FR3094417A1 - Determination d’une derive du debit statique de carburant d’un injecteur piezo-electrique d’un moteur thermique de vehicule automobile - Google Patents

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Abstract

Il est divulgué un procédé de détermination d’une dérive du débit statique de carburant d’un injecteur piézo-électrique d’un moteur thermique d’un véhicule automobile. Le procédé s’appuie sur des mesures de la pression du fluide réalisée dans la chambre d’alimentation des injecteurs pour calculer une valeur de débit statique mesuré. Cette valeur est comparée à un débit statique nominal pour déterminer l’existence éventuelle et l’amplitude de la dérive du débit statique. En outre, chaque mesure de pression est réalisée lorsque la valve de l’injecteur est fermée et l’injecteur est ouvert. De cette manière, le calcul du débit statique mesuré n’est pas influencé par des effets de variation de pression non-pertinents pour la mesure. Figure pour l’abrégé : Fig. 4

Description

DETERMINATION D’UNE DERIVE DU DEBIT STATIQUE DE CARBURANT D’UN INJECTEUR PIEZO-ELECTRIQUE D’UN MOTEUR THERMIQUE DE VEHICULE AUTOMOBILE
La présente invention se rapporte de manière générale aux systèmes d’injection de carburant des moteurs thermiques de véhicules automobiles.
Elle concerne plus particulièrement un procédé de détermination d’une dérive du débit statique de carburant d’un injecteur piézo-électrique d’un moteur thermique de véhicule automobile.
Dans les véhicules automobiles à moteurs thermiques, qu’ils soient diesel ou essence, le système d’injection est souvent affecté, à plus ou moins long terme, par une dérive de la quantité de carburant pulvérisée par les injecteurs lors des injections.
Un injecteur a pour fonction de libérer un jet de carburant nécessaire à l'alimentation en carburant du moteur. La durée de ce jet, qu'on appelle le temps d'injection, est commandée électriquement par le calculateur de gestion moteur, suivant les paramètres relevés par des capteurs (température moteur, position pédale accélérateur, charge moteur déterminée par la pression d'air dans l'admission, etc.). Le nez d'injecteur comprend une buse obturée par une aiguille, et la partie supérieure de l'injecteur renferme un système électromécanique, commandé par le calculateur, qui soulève l'aiguille de son siège pour provoquer l'injection.
Les injecteurs sont la source principale de cette dérive étant donné qu’ils subissent des phénomènes de corrosion ou d’encrassement. En effet, la corrosion de la buse d’un injecteur a pour conséquence un accroissement non contrôlé de la quantité de carburant injecté pour une commande d’injection donnée. Inversement, l’encrassement de la buse d’un injecteur a pour conséquence une diminution non contrôlée de la quantité de carburant injecté pour une commande d’injection donnée. Plus exactement, la corrosion et l’encrassement de la buse modifient la valeur du débit statique de l’injecteur, c’est-à-dire la valeur maximum que le débit atteint au cours d’une phase d’ouverture complète de l’injecteur c’est-à-dire lors d’une injection. Cette valeur tend à augmenter dans le cas d’une corrosion et tend à diminuer dans le cas d’un encrassement de la buse.
Dans un cas comme dans l’autre, les effets de cette dérive sont largement préjudiciables aux performances globales du véhicule. D’une part, ils induisent une dérive du couple moteur généré par rapport à ce qui est attendu et, d’autre part, ils entraînent une émission accrue de gaz polluants, soit directement en cas d’accroissement du débit statique, soit indirectement en raison de la dégradation des performances du moteur.
Parmi les différents types d’injecteurs utilisés dans les systèmes d’injection de moteurs thermiques de véhicules automobiles, les injecteurs dits piézo-électriques sont largement répandus. Une particularité essentielle de ces injecteurs repose sur leur utilisation d’une valve électro-hydraulique aussi appelée servo-valve. Le rôle de cette valve est de provoquer l’ouverture ou la fermeture de l’injecteur. Plus précisément, l’injecteur est maintenu fermé par défaut sous l’effet du carburant mis sous pression dans le circuit d’alimentation. Chaque ouverture de la valve électro-hydraulique crée une fuite intentionnelle de carburant qui entraîne à son tour l’ouverture de l’injecteur et, par conséquent, l’injection de carburant dans la chambre de combustion concernée du moteur. Le nom de piézo-injecteur découle du fait que la valve est actionnée par un actuateur piézo-électrique commandé par une commande en tension. En résumé, un créneau en tension est appliqué à l’actuateur piézo-électrique de la valve pour l’ouvrir et, après un certain délai, l’injecteur s’ouvre par répercussion.
En outre, il est bien connu que lorsque des injecteurs de ce type sont dégradés (i.e. corrodés ou encrassés), un effet physique intrinsèque tend à compenser la dérive de la quantité de carburant injecté. En effet, lorsque le débit statique de l’injecteur diminue sous l’effet d’un encrassement des trous dans la buse, la durée totale de la phase d’ouverture de l’injecteur tend à s’allonger. Inversement, lorsque le débit statique de l’injecteur augmente sous l’effet d’une corrosion des trous, la durée totale de la phase d’ouverture de l’injecteur tend à se réduire. De cette manière la quantité injectée est moins affectée par la dégradation de l’injecteur.
