FR2914699A1 - Systeme et procede d'alimentation en carburant pour moteur a combustion interne - Google Patents
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Abstract
Le système d'alimentation en carburant pour moteur à combustion interne comprend un ensemble de pompage (5a, 5b) disposé entre une rampe d'injection de carburant (4) munie d'un capteur de pression (22), et un réservoir de carburant (6), une première vanne commandée (9) de régulation du débit de carburant alimentant une pompe haute pression (5b) de l'ensemble de pompage, une deuxième vanne commandée (11) de régulation de la pression du carburant accumulé dans la rampe d'injection (4), et des moyens de détermination (30) d'une pression de consigne dans la rampe d'injection (4), en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur (1). Le système comprend deux boucles fermées de régulation desdites première (9) et deuxième (11) vannes commandées, les deux boucles fermées de régulation utilisant la pression mesurée dans la rampe d'injection (4), étant connectées en cascade, et étant actives simultanément.
Description
B06-3065FR -GBR/EVH
Société par Actions Simplifiée dite : RENAULT s.a.s Système et procédé d'alimentation en carburant pour moteur à combustion interne
Invention de : CARRE Bertrand MARTINEZ Didier ROTH Richard
2 Système et procédé d'alimentation en carburant pour moteur à combustion interne
L'invention porte sur le domaine des moteurs à essence ou Diesel, équipés d'un système d'injection (encore appelé "système d'alimentation en carburant"), et notamment sur les systèmes d'injection faisant intervenir un actuateur de débit et un actuateur de pression du carburant. Plus précisément, l'invention concerne les systèmes d'injection directe essence ou Diesel à haute pression, communément appelés "systèmes d'injection à rampe commune" ("Common Rail", en langue anglaise). Classiquement, s'il existe un écart entre la pression souhaitée et la pression effectivement mesurée dans la rampe d'injection commune, les actuateurs, également appelés vannes de régulation, sont commandés de façon que la pression mesurée tende vers la pression souhaitée. Il existe des systèmes d'alimentation en carburant de moteur à combustion interne comprenant un unique actuateur ou vanne commandée de régulation de la pression du carburant accumulé dans la rampe d'injection (cf demande de brevet FR 2 807 475 (Bosch)). De tels systèmes permettent un suivi rapide et précis de la pression de consigne du carburant souhaitée dans la rampe d'injection. Cependant, ils ont un mauvais rendement énergétique, car on comprime plus de carburant que nécessaire, et le surplus de carburant comprimé est reversé dans le réservoir de carburant du véhicule. Il existe également des systèmes équipés uniquement d'un actuateur de régulation du débit de carburant alimentant la pompe haute pression (cf demande de brevet internationale WO 2005/111 402 (Bosch)). Ce type de système a un meilleur rendement énergétique que
3 le précédent, mais, en contrepartie, le suivi de la pression de consigne est plus lent et moins précis qu'avec une vanne commandée de régulation de la pression du carburant accumulé dans la rampe d'injection. Un tel système implique un problème de décharge dU carburant accumulé dans la rampe d'injection lors de phases durant lesquelles il n'y a plus d'injection de carburant dans le moteur. Dans ce cas, il est possible que la pression dans la rampe d'injection ne puisse plus chuter suffisamment rapidement (suivant la technologie et les performances des injecteurs utilisés) et suivre correctement la pression de consigne. La vitesse de décharge de la rampe commune dépend essentiellement des fuites des injecteurs (collectées sur le circuit de retour du système d'alimentation en carburant). On distingue généralement deux types de fuites pour les injecteurs en rampe commune : les fuites statiques, continues, liées à la structure des injecteurs et qui dépendent de la pression dans la rampe commune ; et les fuites dynamiques résultant de l'activation des injecteurs. I1 est donc possible, suivant la technologie des injecteurs utilisés, d'augmenter les fuites et donc la vitesse de décharge de la rampe en activant plus rapidement les injecteurs. Cela permet en effet de générer des fuites dynamiques plus importantes sans pour autant injecter plus de carburant dans les cylindres. Pour suivre effectivement la pression de consigne souhaitée dans la rampe commune, durant les phases de coupure d'injection, il est possible d'utiliser des injecteurs à commande par solénoïde, qui permettent d'augmenter le débit de refoulement de carburant vers le réservoir sans produire d'injection dans le moteur. Toutefois, ce type de décharge de la rampe d'injection commune par activation rapide des injecteurs est impossible avec des injecteurs dits à commande piézoélectrique, qui sont de plus en plus utilisés.
