characteristic (cf. figure 2 ).
- the drifts and dispersions of the flow actuator 9 have known maximum and minimum limits of functionality (see the maximum and minimum envelopes represented on FIG. figure 2 ). These limitations are known manufacturing data.
- a first critical function threshold is reached when the corrective command C C (I) applied to the flow actuator 9 reaches or exceeds the control difference between the command associated with the maximum permissible characteristic C max (R_pumpe j ; Q_pumpe l ) and the command associated with the nominal characteristic C N (R_pumpe j ; Q_pump l ).
- a second critical function threshold is reached when the corrective command C C (I) applied to the flow actuator 9 reaches or exceeds the control difference between the command associated with the minimum tolerated characteristic C min (R_pump j Q_pump l ) and the control associated with the nominal characteristic C N (R_pump j , Q_pump l ).
- I_pos_max (R_pump, Q_pump) the value of I which corresponds to the first critical threshold C max (R_pumpe j ; Q_pumpe l ) -C N (R_pompe j ; Q_pompe l ), and I_neg_max (R_pumpe j ; Q_pumpe l ) the value of I which corresponds to the second critical threshold C min (R_pump j ; Q_pump l ) -C N (R_pumpe j ; Q_pump l ), we can consider that a critical threshold of functionality is reached when : I_app_moyen ( R_pompe j ; Q_pompe l ⁇ ) not , k ⁇ I_pos_max R_pompe j ; Q_pompe l + Offset_pos R_pompe j ; Q_pompe l or when:
- the characteristic of the flow rate as a function of the control of the flow actuator 9 is increasing (cf. figure 2 ), and the pressure drop generated by the fuel filter 16 results in positive corrective control, only the inequation 1 is interesting. By default, the inequation 2 can not be achieved because of a fouling of the fuel filter 16.
- the reasoning would be reversed.
- the manufacturing dispersions of the components of the fuel supply system may cause deviations from the nominal operation.
- the first observation cycles k for example of the order of 3 to 5, serve essentially to correct the manufacturing dispersions of the components rather than the drifts. By Therefore, the first observation cycles are used to establish a reference from which the plausibility of the fouling of the fuel filter 16 is studied.
- the method starts with an initialization of the indices k and i (step 40), respectively to the values zero and one. Then we test (step 41) if the index k is greater than or equal to the reference index n_ref increased by two, and if the inequation 1 is verified. If these conditions (step 41) are not realized, a test (step 42) is carried out, in a loop, if one is in a stabilized operating phase, and if, in addition, the fuel temperature is between a minimum temperature Tmin and a maximum temperature Tmax in order to avoid influences of the fuel temperature on the system, and in particular the phenomena of waxing and fuel viscosity variation.
- step 42 If a stabilized operating phase is detected (step 42), then the integral term I_app (R_pump j , Q_pumpe l ) i, k (step 43, passing through A) is stored, and the calculation and storage (step 44) of the mean value I_app_moyen (R_pompe j , Q_pompe l ) i, k according to the equation 11. On increments of an index i (step 45) and one tests (step 46) if the current cycle k is completed.
- step 47 The number of learnings i (R_pumpe j ; Q_pumpe l ) k is memorized (step 48), and it is tested (step 49) whether the current index k is equal to the reference index n_ref.
- step 41 If the index k is not equal to the reference index n_ref, it returns to step 41 (via B), otherwise, the integral reference term I_app_ref (R_pompe j ; Q_pompe l ) is stored according to Equation 12 (step 50), and return to step 41 (through B).
- the values of the pairs (R_pompe j ; Q_pompe l ) which determine the following system of inequalities are determined (step 51): i ⁇ R_pompe j ; Q_pompe l k ⁇ n_app_min and i ⁇ R_pompe j ; Q_pompe l k - 1 ⁇ n_app_min or i ⁇ R_pompe j ; Q_pompe l k - 2 ⁇ n_app_min
- the minimum flow rates Q_pump_min and maximum Q_pump_max are determined (step 52) on the set of pairs of values (R_pumpe j ; Q_pump l ) which satisfy the inequation system 8.
- step 53 We then test (step 53) whether the inequalities 4 or 5 and 6 or 7 are verified, and if this is not the case, go to step 42.
- step 54 the driver (step 54) is alerted by the warning means 30, that the fuel filter 16 is fouled.
- the driver can go to change the fuel filter and thus avoid operating impairments that can lead to vehicle breakdowns.
- the present invention thus makes it possible, at reduced cost, to detect a fouling of the fuel filter with improved accuracy, and to warn the driver of a fouling rate necessitating the change of the fuel filter.
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Abstract
Description
L'invention concerne un dispositif et un procédé de détection de l'encrassement d'un filtre à carburant d'un système d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne, notamment de véhicule automobile. Plus précisément, l'invention concerne les systèmes d'injection directe ou indirecte à haute pression, par exemple de type Diesel.The invention relates to a device and a method for detecting the fouling of a fuel filter of a fuel supply system of an internal combustion engine, particularly a motor vehicle. More specifically, the invention relates to high pressure direct or indirect injection systems, for example of diesel type.
Classiquement, s'il existe un écart entre la pression souhaitée et la pression effectivement mesurée dans la rampe d'injection commune du moteur, les actuateurs, également appelés vannes de régulation, sont commandés de façon que la pression mesurée tende vers la pression souhaitée.Conventionally, if there is a difference between the desired pressure and the pressure actually measured in the common injection rail of the engine, the actuators, also called control valves, are controlled so that the measured pressure tends to the desired pressure.
Les systèmes d'alimentation en carburant sont conçus de manière à atteindre des pressions d'injection de plus en plus élevées, par exemple supérieures à 1600 bars. De tels systèmes d'alimentation en carburant nécessitent d'utiliser un carburant de grande pureté. Aussi, il est connu de filtrer le carburant en disposant un filtre à carburant sur le circuit à basse pression, entre le réservoir de carburant et l'ensemble de pompage.The fuel supply systems are designed to achieve increasingly higher injection pressures, for example greater than 1600 bar. Such fuel supply systems require the use of a high purity fuel. Also, it is known to filter the fuel by arranging a fuel filter on the low pressure circuit, between the fuel tank and the pumping assembly.
Au cours du temps, le fonctionnement du filtre entraîne un encrassement ou colmatage de celui-ci. L'encrassement du filtre à carburant peut perturber le bon fonctionnement du système d'alimentation en carburant du moteur, notamment en occasionnant une perte de charge en entrée de l'ensemble de pompage. Le colmatage du filtre à carburant peut même interrompre l'alimentation en carburant du moteur et l'amener à caler.Over time, the operation of the filter causes fouling or clogging thereof. Clogging of the fuel filter can disrupt the proper functioning of the engine fuel supply system, in particular by causing a pressure drop at the inlet of the pump assembly. Clogging the fuel filter can even interrupt the fuel supply to the engine and cause it to stall.
