FR3111395A1 - Maintien de pression d’alimentation en carburant sur groupe motopropulseur hybride - Google Patents
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Abstract
L’invention a pour objet un procédé de contrôle de la pression d’alimentation en carburant d’injecteurs (22) d’un groupe motopropulseur hybride comprenant un moteur à combustion et une machine électrique de traction (14), ledit procédé comprenant les actions suivantes : détection, alors que le moteur à combustion est à l’arrêt, d’un passage de la pression d’alimentation P en dessous d’une valeur minimale P min ; et en cas de détection positive à l’action, augmentation de la pression d’alimentation P alors que le moteur à combustion est à l’arrêt. Le groupe motopropulseur comprend une pompe d’alimentation en carburant (18) entrainée par le moteur à combustion et l’action comprend une commande d’entrainement par la machine électrique (14) du moteur à combustion sans injection de carburant. Figure 2
Description
L’invention a trait au domaine des véhicules automobiles, plus particulièrement au domaine des groupes motopropulseurs hybrides, plus particulièrement encore au domaine des systèmes d’alimentation en carburant d’injecteurs de groupes motopropulseurs hybrides.
Les moteurs à combustion actuels fonctionnent pour la plupart avec des injecteurs de carburant commandés électriquement et alimentés de manière commune par un système d’alimentation en carburant sous pression. Un tel système d’alimentation en carburant comprend, classiquement, une pompe basse-pression située dans le réservoir, une pompe haute-pression située au niveau du moteur à combustion et alimentée en carburant par la pompe basse-pression, et une rampe de distribution du carburant sous pression vers les injecteurs. Dans le cas des moteurs à carburant diesel, la haute-pression est sensiblement plus élevée (>1000 bar) que dans le cas des moteurs à carburant essence (>100bar).
La pompe d’alimentation en carburant haute-pression, assurant la pression de travail pour les injecteurs, est habituellement entrainée par le moteur à combustion, par exemple par un arbre à cames dudit moteur. Lors du démarrage du moteur à combustion, notamment après une période d’arrêt longue où la pression du carburant est potentiellement à une valeur sensiblement plus basse que la pression nominale, c’est-à-dire de travail, l’entrainement de la pompe d’alimentation en carburant par la rotation du moteur à combustion par le démarreur électrique rétablit assez rapidement la pression nominale et permet un démarrage correct du moteur à combustion. Cependant, dans le cas d’un groupe motopropulseur hybride, c’est-à-dire combinant un moteur à combustion à une machine électrique, le moteur à combustion est susceptible de devoir démarrer rapidement avec un niveau de charge élevé. C’est notamment le cas lorsque le conducteur du véhicule hybride en question procède à un dépassement en enfonçant davantage la pédale d’accélérateur de sorte que la machine électrique ne suffit pas à fournir la puissance demandée et le moteur à combustion est démarré et mis en charge de façon immédiate. Un défaut de pression de carburant dans le système d’alimentation en carburant dans une telle situation va retarder le démarrage et la mise en charge du moteur à combustion et ainsi provoquer un défaut transitoire de puissance.
Le document de brevet publié EP 2 022 972 A2 aborde cette problématique et prévoit de contrôler la pression d’alimentation en carburant de manière dynamique durant les phases d’arrêt ou de découplage du moteur à combustion. A cet effet, cet enseignement prévoit de moduler la pression d’alimentation en carburant à la valeur adéquate lors du redémarrage prévu du moteur à combustion. Cette pression dépend en effet du point de fonctionnement du moteur à combustion et est obtenue en commandant une vanne de régulation montée sur une rampe commune de distribution de carburant. Une ouverture contrôlée de cette vanne permet de diminuer la pression d’alimentation en carburant. Par contre, pour augmenter la pression en question durant les phases d’arrêt du moteur à combustion, il est nécessaire d’actionner la pompe d’alimentation en carburant. Cet enseignement ne semble cependant pas détailler comment cet actionnement est réalisé.
L’invention a pour objectif de pallier au moins un des inconvénients de l’état de la technique susmentionné. Plus particulièrement, l’invention a pour objectif de permettre au moteur à combustion d’un groupe motopropulseur hybride de pouvoir démarrer en charge de manière rapide et sans à-coups.