4 Aussi, il existe des systèmes d'alimentation en carburant pour moteurs à combustion interne munis de deux actuateurs, ou, en d'autres termes, d'une vanne commandée de régulation du débit de carburant alimentant la pompe haute pression et d'une vanne commandée de régulation de la pression du carburant accumulé dans la rampe d'injection. Les demandes de brevets FR 2 862 092 (Bosch), DE 103 19 922 (Bosch) et FR 2 784 420 (Siemens) divulguent de tels systèmes à deux vannes de régulation commandées. Ces systèmes mettent en oeuvre une boucle fermée de régulation sur la vanne commandée de régulation en débit, et une boucle fermée de régulation sur la vanne commandée de régulation en pression. Selon les conditions de fonctionnement du moteur, on utilise soit l'une, soit l'autre de ces boucles fermées de régulation. Aussi, les inconvénients cités précédemment sont présents suivant la boucle fermée de régulation activée. Généralement, la régulation sur la boucle fermée de l'actuateur de pression est utilisée lors du démarrage à froid du moteur, du fonctionnement au ralenti du moteur, ou du fonctionnement du moteur nécessitant un faible débit d'alimentation en carburant. Dans les autres cas de figure, généralement, la régulation s'effectue sur la boucle fermée de l'actuateur de débit, qui est une régulation plus lente, mais qui permet d'améliorer le rendement énergétique du moteur. La duplication des gains d'action proportionnelle, d'action intégrale et d'action dérivée liée à l'utilisation de deux correcteurs PID indépendants, nécessite une place mémoire importante. En outre la complexité de mise au point est élevée, notamment pour la gestion des recouvrements entre les deux modes de régulations. La demande de brevet US 2005/00 87174 (Bosch) divulgue un système comprenant deux vannes commandées de régulation du débit de carburant alimentant la pompe haute pression et de régulation du carburant accumulé dans la rampe d'injection, capable de fonctionner soit en régulation fermée pour la première vanne commandée (ler mode), soit en régulation fermée pour la deuxième vanne commandée 5 (2e 1 mode), soit simultanément avec les deux boucles fermées de régulation (3ème mode). Le 3ème mode est utilisé préférentiellement comme phase intermédiaire lors des transitions du ter mode vers le 2ème mode et vice versa. Ceci afin de limiter les perturbations de la pression du carburant dans la rampe et leur impact sur le fonctionnement du moteur lors des recouvrements des modes. Toutefois, un tel système ne permet pas d'éviter la duplication des gains d'action qui résulte obligatoirement de l'utilisation de deux correcteurs indépendants, ni de réduire la complexité de mise au point. La présente invention vise à apporter une solution à ces problèmes. Un but de l'invention est donc de proposer un système d'alimentation en carburant pour moteur à combustion interne permettant un suivi de consigne de la pression dans la rampe d'injection ayant une rapidité et une efficacité ou puissance hydraulique dissipée améliorées. A cet effet, un premier aspect de l'invention a pour objet un système d'alimentation en carburant pour moteur à combustion interne comprenant un ensemble de pompage disposé 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 une première vanne commandée de régulation du débit de carburant alimentant une pompe haute pression de l'ensemble de pompage, une deuxième vanne commandée de régulation de la pression du carburant accumulé dans la rampe d'injection, et des moyens de détermination
6 d'une pression de consigne dans la rampe d'injection, en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur. Le système d'alimentation en carburant comprend deux boucles fermées de régulation desdites première et deuxième vannes commandées, les deux boucles fermées de régulation utilisant la pression mesurée dans la rampe d'injection, étant connectées en cascade, et étant actives simultanément. Cette double régulation simultanée permet d'éviter les désavantages respectifs cités précédemment d'une régulation utilisant une seule boucle fermée de régulation. Cette connexion en cascade a pour avantage de limiter le nombre d'actions proportionnelle, intégrale et dérivée, et ainsi de limiter la quantité de mémoire nécessaire au système. Une cartographie mémorisée, ou un module de calcul mettant en oeuvre une fonction prédéterminée peut permettre de déterminer une pression de consigne dans la rampe d'injection de carburant, en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur, dont les valeurs sont transmises par divers capteurs ou estimateurs déjà embarqués à bord du véhicule. Dans un mode de réalisation, ladite première boucle fermée de régulation comprend des premiers moyens de soustraction, pour soustraire le signal de pression mesurée dudit signal de pression de consigne délivré par lesdits moyens de détermination. Selon un mode de réalisation, la première boucle fermée de régulation comprend des moyens de gain proportionnel, disposés en aval desdits premiers moyens de soustraction, et en amont d'un élément de commande de la première vanne de régulation, lesdits moyens de gain proportionnel étant adaptés pour délivrer en sortie un premier signal de commande de ladite première vanne de régulation.
