FR2985545A3

FR2985545A3 - Procede de fonctionnement d'un systeme d'injection de carburant dans un moteur a combustion

Info

Publication number: FR2985545A3
Application number: FR1250269A
Authority: FR
Inventors: Marc Paquien
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2012-01-10
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2013-07-12

Abstract

Procédé de fonctionnement d'un système d'injection de carburant dans un moteur à combustion, en particulier dans un moteur à combustion interne, le système comprenant au moins un injecteur, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'injection de carburant par l'au moins un injecteur lorsqu'on détecte une pression supérieure à un premier seuil en amont de l'au moins un injecteur.

Description

La présente invention se rapporte à un procédé de fonctionnement d'un système d'injection de carburant dans un moteur à combustion ou un procédé d'injection de carburant dans un moteur à combustion. L'invention porte aussi sur un système d'injection mettant en oeuvre un tel procédé.

L'invention porte encore sur un moteur comprenant un tel système. L'invention porte enfin sur un véhicule comprenant un tel moteur, notamment pour entraîner le véhicule. Les systèmes d'injection de moteurs à allumage par compression possèdent généralement un circuit haute-pression de carburant dans lequel la haute- pression est obtenue par une double action : 1. Régulation du débit de carburant refoulé par une pompe haute-pression (par exemple grâce à une électrovanne); 2. Régulation de pression par ouverture du circuit haute-pression et fuite vers un circuit basse-pression. Schématiquement, le régulateur de débit permet de réguler les montées en pression (par compression du carburant dans la pompe) et le régulateur de pression permet de réguler les diminutions de pression (par évacuation d'un volume de carburant du circuit haute-pression vers le circuit basse-pression). Dans un but d'économie sur le système d'injection, il est connu de supprimer le régulateur de pression de carburant en utilisant des injecteurs qui présentent un débit de fuite fonctionnel, ce flux de fuite de carburant revenant dans une zone basse-pression du système d'injection. Dans ce cas, lorsque la pression dans un rail d'injection devient supérieure à la pression de consigne élaborée par un calculateur (cas d'une demande de forte pression, puis coupure de l'injection et demande d'une faible pression), la pression du carburant dans le rail diminue du fait du débit de fuite des injecteurs. Plus le débit de fuite des injecteurs est faible, plus la pression est maintenue pendant une période de temps importante. La tendance actuelle va franchement vers la diminution de ces débits de fuite car cela permet une amélioration du rendement du moteur. Dans ce cas, lors de la reprise de l'injection, lors des premières injections (environ les dix premiers cycles d'injection), la quantité de carburant dans le rail diminue et la pression de carburant revient à la valeur de consigne. On obtient, lors de ces premières injections, des pressions significativement supérieures à la consigne élaborée par le calculateur. Ces pressions lors de l'injection engendrent de forts claquements qui sont fortement nuisibles pour le confort acoustique.

