FR3112572A1 - Dérive de débit statique d’un injecteur piézo-électrique - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un procédé de détermination d’un débit statique d’un injecteur piézo-électrique d’un système d’injection (2). L’injecteur piézo-électrique (5) comprend une aiguille et un actuateur piézo-électrique adapté pour piloter une valve de l’injecteur (5). Le système d’injection (2) comprend un générateur électrique (8) adapté pour envoyer des impulsions de courant électrique à l’actuateur piézo-électrique de l’injecteur (5) et un capteur de tension adapté pour mesurer des valeurs de tension aux bornes de l’actuateur piézo-électrique. Le procédé comprend les étapes suivantes :- envoi durant une phase de fermeture de l’aiguille d’une impulsion de courant électrique de telle sorte que l’actuateur piézo-électrique soit positionné au contact de la valve sans provoquer son ouverture,- mesure, d’une pluralité de valeurs de tension de l’actuateur piézo-électrique, et- détermination d’un débit statique de l’injecteur piézo-électrique (5) à partir de la pluralité de valeurs de tension de l’actuateur piézo-électrique mesurées. Figure de l’abrégé : Figure 2
Description
La présente invention concerne un procédé de contrôle de moteur et plus précisément un procédé de contrôle d’injecteurs dans un moteur à combustion. La présente invention s’applique plus particulièrement à l’industrie automobile.
Traditionnellement, un moteur à injection comprend des injecteurs munis d’orifices d’injection et un rail d’alimentation des injecteurs en carburant. Ces injecteurs sont adaptés pour injecter du carburant dans des chambres de combustion par lesdits orifices, le carburant étant soumis à une pression déterminée dans le rail par le biais d’une pompe haute pression. Dans chaque injecteur, une aiguille est utilisée pour réaliser l’ouverture et la fermeture des orifices d’injection qui se trouvent à une extrémité de l’injecteur destinée à se trouver dans une chambre de combustion, ladite extrémité étant appelée parfois « nez » de l’injecteur.
Un injecteur, du fait de son utilisation, est soumis à des phénomènes de corrosion et d’encrassement qui font varier son débit statique.
Par débit statique de l’injecteur, il est entendu ici un débit de carburant délivré à une pression déterminée par l’injecteur dans la chambre de combustion après une ouverture suffisamment longue de son aiguille pour que s’établisse un débit instantané de carburant délivré sensiblement constant. La représente trois courbes de débit instantané d’injecteurs en ordonnée d durant un cycle d’ouverture et de fermeture de leur aiguille respective au cours du temps en abscisse t. Sur chacune de ces courbes on remarque la présence d’un plateau formé en haut de la courbe de débit instantané correspondant à une valeur de débit sensiblement constante représentant ainsi le débit statique de l’injecteur.
Une courbe P1est représentée sur la et correspond à la réponse d’un injecteur corrodé durant le cycle d’ouverture et de fermeture de son aiguille. On peut observer que l’injecteur corrodé, caractérisé par le fait que ses orifices se sont élargis par rapport à leur diamètre d’origine en sortie de ligne de production, entraine une augmentation du débit statique dudit l’injecteur. En l’occurrence, une corrosion entraine une diminution de la perte de charge au niveau du nez de l’injecteur lors de l’injection de carburant. La perte de charge constitue la différence de pression existant entre la pression du carburant contenu dans la chambre du nez de l’injecteur et la pression à la sortie dudit nez. La diminution de la perte de charge entraîne une ouverture de l’aiguille de l’injecteur corrodé plus lente que celle d’un injecteur nominal (représenté par la courbe P0sur la ) n’ayant pas subi de diminution de perte de charge. La fermeture de l’aiguille est par ailleurs plus rapide que celle de l’injecteur nominal puisque l’aiguille s’étant ouverte plus lentement, elle s’est levée moins haut que celle de l’injecteur nominal et elle se referme donc plus rapidement que lui. En outre, la pression à la base de l’aiguille de l’injecteur corrodé est plus faible que celle d’un injecteur nominal du fait de la perte de charge moindre à l’injection et donc la résistance à sa fermeture est plus faible que celle de l’injecteur nominal, l’aiguille se referme donc à une vitesse plus élevée. Une augmentation du débit statique de l’injecteur entraine une augmentation préjudiciable de la quantité de carburant injectée durant un cycle d’ouverture et de fermeture d’aiguille et par extension, une augmentation de l’émission de gaz polluants et des dérives de couple du moteur.
