FR2996601A1

FR2996601A1 - Procede de gestion de la masse de combustible injectee dans un moteur

Info

Publication number: FR2996601A1
Application number: FR1359424A
Authority: FR
Inventors: Claude Courtiel
Original assignee: Continental Automotive GmbH; Continental Automotive France SAS
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2012-10-05
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2014-04-11
Anticipated expiration: 2033-09-30
Also published as: CN104685191A; US20150260121A1; US9784206B2; FR2996600A1; WO2014053243A1; FR2996600B1; BR112015007244A2; CN104685191B; BR112015007244B1; FR2996601B1

Abstract

L'invention concerne un procédé de gestion de la masse injectée dans le cylindre d'un moteur à combustion interne alimenté par injection directe. La pression et la diminution de pression par unité de temps sont surveillées (13) pendant la phase de démarrage. Si la pression devient trop basse (7), ou diminue trop rapidement (9), la quantité de combustible injectée à chaque cycle est régulée (15) afin de conserver une haute pression de carburant dans l'injecteur (37). Application par exemple au cas de démarrage à basse température, avec tout type de carburant, par exemple l'éthanol, pur ou en mélange.

Description

L'invention concerne la gestion de la masse de combustible injectée dans les moteurs, en particulier durant leur phase de démarrage. En application principale, mais non exclusive, l'invention concerne les moteurs à combustion interne de véhicules automobiles utilisant différents combustibles, par exemple : essence, mélange essence - éthanol, gas-oil ou autres gaz (GPL, etc.). Les éléments constitutifs de tels moteurs subissent régulièrement des modifications pour prendre en compte les progrès techniques, par exemple l'injection électronique ou le système d'injection à rampe commune (dit « Common Rail »), ainsi que les objectifs actuels de diminution de poids, de plus faible consommation, de diversification des combustibles, et de diminution du coût. Mais jusqu'à présent, les moteurs présentent de forts risques de non démarrage à basse température quel que soit le combustible. Selon le combustible utilisé, il faut que sa température reste au-dessus d'une valeur minimale. Ce minimum garantissant un démarrage est de -30 °C dans le cas de l'essence et de -5 °C dans le cas de l'éthanol.

De nombreuses améliorations ont été apportées aux moteurs à combustion interne dans le cadre du régime stabilisé du moteur, c'est-à-dire après la phase de démarrage. Un aspect important du bon fonctionnement de ce régime stabilisé est la quantité de comburant et de combustible injectés dans la chambre de combustion, quantité exprimée en masse. Par exemple, le document de brevet US 2008/0288159 décrit une amélioration de la combustion grâce au contrôle de la masse des composants injectés dans le moteur. Le document de brevet FR 2 790 283 divulgue aussi une amélioration au contrôle de la pression du carburant. Et le document de brevet EP 0 725 212 présente une amélioration du système d'injection à haute pression de carburant.

En général, la phase de démarrage est traitée de la même manière que le régime stabilisé du moteur. En régime stabilisé, les paramètres pris en compte pour adapter les quantités de combustible ou de comburant sont nombreux, par exemple : la température de l'eau dans la culasse, le régime du moteur, la qualité et le type du carburant utilisé, la pression et la température de l'air dans le collecteur d'admission. Et ces données sont alors appliquées pour la gestion de la phase de démarrage. Or la phase de démarrage a pour principale caractéristique le fait que le moteur est immobile et froid, à la température ambiante de l'endroit où il se trouve. De plus, la multiplication actuelle des types de carburant nécessite la prise en compte des températures ambiantes dans une grande gamme de valeurs pour obtenir un démarrage sûr du moteur, par exemple dès -5 °C dans le cas de l'éthanol pur.