Ainsi, un bruit de combustion très marqué peut apparaître (particulièrement à froid) sur les moteurs à combustion interne dont le rail d'injection est privé de régulateur de pression. Du fait de la forte pression d'injection, il apparaît en outre une pression dans les cylindres qui est très supérieure à celle souhaitée. Une condition typique d'apparition de ce phénomène est une succession d'une décélération puis d'une accélération, par exemple lors d'un dépassement. Ceci est représenté sur le graphique de la figure 2. On a d'abord une phase de roulage à régime élevé dans lequel la demande de couple 42, le régime moteur 41 et la consigne de pression 43 dans le rail sont élevés. La pression 45 dans le rail est importante. Puis, vient une phase de décélération dans laquelle la demande de couple 42, le régime moteur 41 et la consigne de pression dans le rail diminuent rapidement. On remarque que malgré la forte diminution de la consigne de pression, la pression dans le rail diminue lentement. Cette diminution est uniquement due aux fuites fonctionnelles au niveau des injecteurs. Il y a durant cette phase une coupure d'injection et une absence de bruit de combustion. Puis, vient une troisième phase d'accélération, la demande de couple 42 et la consigne de pression 43 dans le rail augmentent rapidement alors que l'injection est réactivée : il se produit donc des injections avec des pressions de rail très différentes de la pression de consigne et il se produit donc des injections avec une pression de carburant inadaptée, comme schématisé par le triangle 46 en figure 2. La pression de carburant dans le rail étant très nettement supérieure à la consigne de pression du rail, un claquement de combustion est inévitable et contraste fortement avec l'absence de bruit de combustion de la phase de décélération. C'est un cas typique de « rafale », c'est-à-dire de bruit de combustion transitoire. Ce problème n'est actuellement pas très critique car les systèmes d'injection sans régulateurs de pression sont utilisés avec des injecteurs à fort débit de fuite. Ainsi, la pression de carburant chute naturellement et relativement rapidement lorsque la pression est trop élevée par rapport à la pression de consigne. Cependant, on peut tout de même constater qu'un bruit de rafale est bien présent dans les véhicules équipés d'un tel système d'injection lorsqu'on se trouve dans la situation évoquée précédemment. Toutefois, les injecteurs à faible débit de fuite sont appelés à fortement se développer car ils permettent de limiter la consommation en carburant des moteurs (en réduisant le volume de carburant à mettre sous pression). Avec de tels injecteurs, le problème est plus sensible. Pour résoudre ce problème, on connaît du document US6655360 un procédé d'injection permettant de diminuer la pression de carburant dans un rail dans un système d'injection sans régulateur de la pression de carburant dans le rail. La solution est basée sur une régulation de la pompe d'injection qui présente des inconvénients supplémentaires de prix, de complexité et de dynamique du système. Le but de l'invention est de fournir un procédé d'injection ou un procédé de 30 fonctionnement d'un système d'injection permettant de remédier aux problèmes évoqués précédemment et améliorant les procédés de fonctionnement des systèmes d'injection connus de l'art antérieur. En particulier, l'invention propose un procédé de fonctionnement simple, permettant d'éviter que la pression de carburant demeure élevée lorsqu'une consigne de cette pression chute brusquement.

Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, un mode de réalisation d'un système d'injection selon l'invention. Selon l'invention, le procédé régit le fonctionnement d'un système d'injection de carburant dans un moteur à combustion, en particulier dans un moteur à combustion interne. Le système comprend au moins un injecteur. Le procédé comprend une étape d'injection de carburant par l'au moins un injecteur lorsqu'on détecte une pression supérieure à un premier seuil en amont de l'au moins un injecteur.

L'étape d'injection peut être initiée lorsque la différence entre la pression de carburant en amont de l'au moins un injecteur et la consigne de pression de carburant en amont de l'au moins un injecteur est supérieure à un troisième seuil, le troisième seuil valant par exemple 100 bar, voire 200 bar.

L'étape d'injection peut être initiée lorsque le régime du moteur est supérieur à 3000 tours/minute, voire supérieur à 2500 tours/minute. L'étape d'injection peut comprendre au moins une injection sous-calée, par exemple initiée plus de 10° de vilebrequin après le point mort-haut, voire initiée plus de 20° de vilebrequin après le point mort-haut, voire initiée plus de 50°de vilebrequin après le point mort-haut. L'étape d'injection peut comprendre au moins une injection d'une quantité 30 déterminée de carburant, par exemple prédéterminée et inférieure à 10 mg de carburant par injection, de préférence inférieure ou égale à 5 mg de carburant par injection. L'étape d'injection peut comprend au moins une injection d'une quantité de carburant déterminée par la différence entre la consigne de pression de carburant en amont de l'au moins un injecteur et la pression de carburant en amont de l'au moins un injecteur. L'étape d'injection peut être arrêtée lorsque la différence entre la pression de carburant en amont de l'au moins un injecteur et la consigne de pression de carburant en amont de l'au moins un injecteur est inférieure à un troisième seuil, le troisième seuil valant par exemple 50 bar, voire 10 bar. Le procédé peut comprendre une étape de détermination de la pression de carburant en amont de l'au moins un injecteur, notamment une étape de mesure de la pression de carburant en amont de l'au moins un injecteur. L'invention concerne aussi un support d'enregistrement de données lisible par un calculateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur comprenant des éléments logiciels de mise en oeuvre du procédé défini précédemment, notamment de mise en oeuvre des étapes du procédé défini précédemment. Selon l'invention, le système d'injection d'un moteur à combustion comprend des éléments matériels et/ou logiciels de mise en oeuvre du procédé défini précédemment, notamment de mise en oeuvre des étapes du procédé défini précédemment. Les éléments matériels et/ou logiciels peuvent comprendre un élément de détection d'une pression supérieure à un premier seuil en amont d'au moins un injecteur.

Selon l'invention, un moteur à combustion, en particulier moteur d'entraînement d'un véhicule automobile, comprend un système d'injection défini précédemment.