À l’inverse, un injecteur encrassé représenté par la courbe P2sur la [Fig. 1], dont les orifices sont en partie bouchés par de la matière, entraine une diminution du débit statique de l’injecteur. En l’occurrence, un encrassement entrainant une augmentation de la perte de charge associée au nez de l’injecteur, l’ouverture de l’aiguille de l’injecteur corrodé est plus rapide que celle de l’injecteur nominal. La fermeture de l’aiguille est par ailleurs plus lente que celle de l’injecteur nominal. En effet, l’aiguille s’étant ouverte plus rapidement, elle s’est levée plus haut que celle de l’injecteur nominal et l’augmentation de la perte de charge fait que la résistance à la fermeture de l’aiguille de l’injecteur est plus forte que celle de l’injecteur nominal, l’aiguille se referme donc plus lentement. Une diminution du début statique de l’injecteur entraine entre autres des dérives de couple moteur.
On comprend donc que la connaissance du débit statique d’un injecteur permet de réguler au moins en partie les effets négatifs mentionnés ci-dessus. Il est par exemple possible, par la connaissance du débit statique d’un injecteur, de générer une alerte en cas de grande divergence avec une valeur de débit statique nominale, de corriger la pression dans le rail d’alimentation ou encore de corriger une commande électrique d’injection.
Plusieurs méthodes connues permettent d’estimer le débit statique d’un injecteur.
Certaines se basent sur la dépression observée dans le rail d’alimentation en carburant lors d’une injection de carburant, sur l’analyse d’un capteur vilebrequin ou sur l’analyse de la sonde de richesse. Toutefois, ces méthodes posent des problèmes de précision de l’estimation du débit statique et dépendent de paramètres non liés à l’injecteur tels que les perturbations de pression dans le rail pour les méthodes se basant sur la dépression ou encore le rendement du moteur, la dépendance à la chaine de transmission et la pression d’admission pour les méthodes se basant sur les données du capteur vilebrequin ou de la sonde de richesse.
D’autres utilisent des capteurs additionnels par exemple un capteur de pression dans la chambre de contrôle d’un injecteur servo-drive, un capteur optique, un capteur via contact électrique entre l’aiguille et le nez de l’injecteur ou encore un capteur de pression cylindre dans la chambre de combustion. Ajouter des capteurs additionnels rend le système plus complexe et plus coûteux. En effet, au-delà du prix intrinsèque du capteur, il faut également prendre en compte sa fiabilité et gérer son mode de défaillance.
Il existe également des solutions basées sur la relation entre un instant de fermeture de l’aiguille prédéterminée de l’injecteur et une dérive de débit statique. Toutefois, la fermeture effective de l’aiguille est dépendante de plusieurs autres effets tels que la dépendance aux ondes de pressions issues des injections précédentes en multi-injections ou dans le cas d’un injecteur piézo-électrique, du contrôle de l’ouverture de la valve pilotée par l’actuateur piézo-électrique. Ces solutions sont donc difficiles à mettre en œuvre et manquent de précision.
La présente demande cherche donc à répondre aux problèmes posés par les méthodes de l’art antérieur.
Présentation de l’invention
Un premier objectif de la présente demande est donc de proposer un procédé d’estimation d’un débit statique d’un injecteur piézo-électrique dans un moteur à combustion.
Un deuxième objectif consiste à mettre en œuvre ce procédé sur le système d’injection sans le modifier et en particulier, sans ajouter de capteurs supplémentaires.
Un troisième objectif de la présente demande est de rendre l’estimation du débit statique robuste à la multi-injection et au contrôle de l’ouverture de la valve de l’injecteur piézo-électrique.
