FR2922266A1 - Procede et dispositif d'optimisation de la combustion de carburants diesel avec differents indices de cetane dans un moteur diesel a combustion interne - Google Patents

Procede et dispositif d'optimisation de la combustion de carburants diesel avec differents indices de cetane dans un moteur diesel a combustion interne Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé et un dispositif d'optimisation de la combustion de carburants diesels avec différents indices de cétane dans un moteur diesel à combustion interne. Il est prévu que des pressions cylindre (Pzyl) sont mesurées dans au moins un cylindre (7) du moteur à combustion interne pendant la durée de la combustion, qu'au moins une partie des pressions cylindre (Pzyl) mesurées est exploitée pour déduire une grandeur caractéristique pour le carburant diesel amené dans les cylindres (7) du moteur à combustion interne, et que la grandeur caractéristique est utilisée pour modifier des paramètres, qui déterminent la combustion dans les cylindres (7) de la machine à combustion interne.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF D'OPTIMISATION DE LA COMBUSTION DE CARBURANTS DIESEL AVEC DIFFERENTS INDICES DE CÉTANE DANS UN MOTEUR DIESEL À COMBUSTION INTERNE
La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'optimisation de la combustion de carburants diesel avec différents indices de cétane dans un moteur diesel à combustion interne.
Dans le cas des moteurs diesel à combustion interne de véhicules automobiles actuels, le déroulement de la combustion dans les cylindres du moteur à combustion interne est adapté par un préréglage correspondant de certains paramètres déterminant la combustion, comme par exemple le moment d'une ou de plusieurs pré-injections, le moment de l'injection principale, la quantité de carburant diesel injecté lors des pré-injections et/ou lors de l'injection principale, la pression d'injection ou la pression Rail d'un système d'injection de carburant Common-Rail, de sorte que l'indice de cétane du carburant utilisé peut par exemple être situé dans une plage comprise entre 51 et 54 sans que les émissions du moteur à combustion interne ou le comportement de conduite du véhicule automobile ne soient altérés d'une quelconque manière en cas de modification de l'indice de cétane à l'intérieur de cette plage.
Cependant, en raison de nouvelles exigences relatives aux émissions, par exemple BIN 5, on utilise de plus en plus de carburants diesel, dont l'indice de cétane est inférieur à 50, sachant qu'on utilise surtout aux USA des carburants diesel avec des indices de cétane inférieurs à 40, allant jusqu'à 38. Néanmoins, pour une plage de carburant aussi grande, englobant des carburants avec des indices de cétane compris entre 54 et 38, il n'y a plus de paramètres déterminant la combustion, qui permettent d'obtenir pour l'ensemble de ces carburants des résultats satisfaisants en ce qui concerne les émissions et le comportement de conduite. En partant de là, l'objet de l'invention consiste à mettre à disposition un procédé et un dispositif du type mentionné en introduction, avec lesquels il est possible de procéder dans le cas d'une modification de l'indice de cétane du carburant utilisé, à une adaptation du déroulement de la combustion dans les cylindres du moteur à combustion interne tenant compte de cette modification pour éviter une détérioration des émissions et/ou une altération du comportement de conduite. Ce problème est résolu selon l'invention en ce qui concerne le procédé, par le fait que des pressions au cylindre sont mesurées dans au moins un cylindre du moteur à combustion interne pendant la durée de la combustion, par le fait qu'au moins une partie des pressions au cylindre mesurées est exploitée pour déduire une grandeur caractéristique pour le carburant diesel amené dans le cylindre, et par le fait que la grandeur caractéristique est utilisée pour modifier des paramètres, qui déterminent la combustion dans les cylindres. Le dispositif selon l'invention comprend un dispositif de mesure de pressions au cylindre dans au moins un cylindre du moteur à combustion interne, des dispositifs d'exploitation d'une partie des pressions au cylindre mesurées et de déduction d'une grandeur caractéristique pour le carburant diesel amené dans le cylindre, ainsi qu'un dispositif de modification de paramètres, déterminant la combustion dans les cylindres, répondant à un écart de la grandeur caractéristique d'une valeur de référence prescrite. L'invention repose sur la connaissance qu'une modification de l'indice de cétane du carburant diesel utilisé provoque une modification du déroulement de la combustion dans les cylindres, qui est visible, dans le cas de conditions secondaires du reste inchangées, par une courbe modifiée de la pression au cylindre. Ce faisant, lorsque l'indice de cétane du carburant utilisé diminue suite au plus grand retard d'allumage, en particulier le point, pour lequel 50 % du carburant diesel amené dans le cylindre ont été convertis, se décale vers plus tard et ainsi également la pression au cylindre associée à ce point. Inversement, lorsque l'indice de cétane augmente, ce point et ainsi également la pression au cylindre associée se décale vers plus tôt, suite au plus petit retard d'allumage. Il en va de même aussi pour les pressions au cylindre, qui sont mesurées à peu près après la moitié de la durée de la combustion. Ainsi, en cas d'utilisation d'un carburant avec un indice de cétane inconnu, il est possible de déduire une grandeur caractéristique, qui est une référence pour la propriété d'auto-allumage du carburant inconnu et peut donc