Aussi, les constructeur d'automobiles préconisent le changement du filtre à carburant lorsque celui-ci a participé à un seuil kilométrique de roulage du véhicule. Cette solution est onéreuse, car le filtre à carburant sera souvent changé trop précocement.Also, automakers advocate changing the fuel filter when it participated in a mileage threshold of the vehicle. This solution is expensive because the fuel filter will often be changed too early.
Il existe des systèmes, tels que décrits dans la demande de brevet internationale
La demande de brevet français
La solution consistant à utiliser des capteurs de pression en entrée et en sortie du filtre étant onéreuse, le document présente un procédé qui permet, d'une part, d'estimer la pression en entrée du filtre, ou en sortie pompe, à partir au moins de la vitesse de rotation instantanée de la pompe et du courant moyen d'alimentation du moteur électrique d'entraînement de la pompe, et d'autre part, d'assimiler la pression de carburant en sortie du filtre comme étant la pression imposée par le régulateur de pression.Since the solution consists in using pressure sensors at the input and at the output of the filter being expensive, the document presents a method which makes it possible, on the one hand, to estimate the pressure at the input of the filter, or at the pump output, from less than the instantaneous rotation speed of the pump and the average supply current of the electric drive motor of the pump, and secondly, to assimilate the fuel pressure at the outlet of the filter as the pressure imposed by the pressure regulator.
Un tel système nécessite obligatoirement un moteur électrique d'entraînement de la pompe, et un moyen d'estimation du courant d'alimentation dudit moteur électrique, ce qui est coûteux.Such a system necessarily requires an electric motor driving the pump, and a means for estimating the supply current of said electric motor, which is expensive.
L'estimation de la pression en sortie de la pompe à partir de la vitesse de rotation instantanée de la pompe et du courant moyen d'alimentation du moteur électrique d'entraînement de la pompe se fait en boucle ouverte à travers un modèle de fonctionnement de la pompe, ce qui génère un manque de précision notamment à cause des dispersions de fabrication et des dérives au cours du temps de l'ensemble de pompage et du moteur électrique.The estimation of the pressure at the outlet of the pump from the instantaneous rotation speed of the pump and the average power supply current of the electric drive motor of the pump is done in an open loop through an operating model of the pump, which generates a lack of precision in particular because of manufacturing dispersions and drifts over time of the pump assembly and the electric motor.
L'état thermique de la pompe doit nécessairement être pris en compte dans le modèle de fonctionnement de la pompe pour obtenir une estimation améliorée en boucle ouverte de la pression en sortie de la pompe. Toutefois une telle estimation est coûteuse, car elle nécessite soit l'utilisation d'un capteur pour mesurer la température de la pompe, soit l'utilisation d'un modèle thermique de la pompe, sachant qu'un modèle thermique pompe n'est pas forcément facile à calibrer et peut se révéler également imprécis.The thermal state of the pump must necessarily be taken into account in the operating model of the pump to obtain an improved estimation in open loop of the pressure at the outlet of the pump. However, such an estimate is expensive because it requires either the use of a sensor to measure the temperature of the pump, or the use of a thermal model of the pump, knowing that a thermal model pump is not necessarily easy to calibrate and may also be imprecise.
Comme pour la détermination de la pression en entrée du filtre (ou en sortie pompe), la détermination de la pression en sortie du filtre assimilée à la pression imposée par le régulateur de pression se fait en boucle ouverte.As for the determination of the inlet pressure of the filter (or pump output), the determination of the pressure at the output of the filter assimilated to the pressure imposed by the pressure regulator is in open loop.
En effet, quelle que soit la demande en carburant du moteur, l'estimation de la pression en sortie du filtre repose sur les courbes caractéristiques (notamment débit-pression) connues du régulateur et mémorisées dans l'unité de commande électronique du moteur. Aussi, cela peut générer un manque de précision sur l'estimation réelle de la pression en sortie du filtre, puisque les dispersions de fabrication et/ou les dérives du régulateur ne sont pas corrigées.Indeed, regardless of the fuel demand of the engine, the estimate of the pressure at the filter outlet is based on the characteristic curves (including flow-pressure) known to the regulator and stored in the electronic control unit of the engine. Also, this can generate a lack of precision on the actual estimate of the pressure at the outlet of the filter, since the manufacturing dispersions and / or the drifts of the regulator are not corrected.
Enfin, une régulation en pression basée sur un régulateur de pression fonctionnant en dérivation en aval de la pompe, présente généralement un rendement énergétique moins bon qu'une régulation en pression basée sur un régulateur de débit de carburant placé en amont de la pompe à haute pression. En effet, avec un fonctionnement en dérivation où le carburant en excès est retourné vers le réservoir par le régulateur de pression, on comprime plus de carburant que nécessaire.Finally, a pressure regulation based on a pressure regulator operating as a bypass downstream of the pump generally has a lower energy efficiency than a pressure regulation based on a fuel flow regulator placed upstream of the high-pressure pump. pressure. Indeed, with a bypass operation where the excess fuel is returned to the tank by the pressure regulator, more fuel is compressed than necessary.
La présente invention vise à apporter une solution à ces problèmes.The present invention aims to provide a solution to these problems.
Un but de l'invention est donc de proposer un dispositif de détection de l'encrassement d'un filtre à carburant d'un système d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne permettant, à coût réduit, de déterminer, avec une précision améliorée, un encrassement ou colmatage du filtre à carburant nécessitant le changement de ce dernier.An object of the invention is therefore to propose a device for detecting the fouling of a fuel filter of a fuel supply system of an internal combustion engine making it possible, at reduced cost, to determine, with improved accuracy, fouling or clogging of the fuel filter necessitating the change of the fuel filter.