Toutefois, dans le but de minimiser la dispersion potentielle dans le comportement de différents systèmes d’injection et pour réduire les dérives potentiellement de l’instant de fermeture de ces injecteurs, certains systèmes d’injection intègrent aussi des moyens de contrôle de l’instant de fermeture des injecteurs. Dans ces systèmes, l’instant de fermeture d’un injecteur n’est pas seulement déterminé indirectement par l’instant de fermeture de sa valve (après un délai déterminé) mais plutôt par un système actif qui commande précisément l’instant de fermeture de la valve. Dans ce cas, la durée totale d’une phase d’ouverture d’un injecteur n’est pas réellement impactée par une dégradation éventuelle de sa buse et dans un tel système d’injection, en effet, la dérive du débit statique d’un injecteur due à la dégradation de l’injecteur au cours du temps entraîne directement une augmentation de la quantité de carburant injectée en cas de corrosion et une diminution de la quantité de carburant injectée en cas d’encrassement.
Pour cette raison, sans doute, aucun mécanisme n’est habituellement prévu pour compenser une éventuelle modification de la quantité de carburant qui est injectée en raison de la dégradation de l’injecteur avec le temps. La recherche constante de meilleures performances des moteurs thermiques afin notamment de limiter la consommation de carburant et l’émission de gaz polluants, conduit toutefois au besoin détecter et/ou corriger la dérive de débit statique de carburant d’un injecteur.
Pour corriger ou détecter la dérive de débit de carburant d’un injecteur, notamment le débit statique, certaines solutions existantes utilisent des capteurs additionnels dans le système d’injection. Ces capteurs permettent de détecter des variations éventuelles de la durée totale de la phase d’ouverture de l’injecteur, du débit statique de l’injecteur, ou encore de l’instant de fermeture de l’injecteur. Elles s’appuient, par exemple, sur un capteur de pression, un capteur optique, ou encore un capteur de contact électrique, ces capteurs étant spécifiquement intégrés au système d’injection.
D’autres solutions consistent à exploiter des capteurs déjà présents dans le système d’injection ou dans le moteur. Par exemple, il est possible de détecter une dérive de débit par l’intermédiaire de mesures de pression réalisées par un capteur de pression situé dans la chambre d’alimentation des injecteurs d’un tel système d’injection. Une telle solution permet de déterminer des erreurs de débit statique ou de quantité injectée à partir de la chute de pression associée à une ouverture d’injecteur et à partir de la durée de cette chute de pression.
Par exemple, la demande de brevet WO201805091 divulgue une méthode s’appuyant sur la chute de pression mesurée pendant toute la durée de la phase ouverture de l’injecteur pour déterminer une dérive de débit de l’injecteur. Toutefois, cette solution prend en compte l’intégralité d’une chute de pression induite par une injection. En particulier, elle prend donc aussi en compte l’effet des fuites de carburant liées à l’ouverture de la valve électro-hydraulique dans le cas d’injecteurs piézo-électrique. Finalement, la détermination d’une dérive éventuelle de la quantité de carburant injecté peut donc être altérée voire faussée en intégrant des effets non pertinents dans le calcul du débit statique de l’injecteur.
L'invention vise à atténuer les inconvénients de l’art antérieur précités en permettant de déterminer la dérive du débit statique d’un injecteur piézo-électrique, sans faire appel à un capteur additionnel et en exploitant uniquement des données mesurées pertinentes pour garantir une bonne précision de cette détermination.
A cet effet, un premier aspect de l’invention propose un procédé de détermination d’une dérive du débit statique de carburant d’un injecteur piezo-électrique d’un moteur thermique de véhicule automobile, ledit injecteur comprenant une valve électro-hydraulique de type servo-valve adaptée pour provoquer l’ouverture ou la fermeture de l’injecteur, ledit procédé comprenant les étapes suivantes, exécutées par une unité de commande lorsque l’injecteur est ouvert et la valve électro-hydraulique est fermée :
a) acquisition d’au moins deux valeurs de pression P1et P2, mesurées par un capteur de pression dans une chambre d’alimentation de l’injecteur, à au moins deux instants différents t1et t2respectivement associés ;
b) calcul, à partir des valeurs de pression acquises et des instants respectivement associés, d’un gradient temporel de pression dP ;
c) calcul d’un débit statique mesuré Qmesdont la valeur est égale au gradient temporel de pression dP multiplié par une première valeur déterminée Vsyscorrespondant au volume total du carburant mis sous pression et divisé par une seconde valeur déterminée K correspondant au module d’élasticité du carburant ; et,
d) détermination d’une valeur représentative de la dérive du débit statique Qratio, proportionnelle au rapport du débit statique mesuré Qmessur une troisième valeur déterminée Qnominalcorrespondant au débit nominal de l’injecteur dans la plage de valeurs de pression du gradient temporel de pression dP, et le stockage, dans une mémoire de l’unité de commande, d’une information représentative de la dérive du débit statique associée à ladite valeur représentative de la dérive du débit statique.
