FR3072125A1 - Procede et systeme de validation de la phase d'un moteur de vehicule - Google Patents
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Abstract
La présente invention a pour objet un procédé de détermination de la configuration d'un moteur à combustion d'un véhicule automobile comprenant une étape (E1) de détection de la position de référence du vilebrequin, une étape (E2) de commande de la vanne de contrôle de la pompe d'injection, après un intervalle de temps prédéterminé, une étape (E5) de mesure, d'une valeur de pression du carburant dans le rail d'injection, et une étape (E6) de détermination d'une première configuration du moteur lorsque la valeur de pression de carburant mesurée dans le rail d'injection est supérieure ou égale à un premier seuil de pression prédéterminé ou détermination d'une deuxième configuration du moteur lorsque la valeur de pression de carburant mesurée dans le rail d'injection est comprise entre un deuxième seuil de pression prédéterminé et un troisième seuil de pression prédéterminé.
Description
® PROCEDE ET SYSTEME DE VALIDATION DE LA PHASE D'UN MOTEUR DE VEHICULE. @) La présente invention a pour objet un procédé de détermination de la configuration d'un moteur à combustion d'un véhicule automobile comprenant une étape (E1 ) de détection de la position de référence du vilebrequin, une étape (E2) de commande de la vanne de contrôle de la pompe d'injection, après un intervalle de temps prédéterminé, une étape (E5) de mesure, d'une valeur de pression du carburant dans le rail d'injection, et une étape (E6) de détermination d'une première configuration du moteur lorsque la valeur de pression de carburant mesurée dans le rail d'injection est supérieure ou égale à un premier seuil de pression prédéterminé ou détermination d'une deuxième configuration du moteur lorsque la valeur de pression de carburant mesurée dans le rail d'injection est comprise entre un deuxième seuil de pression prédéterminé et un troisième seuil de pression prédéterminé.
L’invention se rapporte au domaine de la synchronisation d’un moteur à combustion et concerne plus précisément un procédé et un système de détermination de la position d’un vilebrequin d’un moteur à combustion afin d’injecter le carburant dans les cylindres en fonction de la position de l’arbre à cames.
L’invention vise en particulier à déterminer la configuration dans laquelle se trouve un moteur à combustion en déterminant la position du vilebrequin dudit moteur sans injecter de carburant dans les cylindres du moteur afin de réduire le niveau des émissions polluantes.
De manière connue, un moteur à combustion de véhicule automobile comprend des cylindres creux délimitant chacun une chambre de combustion dans laquelle est injecté un mélange d’air et de carburant. Ce mélange est compressé dans le cylindre par un piston et enflammé de manière à provoquer le déplacement du piston en translation à l’intérieur du cylindre. Le déplacement des pistons dans chaque cylindre du moteur entraiîne en rotation un arbre moteur appelé « vilebrequin >> permettant, via un système de transmission, d’entraîner en rotation les roues du véhicule.
Plus précisément, un moteur à quatre temps comprend successivement, pour chaque cylindre, quatre phases de fonctionnement : une phase d’admission d’air et de carburant dans la chambre de combustion du cylindre, une phase de compression du mélange obtenu au terme de laquelle va s’effectuer sa combustion, une phase de détente des gaz issus de la combustion du mélange générant la poussée du piston et une phase d’échappement des gaz hors de la chambre de combustion.
L’air du mélange est injecté dans la chambre de combustion par l’intermédiaire d’une ou plusieurs soupapes d’admission, régulièrement ouvertes (pendant la phase d’admission) et fermées (pendant les autres phases). De même, les gaz issus du mélange d’air et de carburant sont expulsés lors de la phase d’échappement par une ou plusieurs soupapes d’échappement. De manière connue, l’ouverture et la fermeture de ces soupapes sont réalisées au moyen d’un ou plusieurs arbre(s) à cames. Plus précisément, les soupapes sont reliées à un ou plusieurs arbres à cames permettant de synchroniser le déplacement des soupapes afin de procéder successivement à leur ouverture et à leur fermeture. Le positionnement angulaire de chacune des cames sur l’arbre à cames est prédéterminé, permettant de faire fonctionner les chambres de combustion de manière synchronisée.
Afin de permettre leur mise en rotation simultanée, le vilebrequin et l’arbre à cames sont reliés, par exemple par une courroie. De manière connue, dans un moteur à quatre temps, l’arbre à cames effectue un tour complet (de 0° à 360°) lorsque le vilebrequin effectue deux tours. On parle alors d’un cycle moteur pendant lequel le vilebrequin est entraîné sur une plage angulaire variant de 0° à 720° par rapport à l’arbre à cames. Pendant ce cycle moteur, les quatre phases de fonctionnement sont réalisées pour chacun des cylindres de manière synchronisée, par exemple à tour de rôle ou deux à deux.
Dans un moteur à combustion, le carburant est introduit dans la chambre de combustion de chaque cylindre lors de la phase d’admission ou la phase de compression (selon le régime moteur) au moyen d’un injecteur monté sur ledit cylindre et qui est commandé par le calculateur de contrôle moteur du véhicule.
Une telle injection de carburant doit être réalisée dans le cylindre au moment où la soupape d’échappement du cylindre est fermée afin d’éviter un écoulement de carburant non brûlé dans le système d’échappement qui pourrait l’endommager.
Afin de limiter ce risque, il convient de synchroniser l’injection de carburant dans la chambre de combustion au moment voulu. Autrement dit, il convient de synchroniser l’injection de carburant avec une position prédéterminée de l’arbre à cames et donc du vilebrequin.
Une telle synchronisation devant être réalisée au démarrage du moteur, il est donc nécessaire de déterminer la position dans laquelle se trouve le vilebrequin avant le démarrage du moteur en vue de déterminer la phase du cycle dans laquelle se trouve chacun des cylindres à un instant donné, c’est-à-dire la configuration (ou phase) du moteur à un instant donné.
De manière connue, la position du vilebrequin est déterminée par un capteur permettant de mesurer sa position angulaire sur une plage variant de 0° à 360°. A cette fin, le vilebrequin comprend une roue dentée comportant un nombre prédéterminé de dents espacées régulièrement ainsi qu’un espace libre de dents correspondant à une position dite « de référence » du vilebrequin. Le capteur est monté en regard de cette roue dentée de sorte à détecter la position de référence et à compter le nombre de dents défilant devant le capteur lorsque le vilebrequin est entraîné en rotation.