A cet effet, un premier aspect de l'invention a pour objet un dispositif de détection de l'encrassement d'un filtre à carburant d'un système d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne, notamment de véhicule automobile. Le système d'alimentation en carburant comprend un ensemble de pompage, comprenant une première pompe à basse pression et une deuxième pompe à haute pression disposées en série, et étant disposées entre une rampe d'injection de carburant munie d'un capteur de pression et un réservoir de carburant. Le système d'alimentation en carburant comprend, en outre, une première vanne commandée de régulation du débit de carburant alimentant la pompe à haute pression, des moyens de détermination d'une pression de consigne dans la rampe d'injection, et des moyens de régulation de ladite première vanne commandée. Les moyens de régulation de ladite première vanne commandée comprennent des composantes Proportionnelle Intégrale et Dérivée et une boucle de rétroaction pour asservir la pression mesurée par le capteur sur ladite pression de consigne. Le filtre à carburant est disposé entre le réservoir de carburant et l'ensemble de pompage. Le dispositif comprend des moyens de détermination de l'encrassement du filtre à carburant à partir de ladite composante Intégrale desdits moyens de régulation.For this purpose, a first aspect of the invention relates to a device for detecting the fouling of a fuel filter of a fuel supply system of an internal combustion engine, especially a motor vehicle. The fuel supply system comprises a pumping assembly, comprising a first low pressure pump and a second high pressure pump arranged in series, and being arranged between a fuel injection ramp provided with a pressure sensor and a fuel tank. The fuel supply system further comprises a first controlled fuel flow control valve supplying the high pressure pump, means for determining a set pressure in the injection manifold, and means for regulating said first controlled valve. The regulating means of said first controlled valve comprise Proportional Integral and Derivative components and a feedback loop for controlling the pressure measured by the sensor on said setpoint pressure. The fuel filter is disposed between the fuel tank and the pumping assembly. The device comprises means for determining the fouling of the fuel filter from said integral component of said regulating means.
En évitant l'utilisation de capteurs de pression aux bornes du filtre à carburant, on peut ainsi détecter, à coût réduit, un encrassement du filtre à carburant.By avoiding the use of pressure sensors at the terminals of the fuel filter, it is thus possible to detect, at reduced cost, a fouling of the fuel filter.
Dans un mode de réalisation, lesdits moyens de détermination sont adaptés pour évaluer la composante Intégrale des moyens de régulation pour des phases de fonctionnement stabilisées.In one embodiment, said determination means are adapted to evaluate the integral component of the regulation means for stabilized operating phases.
Dans un mode de réalisation, lesdits moyens de détermination sont adaptés pour effectuer ladite évaluation de manière cyclique, un cycle correspondant, par exemple, à la consommation d'une quantité de carburant de seuil ou au parcours d'une distance de seuil par le véhicule.In one embodiment, said determining means are adapted to carry out said evaluation cyclically, a cycle corresponding, for example, to the consumption of a threshold fuel quantity or the threshold distance of the vehicle. .
Il est ainsi tenu compte de la rapidité du phénomène d'encrassement du filtre à carburant par rapport à l'usure ou vieillissement de tout autre composant du système d'alimentation en carburant.It is thus taken into account the rapidity of the phenomenon of fouling of the fuel filter with respect to the wear or aging of any other component of the fuel supply system.
Dans un mode de réalisation, les moyens de détermination sont adaptés pour détecter un encrassement du filtre à carburant lorsqu'un ensemble de valeurs moyennes de ladite composante intégrale, dépendant de la vitesse de rotation et du débit délivré par la première pompe, au cycle d'observation courant k, sont supérieures à des seuils maximum respectifs dépendants de la vitesse de rotation et du débit délivré par la première pompe, le cycle d'observation courant k étant supérieur ou égal à un nombre de cycles de référence n_ref augmenté au moins de deux.In one embodiment, the determination means are adapted to detect a clogging of the fuel filter when a set of average values of said integral component, depending on the speed of rotation and the flow rate delivered by the first pump, to the cycle of current observation k, are greater than respective maximum thresholds dependent on the speed of rotation and the flow rate delivered by the first pump, the current observation cycle k being greater than or equal to a number of reference cycles n_ref increased by at least two.
Dans un mode de réalisation, les moyens de détermination sont adaptés pour utiliser des moyennes arithmétiques ou glissantes.In one embodiment, the determining means are adapted to use arithmetic or sliding averages.
L'utilisation d'une moyenne glissante permet de minimiser la quantité de données à mémoriser. Une moyenne glissante est calculée à partir de la moyenne des valeurs précédentes, et de la dernière valeur calculée par la formule suivante :
dans laquelle
x̅n est la moyenne des n dernières valeurs,
x̅n-1 est la moyenne des n-1 dernières valeurs, et
xn est la dernière valeur calculée.Using a sliding average makes it possible to minimize the amount of data to be memorized. A sliding average is calculated from the average of the previous values, and the last value calculated by the following formula:
in which
x̅ n is the average of the n last values,
x̅ n-1 is the average of the last n-1 values, and
x n is the last calculated value.
Dans un mode de réalisation, les moyens de détermination sont adaptés pour détecter un encrassement du filtre à carburant lorsqu'en outre, les différences entre lesdites valeurs moyennes de ladite composante Intégrale, au cycle d'observation courant k, et des valeurs correspondantes, pour le cycle de référence n_ref, dépendant de la vitesse de rotation et du débit délivré par la première pompe, sont supérieures aux différences correspondantes pour le cycle précédent k-1 ou le cycle antépénultième k-2.In one embodiment, the determining means are adapted to detect fouling of the fuel filter when, in addition, the differences between said average values of said integral component, at the current observation cycle k, and corresponding values, for the reference cycle n_ref, depending on the speed of rotation and the flow rate delivered by the first pump, are greater than the corresponding differences for the previous cycle k-1 or the ante-penultimate cycle k-2.
Dans un mode de réalisation, les moyens de détermination sont adaptés pour détecter un encrassement du filtre à carburant lorsqu'en outre, des différences, entre des premières différences entre des valeurs moyennes de ladite composante Intégrale pour un débit maximum délivré par la première pompe, au cycle courant k, et les valeurs correspondantes, au cycle de référence n_ref, et des deuxièmes différences entre des valeurs moyennes de ladite composante Intégrale pour un débit minimum délivré par la première pompe, au cycle courant k, et les valeurs correspondantes, au cycle de référence n_ref, sont supérieures aux différences correspondantes pour le cycle précédent k-1 ou le cycle antépénultième k-2.In one embodiment, the determination means are adapted to detect clogging of the fuel filter when, moreover, differences between first differences between mean values of said integral component for a maximum flow delivered by the first pump, to the current cycle k, and the corresponding values, to the reference cycle n_ref, and second differences between mean values of said integral component for a minimum flow rate delivered by the first pump, to the current cycle k, and the corresponding values, to the reference cycle n_ref, are greater than the corresponding differences for the previous cycle k-1 or the antepenultimate cycle k-2.
Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend, en outre, des moyens d'alerte pour alerter le conducteur de la détection d'un encrassement du filtre à carburant par les moyens de détermination.In one embodiment, the device further comprises alerting means for alerting the driver of the detection of fouling of the fuel filter by the determination means.
Ces moyens d'alerte comprennent, par exemple, un élément visuel tel un voyant lumineux, ou une alarme sonore.These warning means include, for example, a visual element such as a light, or an audible alarm.