Des modes de mise en œuvre pris isolément ou en combinaison, prévoient en outre que :
- le procédé comprend en outre, préalablement à l’exécution des étapes a), b), c) et d) du procédé, la vérification, par l’unité de commande, d’une pluralité de conditions d’activation du procédé et dans lequel les étapes a), b), c) et d) du procédé ne sont exécutées que si, et uniquement si toutes les conditions d’exécution du procédé sont remplies.
- les conditions d’exécution du procédé comprennent :
- le fait que la température de l’eau dans le circuit de refroidissement, TCO, ait une valeur comprise entre des valeurs limites déterminées ;
- le fait que la température du carburant ait une valeur comprise entre des valeurs limites déterminées ;
- le fait que la pression du carburant ait une valeur comprise entre des valeurs limites déterminées ;
- le fait que la quantité de carburant requise pour une injection ait une valeur comprise entre des valeurs limites déterminées ; et,
- le fait que la position angulaire du vilebrequin du moteur thermique ait une valeur comprise entre des valeurs limites déterminées.
- le procédé comprend en outre, préalablement à l’exécution des étapes a), b), c) et d) du procédé, sur la base d’une commande d’injection déterminée provenant de l’unité de commande, la comparaison de la durée théorique comprise entre la fermeture de la valve électro-hydraulique et la fermeture de l’injecteur avec une valeur seuil déterminée, et dans lequel les étapes a), b), c) et d) du procédé ne sont exécutées que si, et uniquement si, ladite durée théorique est supérieure à ladite valeur seuil déterminée.
- lors de l’étape c), le gradient temporel de pression est calculé par une méthode de calcul utilisant un modèle de régression linéaire.
- le procédé comprend en outre, consécutivement à l’étape d), la réalisation, par l’unité de commande, d’une action de régulation du débit telle que la modification, dans une commande d’injection, de la quantité totale de carburant à injecter, de la durée totale d’ouverture de l’injecteur ou de la pression d’injection.
- la valeur représentative de la dérive du débit statique Qratioest calculée comme la valeur du débit statique mesuré Qmesdivisée par la valeur déterminée Qnominalcorrespondant au débit nominal de l’injecteur dans la plage de valeurs de pression du gradient temporel de pression dP.
- la valeur déterminée Qnominalcorrespondant au débit nominal de l’injecteur dans la plage de valeurs de pression du gradient temporel de pression dP est obtenue à partir de la caractérisation en laboratoire des propriétés d’une pluralité d’injecteurs sensiblement identiques à l’injecteur faisant l’objet des étapes du procédé.
- la valeur représentative de la dérive du débit statique Qratioest calculée comme l’aire totale mesurée des trous de l’injecteur Amesdivisée par l’aire totale nominale des trous de l’injecteur Anominalet dans lequel la valeur de ladite aire totale mesurée des trous de l’injecteur Amesest égale à Ames= Qmes / Cd×√(ρ/(2×∆P)) où Cd est le coefficient d’efficacité d’écoulement, où ρ est la densité du carburant dépendante de la température et de la pression du carburant, et où ΔP est la différence entre la pression mesurée dans la chambre d’alimentation et celle mesurée dans la chambre de combustion et ladite aire totale nominale des trous de l’injecteur Anominalest déterminée à partir de données fournies par le constructeur de l’injecteur.
- lors de l’étape a), l’acquisition de valeurs de pression est réalisée pendant toute la durée comprise entre la fermeture de la valve électro-hydaulique et la fermeture de l’injecteur avec une fréquence d’acquisition déterminée.
Dans un deuxième aspect, l’invention a également pour objet un calculateur de gestion de moteur, comprenant des moyens pour mettre en œuvre toutes les étapes du procédé selon le premier aspect.
Dans un troisième aspect, l’invention a également pour objet un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme d’ordinateur est chargé dans la mémoire d’un ordinateur et est exécuté par un processeur dudit ordinateur, causent la mise en œuvre par l’ordinateur de toutes les étapes du procédé selon le premier aspect.
Dans un quatrième aspect, l’invention a également pour objet un système d’injection comprenant une pompe, un canal de raccordement, une chambre d’alimentation, un canal d’alimentation, un piézo-injecteur et un calculateur de gestion de moteur adaptés pour mettre en œuvre toutes les étapes du procédé selon le premier aspect.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
: la figure 1 est une représentation schématique d’un mode de réalisation d’un système d’injection dans lequel le procédé selon l’invention peut être mis en œuvre ;
: la figure 2 est une vue en perspective et en coupe partielle d’un injecteur piézo-électrique selon un mode de réalisation de l’invention ;
: la figure 3 est un ensemble de courbes représentant l’évolution temporelle de propriétés caractéristiques du fonctionnement d’un injecteur piézo-électrique selon un mode de réalisation de l’invention ; et,
: la figure 4 est un diagramme d’étapes d’un mode de mise en œuvre du procédé selon l’invention.