7 Dans un mode de réalisation, la première boucle fermée de régulation peut comprendre des moyens d'intégration montés en parallèle des moyens de gain proportionnel. La connexion en cascade de la deuxième boucle fermée de régulation est de préférence située entre la sortie des moyens de gain proportionnel et l'élément de commande. Selon un mode de réalisation, la deuxième boucle fermée de régulation comprend des moyens de filtrage passe-haut capables d'estimer la dérivée du signal de pression mesurée par le capteur de pression dans la rampe d'injection et des deuxièmes moyens de soustraction pour soustraire la dérivée estimée de la pression dans la rampe d'injection du premier signal de commande issu de la première boucle fermée de régulation. Dans un mode de réalisation, la deuxième boucle fermée de régulation comprend des moyens de gain proportionnel disposés entre la sortie du deuxième soustracteur et ledit élément de commande, pour délivrer en sortie un deuxième signal de commande de ladite deuxième vanne de régulation. Le système peut comprendre avantageusement des moyens de filtrage passe-bas du signal de pression de consigne fourni par les moyens de détermination de la pression de consigne. Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé d'alimentation en carburant pour moteur à combustion interne comprenant un ensemble de pompage disposé entre une rampe d'injection de carburant et un réservoir de carburant. On régule simultanément et de manière continue le débit de carburant alimentant une pompe haute pression de l'ensemble de pompage et la pression du carburant accumulé dans la rampe d'injection, par deux boucles
8 fermées de régulation utilisant la pression mesurée dans la rampe d'injection, et étant connectées en cascade. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de mise en oeuvre et d'un mode de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement un moteur Diesel à combustion interne équipé d'un système d'alimentation en carburant selon un aspect de l'invention ; - les figures 2 et 3 illustrent une modélisation hydraulique du système d'alimentation en carburant ; et - la figure 4 est une représentation schématique des moyens de commande du système d'alimentation en carburant de la figure 1, selon un aspect de l'invention.
Sur la figure 1, est représenté schématiquement un moteur Diesel à combustion interne référencé 1, alimenté en carburant par un système d'alimentation en carburant. En variante, l'invention peut également s'appliquer à un moteur à essence. Dans cet exemple, le moteur 1 comprend quatre cylindres, et le système d'alimentation en carburant comprend quatre injecteurs référencés 2, reliés chacun par un conduit à haute pression 3 à la rampe d'injection commune 4 dénommée également "le rail d'injection" et qui constitue un accumulateur haute pression pour le carburant à injecter. 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 figure, a pour fonction de stabiliser la pression à l'entrée d'une pompe 5b à haute pression. Les deux pompes 5a et 5b
9 constituent ce que l'on appellera dans la suite de la description l'ensemble de pompage 5a, 5b. La pompe de gavage basse pression 5a peut être entraînée mécaniquement en étant intégrée à la pompe haute pression 5b, elle-même entraînée mécaniquement par le moteur 1. En variante, la pompe de gavage 5a peut être indépendante de la pompe haute pression 5b et être par exemple entraînée par un moteur électrique. Un actuateur de débit, ou vanne de régulation du débit 9, est disposé entre la pompe basse pression 5a et la pompe haute pression 5b pour ajuster la quantité de carburant envoyée à la pompe haute pression 5b, puis à la rampe d'injection 4 par un 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, ou vanne commandée de régulation 11 de la pression du carburant accumulé dans la rampe 4. 