Dans un mode de réalisation, les moyens de détermination sont adaptés pour détecter une phase de fonctionnement stabilisée lorsque, durant un intervalle de temps supérieur à un intervalle de temps de seuil, la température du carburant est comprise entre une température minimale et une température maximale, la variation de la pression mesurée dans la rampe d'injection est inférieure à un seuil de pression, la variation de la vitesse de rotation du moteur est inférieure à un seuil de vitesse de rotation, et la variation du débit de carburant délivré par la première pompe est inférieure à un seuil de débit.In one embodiment, the determining means is adapted to detect a stabilized operating phase when, during a time interval greater than a threshold time interval, the fuel temperature is between a minimum temperature and a maximum temperature, the variation of the pressure measured in the injection manifold is less than a pressure threshold, the variation of the rotation speed of the engine is less than a rotation speed threshold, and the variation of the fuel flow delivered by the first pump is below a flow threshold.
Selon un autre aspect de l'invention, il est également proposé un procédé de détection de l'encrassement d'un filtre à carburant d'un système d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne, notamment de véhicule automobile, dans lequel on régule, par régulation Proportionnelle Intégrale et Dérivée, le débit de carburant alimentant la pompe à haute pression d'un ensemble de pompage comprenant une première pompe à basse pression et une deuxième pompe à haute pression disposées en série. On détermine l'encrassement du filtre à carburant à partir de la composante intégrale de ladite régulation du débit de carburant alimentant la pompe à haute pression.According to another aspect of the invention, there is also provided a method for detecting the fouling of a fuel filter of a fuel supply system of an internal combustion engine, particularly a motor vehicle, in a which regulates, by Proportional Integral and Derivative control, the fuel flow supplying the high pressure pump of a pump assembly comprising a first low pressure pump and a second high pressure pump arranged in series. Fouling of the fuel filter is determined from the integral component of said fuel flow control supplying the high pressure pump.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la
figure 1 est une vue schématique d'un mode de réalisation d'un système selon un aspect de l'invention ; - la
figure 2 représente une caractéristique dite croissante du débit en fonction de la commande d'un actuateur de débit ; - la
figure 3 représente une caractéristique dite décroissante du débit en fonction de la commande d'un actuateur de débit ; - la
figure 4 illustre la boucle de régulation choisie en fonction du point de fonctionnement du moteur ; - la
figure 5 , représente un mode de réalisation du régulateur PID en structure parallèle ; - la
figure 6 , illustre les composantes Proportionnelle, Intégrale et Dérivée, en fonction des phases de fonctionnement ; - la
figure 7 , illustre la variation de la perte de charge aux bornes du filtre à carburant en fonction du débit de carburant, au cours du temps ; - la
figure 8 représente la perte de charge aux bornes du filtre à carburant en fonction du débit instantané à différents kilométrages du véhicule, - les
figures 9 et10 illustrent un exemple de fonctionnement du procédé selon un mode de réalisation de l'invention, et - la
figure 1 1 représente un exemple de réalisation de l'invention comprenant une cartographie à deux dimensions.
- the
figure 1 is a schematic view of an embodiment of a system according to one aspect of the invention; - the
figure 2 represents a so-called increasing flow characteristic as a function of the control of a flow actuator; - the
figure 3 represents a so-called decreasing characteristic of the flow rate as a function of the control of a flow actuator; - the
figure 4 illustrates the control loop chosen according to the operating point of the motor; - the
figure 5 , represents an embodiment of the PID regulator in parallel structure; - the
figure 6 , illustrates the components Proportional, Integral and Derivative, depending on the phases of operation; - the
figure 7 , illustrates the variation of the pressure drop across the fuel filter as a function of the fuel flow, over time; - the
figure 8 represents the pressure drop at the fuel filter terminals as a function of the instantaneous flow at different mileage of the vehicle, - the
figures 9 and10 illustrate an example of operation of the method according to one embodiment of the invention, and - the
figure 1 1 represents an exemplary embodiment of the invention comprising a two-dimensional map.
Sur la
Le système d'alimentation en carburant comprend une pompe de gavage 5a à basse pression qui puise le carburant dans le réservoir 6 du véhicule par l'intermédiaire d'un circuit à basse pression 7. La pompe 5a, associée à un régulateur de pression mécanique, non représenté sur la
En variante, la pompe de gavage 5a peut être indépendante de la pompe à haute pression 5b et, par exemple, entraînée par un moteur électrique.Alternatively, the
Un actuateur de débit, ou vanne de régulation du débit 9, est disposé entre la pompe à basse pression 5a et la pompe à haute pression 5b pour ajuster la quantité de carburant envoyée la pompe à haute pression 5b, puis la rampe d'injection 4 par le conduit 10. Le système d'alimentation comprend également, entre la sortie de la pompe 5b et la rampe d'injection 4, sur le conduit 10, un actuateur de pression optionnel, ou vanne commandée optionnelle 11 de régulation de la pression du carburant accumulé dans la rampe d'injection 4.A flow actuator, or flow
En outre, le système comprend un circuit de retour 12 permettant le refoulement de carburant de l'ensemble de pompage 5a, 5b, des conduits d'injecteurs 3, ainsi que la décharge de la partie à haute pression. Sur la
Par ailleurs, l'unité de commande électronique 13 reçoit des informations d'entrée 14 via une connexion 15. Ces informations 14 proviennent de différents capteurs placés sur le moteur 1 et de systèmes annexes, tels que le système d'injection de carburant ou le système d'alimentation en air, fournissant, par exemple, une estimation du débit de carburant injecté Qinj.Furthermore, the electronic control unit 13 receives
Un filtre à carburant 16 est disposé entre le réservoir de carburant 6 et l'ensemble de pompage 5a, 5b de manière à filtrer le carburant véhiculé par le conduit 7 à destination de la pompe à basse pression 5a, ainsi que le carburant véhiculé par le circuit de retour 12 à destination du réservoir 6.A
L'unité de commande électronique 13 traite les données qu'elle reçoit en entrée pour définir ou calculer des niveaux de commande délivrés en sortie de manière à commander l'ensemble du système. Les niveaux de commande sont envoyés aux différents actionneurs qui participent au contrôle des systèmes annexes et donc du moteur 1. Plus particulièrement, les niveaux de commande sont transmis via une connexion 18 aux injecteurs 2, via une connexion 19 à la première vanne commandée 9 de régulation du débit de carburant alimentant la pompe à haute pression 5b, et via une connexion 20 à la deuxième vanne commandée 11 de régulation de la pression du carburant accumulé dans la rampe commune d'injection 4.The electronic control unit 13 processes the data it receives as input to define or calculate control levels outputted so as to control the entire system. The control levels are sent to the various actuators that participate in the control of the ancillary systems and therefore the