On connaît également le document US 2012/0203444 Al qui se rapporte à un dispositif de commande de démarrage appliqué à un système d'injection de moteur ayant un démarreur qui entraîne le vilebrequin, une pompe à carburant, un rail commun qui accumule une haute pression de carburant fournie par la pompe à carburant, et un 5 injecteur qui injecte le carburant sous haute pression dans le cylindre. Le dispositif de commande de démarrage comprend une unité de contrôle électronique du moteur (ECU pour Engine Control Unit en anglais) qui détermine si les conditions d'aptitude au démarrage du moteur ont diminuées. Si l'ECU détermine que les conditions d'aptitude au démarrage du moteur ont diminuées, il décroît la quantité de carburant qui va du rail vers 10 l'injecteur pendant une révolution du vilebrequin. Notamment, la réduction de la quantité de carburant est accrue lorsque la pression dans le rail commun devient inférieure à une pression cible optimum qui convient pour chaque état de fonctionnement du moteur. L'invention vise à s'affranchir du risque de non démarrage à basse température pour le combustible utilisé en adaptant les paramètres de gestion de la 15 masse de combustible injectée dans la phase de démarrage. Pour ce faire, il a été constaté que l'atomisation des particules du carburant dans le mélange air carburant dépend de la pression d'injection. La conservation d'une haute pression d'injection de carburant durant la phase de démarrage favorise une atomisation fine de ces particules et donc une meilleure combustion. La présente invention propose alors de piloter la masse 20 de carburant injectée, en phase de démarrage, en fonction de la pression de ce carburant afin de s'assurer d'un niveau de pression élevé durant cette phase. Plus précisément, la présente invention a pour objet un procédé d'alimentation de moteur à combustion interne par injection directe d'un mélange de combustible et de comburant dans chaque cylindre du moteur. La pompe fournissant un débit situé dans un 25 intervalle supérieur de son domaine de fonctionnement, l'alimentation en combustible est réalisée à haute pression. Dans une phase préliminaire d'injection de combustible qui précède le démarrage du moteur à basse température, la masse de combustible fournie par cycle de fonctionnement moteur, appelée dans ce texte « masse d'injection », est régulée de sorte que, lorsque la pression du combustible injecté dans un cylindre diminue 30 durant cette phase, cette pression reste au-dessus d'une valeur seuil prédéterminée. Dans ces conditions, la masse injectée est adaptée en fonction de la pression à atteindre pour que, lorsque la pompe fonctionne à des débits supérieurs proches de son débit maximal, l'atomisation du combustible est suffisamment fine pour que le démarrage puisse se faire même dans des conditions de température où ce démarrage serait sinon 35 difficile. La valeur minimale de pression de combustible injecté est supérieure à la valeur seuil qui est apte à permettre un démarrage de moteur.

Selon une forme de mise en oeuvre préférée, la régulation de la masse d'injection consiste globalement en une diminution ajustée. Selon une forme de mise en oeuvre préférée, le procédé selon l'invention prévoit que la pression du combustible injecté est contrôlée en temps réel et corrigée par 5 un ajustement de la masse d'injection qui définit un gradient de pression de sorte que la pression du combustible injecté reste supérieure à la valeur de pression seuil. Selon une forme de mise en oeuvre préférée de l'invention, le gradient de pression reste supérieur à une valeur seuil déterminée. Selon une forme de mise en oeuvre préférée de l'invention, l'évolution du 10 gradient de pression est contrôlée en temps réel et corrigée par un ajustement continu de la masse d'injection de sorte que ce gradient reste supérieur à la valeur seuil du gradient. Selon une forme de mise en oeuvre préférée, le procédé selon l'invention prévoit que quatre paramètres sont mesurés au cours de la période d'injection : la pression, le gradient de pression, la vitesse du moteur, et la température du liquide de 15 refroidissement, trois de ces paramètres étant comparés à des seuils comme suit : - la pression du combustible injecté est comparée à ladite valeur seuil de pression prédéterminée ; - si ladite pression du combustible injecté est supérieure à ladite valeur seuil de pression prédéterminée, le gradient de pression est comparé à ladite valeur seuil 20 déterminée de gradient de pression ; - si le gradient de pression est supérieur à ladite valeur seuil déterminée de gradient de pression, la vitesse du moteur est comparée à une vitesse seuil déterminée du moteur ; de telle sorte que lorsque la pression du combustible injecté décroît vers la 25 valeur seuil de pression prédéterminée ou lorsque le gradient de pression est inférieur à la valeur seuil déterminée de gradient de pression, la quantité de carburant est calculée en fonction desdits quatre paramètres afin de diminuer ou de stopper la baisse de pression, l'étape consistant à comparer la vitesse du moteur à une vitesse seuil déterminée du moteur étant activée lorsque le gradient de pression est supérieur à la 30 valeur seuil de gradient de pression de telle sorte que, si la vitesse du moteur reste inférieure ou égale à la valeur de vitesse seuil de moteur, l'itération des étapes de comparaison est reprise, et lorsque la vitesse moteur devient supérieure à la valeur de vitesse seuil de moteur, le moteur passe alors en régime stabilisé et le procédé d'alimentation en phase préliminaire précédant le démarrage moteur est arrêté. 35 Selon une forme de mise en oeuvre préférée de l'invention, le combustible peut être un carburant peu volatil, en particulier un mélange essence - éthanol ; l'avantage du démarrage selon invention avec de tels combustibles est qu'il permet des démarrages à basse température pour ces combustibles en un temps plus rapide qu'avec un démarrage selon les conditions de l'état de l'art. Selon une forme de mise en oeuvre préférée de l'invention, le suivi de la pression du combustible injecté est réalisé par des capteurs ou par modélisation.