être qualifiée d'équivalent de l'indice de cétane, à partir de la pression au cylindre mesurée pour un angle de vilebrequin prédéfini ou à partir d'un minimum de pression mesuré dans une plage prédéfinie d'angles de vilebrequin par comparaison avec une valeur de référence déterminée auparavant pour un carburant avec un indice de cétane défini sous les mêmes conditions secondaires pour le même angle de vilebrequin et/ou dans la même plage d'angles de vilebrequin et classée dans un champ caractéristique. Lorsque la grandeur caractéristique déduite des pressions au cylindre mesurées s'écarte d'une valeur de référence déterminée auparavant pour un carburant avec un indice de cétane défini, un ou plusieurs paramètres déterminant ou influençant la combustion dans les cylindres du moteur à combustion interne sont ensuite modifiés de manière ciblée, de sorte que la pression au cylindre et ainsi à peu près aussi le déroulement de la combustion dans les cylindres correspondent à celui que l'on obtient sous les mêmes conditions d'exploitation lors de l'utilisation du carburant avec l'indice de cétane défini. Ainsi, les émissions du moteur à combustion interne et/ou le comportement de conduite du véhicule peuvent être optimisés indépendamment de l'indice de cétane du carburant utilisé respectivement. Une possibilité de mesure des pressions au cylindre prévoit que celles-ci soient mesurées directement dans l'un des cylindres au moyen d'un capteur de pression. Cependant, les pressions au cylindre peuvent en variante aussi être mesurées indirectement, par exemple au moyen d'un capteur, qui mesure une déformation de culasse de cylindre provoquée par la pression au cylindre.
L'exploitation des pressions au cylindre mesurées et la déduction de la grandeur caractéristique à partir de ces pressions au cylindre est réalisée de manière appropriée dans l'appareil de commande du moteur à combustion interne en utilisant un logiciel adapté, mais elle peut aussi être effectuée dans un appareil de commande supplémentaire. Sont exploitées de préférence les pressions au cylindre, qui sont mesurées après la combustion d'environ la moitié du carburant diesel amené dans le cylindre et/ou à peu près après la moitié de la durée de la combustion, étant donné que la courbe des pressions au cylindre au-dessus de l'angle de vilebrequin présente les plus grandes différences dans cette plage, en cas d'utilisation de carburants avec différents indices de cétane. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la grandeur caractéristique déduite des pressions au cylindre mesurées est comparée à une valeur de référence, qui a été déterminée auparavant pour un carburant diesel avec un indice de cétane défini, par exemple 52, sous des conditions d'exploitation correspondantes et a été classée dans un champ caractéristique, par exemple dans une mémoire de la commande du moteur. En cas de besoin, autrement dit lorsque la grandeur caractéristique déduite s'écarte de la valeur de référence ou de la valeur comparative enregistrée dans le champ caractéristique pour les mêmes conditions d'exploitation, une valeur de correction est formée à partir de la grandeur caractéristique pour la modification d'un ou de plusieurs des paramètres déterminants pour la combustion dans les cylindres. Ces paramètres peuvent englober entre autres la quantité de carburant amené lors d'une ou de plusieurs pré-injections dans les cylindres, le moment du début de la pré-injection ou/des pré-injections, l'intervalle de temps entre les pré-injections et/ou entre une pré-injection et l'injection principale, le niveau de la pression d'injection et/ou de la pression Rail d'un dispositif d'injection Common-Rail, la turbulence du carburant injecté, le taux de recyclage des gaz d'échappement autrement dit, la quantité de gaz d'échappement ramenés dans les cylindres ainsi que la pression d'admission d'un compresseur du moteur à combustion interne. La modification d'un ou de plusieurs de ces paramètres se fait d'une manière prédéfinie, qui dépend de la valeur caractéristique déduite respectivement et/ou de son écart de la valeur de référence, des valeurs de correction correspondantes étant enregistrées de manière appropriée dans une mémoire de l'appareil de commande du moteur pour chaque grandeur caractéristique et/ou écart. Les valeurs de correction sont sélectionnées de sorte qu'après la modification des paramètres, le déroulement de la combustion dans les cylindres du moteur à combustion interne correspond au déroulement de la combustion lors de l'utilisation du carburant diesel avec l'indice de cétane défini, par exemple 52, ce par quoi les émissions et le comportement de conduite correspondent aussi à ceux apparaissant lors de l'utilisation d'un tel carburant. Aussi bien la mesure des pressions au cylindre que leur exploitation et les mesures éventuellement prises par la suite peuvent être effectuées dans un mode d'exploitation spécial, qui est activé de façon appropriée après un plein du véhicule automobile, par exemple lorsque le niveau de carburant dans le réservoir de carburant augmente d'une valeur minimum prédéfinie. Cependant, il est tout aussi bien possible de procéder à la mesure et à l'exploitation continue des pressions au cylindre pendant la conduite. Outre un déroulement optimal de la combustion dans les cylindres du moteur à combustion interne, les mesures selon l'invention permettent aussi de régler des paramètres optimaux pour le traitement des gaz d'échappement, par exemple pour un filtre à particules ou un catalyseur-accumulateur de NOx dans la tubulure des gaz d'échappement du moteur à combustion interne.