De même, la position de l’arbre à cames peut être déterminée à l’aide d’une roue dentée montée sur ledit arbre à cames et d’un capteur d’arbre à cames disposé en regard de ladite roue dentée et qui permet de déterminer la position angulaire de l’arbre à cames. La position de l’arbre à cames permet de déterminer la configuration du moteur et donc les moments auxquels le carburant doit être injecté dans les cylindres.
Toutefois, en l’absence de capteur d’arbres à cames ou en cas de défaillance du capteur d’arbre à cames, il n’est pas possible de déterminer la configuration du moteur et donc d’injecter le carburant aux bons instants dans les cylindres.
Afin de pallier cet inconvénient, une solution connue du document FR 2 981 121 B1 consiste à déduire la position de l’arbre à cames d’une série d’hypothèses réalisées sur la position du vilebrequin, chaque hypothèse étant testée en injectant du carburant dans un ou plusieurs cylindres. Pour cela, dans cette solution, on détecte tout d’abord la position de référence du vilebrequin puis on associe cette position de référence soit au premier, soit au deuxième tour du vilebrequin dans le cycle moteur. On injecte alors du carburant dans les cylindres sur la base de cette hypothèse puis on mesure le couple généré par la combustion du carburant injecté dans les cylindres que l’on compare à une valeur de couple prédéterminée correspondant à une injection de carburant au moment attendu afin de déterminer si le carburant a été effectivement injecté dans la chambre de combustion à l’instant voulu. L’opération est ensuite répétée pour plusieurs injections jusqu’à vérifier la synchronisation du moteur.
Un tel procédé présente cependant l’inconvénient majeur de nécessiter une injection de carburant dans les cylindres, ce qui peut significativement augmenter la pollution émise par le véhicule, voire dégrader le moteur ou le système d’échappement lorsque l’injection est réalisée alors que la soupape d’échappement est ouverte.
L’invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients en proposant une solution simple, fiable et efficace permettant de déterminer la position du vilebrequin d’un moteur de véhicule automobile, notamment en l’absence ou lors d’une défaillance d’un capteur d’arbre à cames.
L’invention a notamment pour but à la fois de réduire le niveau de pollution du moteur et d’éviter d’endommager le moteur ou le système d’échappement du véhicule.
A cette fin, l’invention a tout d’abord pour objet un procédé de détermination de la configuration d’un moteur à combustion d’un véhicule automobile, ledit véhicule comprenant un moteur à combustion comportant une pluralité de cylindres, un rail d’injection de carburant dans lesdits cylindres, une pompe d’injection hydraulique haute pression apte à pomper du carburant dans ledit rail d’injection, une vanne de contrôle de l’ouverture et de la fermeture de ladite pompe d’injection, un capteur de mesure de la pression du carburant circulant dans ledit rail d’injection, désigné capteur de pression, et un module de commande, ledit moteur comprenant en outre un vilebrequin caractérisé par sa position angulaire à partir d’une position de référence et au moins un arbre à cames relié solidairement audit vilebrequin de sorte que le vilebrequin réalise deux tours complets lorsque le au moins un arbre à cames réalise un tour complet, ladite pompe d’injection comprenant au moins un piston de pompage du carburant et étant montée de manière synchronisée avec ledit vilebrequin de telle sorte que ledit au moins un piston pompe du carburant un nombre impair de fois lors d’un tour dudit au moins un arbre à cames, ledit procédé étant remarquable en ce qu’il comprend :
• une étape de détection de la position de référence du vilebrequin, • une étape de commande, par le module de commande, de la fermeture de la vanne de contrôle de la pompe d’injection, • après un premier intervalle de temps prédéterminé, une étape de mesure, par le capteur de pression, d’une valeur de pression du carburant dans le rail d’injection, • une étape de comparaison de la valeur de pression de carburant mesurée dans le rail d’injection avec une valeur de pression initiale prédéterminée, et • une étape de détermination d’une première configuration du moteur lorsque la valeur de pression de carburant mesurée dans le rail d’injection est supérieure ou égale à un premier seuil de pression prédéterminé ou de détermination d’une deuxième configuration du moteur lorsque la valeur de pression de carburant mesurée dans le rail d’injection est comprise entre un deuxième seuil de pression prédéterminé et un troisième seuil de pression prédéterminé.
Par les termes « configuration du moteur >> ou « phase du moteur >>, on entend la phase du cycle dans laquelle se trouve chacun des cylindres du moteur à un instant donné, qui correspond à une position donnée de l’arbre à cames.
Le procédé selon l’invention permet avantageusement de déterminer la position du vilebrequin sans injecter de carburant dans les chambres de combustion, permettant ainsi de limiter la détérioration du moteur et de réduire les émissions de pollution du véhicule.
Selon un aspect de l’invention, le premier intervalle de temps correspond au temps nécessaire au vilebrequin pour se trouver dans une position angulaire décalée d’un angle prédéterminé par rapport à sa position de référence.
De manière avantageuse, la valeur de pression de carburant mesurée dans le rail d’injection étant comprise entre ledit deuxième seuil de pression prédéterminé et ledit troisième seuil de pression prédéterminé, le procédé comprend :
• après un deuxième intervalle de temps prédéterminé, une nouvelle étape de commande de la vanne de contrôle de la pompe d’injection, • une nouvelle étape de mesure, par le capteur de pression, d’une valeur de pression du carburant dans le rail d’injection, et • une étape de détermination de la première configuration du moteur lorsque la valeur de pression de carburant mesurée dans le rail d’injection est supérieure ou égale audit premier seuil de pression prédéterminé ou de détection d’une anomalie moteur, lorsque la valeur de pression mesurée dans le rail d’injection est inférieure au premier seuil de pression prédéterminé.
Par les termes « anomalie du moteur >>, on entend que la position de l’arbre à cames ne peut pas être liée à la position du vilebrequin de sorte qu’il n’est pas possible de déterminer la phase de fonctionnement du moteur. Dans ce cas, de préférence, le moteur n’est pas autorisé à démarrer.