L’invention a pour objet un procédé de contrôle de la pression d’alimentation en carburant d’injecteurs d’un groupe motopropulseur hybride comprenant un moteur à combustion et une machine électrique de traction, ledit procédé comprenant les actions suivantes : (a) détection, alors que le moteur à combustion est à l’arrêt, d’un passage de la pression d’alimentationPen dessous d’une valeur minimaleP min ; et (b) en cas de détection positive à l’action (a), augmentation de la pression d’alimentationPalors que le moteur à combustion est à l’arrêt ; remarquable en ce que le groupe motopropulseur comprend une pompe d’alimentation en carburant entrainée par le moteur à combustion et l’action (b) comprend une commande d’entrainement par la machine électrique du moteur à combustion sans injection de carburant.
Selon un mode avantageux de l’invention, à l’action (b), la commande d’entrainement par la machine électrique du moteur à combustion est arrêtée lorsque la pression d’alimentationPatteint une valeur nominaleP N supérieure à la valeur minimaleP min .
Selon un mode avantageux de l’invention, à l’action (b), la commande d’entrainement par la machine électrique du moteur à combustion comprend une fermeture d’un embrayage entre le moteur à combustion et la machine électrique.
Selon un mode avantageux de l’invention, l’action (b) comprend une commande d’augmentation de puissance de la machine électrique correspondant à la puissance pour entrainer le moteur à combustion.
Selon un mode avantageux de l’invention, à l’action (b), la commande d’augmentation de puissance de la machine électrique correspondant à la puissance pour entrainer le moteur à combustion est arrêtée en même temps que la commande d’entrainement par la machine électrique du moteur à combustion.
Selon un mode avantageux de l’invention, le groupe motopropulseur comprend un système d’alimentation en carburant des injecteurs, libre d’un accumulateur de pression.
L’invention a également pour objet un groupe motopropulseur hybride pour véhicule automobile, comprenant un moteur à combustion comprenant des injecteurs de carburant et un système d’alimentation en carburant desdits injecteurs ; une unité de transmission couplée au moteur à combustion par un embrayage ; une machine électrique couplée à l’unité de transmission ; et une unité de contrôle ; remarquable en ce que l’unité de contrôle est configurée pour exécuter le procédé selon l’invention.
Selon un mode avantageux de l’invention, le système d’alimentation en carburant des injecteurs est libre d’un accumulateur de pression.
Selon un mode avantageux de l’invention, la pompe d’alimentation en carburant comprend un clapet de surpression présentant une fuite telle que la pression d’alimentationPdiminue d’une valeur nominaleP N à une valeur minimaleP min =0.5·P N en moins de 30 minutes lorsque le moteur à combustion est à l’arrêt.
L’invention a également pour objet un véhicule automobile comprenant un groupe motopropulseur hybride ; remarquable en ce que ledit groupe motopropulseur hybride est selon invention.
Les mesures de l’invention sont intéressantes en ce qu’elles permettent de compenser les fuites internes du système d’alimentation sous pression du carburant du moteur à combustion et ce sans surcoût de matériel. Les mesures de l’invention peuvent en effet être mises en œuvre uniquement par programmation de l’unité de contrôle du moteur à combustion, étant donné que les éléments structurels sont déjà présents sur un groupe motopropulseur hybride.
Description détaillée
La figure 1 illustre de manière schématique un véhicule automobile 2, plus particulièrement un groupe motopropulseur 4 du type hybride et un essieu 6 entrainé par le groupe motopropulseur 4 dudit véhicule.
Le motopropulseur 4 comprend, essentiellement, un moteur à combustion 8, un embrayage 10, une boîte de vitesse 12 et une machine électrique 14. En l’occurrence la machine électrique 14 est intégrée à la boîte de vitesse 12, plus particulièrement sur l’arbre primaire de la boîte de vitesses 12. L’embrayage 10 assure un couplage en transmission entre le moteur à combustion 8 et l’arbre primaire de la boîte de vitesses 12. L’arbre secondaire de la boîte de vitesses 12 est couplé en transmission à un différentiel associé à l’essieu 6 entrainé par le groupe motopropulseur 4.