D'autres données, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description non limitée qui suit, en référence aux figures annexées qui représentent, respectivement : - la figure 1, un exemple d'organigramme des étapes du procédé selon l'invention ; - la figure 2, un schéma montrant la corrélation dans le temps des principales grandeurs mesurées dans les conditions de l'invention, à savoir la masse de carburant injecté, la pression et le régime moteur ; et - la figure 3, un exemple schématique d'architecture moteur concernée pour mettre en oeuvre l'invention. L'organigramme de la figure 1 montre un exemple d'enchaînement des étapes principales du démarrage d'un moteur selon l'invention. Après mise en route des circuits électriques du véhicule et en particulier des organes (démarreur, générateur, pompes, etc.) en liaison avec le moteur, l'étape 2 de mise en oeuvre du procédé de l'invention est celle du réglage initial des paramètres suivants en fonction du carburant utilisé : - Pseuil : pression minimale du carburant acceptée dans l'injecteur ; - Pmax : pression maximale qu'il est possible d'obtenir dans l'injecteur, ce paramètre est également fonction des caractéristiques desdits organes, en particulier de la pompe haute pression ; - Gseuil : valeur minimum du gradient de pression défini par le rapport AP/At de variation de la pression par unité de temps du cycle de fonctionnement moteur (unité de temps séparant deux points morts hauts consécutifs d'un cylindre du moteur, en abrégé « pmh » ou « tdc » en terminologie anglaise) ; - vseuil - vitesse du moteur au-dessus de laquelle la phase de démarrage est . déclarée finie, le moteur étant alors en régime stabilisé ; - M, : masse de carburant injecté initialement par unité de cycle moteur tdc (ou masse initiale d'injection), par l'injecteur dans la chambre de combustion du moteur. En début de mise en route de la pompe haute pression (étape 3), la pression de carburant dans le circuit de haute pression du moteur est augmentée jusqu'à la valeur maximum Pmax de cette pression.

L'étape 5 correspond au début de l'injection de carburant dans les cylindres du moteur, selon le cycle du moteur et ses caractéristiques moteur (nombre de cylindres, etc.).