De manière préférée, le deuxième intervalle de temps prédéterminé correspond à l’intervalle de temps nécessaire au vilebrequin pour effectuer un tour complet de 360° de manière à mesurer la pression dais le rail d’injection au cours du deuxième tour de vilebrequin, à l’instant où celui-ci se trouve à nouveau dans sa position correspondant au décalage de la position angulaire prédéterminée.
Selon un aspect de l’invention, le premier seuil prédéterminé correspond à la pression initiale prédéterminée augmentée d’au moins 3 MPa, de préférence augmentée de 10 MPa.
De manière préférée, le deuxième seuil prédéterminé et le troisième seuil prédéterminé correspondent respectivement à la pression initiale prédéterminée réduite de 1 MPa et à la pression initiale prédéterminée augmentée de 1 MPa. Aussi, la deuxième configuration du moteur est détectée lorsque la pression est similaire à la valeur de pression initiale prédéterminée, c’est-à-dire égale à la pression initiale prédéterminée ± 1 MPa.
Selon un aspect de l’invention, le procédé comprend, précédemment à l’étape de détection de la position de référence du vilebrequin, une étape préliminaire de mesure de ladite valeur de pression initiale dans ledit rail d’injection.
Selon une caractéristique de l’invention, ledit au moins un piston de la pompe d’injection pompant du carburant un nombre impair de fois lors d’un tour dudit au moins un arbre à cames, chaque came dudit arbre à cames comprend un nombre impair de lobes. Ainsi, sur un tour d’arbre à cames (i.e. un cycle moteur), la pompe d’injection comprend un nombre impair de phase d’aspiration et un nombre impair de phase d’injection, permettant de s’assurer de la détection du premier ou du deuxième tour de vilebrequin selon que la pompe d’injection se trouve dans une phase d’aspiration ou d’injection après la détection de la position de référence.
Selon un aspect préféré de l’invention, le premier intervalle de temps est compris entre 20 et 500 ms, de préférence de l’ordre de 70 ms. Un tel intervalle de temps correspond à une rotation du vilebrequin, désigné décalage de la position angulaire du vilebrequin à partir de la position de référence, ledit décalage de la position angulaire du vilebrequin étant compris entre 30° et 240°, de préérence de l’ordre de 120°.
Un tel premier intervalle de temps prédéterminé après lequel ladite étape de mesure est réalisée dépend de la vitesse de rotation du moteur. L’exemple d’intervalle de temps de 70 ms correspond à l’intervalle de temps nécessaire au vilebrequin pour effectuer une rotation de 120° lorsque le moteur tourne à une vitesse de 300 tours/min, par exemple lorsque le moteur fonctionne sur le démarreur. Une telle rotation de 120°, c’est-à-dire une rotation d’un tiers de tour, correspond au décalage de la position angulaire parcourue par le vilebrequin au cours de la phase de compression de la pompe haute pression sur un moteur comprenant trois cylindres.
De manière préférée, le deuxième intervalle de temps est compris entre 50 et 500 ms, de préférence de l’ordre de 200 ms. Un tel intervalle de temps de 200 ms correspond au temps nécessaire pour effectuer un tour de vilebrequin lorsque le moteur tourne à une vitesse de 300 tours/min, par exemple lorsque le moteur fonctionne sur le démarreur.
L’invention a également pour objet un système de détermination de la position d’un vilebrequin de moteur à combustion de véhicule automobile, comprenant :
• un moteur à combustion comprenant une pluralité de cylindres, un vilebrequin caractérisé par sa position angulaire à partir d’une position de référence, au moins un arbre à cames relié solidairement audit vilebrequin de sorte que le vilebrequin réalise deux tours complets lorsque ledit au moins un arbre à cames réalise un tour complet, et un capteur de position apte à déterminer la position angulaire dudit vilebrequin, • un module d’injection comprenant :
- une pompe d’injection de carburant à haute pression comprenant au moins un piston de pompage du carburant et étant montée de manière synchronisée avec ledit vilebrequin de telle sorte que ledit au moins un piston pompe du carburant un nombre impair de fois lors d’un tour dudit au moins un arbre à cames,
- une vanne de contrôle configurée pour commander l’ouverture et la fermeture de ladite pompe d’injection,
- un rail d’injection de carburant relié d’une part à ladite pompe d’injection et d’autre part à une pluralité d’injecteurs permettant d’injecter le carburant dans les cylindres du moteur,
- un capteur de pression, configuré pour mesurer une valeur de pression dans ledit rail d’injection, • un module de commande configuré pour commander l’ouverture et la fermeture de ladite vanne de contrôle et déterminer la position du vilebrequin au moyen du capteur de position et du capteur de pression afin de déterminer la configuration du moteur.
Selon un aspect préféré de l’invention, le module de commande d’un tel système est configuré pour :
• détecter la position de référence du vilebrequin à partir du capteur de position du vilebrequin, • commander la vanne de contrôle de la pompe d’injection afin que ladite vanne de contrôle ferme la pompe d’injection, de manière à permettre l’introduction de carburant dans le rail d’injection, • après un premier intervalle de temps prédéterminé, mesurer, via le capteur de pression, une valeur de pression du carburant dans le rail d’injection, et • déterminer une première configuration ou une deuxième configuration du moteur respectivement, selon si la valeur de pression de carburant mesurée dans le rail d’injection est supérieure ou égale à un premier seuil de pression prédéterminé ou comprise entre un deuxième seuil de pression prédéterminé et un troisième seuil de pression prédéterminé.
Selon un aspect de l’invention, le premier intervalle de temps correspond au temps nécessaire au vilebrequin pour se trouver dans une position angulaire décalée d’un angle prédéterminé par rapport à sa position de référence.
De manière avantageuse, la valeur de pression de carburant mesurée dans le rail d’injection étant comprise entre ledit deuxième seuil de pression prédéterminé et ledit troisième seuil de pression prédéterminé, le module de commande est configuré pour :
• après un deuxième intervalle de temps prédéterminé, commander la vanne de contrôle de la pompe d’injection, • mesurer, via le capteur de pression, une valeur de pression du carburant dans le rail d’injection, et • déterminer la première configuration du moteur lorsque la valeur de pression de carburant mesurée dans le rail d’injection est supérieure ou égale audit premier seuil de pression prédéterminé, ou détecter une anomalie moteur lorsque la valeur de pression mesurée dans le rail d’injection est inférieure au premier seuil de pression prédéterminé.