Selon l'invention, un véhicule automobile comprend un moteur défini précédemment. La figure 1 est un schéma d'un moteur équipé d'un mode de réalisation d'un système d'injection selon l'invention. La figure 2 est un chronogramme des évolutions de différentes valeurs de paramètres de fonctionnement du moteur, lors de la mise en oeuvre d'un procédé connu de l'art antérieur et lors de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La figure 3 est un ordinogramme d'un mode d'exécution d'un procédé de fonctionnement d'un système d'injection selon l'invention. Un mode de réalisation de moteur 1 thermique à combustion, notamment un 20 moteur à combustion interne, en particulier un moteur à combustion interne à allumage par compression, selon l'invention est décrit ci-après en référence à la figure 1. Le moteur est de préférence un moteur de type diesel. Le moteur est de préférence utilisé pour entraîner un véhicule automobile. 25 Le moteur comprend un système 2 d'injection de carburant et un bloc moteur 3 incluant une ou plusieurs chambres de combustion. Le système d'injection 2 permet de gérer une injection adéquate de 30 carburant dans la ou les chambres de combustion. Le système d'injection comprend principalement un calculateur d'injection 21, un dispositif 22 de 15 mise en pression du carburant, un rail d'injection 25, ou tout autre réservoir de carburant sous pression, et au moins un injecteur 27. Le système d'injection comprend aussi un élément 26 de détermination de pression dans le rail, comme un capteur de pression. L'élément de détermination de pression peut être un élément physique et/ou un élément logiciel. Le calculateur d'injection utilise notamment une information de pression dans le rail d'injection pour établir des signaux de commande du dispositif 22 de mise en pression du carburant et/ou pour établir des signaux de commande de l'au moins un injecteur 27.

Le dispositif de mise en pression comprend une pompe haute-pression et un régulateur de débit de carburant. Le dispositif de mise en pression permet de mettre sous pression le carburant dans le rail d'injection et plus généralement partout entre le dispositif de mise en pression et l'amont de l'au moins un injecteur. Le dispositif de mise en pression prélève le carburant dans un réservoir. Le système d'injection comprend de préférence autant d'injecteurs 27 que le bloc moteur 3 comprend de chambres de combustion.

Le calculateur d'injection permet de définir différents paramètres de fonctionnement du système d'injection, notamment la pression d'injection, c'est-à-dire la pression de carburant en amont de l'au moins un injecteur, l'instant de début de chaque injection et/ou l'instant de fin de chaque injection et/ou la durée de chaque injection et/ou la quantité de carburant injecté lors de chaque injection. Le calculateur d'injection permet aussi de définir différents paramètres de fonctionnement du dispositif de mise en pression. Pour définir ces paramètres, le calculateur d'injection utilise différentes informations outre l'information de pression de carburant en amont de l'au moins un injecteur, soit dans le rail d'injection. Notamment, il utilise des informations de régime moteur et/ou des informations de couple demandé et/ou des informations de position du vilebrequin. De préférence, le système d'injection ne comprend pas de dispositif spécifique dédié à la régulation de la pression de carburant et permettant de faire chuter rapidement la pression dans le rail. Dans le système d'injection décrit plus haut, la baisse de pression de carburant dans le rail d'injection est obtenue par des activations des injecteurs permettant d'injecter du carburant dans les chambres de combustion. Ces activations ne sont en fait pas requises pour fournir une puissance par le moteur. Le système d'injection, en particulier le calculateur d'injection, comprend en outre tous les éléments matériels et/ou logiciels permettant de régir le fonctionnement du système d'injection objet de l'invention, c'est-à-dire tous les éléments permettant de mettre en oeuvre les étapes du procédé de fonctionnement objet de l'invention. Les éléments matériels et/ou logiciels comprennent par exemple un élément de détection d'une pression supérieure à un premier seuil en amont de l'au moins un injecteur. Cet élément de détection peut comprendre l'élément de détermination de la pression dans le rail et/ou un élément de stockage d'une valeur d'un premier seuil de pression et/ou un élément de comparaison de cette pression à ce premier seuil. Un mode de réalisation d'un procédé de fonctionnement d'un système d'injection selon l'invention est décrit ci-après en référence à la figure 3. Dans une étape 150, on détermine, notamment on mesure, la pression de carburant en amont de l'au moins un injecteur, par exemple la pression de carburant dans le rail d'injection.30 Dans une étape 160, on calcule la différence entre la pression de carburant déterminée à l'étape précédente et une consigne de pression de carburant établie par le calculateur d'injection. On teste de plus si cette différence est supérieure à un seuil prédéterminé, par exemple 100 bar, voir 200 bar. En d'autres termes, on teste si la pression de carburant est supérieure à un seuil qui dépend de la consigne de pression établie par le calculateur d'injection. Complémentairement, on peut aussi tester si le régime de rotation du moteur est supérieur à un seuil, par exemple 3000 tr/minute, voire 2500 tr/minute.