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 figure 1, le circuit de retour 12 est monté en communication avec les deux vannes 9 et 11 et avec un seul conduit 3. Bien entendu, en réalité, le circuit de retour 12 communique avec tous les conduits 3. Enfin, le moteur 1 et son système d'alimentation sont contrôlés par une unité de commande électronique 13. Cette unité de commande électronique 13 comprend des composants classiques, tels que des microprocesseurs, des mémoires dures de type EEPROM et des mémoires tampons de type RAM. 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
10 systèmes annexes, tels que le système d'injection de carburant ou le système d'alimentation en air. L'unité de commande électronique 13 traite les données d'entrée 14 pour définir ou calculer des niveaux de commande 16 délivrés en sortie de l'unité de commande électronique 13 via une connexion 17. Les niveaux de commande 16 sont envoyés aux différents actionneurs qui participent au contrôle des systèmes annexes et donc du moteur 1. Plus particulièrement, les niveaux de commande 16 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 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. 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. Ces cartographies permettent de définir la valeur de la pression Pc souhaitée dans la rampe commune d'injection 4, ou pression de consigne. Les niveaux de commande 16 sont alors calculés en fonction de cette valeur de pression de consigne Pc. Classiquement, la valeur de la consigne de pression Pc est comparée à la valeur de la pression effectivement mesurée P2 dans la rampe d'injection 4 de carburant. Cette valeur mesurée de la pression P2 est délivrée à l'unité de commande électronique 13 via une connexion 21 reliée à un capteur de pression 22 mesurant la pression dans la rampe d'injection 4. Un
11 capteur 23 fournit à chaque instant une mesure de l'angle 0 du vilebrequin du moteur 1. Le capteur 23 peut être placé sur une cible dentée solidaire en rotation du vilebrequin. Le capteur 23 est relié à l'unité de commande électronique 13 par une connexion 24. I1 permet d'obtenir une estimation, par calcul, de la vitesse de rotation d0 du moteur. La vitesse de rotation de la pompe 5b peut être déduite de la vitesse de rotation du moteur, selon le rapport d'entraînement mécanique entre le moteur 1 et la pompe 5b. Selon l'écart de pression identifié (AP=Pc-P2), l'unité de commande électronique 13, à l'aide d'un module de commande 25, ajuste les signaux de commande des première et deuxième vannes commandées de régulation 9 et 11 pour que la pression mesurée P2 rejoigne la consigne de pression Pc. Si l'écart de pression AP est positif, le module de commande 25 agit de manière à augmenter le débit et/ou réduire la décharge ou fuite. Par contre, lorsque l'écart de pression AP est négatif, le module de commande 25 agit de manière à diminuer le débit et/ou accroître la décharge. La présente invention permet de réduire la complexité de mise au point, la puissance hydraulique dissipée, et d'obtenir une réponse en suivi de consigne rapide. La figure 2, sur laquelle les éléments identiques portent les mêmes références, représente une modélisation hydraulique d'un système d'alimentation en carburant comprenant la première vanne commandée 9 de régulation du débit de carburant alimentant la pompe 5b et la deuxième vanne commandée 11 de régulation de la pression du carburant accumulé dans la rampe d'injection 4 et montrant également le circuit de retour 12.