De manière préférée, le deuxième intervalle de temps prédéterminé correspond à l’intervalle de temps nécessaire au vilebrequin pour effectuer un tour complet de 360° de manière à mesurer la pression dais le rail d’injection au cours du deuxième tour de vilebrequin, à l’instant où celui-ci se trouve à nouveau dans sa position correspondant au décalage de la position angulaire prédéterminée.
Selon un aspect de l’invention, le premier seuil prédéterminé correspond à la pression initiale prédéterminée augmentée d’au moins 3 MPa, de préférence augmentée de 10 MPa.
De manière préférée, le deuxième seuil prédéterminé et le troisième seuil prédéterminé correspondent respectivement à la pression initiale prédéterminée réduite de 1 MPa et à la pression initiale prédéterminée augmentée de 1 MPa. Aussi, la deuxième configuration du moteur est détectée lorsque la pression est similaire à la valeur de pression initiale prédéterminée, c’est-à-dire égale à la pression initiale prédéterminée ± 1 MPa.
Selon un aspect de l’invention, le module de commande est configuré pour mesurer la valeur de pression initiale dans ledit rail d’injection.
Selon une caractéristique de l’invention, ledit au moins un piston de la pompe d’injection pompant du carburant un nombre impair de fois lors d’un tour dudit au moins un arbre à cames, chaque came dudit arbre à cames comprend un nombre impair de lobes. Ainsi, sur un tour d’arbre à cames (i.e. un cycle moteur), la pompe d’injection comprend un nombre impair de phase d’aspiration et un nombre impair de phase d’injection, permettant de s’assurer de la détection du premier ou du deuxième tour de vilebrequin selon que la pompe d’injection se trouve dans une phase d’aspiration ou d’injection après la détection de la position de référence.
Selon un aspect préféré de l’invention, le premier intervalle de temps est compris entre 20 et 500 ms, de préférence de l’ordre de 70 ms. Un tel intervalle de temps correspond à une rotation du vilebrequin, désigné décalage de la position angulaire du vilebrequin à partir de la position de référence, ledit décalage de la position angulaire du vilebrequin étant compris entre 30° et 240°, de préérence de l’ordre de 120°.
Un tel premier intervalle de temps prédéterminé après lequel ladite étape de mesure est réalisée dépend de la vitesse de rotation du moteur. L’exemple d’intervalle de temps de 70 ms correspond à l’intervalle de temps nécessaire au vilebrequin pour effectuer une rotation de 120° lorsque le moteur tourne à une vitesse de 300 tours/min, par exemple lorsque le moteur fonctionne sur le démarreur. Une telle rotation de 120°, c’est-à-dire une rotation d’un tiers de tour, correspond au décalage de la position angulaire parcourue par le vilebrequin au cours de la phase de compression de la pompe haute pression sur un moteur comprenant trois cylindres.
De manière préférée, le deuxième intervalle de temps est compris entre 50 et 500 ms, de préférence de l’ordre de 200 ms. Un tel intervalle de temps de 200 ms correspond au temps nécessaire pour effectuer un tour de vilebrequin lorsque le moteur tourne à une vitesse de 300 tours/min, par exemple lorsque le moteur fonctionne sur le démarreur.
L’invention concerne enfin un véhicule automobile comprenant un système de détermination de la configuration d’un moteur à combustion tel que décrit précédemment.
La figure 1 illustre schématiquement une forme de réalisation du système selon l’invention.
La figure 2 est une vue schématique du système de la figure 1 détaillant le moteur du véhicule.
La figure 3 est une vue schématique du système de la figure 1 détaillant le module d’injection.
Les figures 4A à 4C illustrent schématiquement un exemple de fonctionnement d’une pompe à piston actionné par une came comprenant trois lobes.
La figure 5 illustre graphiquement l’évolution de la position du piston dans la pompe haute pression au cours de la moitié d’un cycle moteur en fonction d’un état ouvert et fermé de la vanne de contrôle reliée à la pompe d’injection, permettant l’injection de carburant dans le rail d’injection.
La figure 6 illustre schématiquement un mode de réalisation du procédé selon l’invention.
L’invention sera présentée ci-après en vue d’une mise en oeuvre dans un véhicule automobile. Cependant, toute mise en oeuvre dans un contexte différent, en particulier pour tout véhicule comprenant un moteur à combustion dont il est nécessaire de déterminer la configuration est également visée par l’invention. De même, l’invention sera décrite à l’aide d’un exemple dans lequel l’injection de carburant dans une chambre de combustion est synchronisée avec l’ouverture de la soupape d’admission reliée à cette même chambre d’admission, c’est-à-dire pendant la phase d’admission de cette chambre de combustion ; cependant, une telle synchronisation pourrait également être réalisée au cours d’une autre phase de fonctionnement, suivant le type de moteur concerné.
1/ Système
En référence à la figure 1, le système 1, selon une forme de représentation de l’invention, comprend un moteur 10 à combustion de véhicule automobile, un module d’injection 20 et un module de commande du module d’injection 20 se présentant ici sous la forme d’un calculateur 30.
a. Moteur 10
Comme représenté schématiquement sur la figure 2, le moteur 10 à combustion comprend, de manière connue, une pluralité de cylindres 11 délimitant chacun une chambre de combustion 11A dans laquelle coulisse un piston 12 dont le mouvement est entraîné par compression et détente des gaz issus de la compression d’un mélange d’air et de carburant introduit dans les chambres de combustion 11 A.
Pour rappel, l’air et les gaz sont respectivement introduits et expulsés via des soupapes d’admission 14A et des soupapes d’échappement 14B, reliés dans cet exemple, à un unique arbre à cames 15. Cependant, le moteur 10 du véhicule pourrait tout aussi bien comprendre deux arbres à cames 15, l’un dédié aux soupapes d’admission 14A et le second aux soupapes d’échappement 14B. De même, dans cet exemple, chaque cylindre 11 est relié à une soupape d’admission 14A et une soupape d’échappement 14B ; cependant, chaque cylindre 11 pourrait également être relié à plusieurs soupapes d’admission 14A et plusieurs soupapes d’échappement 14B. L’arbre à cames 15, mis en rotation, permet alternativement l’ouverture et la fermeture des soupapes 14 d’admission et d’échappement de chaque chambre de combustion 11 A.