Plus précisément, les informations 14 transmises à l'unité de commande électronique 13, comme la température du liquide de refroidissement du moteur, la vitesse de rotation du moteur, la température de l'huile de lubrification du moteur, la pression de l'air fourni par un turbocompresseur, ou la position de la pédale d'accélération, sont, par exemple, traitées via des fonctions ou des cartographies mémorisées dans une mémoire de type EEPROM.More precisely, the
Ces cartographies permettent de définir la valeur de la pression Pcons souhaitée dans la rampe commune d'injection 4, ou pression de consigne. Les niveaux de commande sont alors calculés en fonction de cette valeur de pression de consigne Pcons. Classiquement, la valeur de la consigne de pression Pcons est comparée à la valeur de la pression effectivement mesurée Pmes dans la rampe d'injection 4 de carburant. Cette valeur mesurée de la pression Pmes est délivrée à l'unité de commande électronique 13 via une connexion 21 reliée un capteur de pression 22 mesurant la pression dans la rampe d'injection 4. Un capteur 23 fournit à l'unité de commande électronique 13 une mesure de la vitesse de rotation R_moteur du moteur 1 par une connexion 24.These maps make it possible to define the value of the desired pressure Pcons in the
La vitesse de rotation de la pompe à haute pression 5b peut être déduite de la vitesse de rotation du moteur 1, selon le rapport d'entraînement mécanique entre le moteur 1 et la pompe haute pression 5b. Selon l'écart de pression ΔP identifié (ΔP=Pcons-Pmes), l'unité de commande électronique 13 ajuste les signaux de commande de la vanne commandée de régulation de débit 9, et éventuellement de la deuxième vanne commandée de régulation de pression 11 pour que la pression mesurée Pmes rejoigne la consigne de pression Pcons. Si l'écart de pression ΔP est positif, l'unité de commande électronique agit de manière à augmenter le débit et/ou réduire la décharge ou fuite. Par contre, lorsque l'écart de pression ΔP est négatif, l'unité de commande électronique 13 agit de manière à diminuer le débit et/ou accroître la décharge. La vanne commandée de régulation de débit 9 est commandée et contrôlée par des moyens de régulation 25 de type régulateur PID comprenant des composantes Proportionnelle, Intégrale, et Dérivée permettant d'ajuster en permanence, en boucle fermée, la commande de l'actuateur de débit 9. L'unité de commande électronique 13 comprend, en outre, un module de détermination 25a de l'encrassement du filtre à carburant 16, à partir de la composante Intégrale desdits moyens de régulation 25, décrite plus en détail ultérieurement, et liée à la perte de charge ΔP aux bornes du filtre à carburant 16.The rotation speed of the high-
De même, la deuxième vanne commandée 11 de régulation de pression peut être régulée par des moyens de régulation 26 de type régulateur PID. L'unité de commande électronique 13 comprend, en outre, des moyens de détermination 27 de la pression de consigne Pcons dans la rampe d'injection 4. Cette pression de consigne Pcons est transmise aux moyens de régulation 25 par une connexion 28, et aux moyens de régulation 26 par une connexion 29 dérivée de la connexion 28.Similarly, the second controlled
Si l'actuateur de débit 9 a une caractéristique dite croissante de débit en fonction de la commande, par exemple telle que représentée sur la
En revanche, si la vanne commandée 9 de régulation de débit possède une caractéristique dite décroissante du débit en fonction de la commande, comme illustré sur la
Le système de la
La
Le module de régulation 25 de la vanne commandée 9 de régulation du débit de carburant alimentant la pompe à haute pression 5b peut comprendre, par exemple, des composantes Proportionnelle Intégrale et Dérivée à structure parallèle, tel qu'illustré sur la
dans laquelle :
- U(t) est le signal de commande en sortie du module de régulation P.I.D.
KP est le coefficient de gain d'action Proportionnelle,
KI est le coefficient de gain d'action Intégrale,
KD est le coefficient de gain d'action Dérivée.
De manière classique, on a les rotations suivantes :
dans laquelle :
- TI est une constante de temps d'action Intégrale, en s, et
- TD est une constante de temps d'action Dérivée, en s.
in which :
- U (t) is the control signal at the output of the PID control module
K P is the Proportional action gain coefficient,
K I is the integral gain coefficient of action,
K D is the Derivative Action Gain coefficient.
In a classical way, we have the following rotations:
in which :
- T I is an integral action time constant, in s, and
- T D is a Derived Action Time constant, in s.
En opérant une discrétisation faisant apparaître les trois actions, Proportionnelle, Intégrale et Dérivée, on peut poser l'équation suivante :
dans laquelle :
- P(m) est le terme d'action Proportionnelle, avec :
- I(m) est le terme d'action Intégrale, pouvant être évalué par la méthode des rectangles :
- D(m) est le terme d'action Dérivée, pouvant être évalue par un calcul en deux points :
- T est la période d'échantillonnage, en s, et n l'indice de l'échantillon.
in which :
- P (m) is the Proportional action term, with:
- I (m) is the term of integral action, which can be evaluated by the method of the rectangles:
- D (m) is the derivative action term, which can be evaluated by a two-point calculation:
- T is the sampling period, in s, and n is the sample index.
L'action intégrale 1 agit tout le temps et permet d'éliminer l'erreur statique permanente vis-à-vis d'un échelon de consigne ou de perturbation, tandis que les actions proportionnelle P et dérivée D n'agissent qu'en mode dynamique. L'action proportionnelle P permet d'augmenter la vitesse de réaction par rapport à un fort gradient de consigne, tandis que faction dérivée D tend stabiliser le système en apportant une avance de phase. Ce qui signifie qu'en fonctionnement stabilisé, les actions proportionnelles P et dérivée D sont nulles, et que la valeur de commande est directement donnée par l'action intégrale I (cf
Ainsi, en phase stabilisée, la commande corrective ajoutée à la commande nominale de l'actuateur de débit 9 dépend uniquement de faction intégrale 1 du régulateur P.I.D. On peut donc poser, en phase stabilisée, pour un couple donné de valeurs de la vitesse de rotation du moteur et du débit de carburant à injecter, pour un instant i donné, inéquation suivante :
dans laquelle:
- R_moteur est la vitesse de rotation du moteur, en tr/min ;
- Qinj est la consigne de débit de carburant à injecter en mg/coup, ou en m3/coup ;
- CG,i est la commande globale de l'actuateur de débit 9 à l'instant i ;
- CN(R_moteur ;Qinj) est la commande nominale de l'actuateur de débit, par exemple cartographiée en fonction du débit de carburant à injecter et de la vitesse de rotation du moteur ; et
- CC(Ii) est la commande corrective à ajouter à la commande nominale de l'actuateur de débit qui dépend uniquement de faction intégrale du correcteur P.I.D en phase stabilisée.
in which:
- R_motor is the rotational speed of the engine, in rpm;
- Qinj is the fuel flow instruction to inject in mg / stroke, or in m 3 / stroke;
- C G, i is the global control of the
flow actuator 9 at time i; - C N (R_moteur; Qinj) is the nominal control of the flow actuator, for example mapped as a function of the fuel flow to be injected and the speed of rotation of the engine; and
- C C (I i ) is the corrective command to be added to the nominal control of the flow actuator which depends solely on the integral action of the stabilized phase PID corrector.