Un quatrième objectif de l’invention consiste à générer une alerte lorsque le débit statique déterminé d’un injecteur piézo-électrique est supérieur à un seuil prédéterminé.
Enfin, un cinquième objectif consiste à corriger une quantité de carburant injectée par l’injecteur en fonction du débit statique déterminé.
A cet égard, l’invention propose un procédé de détermination d’un débit statique d’un injecteur piézo-électrique d’un système d’injection de moteur à combustion, l’injecteur piézo-électrique comprenant une aiguille et un actuateur piézo-électrique adapté pour piloter une valve de l’injecteur, le système d’injection comprenant un générateur électrique adapté pour envoyer des impulsions de courant électrique à l’actuateur piézo-électrique de l’injecteur et un capteur de tension adapté pour mesurer des valeurs de tension aux bornes de l’actuateur piézo-électrique,
ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
- envoi par le générateur électrique d’une impulsion de courant électrique à l’actuateur piézo-électrique de telle sorte que l’actuateur piézo-électrique soit positionné au contact de la valve sans provoquer son ouverture, l’envoi étant effectué durant une phase de fermeture de l’aiguille,
- mesure, par le capteur de tension, d’une pluralité de valeurs de tension de l’actuateur piézo-électrique, et
- détermination d’un débit statique de l’injecteur piézo-électrique à partir de la pluralité de valeurs de tension de l’actuateur piézo-électrique mesurées.
ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
- envoi par le générateur électrique d’une impulsion de courant électrique à l’actuateur piézo-électrique de telle sorte que l’actuateur piézo-électrique soit positionné au contact de la valve sans provoquer son ouverture, l’envoi étant effectué durant une phase de fermeture de l’aiguille,
- mesure, par le capteur de tension, d’une pluralité de valeurs de tension de l’actuateur piézo-électrique, et
- détermination d’un débit statique de l’injecteur piézo-électrique à partir de la pluralité de valeurs de tension de l’actuateur piézo-électrique mesurées.
Selon une alternative, l’étape de détermination du débit statique comprend une première sous-étape de calcul d’une variation de tension dV entre un instant tcoù l’actuateur piézo-électrique est au contact de la valve suite à l’envoi de l’impulsion de courant électrique et un instant tendpostérieur à un instant t3de fermeture de l’aiguille.
Dans cette alternative, l’étape de détermination du débit statique peut également comprendre une deuxième sous-étape de calcul d’une variation de pression dPccdans une chambre de contrôle de l’injecteur à partir de la variation de tension dV aux bornes de l’actuateur électrique.
Dans cette alternative, l’étape de détermination du débit statique peut également comprendre une troisième sous-étape de détermination du débit statique de l’injecteur à partir de la variation de tension dV et d’une table de valeurs de référence de débit statique d’un injecteur piézo-électrique.
Selon une alternative, le procédé n’est mis en œuvre que :
- lorsqu’une durée déterminée entre un instant t2de fermeture de la valve et un instant t3de fermeture de l’aiguille est supérieure à un seuil prédéterminé et,
- lorsque la température du moteur est comprise entre une première température prédéterminée et une seconde température prédéterminée, et
- lorsque le régime moteur est compris entre une première vitesse de rotation prédéterminée et une deuxième vitesse de rotation prédéterminée.
- lorsqu’une durée déterminée entre un instant t2de fermeture de la valve et un instant t3de fermeture de l’aiguille est supérieure à un seuil prédéterminé et,
- lorsque la température du moteur est comprise entre une première température prédéterminée et une seconde température prédéterminée, et
- lorsque le régime moteur est compris entre une première vitesse de rotation prédéterminée et une deuxième vitesse de rotation prédéterminée.
Selon une alternative, lorsqu’une valeur absolue d’une différence entre le débit statique de l’injecteur déterminé et un débit statique nominal d’un injecteur est supérieure à un seuil prédéterminé, le procédé comprend une étape supplémentaire de génération d’une alerte.
Selon une alternative, le système d’injection comprend également un rail d’alimentation en carburant et une pression du carburant dans le rail d’alimentation de carburant est commandée en fonction du débit statique de l’injecteur.