L’ensemble des pistons 12 est relié à un vilebrequin 13, dont la mise en rotation réalisée par la poussée de chaque piston 12, permet la rotation des roues du véhicule. Le vilebrequin 13 comprend une roue dentée 130 comportant un nombre prédéterminé de dents espacées régulièrement, ainsi qu’un espace libre de dents correspondant à une position de référence Do du vilebrequin 13. Une telle roue dentée 130 étant connue en soi, elle ne sera pas davantage détaillée ici.
Un capteur de position 16 est monté en regard de la roue dentée 130 de manière à permettre la détection de la position de référence Doet le décompte du nombre de dents défilant devant le capteur de position 16 depuis la position de référence Dopar le calculateur 30 lorsque le vilebrequin 13 est entraîné en rotation. Plus précisément, le capteur de position 16 délivre un signal représentatif du passage des dents qui permet au calculateur 30 de déterminer la position angulaire de 0° à 360° du vilebrequin 13. En variante, le capteur de position 16 pourrait lui-même détecter la position de référence Do, compter les dents et envoyer ces informations au calculateur 30 sans que cela ne limite la portée de la présente invention.
Lors de la mise en rotation de l’arbre à cames 15 et du vilebrequin 13, l’arbre à cames 15 effectue un tour complet de 0° à 360° prodant que le vilebrequin 13 effectue deux tours. On parle de manière connue d’un cycle moteur allant de 0° à 720° pendant lequel quatre phases de fonctionnement sont réalisées pour chacune des chambres de combustion 11 A, par exemple à tour de rôle.
En effet, chaque chambre de combustion 11A des cylindres 11 du moteur 10 comprend successivement les phases de fonctionnement suivantes : une phase d’admission d’air et de carburant dans la chambre de combustion 11A, une phase de compression du mélange jusqu’à sa combustion, une phase de détente des gaz issus d’une telle combustion et une phase d’échappement des gaz hors de la chambre de combustion 11 A.
b. Module d’injection 20
Le module d’injection 20 permet d’introduire le carburant dans les chambres de combustion 11 A. Dans cet exemple, le système 1 selon l’invention permet de synchroniser l’instant de l’injection de carburant dans une chambre de combustion 11A avec l’ouverture de la soupape d’admission 14A de cette même chambre de combustion 11 A. Cependant, suivant le type de moteur, l’instant de l’injection de carburant pourrait tout aussi bien être synchronisé avec une autre phase de la chambre de combustion 11 A, par exemple à la fin de la phase de combustion.
Pour réaliser cette synchronisation, le module d’injection 20 est relié au calculateur 30, par exemple le calculateur principal du véhicule, et comprend, en référence à la figure 3, une pompe d’injection 21, configurée pour pomper du carburant dans un rail d’injection 22, relié à une pluralité d’injecteurs 23. Le module d’injection 20 comprend en outre une vanne de contrôle 24 de l’ouverture et de la fermeture de la pompe d’injection 21 et un capteur de pression 25.
De préférence, la pompe d’injection 21 comprend un ou plusieurs piston(s)210 interne(s) (non représentés), généralement un piston 210, configuré pour contrôler le débit de carburant, régulant ainsi la pression dans le module d’injection 20.
Pour cela, comme représenté sur l’exemple des figures 4A, 4B et 4C, un tel piston 210 coulisse régulièrement dans la pompe d’injection 21. Le piston 210 est ainsi configuré pour se déplacer de manière régulière dans la pompe d’injection 21, afin de permettre l’introduction (figure 4A) de carburant dans la pompe d’injection 21, puis son refoulement (figure 4B). La vanne de contrôle 24 étant ouverte, la pompe d’injection 21 n’est alors pas mise sous pression.
En effet le carburant est introduit dans la pompe d’injection 21 par l’intermédiaire d’une vanne de contrôle 24 permettant l’ouverture et la fermeture de la pompe d’injection 21, permettant ainsi de contrôler le débit de carburant. Aussi, lorsque la vanne de contrôle 24 est ouverte, comme représenté sur les figures 4A et 4B, le déplacement du piston 210 entraîne l’introduction et le refoulement de carburant, sans montée en pression de la pompe d’injection 21. Cependant, lorsque la vanne de contrôle 24 est fermée, comme représenté sur la figure 4C, le piston 210 compresse le carburant introduit dans la pompe d’injection 21, la pression augmente, entraînant l’ouverture d’un clapet 211 de liaison avec le rail d’injection 22, entraînant l’introduction de carburant dans le rail d’injection 22 et ainsi la montée en pression dans le rail d’injection 22.
Une telle vanne de contrôle 24 est de préférence une vanne de débit digitale, permettant un contrôle plus précis du débit de carburant dans la pompe d’injection 21 et ainsi une régulation de la pression dans le rail d’injection 22. De plus, dans cet exemple, la vanne de contrôle 24 est incluse dans la pompe d’injection 21 ; cependant, il va de soi que la vanne de contrôle 24 pourrait être extérieure à la pompe d’injection 21, comme cela est représenté sur la figure 3.
Dans une forme de réalisation préférée, le mouvement coulissant du piston 210 dans la pompe d’injection 21 est entraîné par une came 150 de l’arbre à cames 15 en rotation. Cependant, la pompe d’injection 21 pourrait tout aussi bien comprendre un piston 210 rotatif comprenant une pluralité de lobes. Dans cet exemple, le nombre de lobes du piston 210 rotatif serait impair.
En effet, dans une forme préférée de réalisation de l’invention, au cours d’un cycle moteur de 0° à 720°, la pompe d’injection 21 est configurée pour permettre l’injection de carburant dans le rail d’injection 22 un nombre impair de fois. A titre d’exemple, le piston 210 de la pompe d’injection 21 est configuré pour pomper trois fois du carburant au cours du cycle moteur. La succession de six coulissements (par exemple de trois montées et trois descentes) du piston 210 au cours d’un cycle moteur permet ainsi trois montées en pression de la pompe d’injection 21, et donc trois montées en pression dans le rail d’injection 22, au cours de ce cycle moteur.