Si le système était parfait, la valeur de l'action intégrale en phase stabilisée serait nulle. Mais compte tenu des dispersions de fabrication et des dérives au cours du temps (vieillissement) des composants du système d'alimentation en carburant, des écarts de fonctionnement par rapport au système nominal sont inévitables. Aussi, la valeur de l'action intégrale en fonctionnement stabilisé est l'image des corrections apportées au système d'alimentation en carburant par rapport au fonctionnement nominal.If the system were perfect, the value of the integral action in the stabilized phase would be zero. But given the manufacturing dispersions and drifts over time (aging) components of the fuel system, operating deviations from the nominal system are inevitable. Also, the value of integral action in stabilized operation is the image of the corrections made to the fuel system in relation to the nominal operation.
Au cours du temps, le filtre à carburant 16 s'encrasse ou se colmate au moins partiellement, ce qui peut perturber le bon fonctionnement du système d'alimentation en carburant des moteurs à combustion interne en générant une augmentation de la perte de charge en entrée de l'ensemble de pompage. Telle qu'illustrée sur la
Il est alors nécessaire de changer le filtre à carburant 16. D'un point de vue contrôle moteur ou contrôle de l'alimentation en carburant, l'augmentation de la perte de charge ΔP_fittre aux bornes du filtre à carburant 16 générée par l'augmentation du degré d'encrassement du filtre, se traduit pour un couple de valeurs de la vitesse de rotation du moteur et de la quantité de carburant à injecter, par une diminution de la pression de carburant dans la rampe d'injection 4 par rapport à la pression de consigne désirée (i.e. ΔP = Pcons - Pmes < 0) en boucle ouverte. Par contre, en boucle fermée, cette perte de pression dans la rampe d'injection 4 est naturellement compensée par une augmentation de la valeur I de l'action intégrale. Cette augmentation de I a pour effet d'accroître la quantité de carburant envoyée dans la partie à haute pression par augmentation de la commande corrective CC(I). En d'autres termes, le comportement de la valeur 1 du terme intégral du régulateur P.I.D en phase stabilisée peut être corrélé à la perte de charge ΔP_filtre aux bornes du filtre à carburant 16. On a donc :
A la perte de charge critique ΔP_filtre_critique correspond une valeur critique I_critique de la composante intégrale I.At the critical pressure loss ΔP_critical_filter corresponds to an I_critical critical value of the integral component I.
L'invention permet, d'une part, de suivre révolution de l'encrassement du filtre à carburant 16 à travers inobservation du terme intégral I en phase stabilisée de fonctionnement du moteur 1, notamment au moyen du module de détermination 25a, et, d'autre part, de prévenir le conducteur qu'il doit changer son filtre à carburant 16, lorsque la composante intégrale atteint le seuil I_critique. L'alerte du conducteur peut se faire par l'intermédiaire d'un module d'alerte 30, relié à l'unité de commande électronique 13 par une connexion 31. Le module d'alerte 30 peut par exemple, comprendre un voyant lumineux ou une interface vocale.The invention makes it possible, on the one hand, to follow the revolution of the fouling of the
L'évaluation du degré d'encrassement du filtre à carburant repose sur l'observation et l'analyse du terme intégral I du régulateur P.I.D 25 en phase stabilisée.The evaluation of the degree of fouling of the fuel filter is based on the observation and analysis of the integral term I of the regulator P.I.D 25 in the stabilized phase.
Une phase stabilisée peut être définie par des variations ΔP_mes de la pression Pmes mesurée dans la rampe d'injection 4, des variations ΔR_moteur de la vitesse R_moteur de rotation du moteur 1, et des variations ΔQinj de la quantité Qinj de carburant à injecter, ne dépassant pas certains seuils pendant un intervalle de temps T_laps. Par exemple, on peut définir une phase stabilisée par le système suivant :
Ensuite, on tient compte du fait que le terme intégral I est un facteur correctif du système. En d'autres termes, il corrige l'ensemble des dispersions et des dérives du système d'alimentation en carburant, mais pas les dispersions et les dérives d'un composant spécifique du système d'alimentation en carburant. Il est donc nécessaire de définir un critère permettant de ne tenir compte que de l'influence de l'encrassement du filtre à carburant 16 sur le terme I. A cet effet, comme le phénomène d'encrassement du filtre à carburant 16 est un phénomène rapide par rapport à l'usure ou vieillissement de tout autre composant du système d'alimentation en carburant, on effectue une analyse de l'évolution du terme intégral I sur des cycles d'observation relativement courts à l'échelle de la durée d'utilisation d'un véhicule. Par exemple, cette analyse peut être effectuée à l'échelle du plein de carburant (remplissage du réservoir) ou du millier de kilomètres.Then, we take into account that the integral term I is a corrective factor of the system. In other words, it corrects all the dispersions and drifts of the fuel system, but not the dispersions and drifts of a specific component of the fuel system. It is therefore necessary to define a criterion making it possible to take into account only the influence of the fouling of the
L'apprentissage du terme intégral I s'effectue à chaque passage en phase stabilisée, autour de points de fonctionnement prédéfinis ("breakpoints", en langue anglaise) sur le champ de valeurs possibles de la vitesse de rotation du moteur et de la quantité de carburant à injecter.The integral term I is learned at each stabilized phase transition, around predetermined operating points ("breakpoints", in English) on the field of possible values of the engine rotation speed and the quantity of engine. fuel to be injected.