12 Une première commande Ul correspond au pourcentage d'ouverture de la section de passage de la première vanne commandée de régulation 9 devant permettre un écoulement, et une deuxième commande U2 correspond au pourcentage d'ouverture de la section de passage de la deuxième vanne commandée de régulation 11, laissé libre pour permettre un écoulement. En d'autres termes, la première commande Ul permet de commander la première vanne de régulation 9 pour réguler le débit de carburant entrant dans la pompe 5b, et la deuxième commande U2 permet de commander la deuxième vanne de régulation 11 pour réguler le débit de décharge du carburant accumulé dans la rampe d'injection 4 via le circuit de retour 12, de manière à tendre précisément vers la pression de consigne Pc dans la rampe d'injection 4. L'équation du débit peut s'écrire : d v dtP2 QI-Q2-Eq, = équation 1 J=1 B dans laquelle : Q1 représente le débit entrant dans la pompe haute pression 5b à travers l'actuateur de débit 9, en m3/s, Q2 représente le débit de décharge de la rampe d'injection, reversé dans le circuit de retour de carburant 12 à travers l'actuateur de pression, en m3/s, qi représente le débit à travers un injecteur j (j étant compris entre 1 et n et n étant le nombre d'injecteurs), en m3/s, Vddt P2 B est communément appelé le débit de compressibilité du carburant dans la rampe d'injection 4, en m3/s, V représente le volume total compris entre la pompe 5b et les injecteurs 2 (circuit haute pression), en m3/s, B représente le module de compressibilité du carburant, ou, en d'autres termes, le rapport entre la pression qui s'exerce sur le carburant et la diminution de volume unitaire qui en résulte, en Pascal. P2 représente la pression du carburant dans la rampe d'injection 4 (circuit haute pression), en Pascal, Pl représente la pression de carburant en entrée de la pompe haute pression 5b (pression de gavage à la sortie de la première vanne de régulation 9), en Pascal, PO représente la pression de carburant dans le circuit de retour vers le réservoir de carburant (circuit basse pression), en Pascal. Par ailleurs, selon une approche inertielle (mécanique du solide), l'évolution du débit de carburant à travers un injecteur 2 peut s'exprimer de la façon suivante d S.(P2-P0) -q. équation 2 dt pL, dans laquelle : S; représente la section des trous de passage de l'injecteur j, en m2, Lj représente la longueur du conduit reliant la rampe d'injection à l'injecteur j, en m, p représente la densité (ou masse volumique) du carburant, en kg/m3, La masse m; de carburant contenu dans le conduit 3 reliant l'injecteur 2 à la rampe d'injection 4 est donnée par : M~ = pL;S; équation 3 La combinaison des équations (1) et (2) révèle l'existence d'un mode (ou fréquence) de résonance hydraulique donné par : 2 BS. coi = équation 4 pLjV
14 Tel que représenté sur la figure 3, le comportement hydraulique du système d'injection formé par l'injecteur 2 et la rampe d'injection 4 peut être comparé à celui d'un système mécanique formé par une masse et un ressort. Selon cette approche, la raideur hydraulique R engendrée par la rampe d'injection (qui joue le rôle d'un accumulateur de carburant à haute pression) peut s'exprimer par la relation : BS.Z R= V équation 5 Ainsi, partir des équations (3) et (5), on peut exprimer le mode 10 de résonance hydraulique oj2 dentifié précédemment en fonction de la raideur hydraulique R de la rampe d'injection 4 et de la masse mi e carburant injectée, par la relation : 2 R w. méquation 6 Ainsi, le débit dans les injecteurs 2 peut être vu comme une 15 perturbation de la pression dans la rampe d'injection 4. Deux cas se présentent alors. Soit rien n'est fait et il faut contrôler cette résonance à l'aide d'une boucle de régulation de la pression dans la rampe d'injection 4. Soit un amortissement passif de ce mode hydraulique est réalisé. Ici, nous nous placerons dans le second cas. En effet, des 20 gicleurs d'amortissement (non représentés sur les figures) sont positionnés sur les systèmes d'injection entre la rampe d'injection 4 et chaque injecteur 2, afin de limiter la propagation des ondes de pression vers la rampe d'injection 4 lors de l'activation des injecteurs 2. 