Dans la description de modes de réalisation qui va suivre et dans les figures des dessins annexés, les mêmes éléments ou des éléments similaires portent les mêmes références numériques aux dessins.
Lafigure 1montre une représentation schématique d’un mode de réalisation d’un système d’injection pour moteur thermique de véhicule automobile dans lequel le procédé selon l’invention peut être mis en œuvre. Le système d’injection 113 représenté est, d’un point de vue structurel, conforme à l’art antérieur.
Dans l’exemple représenté, le carburant 112, extrait du réservoir 111, est mis sous haute pression par une pompe 110. Le fluide (i.e. le carburant) sous haute pression circule par un canal de raccordement 109 vers une chambre d’alimentation commune 103, aussi appelée rail commun, qui dessert l’ensemble des piézo-injecteurs 104, 105, 106 et 107 du moteur. Ces piézo-injecteurs fonctionnent conformément à ce qui a été décrit en introduction, et ce fonctionnement sera décrit plus en détail, plus loin, en référence à la figure 2. En outre, l’homme du métier appréciera que le nombre d’injecteurs d’un tel système ne soit pas nécessairement limité à quatre comme dans l’exemple représenté mais qu’il peut être égal à tout nombre adapté pour permettre le bon fonctionnement d’un moteur thermique équipé du système d’injection en question, en fonction notamment du nombre de cylindres (chambres de combustion) du moteur.
Chaque piézo-injecteur est raccordé à la chambre d’alimentation commune 103 par un canal d’alimentation spécifique. Par exemple, le canal d’alimentation 108 raccorde le piézo-injecteur 107 à la chambre d’alimentation 103. En outre, s’agissant du piézo-injecteur 107, le canal d’alimentation 108, la chambre d’alimentation 103, le canal de raccordement 109 et le conduit interne 204 (représenté à la figure 2) de l’injecteur contiennent le volume de carburant mis sous haute pression qui contribue à maintenir l’injecteur fermé par défaut. Additionnellement, un capteur de pression 102 permet de mesurer la pression du fluide à l’intérieur de la chambre d’alimentation. Enfin, l’unité de commande 101 pilote l’ensemble du système d’injection en commandant la pompe et les injecteurs notamment. En outre, l’unité de commande 101 reçoit et traite aussi les informations en provenance du capteur de pression 102.
Lafigure 2montre une vue en perspective et en coupe partielle d’un injecteur piézo-électrique selon un mode de réalisation de l’invention. Le piézo-injecteur 107 représenté est structurellement conforme à l’art antérieur.
Dans l’exemple représenté, le piézo-injecteur 107 est alimenté en carburant sous haute pression par son ouverture 206. Lorsqu’aucune commande d’ouverture de l’injecteur n’est reçue, le carburant sous haute pression, présent dans le conduit interne 204, exerce une pression sur l’aiguille 201 qui ferme l’injecteur au niveau de son nez 207. En revanche, lorsqu’une commande en tension est transmise à l’actuateur piézo-électrique 203 par le calculateur de gestion du moteur, celui-ci se déplace de manière à entraîner l’ouverture de la valve 202. Une partie du fluide remonte alors dans l’injecteur par un conduit spécifique (non-visible sur la figure) est en sort au niveau de la sortie 205. Ce fluide peut, par exemple, être redirigé vers la pompe 110 du système d’injection 113.
Dans tous les cas, l’évacuation d’une quantité déterminée de fluide diminue la pression exercée sur l’aiguille 201 qui se déplace dans sa chambre et entraîne l’ouverture de l’injecteur au niveau de son nez 207. C’est cette ouverture qui permet la libération d’une quantité déterminée de carburant dans la chambre de combustion (non-représentée) du moteur.
Le graphe de lafigure 3montre un ensemble de courbes représentant l’évolution temporelle des propriétés caractéristiques du fonctionnement d’un injecteur piézo-électrique (tel que décrit en référence à la figure 2) dans lequel le procédé selon l’invention peut être mis en œuvre. Les trois courbes représentées 301a, 301b et 301c illustrent respectivement l’évolution temporelle mesurée de trois propriétés distinctes lors d’une phase d’ouverture de l’injecteur (i.e. lors d’une injection). En particulier, la courbe 301a représente l’évolution temporelle de la commande en tension appliquée à l’actuateur piézo-électrique 203, la courbe 301b représente l’évolution temporelle du débit de l’injecteur à travers le nez 207 dudit injecteur et la courbe 301c représente l’évolution temporelle de la pression mesurée par le capteur de pression de la chambre d’alimentation.