Lorsque l’embrayage 10 est fermé, le moteur à combustion 8 est couplé à l’essieu 6 via la boîte de vitesses 12. La machine électrique 14, en prise permanente avec l’arbre primaire de la boîte de vitesses 12, peut alors être active en mode moteur, c’est-à-dire ajoutant un couple d’entrainement s’additionnant au couple du moteur à combustion 8, ou en mode génératrice, c’est-à-dire entrainée par le moteur à combustion 8 et/ou l’essieu du véhicule par inertie. Lorsque l’embrayage 10 est ouvert, le moteur à combustion 8 est découplé de la boîte de vitesses 12 et de l’essieu 6. La machine électrique 14 reste cependant couplée à l’arbre primaire de la boîte de vitesses 12 et peut ainsi être active en mode moteur pour entrainer l’essieu 6 ou en mode génératrice entrainée par l’essieu 6. L’architecture qui vient d’être décrite est exemplative en ce que d’autres architectures sont envisageables, notamment où la machine électrique n’est pas intégrée dans la boîte de vitesses et éventuellement couplée à ladite boîte de vitesses par un embrayage spécifique.
La figure 2 illustre de manière schématique le système d’alimentation en carburant du groupe motopropulseur de la figure 1, ainsi que l’architecture de commande du système en question et de la partie hybride.
Le système d’alimentation en carburant du moteur à combustion comprend une pompe basse-pression 16 disposée dans un réservoir à carburant 18. Cette pompe basse-pression 16 alimente en carburant une pompe haute-pression d’alimentation en carburant 17 d’une rampe de distribution 20 à laquelle sont reliés de manière fluidique des injecteurs 22 du moteur à combustion.
Une unité de contrôle du moteur à combustion 24 est reliée électriquement notamment à la pompe basse-pression 16, à la pompe d’alimentation en carburant 18, à un capteur de pression 26 disposé sur la rampe de distribution 20 et aux injecteurs 22. L’unité de contrôle du moteur à combustion 24 peut ainsi notamment commander électriquement la pompe basse-pression 16, recevoir un signal de fonctionnement de la pompe d’alimentation en carburant 18, recevoir un signal du capteur de pression 26 monté sur la rampe de distribution 20 et commander électriquement les injecteurs 22.
L’unité de contrôle du moteur à combustion 24 est également reliée électriquement à une unité de contrôle de la partie hybride 28, cette unité étant configurée pour contrôler l’embrayage 10 et la machine électrique 12.
La pompe d’alimentation en carburant 18 est entrainée par le moteur à combustion 8 (figure 1), en l’occurrence par un des arbres à cames dudit moteur à combustion. Il s’agit en effet d’une pompe haute-pression délivrant une pression de sortie supérieure ou égale à 100bar pour un moteur à combustion à carburant essence. Cette pression est sensiblement supérieure pour un moteur à combustion à carburant diesel. Cette pompe est une pompe volumétrique, comme par exemple à piston. Elle comprend différents clapets anti-retour, notamment à l’admission et à la sortie. Elle comprend également un clapet de décharge ayant pour fonction de limiter la pression de sortie de la pompe. Un tel clapet comprend un obturateur mobile mis en pression étanche contre un siège traversé par un passage de décharge vers le réservoir de carburant 18. La mise en pression de l’obturateur, comme par exemple une bille, contre le siège est assurée par un élément ressort taré, c’est-à-dire soumis à une précontrainte correspondant à la pression de sortie maximale autorisée. Si la pression de sortie atteint et/ou dépasse cette valeur de pression de sortie maximale autorisée, l’obturateur va se déplacer contre l’effort de l’élément ressort, s’éloigner du siège et ainsi créer un passage de décharge. Lorsque la pompe d’alimentation en carburant 18 s’arrête, les clapets anti-retour et le clapet de décharge restent fermés. Ils peuvent cependant présenter de très légères fuites et permettre à la pression de carburantP, initialement à un niveau nominalP N , de progressivement diminuer. Dans le cadre de fonctionnement d’un véhicule automobile hybride, le temps d’arrêt du moteur à combustion alors que la machine électrique assure le déplacement du véhicule peut durer plusieurs dizaines de minutes. Durant une telle période, en fonction de l’état et donc du niveau de fuite du ou des clapets anti-retour et/ou de décharge de la pompe d’alimentation en carburant 18, la pression de carburantPpeut diminuer de manière substantielle par rapport à un niveau nominalP N , susceptible de provoquer un temps de démarrage du moteur à combustion plus long et potentiellement un défaut de puissance au début du démarrage. La ou les fuites peuvent être telles que la pression d’alimentationPdiminue d’une valeur nominaleP N s à une valeur minimaleP min =0.5·P N en moins de 30 minutes lorsque le moteur à combustion est à l’arrêt. Il est souhaitable que le moteur à combustion puisse démarrer après deux points morts hauts, à savoir approximativement un tour.