25 Les étapes précédentes nous permettent maintenant de poser les hypothèses suivantes : - la mise en place de gicleurs d'amortissement sur les conduits 3 reliant les injecteurs 2 à la rampe d'injection 4 permet de s'affranchir du mode de résonance hydraulique (comportement d'un système du premier ordre), - les débits des injecteurs peuvent être considérés comme de petites perturbations dénuées d'impact majeur sur la pression P2 dans la rampe d'injection 4 (en d'autres termes, les débits des injecteurs sont négligeables par rapport aux débits Q1 et Q2), - la pression P2 dans la rampe d'injection 4 est nettement supérieure à la pression PO en amont de la première vanne de régulation 9 (PO est de l'ordre de 5 bars, et P2 varie, par exemple, entre 200 et 1600 bars), - la première vanne commandée 9 de régulation de débit peut être vue comme un limiteur de débit en entrée de la pompe haute pression 5b (cylindrée variable). Aussi on peut en déduire les équations suivantes
d P2 Débit de compressibilité : QlùQ2= V B équation 7 Débit de la pompe 5b : Ql = C(Ul)w équation 8 dans laquelle co est la vitesse de rotation de la pompe 5b, en rad/s. Débit de perte de charge d'après l'équation de Bernoulli : Q2 = UzS. P~ P2 équation 925 U1 et U2 pouvant s'exprimer en pourcentage d'ouverture de la section de passage totale des vannes de débit et de pression. On a donc : 0%<U1<_100% , 0%≤U2≤100% , et Ç représente un coefficient de correction de la densité p du carburant, coefficient qui dépend de la température T et de la pression P2 du carburant. D'où on obtient : AQ1= (U C(U1)o)AUI +C(U1)Oco équation 10 1 / UKAP2 OQ2 = 12 1 +K P0U2 équation 11 1 Avec : K = S~ ù p~ Par linéarisation des deux équations (10) et (11) de débit au point de fonctionnement arbitraire où l'on pose U1=U10, U2=U20, P2=P20 et W=Wo, on obtient : Q1= U1KU w équation 13 Q2=KP2P2+Ku2U2 équation 14 On a, en outre Kjr = C(U1) équation 15 dU1 équation 16 KU2 = K-021 équation 17 équation 12 KP2 2 120 KU Donc, si on reprend l'équation (7), l'équation comportementale de la pression dans la rampe d'injectiuon 4 linéarisée s'écrit : VdP2 dt + KPZP2 = U~KU c~ùU2KU2 équation 18 B La pulsation de coupure (oc du système, qui dépend du point de fonctionnement, s'exprime alors par la relation : (oc = 12BS~ 1 u2o 1 V équation 19 PÇ P20 Dans le but d'assurer un bon suivi de la consigne de pression Pc dans la rampe d'injection 4, on pilote le débit Q1 en écart de pression par rapport à la consigne de pression Pc, par une première boucle fermée de régulation dite boucle lente.
En outre, un objectif étant de minimiser la puissance dissipée par rapport à la puissance utile en régime permanent, on va piloter le débit Q2 (débit de décharge de la rampe d'injection 4) en régulation de variation de pression par une deuxième boucle fermée de régulation, dite boucle rapide.
Cette deuxième boucle réagit aux variations rapides (hautes fréquences) de la pression dans la rampe d'injection 4 et permet de stabiliser la commande du débit Q1, en évitant les sollicitations hautes fréquences synonymes de perte d'énergie. Les variations rapides de la pression dans la rampe d'injection 4 peuvent être détectées par une estimation de la dérivée de la mesure de la pression dans la rampe d'injection au moyen d'un filtre passe-haut calé sur la fréquence de coupure (oc du système. La fréquence de coupure (oc est un zéro de la fonction de transfert du système en boucle fermée de pression. Pour éviter les forts dépassements de valeur de pression (ou surpressions)
18 dans la rampe d'injection 4, à la suite de sauts de consigne de type échelon, c'est-à-dire lors de variations très rapides de la pression de consigne, il convient de prévoir un filtre passe-bas (calé sur la fréquence de coupure wc du système) pour la pression de consigne. On parle alors de filtre pré-compensateur . Dans l'exemple de réalisation illustré sur la figure 4, le module de commande 25 comprend un module de détermination 30 de la pression de consigne Pc dans la rampe d'injection 4 en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur 1. Le module de détermination 30 transmet la pression de consigne Pc à un premier filtre passe-bas 31 calé sur la fréquence de coupure wc du système, qui va permettre d'éviter les problèmes de forts dépassements de la pression dans la rampe d'injection 4 par rapport à ladite consigne. Le module de détermination 30 de la pression de consigne Pc dans la rampe d'injection 4 peut être réalisé sous la forme d'une cartographie mémorisée, ou d'une fonction logicielle. La pression de consigne Pc est transmise au filtre passe-bas 31 par une connexion 32. Le signal de sortie du filtre 31 est transmis à un premier soustracteur 33 par une connexion 34. Le capteur de pression 22 transmet par une connexion 35 formant une première boucle fermée de régulation, la pression mesurée P2 dans la rampe d'injection 4 à destination du premier soustracteur 33. Le premier soustracteur 33 effectue la différence entre le signal transmis par la connexion 34 et le signal transmis par la connexion 35, et transmet cette différence par une connexion 37 à un module de gain proportionnel 38 de gain Kp. Le gain du module de gain proportionnel 38 est de préférence fonction de la vitesse de rotation de la pompe 5b. Le module de gain proportionnel 38 transmet en sortie un premier