Quatre paramètres sont mesurés (étape 13) au cours de la période d'injection : la pression P, le gradient de pression G, la vitesse du moteur V, et la température T du liquide de refroidissement. Trois de ces paramètres sont comparés à des seuils, comme suit : - la pression P de carburant dans l'injecteur est comparée à la valeur P - seuil (étape 7) ; - si la pression P est supérieure à Pseuil, le gradient G est comparé à la valeur Gseuii - (étape 9) ; - si le gradient G de pression est supérieur à Gseuii, la vitesse V est comparée à la vitesse seuil Vseuil (étape 11) ; de telle sorte que, lorsque la pression P de carburant dans l'injecteur décroît vers la valeur seuil P ou lorsque le gradient de pression G est inférieur à la valeur Gseuii, la - quantité de carburant est calculée par un processeur en fonction des paramètres P, G, V et T (étape 15) afin de diminuer ou de stopper la baisse de pression pour l'empêcher de 15 descendre en dessous de Pseuil. A l'étape 7, on compare la pression P à la valeur seuil P afin de surveiller si elle - se rapproche de cette valeur seuil P et agir sur la quantité de carburant si c'est le cas. - L'étape 9 de comparaison du gradient est de préférence mise en oeuvre avec une pression P supérieure à seuil P afin notamment de détecter un gradient de baisse de - 20 pression et se réserver d'avoir le temps d'agir sur la quantité de carburant pour que le seuil de pression seuil P ne soit pas franchi. - L'étape 11 est activée lorsque le gradient G de pression est supérieur à Gseuii de telle sorte que, si à cette étape 11 la vitesse V du moteur reste inférieure à Vseuii, l'itération des étapes de comparaison (étapes 7, 9, 11) est reprise, et lorsque la vitesse V 25 moteur devient supérieure à Vse,,,, le moteur passe alors en régime stabilisé (étape 17) et le procédé d'alimentation en phase préliminaire précédant le démarrage moteur est arrêté. La figure 2 illustre plus particulièrement un exemple de corrélation dans le temps des trois paramètres principaux par application du procédé selon l'invention : la 30 pression P du combustible dans le circuit haute pression (courbe 20), la vitesse du moteur V (courbe de régime moteur 22), et la masse de carburant d'injection M dans le cylindre (courbe d'injection 24). Dans l'exemple, le carburant est de l'éthanol pur hydraté à 7%, à une température T de -3 °C, température crtique pour le démarrage du moteur avec un tel mélange. 35 La pompe haute pression commence à fonctionner à l'instant tl, marquant le début du processus d'injection en vue du démarrage. A l'instant t, la pression maximale Pmax (courbe 20) est atteinte, et le processus d'injection de carburant (courbe 24) dans les cylindres commence. La masse d'injection M de carburant injecté dans les cylindres est progressivement augmentée jusqu'à atteindre Mmax. La régulation consiste à calculer la diminution de la masse d'injection M à partir de l'instant t, où il est établi, par extrapolation, que la pression P ou le gradient de pression G tend vers une valeur inférieure à la valeur seuil requise, P seuil - n11 - Gseuii, avant l'instant t2 de démarrage prévu. Cette diminution de la masse d'injection de carburant M dans les cylindres a pour conséquence une augmentation du gradient G (ce qui se traduit par un redressement de la pente de la courbe 20) à partir de l'instant tp puis une remontée de la pression P. La pression P passe donc par une valeur minimale Pmin, supérieure à la valeur Pseuil préréglée initialement. Dans l'exemple, la valeur Pseuil est de 40 bars, la valeur Pmax de 180 bars, celle de la vitesse moteur de 210 tr/min (en régime stabilisé) et de la masse d'injection M varie entre une valeur maximale Mmax et une valeur stabilisée Ms.