L’homme du métier appréciera qu’un décalage temporel (i.e. un délai) a été appliqué à la représentation 301c de l’évolution temporelle de la pression, pour des raisons de lisibilité. Et plus particulièrement pour corriger le délai hydraulique lié à la propagation du fluide dans les différents canaux. En effet, le capteur de pression étant situé dans la chambre d’alimentation à une distance déterminée (et connue) du nez de l’injecteur, le temps de propagation du fluide induit un décalage temporel entre un évènement se produisant au niveau du nez de l’injecteur et sa répercussion au niveau du capteur de pression. Plus précisément, un tel délai de propagation hydraulique entre le nez de l’injecteur et le capteur de pression est caractérisé en laboratoire, et peut dépendre de la pression de carburant, de sa température, mais aussi de la distance entre le nez de l’injecteur et le capteur, qui varie selon la position de l’injecteur le long de la chambre d’alimentation. Dans tous les cas, ce type de délai est bien connu de l’homme du métier qui saura le prendre en compte dans les calculs décrits plus loin en les adaptant à la topologie et aux caractéristiques volumétriques exactes du système d’injection concerné.
La courbe 301a montre, dans sa partie gauche, un premier créneau de tension caractéristique de la commande d’ouverture de la valve électro-hydraulique. Ce créneau entraîne le déplacement de l’actuateur piézo-électrique et, en conséquence, l’ouverture concomitante de la valve. Le second créneau de tension apparaissant dans la partie droite de la courbe est associé à une autre utilisation de la valve qui permet en particulier d’utiliser ladite valve pour détecter la fermeture de l’injecteur le cas échéant. Cette utilisation ne faisant pas partie des mises en œuvre de l’invention, elle n’est pas l’objet d’un exposé plus approfondi dans le cadre de la présente description.
La courbe 301b montre l’évolution temporelle du débit de l’injecteur mesuré physiquement par un dispositif de mesure externe. On parle aussi de ROI (de l’anglais «Rate of Injection») pour désigner le débit instantané d’injection. Le créneau représenté découle directement du créneau associé à l’ouverture de la valve avec des délais différents entre les ouvertures et fermetures respectives de la valve et de l’injecteur. Le débit statique de l’injecteur est donc la valeur maximum 303 que le débit atteint au cours d’une phase d’injection.
Enfin, la courbe 301c montre la diminution de la valeur de la pression mesurée dans la chambre d’alimentation au cours de cette même phase. Comme il a déjà été évoqué plus haut, l’idée à la base du procédé selon l’invention est d’utiliser cette mesure pour déterminer le débit statique de l’injecteur et, par suite, sa dérive éventuelle. En particulier, le procédé exploite uniquement les valeurs de pression mesurées comprises dans la partie 302 (délimitée par les lignes en traits pointillés) de la courbe 301c c’est-à-dire lorsque la valve est fermée et lorsque l’injecteur est encore ouvert. De cette façon, les valeurs de pression (et leur évolution au cours du temps) qui sont utilisées ne sont dues qu’à l’ouverture de l’injecteur et non à celle de la valve.
En outre, l’homme du métier appréciera que, dans l’exemple représenté, la phase d’ouverture de l’injecteur intervient lorsque la valeur de pression est initialement élevée est stable. Autrement dit, l’injection, et incidemment la détermination du débit statique, sont réalisées lorsque la pompe du système d’injection a déjà mis sous haute pression le carburant dans la chambre d’alimentation. De manière préférée, les étapes du procédé sont exécutées lorsque la phase de pompage est terminée, en sorte que la pression dans la chambre d’alimentation est établie à une valeur stable. Cette forme de mise en œuvre est plus simple. Toutefois on peut prévoir, dans un mode de mise en œuvre alternatif, d’utiliser une modélisation de la montée en pression pour permettre la détermination de la dérive du débit statique y compris au cours d’une phase de pompage (i.e. de montée en pression).
Lafigure 4montre un diagramme d’étapes illustrant un mode de mise en œuvre du procédé selon l’invention. Toutes les étapes du procédé sont exécutées par une unité de commande telle que l’unité de commande 101 du système d’injection 113 représenté à la figure 1. Une telle unité de commande peut être, par exemple, un calculateur de gestion du moteur ou ECU (de l’anglais «Engine Control Unit»), qui réalise de manière générale la gestion du fonctionnement du moteur.
L’étape 401 est une étape préliminaire qui consiste en la vérification d’une pluralité de conditions dites d’exécution du procédé. C’est-à-dire des conditions qui sont requises avant l’exécution éventuelle des étapes suivantes du procédé. Par vérification on entend le fait de déterminer si une condition est ou non remplie. Avantageusement, cette vérification permet d’assurer une détermination de la dérive du débit statique de l’injecteur dans des conditions garantissant un niveau de performance suffisant.
A cet effet, l’unité de commande exploite des informations issues de capteurs ou composants du moteur pour estimer a priori la possibilité de déterminer avec précision le débit statique de carburant. Par exemple, dans un mode de mise en œuvre particulier du procédé, l’unité de commande vérifie les conditions suivantes :
- que la température de l’eau dans le circuit de refroidissement, TCO (de l’anglais «Temperature COoling», ait une valeur comprise entre des valeurs limites déterminées. Cette condition est liée à la précision des calculs réalisés lors de l’exécution du procédé qui dépendent de cette valeur.