De plus, les mesures selon l'invention permettent non seulement de déterminer une grandeur caractéristique pour un carburant diesel inconnu, mais aussi une grandeur caractéristique correspondante pour un carburant biodiesel de sorte que l'exploitation des pressions au cylindre permet aussi de supposer l'utilisation d'un tel carburant et ainsi l'utilisation d'un capteur d'ester méthylique de colza (RME) peut ainsi être supprimée.
L'invention est expliquée plus en détail ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans le dessin. On voit que : la figure 1 montre une vue schématique d'un dispositif selon l'invention d'optimisation de la combustion de carburants diesel avec différents indices de cétane dans un moteur diesel à combustion interne ; la figure 2 montre une représentation de la courbe de la pression au cylindre dans un cylindre du moteur diesel en cas d'utilisation de carburants diesel avec un indice de cétane de 52 ou 38. Le dispositif 1, représenté dans la figure 1, d'optimisation de la combustion de carburants diesel avec différents indices de cétane dans un moteur diesel comprend l'appareil de commande 2 du moteur diesel ainsi qu'un capteur de pression 4 monté dans la culasse 3 du moteur diesel et relié à l'appareil de commande du moteur 2 par le biais d'une ligne de signalisation 5. Le capteur de pression 4 est inséré dans un perçage de la culasse 3, de sorte qu'il mesure en continu, pendant le fonctionnement du moteur diesel, les pressions au cylindre PZyl régnant dans la chambre de combustion 6 du cylindre 7, qui sont ensuite transmises à l'appareil de commande du moteur 2 par le biais de la ligne de signalisation 5 pour être exploitées. Mais en variante, il est aussi possible d'utiliser un capteur de pression qui est intégré dans la culasse 3 et qui mesure la déformation de la culasse 3 provoquée par les changements de pression dans le cylindre 7, afin de calculer la courbe de la pression au cylindre Pzyl.
La figure 2 montre la courbe de la pression au cylindre Pzyl mesurée par le capteur de pression 4 dans le cylindre 7 en fonction de l'angle de vilebrequin (KW) sous des conditions d'exploitation définies lorsque le moteur diesel est partiellement chargé, comme par exemple pour deux pré-injections VE2 et VE1 ainsi qu'une injection principale HE, qui sont portées conjointement avec leur durée respective et les intervalles de temps entre les injections sous la courbe de pression au-dessus de l'angle de vilebrequin.
Tandis que la courbe de pression représentée dans la figure 2 sous forme de ligne continue A se règle dans le cylindre 7 lorsqu'un carburant diesel avec un indice de cétane de 52 y est brûlé, la ligne pointillée B reflète dans la figure 2 la courbe de pression dans le cylindre 7 dans le cas d'une combustion de carburant diesel avec un indice de cétane de 38. Comme on peut le voir de la figure 2, la courbe de pression pour un angle de vilebrequin compris entre -60 degrés KW et 0 degré KW est sensiblement identique pour les deux carburants, cependant la courbe de pression du carburant avec l'indice de cétane de 38 pour des angles de vilebrequin compris entre 0 degré KW et environ 45 degrés KW diverge fortement de celle du carburant avec l'indice de cétane de 52 en raison du plus grand retard d'allumage. De plus, en cas d'utilisation d'un carburant avec un indice de cétane de 38, les émissions de CO et de HC sont aussi supérieures. On voit notamment à partir de la figure 2 que le moment T50, auquel la moitié du carburant amené dans le cylindre a été convertie, se situe pour un carburant avec un indice de cétane de 52 (ct 52) à environ 35 degrés KW, tandis qu'il se situe à environ 46 degrés KW pour un carburant avec un indice de cétane de 38 et est ainsi décalé de plus de 10 degrés KW vers plus tard. Etant donné que la courbe de la pression au cylindre PZyl respective présente un minimum de pression Purin situé entre le point mort supérieur à 0 degrés KW et le moment T50 respectif, on obtient une différence significative de la pression au cylindre PZyl pour un carburant avec un indice de cétane de 38 par rapport à un carburant avec un indice de cétane de 52 par le décalage du moment T50 vers plus tard pour un angle de vilebrequin d'environ 35 degrés KW. De plus, les deux courbes de pression présentent aussi une différence significative en ce qui concerne le niveau absolu du minimum de pression Purin, étant donné que Purin est sensiblement inférieur pour un carburant avec un indice de cétane de 38 par rapport à celui d'un carburant avec un indice de cétane de 52.