19 signal de commande Ul à un élément de commande 39, par une connexion 40. L'élément de commande 39 commande alors l'ouverture de la première vanne de régulation commandée 9 de sorte que le pourcentage d'ouverture desa section de passage soit égale à Ul. En outre, une deuxième boucle fermée de régulation est connectée en cascade de la première boucle de régulation fermée à partir d'une dérivation 41 de la connexion 40 à destination d'un deuxième soustracteur 42. Le deuxième soustracteur 42 reçoit une information sur la dérivée de la pression P2 mesurée dans la rampe d'injection 4 par le capteur de pression 22 par l'intermédiaire d'une connexion 43 reliée à la connexion 35. La deuxième boucle fermée de régulation comprend un filtre 44 passe-haut calé sur la fréquence de coupure wc du système qui permet d'estimer les variations rapides (hautes fréquences) de la pression P2 mesurée dans la rampe d'injection 4. Le deuxième soustracteur 42 effectue la différence entre le premier signal de commande Ul transmis par la connexion 41, et la valeur estimée par le filtre 44 de la dérivée de la pression P2 mesurée dans la chambre de combustion 4, et délivre en sortie cette différence par une connexion 45 à destination d'un deuxième module de gain proportionnel 46 de gain Kv. Le module 46, de gain proportionnel Kv, qui est également avantageusement fonction de la vitesse de rotation de la pompe 5b, délivre en sortie une deuxième commande U2 à destination de l'élément de commande 39. L'élément de commande 39 commande alors l'ouverture de la deuxième vanne commandée de régulation 11 de sorte que le pourcentage d'ouverture de sa section de passage corresponde à la deuxième commande U2. On a alors les équations d'asservissement suivantes : VSP2 = UlkU (Ïù U2ku2 Ul = Kp(P2 ù Pc) U2 =Kv Kp(P2ùPc)ù P2w, s+(c s représentant l'opérateur de Laplace et P2coc représentant la valeur s+cc estimée de la dérivée de la pression P2 mesurée dans la rampe d'injection 4 (filtre passe-haut calé sur la fréquence de coupure (oc). On en déduit ainsi les valeurs des gains Kp et Kv définies par les relations suivantes : WCWn2V Kp _ V(wn2 -2gg nwc Kv = V(~n2 -2g nwc Wc2kU2B dans lesquelles : Gon est la pulsation 15 boucle ouverte, et Ç est le coefficient d'amortissement désiré en boucle fermée (marge de stabilité). Les deux valeurs Gon et Ç constituent le cahier des charges du contrôle du système physique, le cahier des charges étant fonction des connaissances et des limitations du système physique. 20 Afin d'annuler l'erreur statique, on peut ajouter dans la boucle lente un module d'intégration 36 de gain Ki, comme illustré sur la figure 4. Le gain Ki est de préférence fonction de la vitesse de rotation de la pompe 5b comme les gains Kp et Kv. Le module 36 est positionné en aval du soustracteur 33, en parallèle du module 38, les 10 B équation 20 équation 21 équation 22 +wc2)+wc2kUlwB +(oc 2) équation 23 équation 24 propre voisine de la fréquence au gain unité de la
21 sorties des modules 36 et 38 étant regroupées dans un additionneur 33a dont la sortie est reliée à la connexion 40. Le gain Ki du module d'intégration 36 est défini par la relation suivante : Ki = Kp/Ti dans laquelle Ti représente le temps d'action intégral, en seconde. La hiérarchisation des pulsations est faite de façon à garantir le maintien des marges de stabilité, avec : et à garantir la réponse en suivi de consigne sans dépassement avec wn_<2wc. L'invention permet d'avoir un système d'alimentation en carburant pour moteur à combustion interne à complexité de mise au point réduite (faible nombre de facteurs correctifs), limitant la puissance hydraulique dissipée et possédant une réponse en suivi de consigne optimisée, quelle que soit la zone de fonctionnement du moteur et ce, à coût réduit.