L’invention présente également un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code pour la mise en œuvre des étapes d’un procédé décrit ci-dessus.
L’invention propose par ailleurs un calculateur adapté pour commander un système d’injection de moteur à combustion comprenant un injecteur piézo-électrique, l’injecteur comprenant une aiguille et un actuateur piézo-électrique adapté pour piloter une valve de l’injecteur,
le système d’injection comprenant en outre un générateur électrique adapté pour envoyer des impulsions de courant électrique à l’actuateur piézo-électrique de l’injecteur, un capteur de tension adapté pour mesurer des valeurs de tension aux bornes de l’actuateur piézo-électrique et un rail d’alimentation de carburant, le calculateur étant également adapté pour commander la mise en œuvre des étapes d’un procédé détaillé ci-dessus.
le système d’injection comprenant en outre un générateur électrique adapté pour envoyer des impulsions de courant électrique à l’actuateur piézo-électrique de l’injecteur, un capteur de tension adapté pour mesurer des valeurs de tension aux bornes de l’actuateur piézo-électrique et un rail d’alimentation de carburant, le calculateur étant également adapté pour commander la mise en œuvre des étapes d’un procédé détaillé ci-dessus.
Le calculateur peut en outre être embarqué dans un moteur à combustion présentant un système d’injection tel que présenté ci-dessus.
Le procédé présenté selon l’invention permet donc d’estimer un débit statique d’un injecteur piézo-électrique dans un moteur à combustion à partir de valeurs de tension aux bornes de l’actuateur piézo-électrique. Ce procédé peut ainsi être mis en œuvre sans modifier le système d’injection existant du moteur et donc sans le complexifier par exemple avec l’ajout de capteurs supplémentaires. Puisque le procédé ne s’appuie pas sur un instant de fermeture de l’aiguille prédéterminé, il s’affranchit des effets modifiant la temporalité de fermeture de l’aiguille qui ne sont pas dus au débit statique et en particulier les effets liés à la multi-injection, au contrôle de l’ouverture de la valve de l’injecteur piézo-électrique ou encore au vieillissement de l’injecteur. Le procédé permet ainsi de déclencher une alerte lorsque le débit statique de l’injecteur est supérieur à un seuil prédéterminé ou encore de contrôler la quantité de carburant injectée dans la chambre de combustion du moteur en commandant la pression dudit carburant dans le rail d’alimentation.
D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
Fig. 1
Fig. 2
Fig. 3
Fig. 4a
Fig. 4b
Fig. 5
Le schéma du haut représente à la fois une tension aux bornes de l’actuateur piézo-électrique et une ouverture de la valve pilotée par cet actuateur durant le cycle.
Le schéma du milieu représente une pression dans une chambre de contrôle de l’injecteur durant le cycle.
Le schéma du bas représente une course de l’aiguille durant le cycle.
Fig. 6
Le schéma du haut représente à la fois une tension aux bornes de l’actuateur piézo-électrique et une ouverture de la valve pilotée par cet actuateur durant le cycle.
Le schéma du milieu représente une pression dans une chambre de contrôle de l’injecteur durant le cycle.
Le schéma du bas représente une ouverture de l’aiguille durant le cycle.
Fig. 7
Il est maintenant fait référence à la présentant un mode de réalisation d’un système d’injection 2 de moteur à combustion, par exemple un moteur de véhicule automobile. Ce système d’injection 2 permet la mise en œuvre d’un procédé de détermination d’un débit statique d’un injecteur piézo-électrique représenté en [Fig. 3].