Tandis que la vitesse de rotation du moteur R_moteur, en tours/min, et la consigne de la quantité de carburant à injecter Qinj, en mg/coup, sont des informations classiquement disponibles dans une unité de commande électronique, le débit de carburant traversant le filtre à carburant 16 ne l'est pas. Le débit de carburant traversant le filtre à carburant 16, égal au débit de carburant Q_pompe traversant la pompe à basse pression 5a, en litres/heure, ne peut être simplement relié à la consigne Qinj de quantité de carburant à injecter dans le moteur 1. Une solution, pour disposer de cette donnée Q_pompe, est d'équiper la pompe d'un débitmètre relié électriquement à l'unité de commande électronique 13. Toutefois, pour une pompe donnée, il est aisé de connaître le débit Q_pompe à partir de la vitesse de rotation de la pompe R_pompe et de la quantité de carburant à injecter Qinj. Dès lors que la vitesse de rotation de la pompe R_pompe se déduit de la vitesse de rotation du moteur R_moteur par un rapport d'entraînement mécanique a, il est alors envisageable de travailler en fonction de valeurs de la vitesse de rotation de la pompe R_pompe et de débit de la pompe Q_pompe au lieu de valeurs de la vitesse de rotation du moteur R_moteur et du débit à injecter Qinj.While the rotational speed of engine R_motor, in rev / min, and the setpoint of the quantity of fuel to be injected Qinj, in mg / stroke, are information classically available in an electronic control unit, the flow of fuel passing through the
Aussi, on obtient les équations suivantes :
A la fin de chaque cycle d'observation k (détection du remplissage réservoir ou millier de kilomètre), on détermine l'évolution moyenne du terme intégral appris I_app_moyen sur l'ensemble des couples de valeurs (R_pompe ; Q_pompe).At the end of each observation cycle k (detection of reservoir filling or thousand kilometers), the average evolution of the integral term learned I_app_moyen is determined on all the pairs of values (R_pump, Q_pump).
Ainsi pour chaque couple (R_pompej; Q_pompel) prédéfini, on peut garder en mémoire toutes les valeurs apprises I_app(R_pompe ; Q_pompe) du terme intégral afin d'en extraire une moyenne arithmétique à la fin de chaque cycle. Cette moyenne s'exprimerait alors à la fin de chaque cycle d'observation k selon l'équation suivante :
dans laquelle :
- n est le nombre de valeurs apprises au cours du cycle k pour un couple (R_pompej ; Q_pompel) donné ;
- i est la ième valeur apprise (i compris entre 1 et n) au cours du cycle k pour un couple (R_pompej ; Q_pompel) donné ;
- j est la jème valeur de la vitesse de rotation de la pompe à basse pression 5a parmi les vitesses de rotation de la pompe 5a fixées par les points de fonctionnement prédéfinis ; et
- 1 est la 1ème valeur de débit de carburant de la pompe à basse pression 5a parmi les débits de pompe fixés par les points de fonctionnement prédéfinis.
in which :
- n is the number of values learned in cycle k for a given pair (R_pump j ; Q_pump l );
- i is the i th value learned (i between 1 and n) during the cycle k for a given torque (R_pump j ; Q_pump l );
- j is the j th value of the rotational speed of the
low pressure pump 5a among the rotational speeds of thepump 5a fixed by the predefined operating points; and - 1 is the 1 th fuel flow value of the low-
pressure pump 5a among the pump flow rates determined by the predefined operating points.
Cette solution selon l'équation 10 étant coûteuse en utilisation de la mémoire du calculateur, on peut, en variante, utiliser une moyenne glissante. Ainsi pour un couple de valeurs (R_pompej ; Q_pompel) donné, le principe de la moyenne glissante est de stocker en mémoire la dernière valeur moyenne de I, et de calculer, avec la nouvelle valeur apprise de I, la nouvelle moyenne. Pour le nème apprentissage du terme intégral au cours du cycle k, la valeur moyenne apprise pour un couple (R_pompej ; Q_pompel) donné s'exprimera alors selon l'équation, suivante :
A partir de dévolution de la composante intégrale I, on déduit l'encrassement du filtre à carburant 16.From the devolution of the integral component I, the fouling of the
Le terme intégral I représente la commande corrective à apporter à la commande nominale de l'actuateur de débit 9 pour venir compenser les dispersions et les dérives du système d'alimentation en carburant. C'est comme si on corrigeait les dérives et/ou les dispersions de l'actuateur de débit 9 par rapport à sa caractéristique nominale (cf
De même, un second seuil critique de fonctionnalité est atteint lorsque la commande corrective CC(I) appliquée à l'actuateur de débit 9 atteint ou dépasse l'écart de commande entre la commande associée à la caractéristique minimale tolérée Cmin(R_pompej ; Q_pompel) et la commande associée à la caractéristique nominale CN(R_pompej, Q_pompel). Sacrant que le terme intégral représente la commande corrective, en nommant I_pos_max(R_pompe ; Q_pompe) la valeur de I qui correspond au premier seuil critique Cmax(R_pompej ; Q_pompel)-CN(R_pompej ; Q_pompel), et I_neg_max(R_pompej ; Q_pompel) la valeur de I qui correspond au second seuil critique Cmin(R_pompej ; Q_pompel)-CN(R_pompej ; Q_pompel), on peut considérer qu'un seuil critique de fonctionnalité est atteint lorsque :
ou lorsque :
dans lesquelles
Offset_pos(R_pompej ; Q__pompel) et
Offset_neg(R_pompej ;Q_pompel) sont les seuils paramétrables en fonction des couples de valeurs (R_pompej ;Q_pompel)) afin de s'affranchir des incertitudes de mesures.
Dans le mode de réalisation décrit, la caractéristique du débit en fonction de la commande de l'actuateur débit 9 est croissante (cf
or when:
in which
Offset_pos (R_pumpe j ; Q__pump l ) and
Offset_neg (R_pumpe j ; Q_pump l ) are the thresholds that can be parameterized as a function of the pairs of values (R_pump j ; Q_pump l )) in order to overcome measurement uncertainties.
In the embodiment described, the characteristic of the flow rate as a function of the control of the
Par conséquent, comme la perte de charge générée par l'encrassement du filtre à carburant 16 est compensée par une action intégrale 1 positive (augmentation de la commande), on peut considérer qu'un seuil critique d'encrassement du filtre à carburant est susceptible d'être atteint lorsque la limite maximale de fonctionnalité de l'actuateur de débit est atteinte, i.e. lorsque :
Il faut ensuite vérifier si le franchissement du seuil critique est effectivement lié à l'encrassement du filtre à carburant 16. Les dispersions de fabrication des composants du système d'alimentation en carburant peuvent engendrer des écarts par rapport au fonctionnement nominal. Ainsi, les premiers cycles d'observation k, par exemple de l'ordre de 3 à 5, servent essentiellement à corriger les dispersions de fabrication des composants plutôt que les dérives. Par conséquent, les premiers cycles d'observation sont utilisés pour établir une référence à partir de laquelle la plausibilité de l'encrassement du filtre à carburant 16 est étudiée. Si on note n_ref le nombre de cycles nécessaires à apprendre dispersions du système, notre référence est alors donnée par :
Dès lors, pour un couple de valeurs (R_pompej; Q_pompel) donné et un cycle d'observation k>n_ref, l'influence de la perte de charge générée par l'encrassement du filtre peut être suivie par observation de l'écart I_app_moyen(R _pompej ; Q _pompel)k-I_app_ref(R_pompej ; Q_pompel).Therefore, for a given pair of values (R_pumpe j ; Q_pumpe l ) and an observation cycle k> n_ref, the influence of the pressure drop generated by the fouling of the filter can be followed by observation of the difference I_app_moyen (R _pompe j; Q _pompe l) k -I_app_ref (R_pompe j; Q_pompe l).