Claims (10)
1. Système d'alimentation en carburant pour moteur à combustion interne comprenant un ensemble de pompage (5a, 5b) disposé entre une rampe d'injection de carburant (4) munie d'un capteur de pression (22), et un réservoir de carburant (6), une première vanne commandée (9) de régulation du débit de carburant alimentant une pompe haute pression (5b) de l'ensemble de pompage, une deuxième vanne commandée (11) de régulation de la pression du carburant accumulé dans la rampe d'injection (4), et des moyens de détermination (30) d'une pression de consigne dans la rampe d'injection (4), en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur (1), caractérisé en ce qu'il comprend deux boucles fermées de régulation desdites première (9) et deuxième (11) vannes commandées, les deux boucles fermées de régulation utilisant la pression mesurée dans la rampe d'injection (4), étant connectées en cascade, et étant actives simultanément.
2. Système selon la revendication 1, dans lequel la première boucle fermée de régulation comprend des premiers moyens de soustraction (33), recevant le signal de pression de consigne délivré par lesdits moyens de détermination (30) et la pression mesurée par le capteur de pression (22) dans la rampe d'injection (4).
3. Système selon la revendication 2, dans lequel la première boucle fermée de régulation comprend des moyens de gain proportionnel (38), disposés en aval desdits premiers moyens de soustraction (33), et en amont d'un élément de commande (39) desdites première (9) et deuxième (11) vannes de régulation, lesdits moyens de gain proportionnel (38) étant adaptés pour délivrer en sortie un premier signal de commande (Ul) de ladite première vanne de régulation (9). 23
4. Système selon la revendication 3, dans lequel la première boucle fermée de régulation comprend des moyens d'intégration (36) montés en parallèle des moyens de gain proportionnel (38).
5. Système selon la revendication 4, dans lequel lesdits moyens de gain proportionnel (38, 46) et/ou lesdits moyens d'intégration (36) sont adaptés pour tenir compte de la vitesse de rotation de la pompe haute pression (5b) ou du moteur.
6. Système selon l'une des revendications 3 à 5, dans lequel la connexion en cascade de la deuxième boucle fermée de régulation est située entre la sortie des moyens de gain proportionnel (38) et ledit élément de commande (39).
7. Système selon la revendication 6, dans lequel la deuxième boucle fermée de régulation comprend des moyens (44) de filtrage passe-haut capables d'estimer la dérivée du signal de pression mesurée par le capteur (22) dans la rampe d'injection (4) et des deuxièmes moyens de soustraction (42) pour soustraire ladite dérivée estimée de la pression dans la rampe d'injection (4) dudit premier signal de commande (U1) issu de la première boucle fermée de régulation.
8. Système selon la revendication 7, dans lequel la deuxième boucle fermée de régulation comprend des moyens de gain proportionnel (46) disposés entre la sortie du deuxième soustracteur (42) et ledit élément de commande (39), pour délivrer en sortie un deuxième signal de commande (U2) de ladite deuxième vanne de régulation (11).
9. Système selon l'une des revendications précédentes, comprenant des moyens de filtrage passe-bas (31) du signal de pression de consigne, fournis par lesdits moyens de détermination (30). 24
10. Procédé d'alimentation en carburant pour moteur à combustion interne comprenant un ensemble de pompage (5a, 5b) disposé entre une rampe d'injection (4) de carburant et un réservoir de carburant (6), caractérisé en ce l'on régule simultanément et de manière continue le débit de carburant alimentant une pompe haute pression (5b) de l'ensemble de pompage et la pression du carburant accumulé dans la rampe d'injection (4), par deux boucles fermées de régulation utilisant la pression mesurée dans la rampe d'injection (4), et étant connectées en cascade.
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