- que la température du carburant ait une valeur comprise entre des valeurs limites déterminées. Cette vérification permet d’exécuter les autres étapes du procédé uniquement lorsque le moteur est chaud.
- que la pression du carburant ait une valeur comprise entre des valeurs limites déterminées. Cette vérification est liée au rapport signal sur bruit qui est meilleur lorsque les valeurs de pression utilisées pour le calcul sont élevées.
- que la quantité de carburant requise dans une commande d’injection ait une valeur comprise entre des valeurs limites déterminées. Cette vérification permet de s’assurer d’une durée minimum requise pour réaliser le calcul.
- que la position angulaire du vilebrequin du moteur thermique ait une valeur comprise entre des valeurs limites déterminées. Cette condition est aussi équivalente à une vérification de la fin effective de la phase de pompage.
Lors de l’étape 402, l’unité de commande compare la durée théorique de l’intervalle de temps entre la fermeture de la valve électro-hydaulique et la fermeture de l’injecteur, avec une valeur seuil déterminée. Par durée théorique on entend la durée attendue sur la base des caractéristiques connues de la commande d’injection. En particulier, l’unité de commande connait, pour chaque commande d’injection, liée à un point de fonctionnement spécifique du moteur, cette durée théorique. Ainsi, de la même manière que pour la vérification de l’étape 401, les étapes suivantes du procédé ne sont exécutées que si, et uniquement si, cette durée théorique est supérieure à la valeur seuil choisie. Cette étape permet aussi, avantageusement, de s’assurer que les valeurs de pression mesurées exploitables permettent une bonne détermination du débit statique de l’injecteur. En particulier, la précision du calcul de débit statique décrit plus loin est d’autant plus grande qu’elle se base sur un nombre de valeurs de pression suffisamment grand. Or, de manière connue en soi, chaque capteur de pression fonctionne avec une fréquence d’acquisition limitée. Ainsi, plus la durée de mesure exploitable est importante plus la précision du calcul est grande.
L’homme du métier appréciera que l’exemple de mode de mise en œuvre décrit dans ce qui précède ne soit pas limitatif et que, par ailleurs, les étapes 401 et 402 du procédé peuvent être exécutées concomitamment ou dans n’importe quel ordre. De plus, on ne manquera pas de noter que toutes les étapes suivantes du procédé ne sont exécutées que lorsque l’injecteur est ouvert et la valve électro-hydraulique est fermée.
L’étape 403 consiste en l’acquisition, de valeurs de pression, mesurées par le capteur de pression situé dans la chambre d’alimentation de l’injecteur. Le calcul du débit statique utilisant de ces valeurs requiert au minimum deux valeurs mesurées à deux instants distincts. Toutefois, comme il a déjà été évoqué, plus leur nombre est élevé, plus sa précision est grande. Ainsi, le cas de mesure optimal est celui dans lequel des valeurs de pression sont acquises dès la fermeture de la valve et jusqu’à la fermeture de l’injecteur. Cette mesure étant réalisée en tenant compte, du délai de propagation hydraulique déjà évoqué entre le nez de l’injecteur et le capteur de pression. Par exemple, pour les systèmes d’injection dans lesquels la fermeture de l’injecteur est contrôlée ou détectée, l’acquisition de valeurs de pression peut être réalisée pendant toute la durée comprise entre la fermeture de la valve électro-hydraulique et la fermeture de l’injecteur (à la fréquence d’acquisition déterminée propre au capteur de pression utilisé). A contrario, dans le cas où l’instant précis de fermeture de l’injecteur n’est pas connu, l’acquisition de valeurs de pression peut être réalisée, avec la même fréquence d’acquisition, pendant une durée déterminée à partir de la fermeture de la valve. Cette durée doit être choisie à la fois comme étant considérée suffisante pour s’assurer du fait que le nombre d’acquisition de valeur de pression est assez grand sans être trop importante pour garantir le fait que la mesure à lieu lorsque l’injecteur est encore ouvert.
Lors de l’étape 404, l’unité de commande calcule un gradient temporel de pression à partir des valeurs de pression mesurées lors de l’étape précédente. Le gradient temporel δP/δt est noté dP dans la suite pour simplifier la description.
Dans un mode de mise en œuvre particulier du procédé, le gradient temporel de pression dP est calculé par une méthode de calcul utilisant un modèle de régression linéaire. De manière connue en soi, la régression linéaire permet de déterminer la relation entre une variable dite expliquée (en l’espèce la pression P) et une variable explicative (en l’espèce le temps t). Le modèle le plus simple consiste par exemple à modéliser le gradient, à partir des valeurs mesurées, par une relation linéaire c’est-à-dire une droite.