Si le résultat du test concernant la pression est négatif, voire si le résultat du test concernant la pression et le résultat du test concernant le régime moteur sont négatifs, on passe à une étape 170 dans laquelle le système d'injection fonctionne normalement, c'est-à-dire en injectant une charge de carburant principalement définie par la puissance qui doit être délivrée par le moteur, en particulier en n'injectant pas de carburant lorsque la requête de puissance à fournir par le moteur est nulle. En revanche, si le résultat du test concernant la pression et le résultat du test concernant le régime moteur sont positifs, voire si le seul résultat du test concernant la pression est positif, on passe à une étape 180 dans laquelle le système d'injection fonctionne selon un mode de fonctionnement particulier. Dans ce mode de fonctionnement particulier, on peut injecter du carburant, même si la requête de puissance à fournir par le moteur est nulle. À l'issue des étapes 170 et 180, on boucle sur l'étape 150. Dans le mode de fonctionnement particulier, on met en oeuvre une étape d'injection de carburant par l'au moins un injecteur dans laquelle on réalise par exemple une injection sous-calée, par exemple initiée plus de 10° de vilebrequin après le point mort-haut, voire initiée plus de 20° de vilebrequin après le point mort-haut, voire initiée plus de 50° de vilebrequin après le point mort-haut. Une telle injection permet de faire baisser la pression de carburant en amont de l'au moins un injecteur, en particulier dans le rail d'injection. Une telle injection ne permet pas au moteur de fournir un couple ou un couple significatif vis-à-vis de la quantité de carburant injectée. L'étape d'injection comprend de préférence une injection d'une quantité déterminée de carburant, par exemple prédéterminée et inférieure à 10 mg de carburant par injection (soit par cycle d'injection et par chambre de combustion), de préférence inférieure ou égale à 10 mg, voire inférieure ou égale à 5 mg de carburant par injection (soit par cycle d'injection et par chambre de combustion). Cette quantité de carburant peut être déterminée par la différence entre la consigne de pression de carburant en amont de l'au moins un injecteur et la pression de carburant en amont de l'au moins un injecteur. De préférence encore, la quantité de carburant injectée est déduite de la différence de pression selon une fonction mathématique croissante. Avantageusement, on met fin au mode de fonctionnement particulier lorsque la différence entre la pression de carburant en amont de l'au moins un injecteur et la consigne de pression de carburant en amont de l'au moins un injecteur est inférieure à un seuil. Le seuil vaut par exemple 50 bar, voire 10 bar. Alternativement, on peut aussi mettre fin au mode de fonctionnement particulier lorsque le régime moteur est supérieur au seuil mentionné plus haut, par exemple 2500 tr/m ou 3000 tr/m. Dans le mode de fonctionnement particulier, les cycles d'injection ou motifs d'injection présentent par exemple une seule injection.