La pompe d’injection 21 est configurée pour fonctionner de manière synchronisée avec le vilebrequin 13. En particulier, la pompe d’injection 21 est configurée pour monter en pression, au moyen de la vanne de contrôle 24, de manière synchronisée avec une ou plusieurs positions définies du vilebrequin 13.
En effet, au cours d’un cycle moteur, le vilebrequin 13, effectuant deux tours, le capteur de position 16 est configuré pour détecter deux fois la position de référence Do. Dans cet exemple, lorsque la vanne de contrôle 24 est fermée, la came 150 actionnant le piston 210 de la pompe d’injection 21 comprenant trois lobes, la première position de référence Do du vilebrequin 13 correspond à une position haute du piston 210 et donc à une augmentation de la pression dans la pompe d’injection 21 et donc dans le rail d’injection 22, tandis que la deuxième position de référence Do correspond à une position basse du piston 210 et donc à une valeur P de pression constante du carburant dans le rail d’injection 22.
Un tel rail d’injection 22 est configuré pour permettre la distribution du carburant, en provenance de la pompe d’injection 21, dans l’ensemble des cylindres 11 du moteur 10 par l’intermédiaire d’injecteurs 23.
L’injecteur 23 de la chambre de combustion 11A dont la soupape d’admission 14A est ouverte est activé de manière à permettre, dans cet exemple, l’admission du mélange d’air et de carburant simultanément dans la chambre de combustion 11 A.
Afin de permettre la mise en oeuvre de l’invention, le module d’injection 20 comprend un capteur de pression 25, relié au rail d’injection 22 et configuré pour mesurer une valeur P de pression dans le rail d’injection 22. Un tel capteur de pression 25 est configuré pour transmettre les valeurs P de mesure de pression au calculateur 30 du véhicule.
En effet, en référence à la figure 5, lors de son fonctionnement, la position Z du piston 210 de la pompe d’injection 21 alterne successivement entre une position haute H et une position basse B. Lorsque la vanne de contrôle 24 est fermée (OFF), la position haute H du piston 210 correspond à une première phase h d’injection de carburant dans le rail d’injection 22 pendant laquelle la pression dans le rail d’injection 22 augmente et la position basse B à une deuxième phase l2 pendant laquelle le carburant n’est pas comprimé dans la pompe d’injection 21, n’aboutissant pas à l’injection de carburant dans le rail d’injection 22 dans lequel la pression reste alors constante.
En effet, lorsque la vanne de contrôle 24 est ouverte, la pression dans la pompe d’injection 21 et donc dans le rail d’injection 22 correspond à une pression minimale désignée pression initiale P, prédéterminée et généralement proche de la pression atmosphérique. Lorsque la vanne de contrôle 24 est fermée, deux cas se présentent : si le piston 210 de la pompe d’injection 21 se trouve en position basse B, c’est-à-dire que le carburant n’est pas comprimé par le piston 210, alors la valeur P de pression dans le rail d’injection 22 est équivalente à la pression initiale P, prédéterminée ; de même, si le piston 210 est en position haute H, c’est-à-dire que le carburant est comprimé par le piston 210, alors la valeur P de pression dans la pompe d’injection 21 et donc dans le rail d’injection 22 est supérieure à la pression initiale P, prédéterminée.
Dans cet exemple dans lequel le piston 210 de la pompe d’injection 21 est configuré pour pomper trois fois du carburant au cours d’un cycle moteur complet, le premier tour et le deuxième tour de vilebrequin 13, correspondant chacun à la moitié d’un cycle moteur, correspondent ainsi chacun à une position différente du piston 210. En effet, lorsque la vanne de contrôle 24 est fermée, si le vilebrequin 13 se trouve dans son premier tour de rotation, alors le piston 210, synchronisé avec le vilebrequin 13, est configuré pour être dans la première phase h de montée en position haute H, dans laquelle la valeur P de pression mesurée dans le rail d’injection 22 est supérieure à la pression initiale P, prédéterminée. De même, si le vilebrequin 13 se trouve dans son deuxième tour de rotation, alors le piston 210 est configuré pour être dans la deuxième phase l2 de descente en position basse B, dans laquelle la valeur P de pression mesurée dans le rail d’injection 22 est similaire à la pression initiale P, prédéterminée. Par similaire, on entend dans cet exemple que la valeur P de pression est égale à la pression initiale P, prédéterminée ± 1 MPa (Méga Pascal).
Le nombre impair de phases h durant lesquelles le piston 210 pompe du carburant dans le rail d’injection 22 au cours d’un cycle moteur complet permet ainsi de s’assurer que la pression du carburant dans le rail d’injection 22 est différente pour une même position angulaire du vilebrequin 13 lors de deux tours consécutifs dudit vilebrequin 13, correspondant à deux configurations différentes du moteur 10.
c. Calculateur 30
Le calculateur 30, par exemple le calculateur principal du véhicule, permet de commander l’injection de carburant dans une chambre de combustion 11A définie à un instant précis. A cette fin, le calculateur 30 est configuré pour piloter la vanne de contrôle 24 afin de contrôler le débit de carburant dans la pompe d’injection 21 et de contrôler la fermeture d’une telle pompe d’injection 21, permettant l’introduction de carburant dans le rail d’injection 22. Autrement dit, le calculateur 30 est configuré pour commander le pompage de carburant dans le rail d’injection 22 par l’intermédiaire de la pompe d’injection 21 commandée par la vanne de contrôle 24 à un instant donné correspondant à la position prédéterminée du vilebrequin 13 connue et décrite précédemment.
Le calculateur 30 du véhicule est enfin configuré pour recevoir les données fournies par le capteur de position 16 du vilebrequin 13 et par le capteur de pression 25 dans le rail d’injection 22.
2/ Procédé
L’invention va maintenant être décrite dans un exemple de mise en oeuvre en référence aux figures 5 et 6. Le procédé de détermination de la position du vilebrequin 13 permet de déterminer la synchronisation du moteur 10. Le vilebrequin 13 et l’arbre à cames 15 étant reliés de manière à permettre une rotation simultanée, un tel procédé pourrait de manière équivalente être décrit en déterminant la position de l’arbre à cames 15 dont la position peut être connue par l’intermédiaire du capteur de position 16 du vilebrequin 13.