L’étape 405 comprend alors le calcul d’un débit statique mesuré noté Qmesselon la formule :
Où Vsyscorrespond au volume du système haute pression c’est-à-dire au volume total du carburant mis sous haute pression et où K est une constante linéaire correspond au module d’élasticité du carburant. De manière connue en soi par l’homme du métier, ce module d’élasticité dépend de la pression mesurée du carburant et de la température de ce carburant. L’homme du métier saura déterminer ces valeurs pour exploiter une valeur exacte du module d’élasticité du carburant dans le calcul du débit statique. Par exemple, la valeur de pression utilisée peut être celle mesurée par le capteur de pression de la chambre d’alimentation et la valeur de température peut être celle mesurée par un capteur de température présent dans le système d’injection.
Enfin, l’étape 406 consiste en la détermination, d’une valeur représentative de la dérive du débit statique appelée Qratioqui est proportionnelle au rapport du débit statique mesuré Qmessur une valeur dite de débit statique nominal de l’injecteur Qnominal. En outre, l’homme du métier appréciera que la valeur du débit statique Qratiosoit nécessairement calculée en utilisant un débit statique mesuré Qmeset un débit statique nominal Qnominalconsidérés pour la même plage de valeurs de pression. Dit autrement, le débit statique nominal Qnominalutilisé pour le calcul est le débit statique nominal déterminé dans la plage de valeurs de pression du gradient temporel de pression dP.
Dans un mode de mise en œuvre non-limitatif, cette valeur représentative de la dérive du débit statique Qratioest simplement égale à la valeur du débit statique mesuré Qmesdivisée par la valeur du débit statique nominal Qnominal déterminé dans la plage de valeurs de pression du gradient temporel de pression dP. En outre, la valeur de débit statique nominal est connue a priori, sur la base, par exemple, d’une caractérisation en laboratoire des propriétés d’une pluralité d’injecteurs sensiblement identiques à l’injecteur concerné.
Dans un autre mode de mise en œuvre du procédé, la valeur représentative de la dérive du débit statique Qratioest déterminée selon la formule suivante :
Où Amesest l’aire totale mesurée des trous de l’injecteur qui est calculée à partir de la valeur du débit statique mesuré, et où Anominalest l’aire totale nominale des trous de l’injecteur qui est déterminée à partir de données fournies par le constructeur de l’injecteur.
En particulier, l’aire totale mesurée des trous est calculée selon la formule :
Où Cd est le coefficient d’efficacité d’écoulement, où ρ est la densité du carburant dépendante de la température et de la pression du carburant, et où ΔP est la différence entre la pression mesurée dans la chambre d’alimentation et celle mesure dans la chambre de combustion. Toutes ces valeurs sont connues en soit de l’homme du métier qui saura les adapter à un système d’injection particulier pour déterminer l’aire totale mesurée réelle des trous d’un injecteur donné.
Quelle que soit l’approche utilisée, la valeur représentative de la dérive du débit statique déterminée peut être associée à une information représentative de la dérive du débit statique. Par exemple, si la dérive est supérieure à un seuil, elle est considérée comme critique, c’est-à-dire comme ayant un impact important sur le fonctionnement du moteur. Ainsi, dans un mode de mise en œuvre du procédé cette information peut être stockée dans une mémoire de l’unité de commande. Avantageusement, cette mémoire peut être lue ultérieurement, par exemple lors d’un diagnostic, et ainsi entraîner une éventuelle opération de maintenance de l’injecteur.
En outre, sur la base de l’information stockée, l’unité de commande, peut aussi, dans des modes de mise en œuvre du procédé, réaliser une action dite de régulation du débit c’est-à-dire une action permettant d’obtenir malgré la dégradation de l’injecteur la quantité de carburant injectée attendue. Par exemple, une telle action peut consister en une modification, dans la commande d’injection, soit de la quantité totale de carburant à injecter, soit de la durée totale d’ouverture de l’injecteur ou soit de la pression d’injection pour modifier le débit statique tout en conservant un temps d’injection inchangé. De cette manière, l’action de régulation permet avantageusement de compenser la dérive du débit statique déterminée au cours des étapes précédentes du procédé.
Dans les revendications, le terme "comprendre" ou "comporter" n’exclut pas d’autres éléments ou d’autres étapes. Un seul processeur ou plusieurs autres unités peuvent être utilisées pour mettre en œuvre l’invention. Les différentes caractéristiques présentées et/ou revendiquées peuvent être avantageusement combinées. Leur présence dans la description ou dans des revendications dépendantes différentes, n’excluent pas cette possibilité. Les signes de référence ne sauraient être compris comme limitant la portée de l’invention.