Préalablement à l'étape 150, on peut, dans une étape facultative et préliminaire 110, tester si l'utilisateur requiert que le moteur fournisse de la puissance ou si l'utilisateur requiert du moteur une puissance ou un couple nul. Dans le cas où l'utilisateur requiert un couple ou une puissance non nulle ou tout au moins un couple ou une puissance supérieur à un seuil donné, on passe à une étape 120 dans laquelle le système d'injection fonctionne normalement, c'est-à-dire en injectant une charge de carburant principalement définie par la puissance qui doit être délivrée par le moteur. Dans le cas où l'utilisateur requiert un couple ou une puissance nulle ou tout au moins un couple ou une puissance inférieur à un seuil donné, on peut passer à une étape facultative de test 130. Dans l'étape 130, on teste si une stratégie anti à-coups est active. Si tel est le cas, on passe à une étape 140 dans laquelle le système d'injection fonctionne conformément à une stratégie anti à-coups, par exemple caractérisée par un phasage particulier de l'injection et des durées d'injection particulières. Si tel n'est pas le cas, on passe à l'étape 150 décrite précédemment. Les résultats obtenus avec un tel procédé de fonctionnement d'un système d'injection sont aussi représentés sur le graphique de la figure 2 sur lequel l'évolution de la pression de carburant en amont de l'au moins un injecteur, en particulier dans le rail d'injection, est représentée par la courbe 44. Par rapport à la courbe 45 de l'évolution de la pression de carburant dans le rail d'injection avec un système d'injection connu de l'art antérieur, on remarque, avec la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, une diminution rapide de la pression lorsque la consigne de pression chute en début de phase de décélération. Il s'ensuit que la durée pendant laquelle il existe une forte différence entre la consigne de pression et la pression est limitée. Ainsi, dès que le conducteur requiert de nouveau que le moteur fournisse de la puissance, les valeurs de consigne de pression et de pression sont similaires. Il ne se produit donc pas de phénomène de bruit de type « rafale » comme présent dans l'art antérieur. Les quantités de carburant injecté dans le moteur dans le mode de fonctionnement particulier ne sont gênantes ni vis-à-vis du rendement du moteur, ni vis-à-vis d'un phénomène de dilution dans la chambre de combustion, du fait de leur faiblesse et de la faible fréquence de mise en oeuvre du mode de fonctionnement particulier en utilisation normale du moteur.

Par « cycle d'injection », on entend l'ensemble des étapes d'injection effectuées relativement à une même chambre de combustion, notamment dans une même chambre de combustion, au cours d'un cycle moteur, c'est-à-dire deux tours de vilebrequin pour un moteur 4 temps.15

Claims

REVENDICATIONS: 1. Procédé de fonctionnement d'un système d'injection de carburant dans un moteur (10) à combustion, en particulier dans un moteur à combustion interne, le système comprenant au moins un injecteur, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'injection de carburant par l'au moins un injecteur lorsqu'on détecte une pression supérieure à un premier seuil en amont de l'au moins un injecteur. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape d'injection est initiée lorsque la différence entre la pression de carburant en amont de l'au moins un injecteur et la consigne de pression de carburant en amont de l'au moins un injecteur est supérieure à un troisième seuil, le troisième seuil valant par exemple 100 bar, voire 200 bar. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape d'injection est initiée lorsque le régime du moteur est supérieur à 3000 tours/minute, voire supérieur à 2500 tours/minute. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape d'injection comprend au moins une injection sous-calée, par exemple initiée plus de 10° de vilebrequin après le point mort-haut, voire initiée plus de 20° de vilebrequin après le point mort-haut, voire initiée plus de 50°de vilebrequin après le point mort-haut. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape d'injection comprend au moins une injection d'une quantité déterminée de carburant, par exemple prédéterminée et inférieure à 10 mg de carburant par injection, de préférence inférieure ou égale à 5 mg de carburant par injection. 10
2. 15
3. 20
4. 25
5. 30
6. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape d'injection comprend au moins une injection d'une quantité de carburant déterminée par la différence entre la consigne de pression de carburant en amont de l'au moins un injecteur et la pression de carburant en amont de l'au moins un injecteur.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape d'injection est arrêtée lorsque la différence entre la pression de carburant en amont de l'au moins un injecteur et la consigne de pression de carburant en amont de l'au moins un injecteur est inférieure à un troisième seuil, le troisième seuil valant par exemple 50 bar, voire 10 bar.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de détermination de la pression de carburant en amont de l'au moins un injecteur, notamment une étape de mesure de la pression de carburant en amont de l'au moins un injecteur.
9. Support d'enregistrement de données lisible par un calculateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur comprenant des éléments logiciels de mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, notamment des étapes du procédé selon l'une des revendications précédentes.
10. Système d'injection (2) d'un moteur (1) à combustion, caractérisé en ce qu'il comprend des éléments matériels (21, 22, 23, 24, 25, 26, 27) et/ou logiciels de mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 8, notamment des étapes du procédé selon l'une des revendications 1 à8.
11. Système d'injection selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les éléments matériels et/ou logiciels comprennent un élément de détection d'une pression supérieure à un premier seuil en amont d'au moins un injecteur.
12. Moteur (1) à combustion, en particulier moteur d'entraînement d'un véhicule automobile, comprenant un système d'injection (2) selon la revendication 10 ou 11.
13. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un moteur selon la revendication précédente.