Le maintien de la pression P au-delà de la valeur seuil implique alors une meilleure atomisation du carburant et du mélange carburant - air, ce qui permet le démarrage du moteur constaté par l'augmentation du régime moteur (courbe 22) à l'approche de l'instant de démarrage effectif t2. Dans l'exemple, la durée totale de démarrage, entre les instants t1 et t2, est de 3,7 secondes à -3 °C, pour de l'éthanol pu- hydraté (7% H2O). Après l'instant de démarrage effectif t2, les valeurs de pression, de masse d'injection et de vitesse tendent vers des valeurs constantes, respectivement Ps, Ms et Vs, correspondant des régimes stabilisés. Le schéma de la figure 3 montre plus précisément un exemple d'architecture 25 moteur qui intervient dans le cadre de l'invention. Cette architecture comporte les organes suivants : - une pompe haute pression 31 d'alimentation en carburant ; - un injecteur électronique de carburant 37 ; - des conduites d'arrivée de carburant 33a et 33b entre la pompe haute 30 pression 31 et l'injecteur électronique 37 via la rampe commune 35 ; l'un des cylindres 45 du moteur, logeant un piston 47 entraînant un vilebrequin 48 via une bielle 49 ; - une arrivée d'air 43a dans le cylindre 45 ; - un départ des gaz d'échappement 43b du cylindre 45 ; et 35 - un circuit d'eau de refroidissement 41 comportant des conduits d'arrivée 41a et de sortie 41b ; - des capteurs de température du circuit d'eau de refroidissement 39a, de pression du carburant dans la conduite d'arrivée 39b, de vitesse 39d et une commande du volet d'injection 39c de l'injecteur 37 ; et - un processeur 50 qui reçoit les signaux de mesure des capteurs 39a, 39b et 39d, et commande le volet d'injection 39c. En fonctionnement, la valeur de la masse d'injection de combustible dans le cylindre 45, commandée par le processeur 50 via le volet d'injection 39c, est ajustée par le processeur 50 en fonction des mesures réalisées sur les capteurs 39a, 39b et 39d. Ces mesures sont transmises au processeur 50, la valeur du gradient de pression étant déterminé par le processeur 50. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés. Elle peut s'adapter à différents combustibles, par exemple : essence, gasoil, éthanol, ou leurs mélanges, à des basses températures où la méthode habituelle de démarrage aboutit à un échec, par exemple, inférieures à -5 °C pour l'éthanol, ou à -30 °C pour l'essence. L'invention peut s'adapter aussi au cas où, au cours d'une période de régime stabilisé, la pompe haute pression n'offre pas une valeur la haute pression souhaitée, bien qu'elle fonctionne à son débit maximum.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé d'alimentation de moteur à combustion interne par injection directe d'un mélange de combustible et de comburant dans chaque cylindre (45) du moteur, l'alimentation en combustible étant réalisée à haute pression par une pompe (31) fournissant un débit situé dans un intervalle supérieur de son domaine de fonctionnement, caractérisé en ce que, dans une phase préliminaire d'injection de combustible qui précède le démarrage du moteur à basse température, la masse de combustible fournie par cycle de fonctionnement moteur, appelée masse (M) d'injection, est régulée de sorte que, lorsque la pression (P) du combustible injecté dans un cylindre (45) diminue durant cette phase, cette pression (P) reste au-dessus d'une valeur seuil prédéterminée (P
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la phase d'injection étant la phase préliminaire qui précède le démarrage du moteur, la régulation (15) de la masse d'injection (M) consiste globalement en une diminution ajustée.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel la pression (P) de combustible injecté est contrôlée en temps réel (étape 13) et corrigée par un ajustement (étape 15) de la masse (M) d'injection pour définir un gradient (G) de pression de sorte que la pression (P) du combustible injecté reste supérieure (7) à la valeur de pression seuil (P
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel ledit gradient (G) de pression reste supérieur (9) à une valeur seuil déterminée (Gseuil).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, dans lequel l'évolution dudit gradient (G) de pression est contrôlée en temps réel (13) et corrigée (15) par un ajustement continu de ladite masse (M) d'injection de sorte que ce dit gradient (G) de pression reste supérieur à ladite valeur seuil déterminée (Gseuil).
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel quatre paramètres sont mesurés (étape 13) au cours de la période d'injection : la pression (P), le gradient (G) de pression, la vitesse (V) du moteur, et la température (T) du liquide de refroidissement, trois (P, G, V) de ces paramètres étant comparés à des seuils comme suit : - la pression (P) du combustible injecté est comparée à ladite valeur seuil prédéterminée de pression (Pseuil) (étape
7) ; - si ladite pression (P) du combustible injecté est supérieure à ladite valeur seuil de pression prédéterminée (Pseuil)1, le gradient (G) de pression est comparé à ladite valeur seuil déterminée de gradient de pression (Gseuil) (étape 9) ;- si le gradient (G) de pression est supérieur à ladite valeur seuil déterminée de gradient de pression (Gseu,l), la vitesse (V) du moteur est comparée à une vitesse seuil déterminée du moteur (Vseuil) (étape 11) ; de telle sorte que lorsque la pression (P) du combustible injecté décroît vers la valeur seuil de pression prédéterminée (13' 1 ou lorsque le gradient (G) de pression est inférieur à la valeur seuil déterminée de gradient de pression (Gseuil), la quantité de carburant est calculée en fonction desdits quatre paramètres (P, G, V, T) (étape 15) afin de diminuer ou de stopper la baisse de pression, l'étape (étape 11) consistant à comparer la vitesse du moteur à une vitesse seuil déterminée du moteur étant activée lorsque le gradient (G) de pression est supérieur à la valeur seuil de gradient de pression (Gseuil) de telle sorte que, si la vitesse (V) du moteur reste inférieure ou égale à la valeur de vitesse seuil de moteur (Vse,,,), l'itération des étapes de comparaison (étapes 7, 9, 11) est reprise, et lorsque la vitesse (V) moteur devient supérieure à la valeur de vitesse seuil (Vse,,,), le moteur passe alors en régime stabilisé (étape 17) et le procédé d'alimentation en phase préliminaire précédant le démarrage moteur est arrêté. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le combustible est un carburant peu volatil, en particulier un mélange essence - éthanol.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le suivi de la pression (P) du combustible injecté est réalisé par des capteurs ou par modélisation.