Dans cet exemple, le procédé comprend tout d’abord une étape E0 de mise en fonctionnement du moteur 10, permettant d’actionner la mise en rotation de l’arbre à cames 15 et du vilebrequin 13. Une valeur de pression initiale P, est alors mesurée dans le rail d’injection 22 au moyen du capteur de pression 25.
Le capteur de position 16 détecte alors, dans une étape E1A, la position de référence DOa du vilebrequin 13, en détectant sur la roue dentée 130 l’espace libre de dents. Un signal de détection d’une dent de la roue dentée 130 est alors régulièrement envoyé au calculateur 30.
Dans cet exemple, le capteur de position 16 détecte chaque dent de la roue dentée 130 et transmet régulièrement au calculateur 30 un signal de détection de la présence d’une dent. Le calculateur 30 détecte alors la position de référence Do du vilebrequin 13 lorsqu’aucun signal n’est envoyé par le capteur de position 16 pendant une durée prédéterminée. Cependant, il va de soi que le capteur de position 16 pourrait tout aussi bien détecter directement la position de référence Do du vilebrequin 13 et transmettre un signal de détection d’une telle position de référence Do au calculateur 30 par exemple.
Lorsque le calculateur 30 détecte la position de référence DOa du vilebrequin 13, ledit calculateur 30 commande, par exemple, la fermeture de la vanne de contrôle 24, dans une étape E2A. De manière alternative, la fermeture de la vanne de contrôle 24 peut être commandée par le calculateur 30 après un intervalle de temps prédéterminé, dépendant du montage de la pompe d’injection 21. Le calculateur 30 détecte ensuite, dans une étape E3a, une rotation angulaire du vilebrequin 13, désignée décalage DA de la position angulaire du vilebrequin 13, à partir de la position de référence Doa. Un tel décalage DA de la position angulaire du vilebrequin 13 est compris entre 30° et 240°, de préférence 120° dans l’exemple d’un moèur fonctionnant au moyen d’un démarreur et tournant ainsi à une vitesse de rotation de 300 tours/min, et correspond à un intervalle de temps. Le calculateur 30 pourrait ainsi également déclencher une temporisation T dont la durée correspond à un intervalle de temps prédéterminé, par exemple 10 millisecondes. Comme représenté sur le graphique de la figure 5, cette temporisation T correspond au temps s’écoulant entre la détection de la position de référence Do et l’instant où le piston 210 de la pompe d’injection 21 est en position haute H.
Dans une étape E4A, le capteur de pression 25 mesure la pression dans le rail d’injection 22 et transmet la valeur PA de pression mesurée au calculateur 30.
Ainsi, lorsque le calculateur 30 commande la vanne de contrôle 24 de la pompe d’injection 21 pour que ladite pompe d’injection 21 injecte du carburant dans le rail d’injection 22, la valeur PA de pression du carburant dans le rail d’injection 22, mesurée à l’issue du décalage DA de la position, angulaire du vilebrequin 13, a augmenté pour atteindre un maximum si le moteur 10 se trouve dans une première configuration, ou est restée constante, si le moteur 10 se trouve dans une deuxième configuration.
La valeur PA de pression est alors comparée à la valeur de pression initiale P, prédéterminée dans une étape E5A.
Lorsque la valeur PA de pression mesurée à l’étape E4A est supérieure à un premier seuil Si prédéterminé, par exemple égal à la pression initiale P, prédéterminée additionnée d’au moins 3 MPa, de préférence 10 MPa, alors le calculateur 30 en déduit, dans une étape E6A, que le moteur 10 se trouve dans la première configuration, c’est-àdire que le vilebrequin 13 se trouve bien dans son premier tour. Le moteur 10 est synchronisé (Y).
Lorsque la valeur PA de pression mesurée à l’étape E4A est comprise entre un deuxième seuil S2 prédéterminé et un troisième seuil S3 prédéterminé, alors le calculateur 30 en déduit, dans cette étape E6A, soit que le moteur 10 est dans la deuxième configuration, c’est-à-dire que le vilebrequin 13 se trouve dans son deuxième tour, soit que le moteur 10 est désynchronisé et présente une anomalie (W). Dans cet exemple, le deuxième seuil S2 prédéterminé et le troisième seuil S3 prédéterminé correspondent respectivement à la pression initiale P, prédéterminée diminuée de 1 MPa et à la pression initiale P, prédéterminée augmentée de 1 MPa. Autrement dit, on dit que la valeur PA de pression mesurée est similaire à la pression initiale P, prédéterminée, c’està-dire par exemple égale à la pression initiale P, prédéterminée ± 1 MPa,
Dans ce dernier cas, le procédé comprend alors une nouvelle étape E1B de détection de la deuxième position de référence DOb du vilebrequin 13, correspondant au tour suivant du vilebrequin 13, suivie d’une nouvelle étape E2B de fermeture de la vanne de contrôle 24. Après un deuxième décalage DB de la position angulaire du vilebrequin 13 ou un deuxième intervalle de temps prédéterminé (étape E3B), la pression dans le rail d’injection 22 est de nouveau mesurée dans une nouvelle étape E4B et comparée à la pression initiale P, prédéterminée dans une nouvelle étape E5B. Si la valeur PB de pression mesurée est supérieure ou égale au premier seuil Si prédéterminé, alors le moteur se trouve bien dans sa première configuration, c’est-à-dire que le vilebrequin 13 est bien dans son premier tour. Le procédé comprend une étape E6B de validation de la synchronisation du moteur 10 (Y). Si la valeur de pression PB mesurée est inférieure au premier seuil Si prédéterminé, alors le procédé détecte que le moteur 10 est désynchronisé et présente une anomalie (N).
Un tel procédé permet avantageusement de déterminer la position du vilebrequin et ainsi la phase de fonctionnement du moteur, permettant ainsi de synchroniser le moteur sans nécessité d’injection de carburant. Le procédé selon l’invention permet ainsi de limiter la détérioration du système d’échappement ainsi que la pollution émise par le véhicule.