Les deux différences peuvent être exploitées par utilisation des pressions au cylindre PZyl à 35 degrés KW et/ou dans la plage comprise entre 0 degré KW et 45 degrés KW, pour déduire une grandeur caractéristique pour le carburant brûlé respectivement dans le cylindre 7 sous forme d'un équivalent de l'indice de cétane, à partir de la pression au cylindre mesurée à 35 degrés KW et/ou à partir du niveau du minimum de pression Purin mesuré entre 0 degré KW et 45 degrés KW. Ainsi la grandeur caractéristique est déduite par comparaison d'un pression au cylindre mesurée entre 30 et 45 degrés KW et d'une valeur de référence. Elle peut aussi être déduite par comparaison d'un minimum de pression (Pndn) des pressions au cylindre (PZyi) mesurées et d'une valeur de référence.
L'équivalent de l'indice de cétane déduit est une valeur, qui correspond à peu près à l'indice de cétane inconnu du carburant en train d'être utilisé, autrement dit à une valeur caractéristique pour la propriété d'auto-allumage du carburant lors de l'injection dans l'air comprimé dans la chambre de combustion 6, qui est normalement déterminée en Allemagne pour les carburants diesel selon DIN-51773 sous des conditions normalisées.
L'exploitation des pressions au cylindre PZyl mesurées se fait dans le mode de réalisation représenté dans l'appareil de commande du moteur 2, qui contient un circuit d'exploitation 8 approprié. Ce circuit d'exploitation 8 compare par exemple la pression au cylindre PZyl mesurée pour un angle de vilebrequin de 35 degrés KW avec une pression servant de valeur de référence, qui a été mesurée auparavant en utilisant un carburant avec un indice de cétane défini, par exemple 52, respectivement sous les mêmes conditions d'exploitation pour un angle de vilebrequin de 35 degrés KW et déposée ensuite pour les différentes conditions d'exploitation possibles du moteur dans des champs caractéristiques correspondants, et en déduit l'équivalent de l'indice de cétane du carburant utilisé. En variante, le minimum de pression Pmin peut aussi être utilisé pour l'exploitation et/ou la déduction de l'équivalent de l'indice de cétane. Lorsqu'il est constaté lors de l'exploitation des pressions au cylindre Pz,i mesurées et/ou de l'équivalent de l'indice de cétane qui en a été déduit, que la pression au cylindre PZyl mesurée par le capteur de pression 4 s'écarte de la valeur de référence déposée pour les mêmes conditions d'exploitation et/ou que l'équivalent de l'indice de cétane déduit s'écarte de l'indice de cétane du carburant utilisé pour déterminer la valeur de référence, un ou plusieurs des paramètres déterminants pour la combustion dans les cylindres 7 du moteur, tels que la quantité de carburant amené lors de la première ou de la deuxième pré-injection VE1 et VE2 et/ou lors de l'injection principale HE dans les cylindres 7, le moment du début de la première et/ou de la deuxième pré-injection VE1 et VE2, l'intervalle de temps entre la fin de la première pré-injection VE1 et le début de la deuxième pré-injection VE2 et/ou entre la fin de la deuxième pré-injection VE2 et le début de l'injection principale HE, le niveau de la pression d'injection et/ou la pression Rail d'un dispositif d'injection Common-Rail du moteur diesel ou la quantité de gaz d'échappement retournés, sont modifiés de manière ciblée par la commande du moteur 2 jusqu'à ce que la pression au cylindre Pzi mesurée pour un angle de vilebrequin de 35 degrés KW, le minimum de pression Pmin mesuré dans la plage comprise entre 0 degré KW et 45 degrés KW et/ou l'équivalent de l'indice de cétane qui en a été déduit correspondent à nouveau à la valeur de référence. Cette correspondance a alors pour conséquence que le déroulement de la combustion dans le cylindre 7 correspond à peu près au déroulement de la combustion, qui existe lors de l'utilisation du carburant avec l'indice de cétane défini utilisé pour déterminer la valeur de référence.