Ainsi, quand l'alerte peut être donnée, on corrèle l'hypothèse selon laquelle le système est sous l'influence d'un encrassement du filtre à carburant 16 quand, pour les couples de valeurs (R_pompej ; Q_pompel) qui ont subi un nombre minimal d'apprentissages n_app_min au cours de chaque cycle k-2, k-1 et k (avec k-2 ≥ n_ref), on vérifie d'une part les inéquations suivantes :
ou
or
Pour une vitesse de rotation donnée R_pompej de la pompe in basse pression 5a parmi les couples de valeurs (R_pompej ; Q_pompel) qui vérifient les inéquations 4 ou 5, on vérifie d'autre part, pour les débits de pompe minimum Q_pompe_min et maximum Q_pompe_max identifiés, les inéquations suivantes :
En effet, généralement, la perte de charge du filtre à carburant 16 en fonction du débit instantané à différents kilométrages évolue selon le réseau de courbes linéaires présente
Les
Le procédé débute par une initialisation des indices k et i (étape 40), respectivement aux valeurs zéro et un. On teste ensuite (étape 41) si l'indice k est supérieur ou égal à l'indice de référence n_ref augmenté de deux, et si l'inéquation 1 est vérifiée. Si ces conditions (étape 41) ne sont pas réalisées, on effectue un test (étape 42), en boucle, si on est dans une phase de fonctionnement stabilisée, et si, en outre, la température du carburant est comprise entre une température minimale Tmin et une température maximale Tmax afin d'éviter les influences de la température du carburant sur le système, et notamment les phénomènes de paraffinage et de variation de viscosité du carburant.The method starts with an initialization of the indices k and i (step 40), respectively to the values zero and one. Then we test (step 41) if the index k is greater than or equal to the reference index n_ref increased by two, and if the
Si on détecte une phase de fonctionnement stabilisé (étape 42), alors on mémorise le terme intégral I_app (R_pompej, Q_pompel)i,k (étape 43, en passant par A) et on calcule et on mémorise (étape 44) la valeur moyenne I_app_moyen (R_pompej, Q_pompel)i,k selon l'équation 11. On incréments de un l'indice i (étape 45) et on teste (étape 46) si le cycle courant k est terminé.If a stabilized operating phase is detected (step 42), then the integral term I_app (R_pump j , Q_pumpe l ) i, k (
Si ce n'est pas le cas, on retourne à l'étape 41, et si c'est le cas, on passe au cycle suivant en incrémentant de un l'indice k (étape 47). On mémorise le nombre d'apprentissages i(R_pompej ; Q_pompel)k (étape 48), et on teste (étape 49) si l'indice courant k est égal à l'indice de référence n_ref.If this is not the case, we return to step 41, and if it is the case, we go to the next cycle by incrementing the index k (step 47). The number of learnings i (R_pumpe j ; Q_pumpe l ) k is memorized (step 48), and it is tested (step 49) whether the current index k is equal to the reference index n_ref.
Si l'indice k n'est pas égal à l'indice de référence n_ref, on retourne à l'étape 41 (en passant par B), sinon, on mémorise le terme intégral de référence I_app_ref(R_pompej ; Q_pompel) selon l'équation 12 (étape 50), et on retourne à l'étape 41 (en passant par B).If the index k is not equal to the reference index n_ref, it returns to step 41 (via B), otherwise, the integral reference term I_app_ref (R_pompe j ; Q_pompe l ) is stored according to Equation 12 (step 50), and return to step 41 (through B).
En revanche, lorsque les conditions de test de l'étape 41 sont réalisées, on détermine (étape 51) les valeurs des couples (R_pompej ; Q_pompel) qui vérifient le système d'inéquations suivant :
On détermine ensuite (étape 52) les débits minimal Q_pompe_min et maximal Q__pompe_max sur l'ensemble des couples de valeurs (R_pompej ; Q_pompel) qui vérifient le système d'inéquations 8.Next, the minimum flow rates Q_pump_min and maximum Q_pump_max are determined (step 52) on the set of pairs of values (R_pumpe j ; Q_pump l ) which satisfy the inequation system 8.
On teste ensuite (étape 53) si les inéquations 4 ou 5 et 6 ou 7 sont vérifiées, et si ce n'est pas le cas, on passe à l'étape 42.We then test (step 53) whether the
En revanche, si les conditions de test de l'étape 53 sont vérifiées, on alerte le conducteur (étape 54) par les moyens d'alerte 30, que le filtre à carburant 16 est encrassé. Ainsi, le conducteur peut aller faire changer le filtre à carburant et éviter ainsi des dégradations de fonctionnement pouvant aller jusqu'à entraîner des pannes du véhicule.On the other hand, if the test conditions of
La
avec :
dans lequel :
- I_app_mémo est la dernière valeur de I apprise pour le couple (R_pompej;Q_pompel) au cycle précédent k-1.
with:
in which :
- I_app_memo is the last value of I learned for the pair (R_pump j ; Q_pump l ) in the previous cycle k-1.
La présente invention permet donc, à coût réduit, de détecter un encrassement du filtre à carburant avec une précision améliorée, et de prévenir le conducteur d'un taux d'encrassement nécessitant le changement de filtre à carburant.The present invention thus makes it possible, at reduced cost, to detect a fouling of the fuel filter with improved accuracy, and to warn the driver of a fouling rate necessitating the change of the fuel filter.
Claims (10)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR0757893A FR2921566B1 (en) | 2007-09-27 | 2007-09-27 | DEVICE AND METHOD FOR DETECTING THE INJUNCTION OF A FUEL FILTER OF A FUEL SUPPLY SYSTEM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE, IN PARTICULAR A MOTOR VEHICLE. |
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FR (1) | FR2921566B1 (en) |
Cited By (1)
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DE112011103200B4 (en) | 2010-09-23 | 2023-06-07 | Cummins Intellectual Property, Inc. | Variable flow fuel transfer pump system and method |
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- 2007-09-27 FR FR0757893A patent/FR2921566B1/en not_active Expired - Fee Related
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- 2008-09-26 EP EP08305599A patent/EP2042222A1/en not_active Withdrawn
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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FR2921566A1 (en) | 2009-04-03 |
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