Claims (9)
- REVENDICATIONS1. Procédé de détermination de la configuration d’un moteur (10) à combustion d’un véhicule automobile, ledit véhicule comprenant un moteur (10) à combustion comportant une pluralité de cylindres (11), un rail d’injection (22) de carburant dans lesdits cylindres (11), une pompe d’injection (21) hydraulique haute pression apte à pomper du carburant dans ledit rail d’injection (22), une vanne de contrôle (24) de l’ouverture et de la fermeture de ladite pompe d’injection (21), un capteur de mesure de la pression du carburant circulant dans ledit rail d’injection (22), désigné capteur de pression (25), et un module de commande (30), ledit moteur (10) comprenant en outre un vilebrequin (13) caractérisé par sa position angulaire à partir d’une position de référence (Do) et au moins un arbre à cames (15) relié solidairement audit vilebrequin (13) de sorte que le vilebrequin (13) réalise deux tours complets lorsque le au moins un arbre à cames (15) réalise un tour complet, ladite pompe d’injection (21) comprenant au moins un piston (210) de pompage du carburant et étant montée de manière synchronisée avec ledit vilebrequin (13) de telle sorte que ledit au moins un piston (210) pompe du carburant un nombre impair de fois lors d’un tour dudit au moins un arbre à cames (15), ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend :• une étape (E1 a) de détection de la position de référence (Do) du vilebrequin (13), • une étape (E2A) de commande, par le module de commande (30), de la fermeture de la vanne de contrôle (24) de la pompe d’injection (21), • après un premier intervalle de temps prédéterminé, une étape (E4A) de mesure, par le capteur de pression (25), d’une valeur (P) de pression du carburant dans le rail d’injection (22), • une étape (E5a) de comparaison de la valeur (P) de pression de carburant mesurée dans le rail d’injection (22) avec une valeur de pression initiale (P,) prédéterminée, et • une étape (E6a) de détermination d’une première configuration du moteur (10) lorsque la valeur (P) de pression de carburant mesurée dans le rail d’injection (22) est supérieure ou égale à un premier seuil (Si) de pression prédéterminé ou de détermination d’une deuxième configuration du moteur (10) lorsque la valeur (P) de pression de carburant mesurée dans le rail d’injection (22) est comprise entre un deuxième seuil (S2) de pression prédéterminé et un troisième seuil (S3) de pression prédéterminé.
- 2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel, la valeur (P) de pression de carburant mesurée dans le rail d’injection (22) étant comprise entre ledit deuxième seuil (S2) de pression prédéterminé et ledit troisième seuil (S3) de pression prédéterminé, le procédé comprend :• après un deuxième intervalle de temps prédéterminé, une nouvelle étape (E4b) de commande de la vanne de contrôle (24) de la pompe d’injection (21), • une nouvelle étape (E5b) de mesure, par le capteur de pression (25), d’une valeur (Pb) de pression du carburant dans le rail d’injection (22), et • une étape (E6b) de détermination de la première configuration du moteur (10) lorsque la valeur (Pb) de pression de carburant mesurée dans le rail d’injection (22) est supérieure ou égale audit premier seuil (Si) de pression prédéterminé ou de détection d’une anomalie moteur, lorsque la valeur (Pb) de pression mesurée dans le rail d’injection (22) est inférieure au premier seuil (Si) de pression prédéterminé.
- 3. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le premier seuil (Si) prédéterminé correspond à la pression initiale (P.) prédéterminée augmentée d’au moins 3 MPa, de préférence augmentée de 10 MPa.
- 4. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le deuxième seuil (S2) prédéterminé et le troisième seuil (S3) prédéterminé correspondent respectivement à la pression initiale (Pi) prédéterminée réduite de 1 MPa et à la pression initiale (Pi) prédéterminée augmentée de 1 MPa.
- 5. Procédé selon l’une des revendications précédentes, comprenant, précédemment à l’étape (E1) de détection de la position de référence (Do) du vilebrequin (13), une étape (E0) préliminaire de mesure de ladite valeur de pression initiale (Pi) dans ledit rail d’injection (22).
- 6. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un piston (210) de la pompe d’injection (21) pompant du carburant un nombre impair de fois lors d’un tour dudit au moins un arbre à cames (15), chaque came dudit arbre à cames (15) comprend un nombre impair de lobes.
- 7. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le premier intervalle de temps est compris entre 20 et 500 ms, de préférence 70 ms.
- 8. Système (1) de détermination de la position d’un vilebrequin (13) de moteur (10) à combustion de véhicule automobile, comprenant :• un moteur (10) à combustion comprenant une pluralité de cylindres (11), un vilebrequin (13) caractérisé par sa position angulaire à partir d’une position de référence (Do), au moins un arbre à cames (15) relié solidairement audit vilebrequin (13) de sorte que le vilebrequin (13) réalise deux tours complets lorsque ledit au moins un arbre à cames (15) réalise un tour complet, et un capteur de position (16) apte à déterminer la position angulaire dudit vilebrequin (13), • un module d’injection (20) comprenant :- une pompe d’injection (21 ) de carburant à haute pression comprenant au moins un piston (210) de pompage du carburant et étant montée de manière synchronisée avec ledit vilebrequin (13) de telle sorte que ledit au moins un piston (210) pompe du carburant un nombre impair de fois lors d’un tour dudit au moins un arbre à cames (15),- une vanne de contrôle (24) configurée pour commander l’ouverture et la fermeture de ladite pompe d’injection (21),- un rail d'injection (22) de carburant relié d’une part à ladite pompe d’injection (21) et d’autre part à une pluralité d’injecteurs (23) permettant d’injecter le carburant dans les cylindres (11) du moteur (10),- un capteur de pression (25), configuré pour mesurer la valeur (P) de pression dans ledit rail d’injection (22), • un module de commande (30) configuré pour commander l’ouverture et la fermeture de ladite vanne de contrôle (24) et déterminer la position du vilebrequin (13) au moyen du capteur de position (16) et du capteur de pression (25) afin de déterminer la configuration du moteur (10).
- 9. Véhicule automobile comprenant un système (1) de détermination de la position d’un vilebrequin (13) de moteur (10) à combustion de véhicule automobile selon la revendication 8.
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