Claims (13)

  1. Procédé de détermination d’une dérive du débit statique de carburant d’un injecteur piezo-électrique d’un moteur thermique de véhicule automobile, ledit injecteur (104, 105, 106, 107) comprenant une valve électro-hydraulique (202) de type servo-valve adaptée pour provoquer l’ouverture ou la fermeture de l’injecteur, ledit procédé comprenant les étapes suivantes, exécutées par une unité de commande (101) lorsque l’injecteur est ouvert et la valve électro-hydraulique est fermée :
    a) acquisition (403) d’au moins deux valeurs de pression P1et P2, mesurées par un capteur de pression (102) dans une chambre d’alimentation de l’injecteur (103), à au moins deux instants différents t1et t2respectivement associés ;
    b) calcul (404), à partir des valeurs de pression acquises et des instants respectivement associés, d’un gradient temporel de pression dP ;
    c) calcul (405) d’un débit statique mesuré Qmesdont la valeur est égale au gradient temporel de pression dP multiplié par une première valeur déterminée Vsyscorrespondant au volume total du carburant mis sous pression et divisé par une seconde valeur déterminée K correspondant au module d’élasticité du carburant ; et,
    d) détermination (406) d’une valeur représentative de la dérive du débit statique Qratio, proportionnelle au rapport du débit statique mesuré Qmessur une troisième valeur déterminée Qnominalcorrespondant au débit nominal de l’injecteur dans la plage de valeurs de pression du gradient temporel de pression dP, et le stockage, dans une mémoire de l’unité de commande, d’une information représentative de la dérive du débit statique associée à ladite valeur représentative de la dérive du débit statique.
  2. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre, préalablement à l’exécution des étapes a), b), c) et d) du procédé, la vérification (401), par l’unité de commande, d’une pluralité de conditions d’activation du procédé et dans lequel les étapes a), b), c) et d) du procédé ne sont exécutées que si, et uniquement si toutes les conditions d’exécution du procédé sont remplies.
  3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel les conditions d’exécution du procédé comprennent :
    - le fait que la température de l’eau dans le circuit de refroidissement, TCO, ait une valeur comprise entre des valeurs limites déterminées ;
    - le fait que la température du carburant ait une valeur comprise entre des valeurs limites déterminées ;
    - le fait que la pression du carburant ait une valeur comprise entre des valeurs limites déterminées ;
    - le fait que la quantité de carburant requise pour une injection ait une valeur comprise entre des valeurs limites déterminées ; et,
    - le fait que la position angulaire du vilebrequin du moteur thermique ait une valeur comprise entre des valeurs limites déterminées.
  4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre, préalablement à l’exécution des étapes a), b), c) et d) du procédé, sur la base d’une commande d’injection déterminée provenant de l’unité de commande, la comparaison (402) de la durée théorique comprise entre la fermeture de la valve électro-hydraulique et la fermeture de l’injecteur avec une valeur seuil déterminée, et dans lequel les étapes a), b), c) et d) du procédé ne sont exécutées que si, et uniquement si, ladite durée théorique est supérieure à ladite valeur seuil déterminée.
  5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel, lors de l’étape c), le gradient temporel de pression est calculé par une méthode de calcul utilisant un modèle de régression linéaire.
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant en outre, consécutivement à l’étape d), la réalisation, par l’unité de commande, d’une action de régulation du débit telle que la modification, dans une commande d’injection, de la quantité totale de carburant à injecter, de la durée totale d’ouverture de l’injecteur ou de la pression d’injection.
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel, la valeur représentative de la dérive du débit statique Qratioest calculée comme la valeur du débit statique mesuré Qmesdivisée par la valeur déterminée Qnominalcorrespondant au débit nominal de l’injecteur dans la plage de valeurs de pression du gradient temporel de pression dP.
  8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel la valeur déterminée Qnominalcorrespondant au débit nominal de l’injecteur dans la plage de valeurs de pression du gradient temporel de pression dP est obtenue à partir de la caractérisation en laboratoire des propriétés d’une pluralité d’injecteurs sensiblement identiques à l’injecteur faisant l’objet des étapes du procédé.
  9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la valeur représentative de la dérive du débit statique Qratioest calculée comme l’aire totale mesurée des trous de l’injecteur Amesdivisée par l’aire totale nominale des trous de l’injecteur Anominalet dans lequel la valeur de ladite aire totale mesurée des trous de l’injecteur Amesest égale à Ames= Qmes/ Cd×√(ρ/(2×∆P)) où Cd est le coefficient d’efficacité d’écoulement, où ρ est la densité du carburant dépendante de la température et de la pression du carburant, et où ΔP est la différence entre la pression mesurée dans la chambre d’alimentation et celle mesurée dans la chambre de combustion et ladite aire totale nominale des trous de l’injecteur Anominalest déterminée à partir de données fournies par le constructeur de l’injecteur.
  10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel, lors de l’étape a), l’acquisition de valeurs de pression est réalisée pendant toute la durée comprise entre la fermeture de la valve électro-hydraulique et la fermeture de l’injecteur avec une fréquence d’acquisition déterminée.
  11. Calculateur de gestion de moteur, comprenant des moyens pour mettre en œuvre toutes les étapes du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 10.
  12. Produit programme d'ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme d’ordinateur est chargé dans la mémoire d’un ordinateur et est exécuté par un processeur dudit ordinateur, causent la mise en œuvre par l’ordinateur de toutes les étapes du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 10.
  13. Système d’injection comprenant une pompe, un canal de raccordement, une chambre d’alimentation, un canal d’alimentation, un piézo-injecteur et un calculateur de gestion de moteur adaptés pour mettre en œuvre toutes les étapes du procédé selon l’une quelconques des revendications 1 à 10.
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