Claims (19)

REVENDICATIONS
1. Procédé d'optimisation de la combustion de carburants diesel avec différents indices de cétane dans un moteur diesel à combustion interne, dans lequel des pressions au cylindre (Pzyl) sont mesurées dans au moins un cylindre (7) du moteur à combustion interne pendant la durée de la combustion, dans lequel au moins une partie des pressions au cylindre (Pzyl) mesurées est exploitée pour déduire une grandeur caractéristique pour le carburant diesel amené dans les cylindres (7) du moteur à combustion interne, et dans lequel la grandeur caractéristique est utilisée pour modifier des paramètres, qui déterminent la combustion dans les cylindres (7) du moteur à combustion interne.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les paramètres, qui déterminent la combustion dans les cylindres (7), sont modifiés, lorsque la grandeur caractéristique s'écarte d'une valeur de référence prescrite.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que sont exploitées les pressions au cylindre (Pzyl), qui sont mesurées après la combustion d'environ la moitié du carburant diesel amené dans le cylindre (7).
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que sont exploitées les pressions au cylindre (Pzy1), qui sont mesurées à peu près après la moitié de la durée de la combustion.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 30 précédentes, caractérisé en ce que les pressions au cylindre (Pzyz) mesurées ou la grandeur caractéristique en découlant sont comparées à une valeur de référence, qui a été déterminée pour un carburant diesel avec un indice de cétane défini sous des conditions d'exploitation correspondantes et a été déposée dans un champ caractéristique.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la grandeur caractéristique est déduite par comparaison d'une pression au cylindre (Pzyl) mesurée et d'une valeur de référence.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la grandeur caractéristique est déduite par comparaison d'une pression au cylindre (Pzyl) mesurée entre 30 et 45 degrés KW et d'une valeur de référence. 15
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la grandeur caractéristique est déduite par comparaison d'un minimum de pression (P,,,in) des pressions au cylindre (PZyl) mesurées et 20 d'une-valeur de référence.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la grandeur caractéristique est déduite par comparaison d'un minimum de pression (P,,dn) des pressions au cylindre (Pzyl) 25 mesurées entre 0 et 45 degrés KW et d'une valeur de référence.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la grandeur caractéristique déduite est un équivalent de l'indice de 30 cétane.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les pressions au cylindre 10 14 (Pzyi) sont mesurées directement au moyen d'un capteur de pression (4).
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les pressions au cylindre sont mesurées indirectement au moyen d'un capteur, qui mesure une déformation de culasse provoquée par la pression au cylindre.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la grandeur caractéristique est utilisée, pour modifier la quantité de carburant diesel amené lors d'une pré-injection (VE) ou d'une injection principale (HE) dans les cylindres (7) du moteur à combustion interne.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la grandeur caractéristique est utilisée pour modifier l'intervalle de temps entre deux injections (VE1, VE2, HE) de carburant diesel dans les cylindres (7) du moteur à combustion interne.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la grandeur caractéristique est utilisée pour modifier la pression Rail d'un dispositif d'injection Common-Rail du moteur à combustion interne.
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la grandeur caractéristique est utilisée pour modifier la turbulence du carburant injecté lors de l'injection de carburant diesel dans les cylindres (7) du moteur à combustion interne. 15
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la grandeur caractéristique est utilisée pour modifier la quantité de gaz d'échappement ramenés dans les cylindres (7) du moteur à combustion interne.
18. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la grandeur caractéristique est utilisée pour modifier la pression d'admission d'un compresseur du moteur à combustion interne.
19. Dispositif d'optimisation de la combustion de carburants diesel avec différents indices de cétane dans un moteur diesel à combustion interne d'un véhicule automobile, avec un dispositif (4) de mesure de pressions au cylindre (PZyl) dans au moins un cylindre (7) du moteur à combustion interne, des dispositifs (2, 8) d'exploitation d'une partie des pressions au cylindre (PZyl) mesurées et de déduction d'une grandeur caractéristique pour le carburant diesel amené dans les cylindres (7) du moteur à combustion interne, ainsi qu'un dispositif (2) de modification de paramètres, qui déterminent la combustion dans les cylindres (7), répondant à un écart de la grandeur caractéristique d'une valeur de référence prescrite.25
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