Conformément à l’invention, l’unité de contrôle du moteur à combustion 24 est configurée pour, lorsque le moteur à combustion 8 (figure 1) est à l’arrêt, surveiller la pression de carburantPdans le système d’alimentation des injecteurs 22, en l’occurrence via le capteur 26, et lorsque cette pressionPdevient inférieure ou égale à une valeur minimaleP min , commander une fermeture de l’embrayage 10 afin de mettre en mouvement de rotation le moteur à combustion 8 (figure 1) sans injecter de carburant, de manière à mettre en mouvement la pompe d’alimentation en carburant 18 et rétablir une pression d’alimentation nominaleP N . Une fois la pression nominaleP N atteinte, détectée via le capteur de pression 26, l’unité de contrôle du moteur à combustion 24 va alors commander l’ouverture de l’embrayage 10 pour arrêter le mouvement du moteur à combustion. Ces commandes de fermeture et d’ouverture de l’embrayage 10 sont en l’occurrence réalisées via l’unité de contrôle de la partie hybride 28.
Afin d’éviter des à-coups lors de la fermeture de l’embrayage 10, dus au couple résistant du moteur à combustion 8 (figure 1) car tournant sans injection de carburant, il peut être prévu d’augmenter le couple délivré par la machine électrique 14. A cet effet, l’unité de contrôle du moteur à combustion 24 va alors commander, en l’occurrence via l’unité de contrôle de la partie hybride 28, une augmentation du couple délivré par la machine électrique 14. Le couple résistant du moteur à combustion sans injection de carburant peut être déterminé, notamment en fonction de son régime, et modélisé ou stocké dans un registre ou table de consultation. Le supplément de couple que la machine électrique 14 doit fournir peut ainsi être aisément déterminé et ainsi transmis à l’unité de contrôle de la partie hybride 28. Il est à noter que la durée durant laquelle le moteur à combustion est entrainé pour rétablir la pression d’alimentation de carburant est en principe assez courte, correspondant à un nombre limité de rotations du moteur, comme par exemple quelques rotations ou quelques dizaines de rotations.
La figure 3 est une représentation graphique temporelle de la pression d’alimentation en carburantP, de l’état de fonctionnement du moteur à combustionEet de l’état de fonctionnement de l’embrayageCdu groupe motopropulseur de la figure 1.
Initialement, c’est-à-dire au tempst=0, le moteur à combustion est en fonctionnement, ce qui est exprimé par l’état de fonctionnement dudit moteurEà un niveau 1, et l’embrayage 10 (figures 2 et 3) est fermé, ce qui est exprimé par l’état de fonctionnement dudit embrayage C à un niveau 1. La pression d’alimentation en carburantPest alors initialement à un niveau de pression nominaleP N et ce aussi longtemps que le moteur à combustion est en fonctionnement (E=1etC=1).
Au tempst 1 , le moteur à combustion est mis à l’arrêt (E= 0) et l’embrayage est ouvert (C= 0), la machine électrique assurant alors l’entrainement des roues du véhicule. Cette période peut durer un certain temps, par exemple plusieurs minutes, voire plus. Durant cette période d’arrêt du moteur à combustion, et donc de la pompe d’alimentation en carburant, la pression d’alimentationPdiminue progressivement en raison des très légères fuites au sein de la pompe d’alimentation en carburant, détaillées ci-avant.
Au tempst 2 , la pression d’alimentationPdiminue au point d’atteindre une valeur minimaleP min . A ce moment-là, l’unité de contrôle du moteur à combustion commande une fermeture de l’embrayage (C=1) sans pour autant commander l’ouverture des injecteurs. Le moteur à combustion est alors entrainé en rotation par la machine électrique et/ou l’inertie du véhicule. L’état de fonctionnement du moteur à combustionEest alors égal à 0.5. La pompe d’alimentation en carburant est alors entrainée et la pression d’alimentation en carburantPremonte jusqu’à la pression nominaleP N au tempst 3 . A ce moment-là, l’embrayage est rouvert (C= 0) et le moteur à combustion n’est plus entrainé (E= 0).
A partir du tempst 3 , la pression d’alimentationPdiminue à nouveau progressivement.
Au tempst 4 , le moteur à combustion est mis en fonction normale, c’est-à-dire avec injection de carburant (E= 1) et ce alors que la pression d’alimentationPest encore supérieure à la pression minimaleP min .
La pression d’alimentationPremonte à la pression nominaleP N assez rapidement pour se stabiliser aussi longtemps de le moteur à combustion est en fonctionnement.
Comme déjà indiqué ci-avant, la durée det 1 àt 2 correspondant à la chute progressive de pression peut être sensiblement plus grande que la duréet 2 àt 3 correspondant à l’entrainement du moteur à combustion sans injection de carburant pour entrainer la pompe d’alimentation et remonter la pression d’alimentation à un niveau supérieur. En pratique, la durée det 1 àt 2 peut varier en fonction de l’usure du ou des clapets anti-retour et de décharge de la pompe d’alimentation.
Claims (10)
- Procédé de contrôle de la pression d’alimentation en carburant d’injecteurs (22) d’un groupe motopropulseur hybride (4) comprenant un moteur à combustion (8) et une machine électrique de traction (14), ledit procédé comprenant les actions suivantes :
(a) détection, alors que le moteur à combustion (8) est à l’arrêt, d’un passage de la pression d’alimentationPen dessous d’une valeur minimaleP min ; et
(b) en cas de détection positive à l’action (a), augmentation de la pression d’alimentationPalors que le moteur à combustion est à l’arrêt ;
caractérisé en ce que
le groupe motopropulseur (4) comprend une pompe d’alimentation en carburant (18) entrainée par le moteur à combustion (8) et l’action (b) comprend une commande d’entrainement par la machine électrique (14) du moteur à combustion (8) sans injection de carburant. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’à l’action (b), la commande d’entrainement par la machine électrique (14) du moteur à combustion (8) est arrêtée lorsque la pression d’alimentationPatteint une valeur nominaleP N supérieure à la valeur minimaleP min .
- Procédé selon l’une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu’à l’action (b), la commande d’entrainement par la machine électrique (14) du moteur à combustion (8) comprend une fermeture d’un embrayage (10) entre le moteur à combustion (8) et la machine électrique (14).
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l’action (b) comprend une commande d’augmentation de puissance de la machine électrique (14) correspondant à la puissance pour entrainer le moteur à combustion (8).
- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu’à l’action (b), la commande d’augmentation de puissance de la machine électrique (14) correspondant à la puissance pour entrainer le moteur à combustion (8) est arrêtée en même temps que la commande d’entrainement par la machine électrique (14) du moteur à combustion (8).
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le groupe motopropulseur (4) comprend un système d’alimentation en carburant des injecteurs (22), libre d’accumulateur de pression.
- Groupe motopropulseur hybride (4) pour véhicule automobile (2), comprenant :
- un moteur à combustion (8) comprenant des injecteurs de carburant (22) et un système d’alimentation en carburant (18, 20) desdits injecteurs (22) ;
- une unité de transmission (12) couplée au moteur à combustion (8) par un embrayage (10) ;
- une machine électrique (14) couplée à l’unité de transmission (12) ; et
- une unité de contrôle (24) ;
caractérisé en ce que
l’unité de contrôle (24) est configurée pour exécuter le procédé selon l’une des revendications 1 à 6. - Groupe motopropulseur hybride (4) selon la revendication 7, caractérisé en ce que le système d’alimentation en carburant (18, 20) des injecteurs (22) est libre d’accumulateur de pression.
- Groupe motopropulseur hybride (4) selon l’une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que la pompe d’alimentation en carburant (18) comprend un clapet de surpression présentant une fuite telle que la pression d’alimentationPdiminue d’une valeur nominaleP N s à une valeur minimaleP min =0.5·P N en moins de 30 minutes lorsque le moteur à combustion est à l’arrêt.
- Véhicule automobile (2) comprenant un groupe motopropulseur hybride (4) ; caractérisé en ce que ledit groupe motopropulseur hybride (4) est selon la revendication 9.
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