Le système d’injection 2 comprend un rail d’alimentation 4 de carburant relié à un réservoir de carburant (non représenté) par l’intermédiaire d’une ligne d’alimentation. Par ailleurs, le réservoir de carburant est également relié à une pluralité d’injecteurs piézo-électriques 5 par des lignes de retour. Le carburant présent dans le rail d’alimentation 4 est délivré par une pompe haute pression 9 à une pression déterminée pour favoriser la bonne combustion du carburant lors des différentes phases d’injection. De ce fait, il suit une consigne de pression déterminée par un calculateur moteur (non représenté) commandant la pompe haute pression 9. Le calculateur moteur peut être par exemple un processeur, un microprocesseur ou encore un microcontrôleur. Il peut par ailleurs présenter une mémoire comprenant des instructions de code pour commander la mise en œuvre des étapes du procédé de détermination d’un débit statique d’un injecteur piézo-électrique représenté en . Le système d’injection 2 comprend également un générateur électrique 8.
Un injecteur piézo-électrique 5 du système d’injection 2 est plus précisément représenté sur les figures 4a et 4b. Il comprend une entrée 501 de carburant à haute pression, une sortie 502 de carburant à basse pression vers la ligne de retour de l’injecteur 5 et donc vers le réservoir, et un nez comprenant une pluralité d’orifices d’injection 503 de carburant dans une chambre de combustion (non représentée) du moteur. L’injecteur comprend en outre une aiguille 53 mobile dans une chambre du nez de l’injecteur 530 en communication fluidique avec l’entrée 501 de carburant à haute pression, l’aiguille 53 étant mobile entre une première position dans laquelle elle ferme les orifices d’injection 503 de carburant, et une deuxième position dans laquelle elle libère ces orifices (position représentée sur les figures 4a et 4b), permettant ainsi l’injection de carburant dans la chambre de combustion. L’aiguille 53 est maintenue en position fermée par un ressort de rappel 535.
L’injecteur 5 comprend en outre une chambre de contrôle 54 (voir ) disposée à l’extrémité de l’aiguille 53 opposée au nez de l’injecteur. La chambre de contrôle 54 est en communication fluidique avec l’entrée 501 de carburant à haute pression via une restriction 540 et en communication fluidique avec la sortie 502 de carburant à basse pression vers le réservoir via une deuxième restriction 541 et une valve 52 disposée entre la sortie 502 et la deuxième restriction 541.
En l’occurrence, c’est la différence entre une pression Pccdans la chambre de contrôle 54 et une pression Padans la chambre du nez de l’injecteur 530 qui permet d’ouvrir ou de fermer l’aiguille 53 de l’injecteur. Lorsque l’aiguille 53 et la valve 52 de l’injecteur 5 sont fermées, la pression Pccdans la chambre de contrôle 54 est égale à la pression du carburant dans le rail d’alimentation 4 en carburant. A ce titre, la différence entre les pressions Pccet Paest nulle et c’est donc l’addition de la force résultant de la différence de section sur laquelle s’exerce les pressions Pccet Pa, la force exercée par le ressort de rappel 535 et le poids de l’aiguille qui maintiennent l’aiguille 53 de l’injecteur fermée.
L’injecteur comprend en outre un actuateur piézo-électrique 51, qui, lorsqu’il reçoit une première impulsion électrique du générateur électrique 8 du système d’injection 2, se charge et s’allonge par l’effet piézo-électrique de façon à appuyer sur la valve 52. L’appui sur la valve 52 à une force suffisante permet, comme représenté sur les figures 4a et 4b, d’autoriser une circulation de fluide depuis le circuit haute-pression de carburant de l’injecteur vers la sortie 502 basse pression. Cela entraine une diminution de la pression Pccdans la chambre de contrôle 54 et donc un déplacement de l’aiguille 53 vers le haut sous l’effet de la haute pression Parestant dans la chambre du nez de l’injecteur 530 de façon à ouvrir les orifices d’injection 503. De la sorte, le carburant peut transiter du rail d’alimentation 4 vers la chambre de combustion par l’intermédiaire des orifices d’injection 503 et déclencher ainsi une injection dans ladite chambre de combustion. Il s’agit donc d’ouvrir l’aiguille 53 par le chargement de l’actuateur piézo-électrique 51 de l’injecteur piézo-électrique.
Pour fermer l’aiguille 53 et donc interrompre la phase d’injection, le générateur électrique 8 envoie une deuxième impulsion électrique à l’actuateur piézo-électrique 51 de l’injecteur 5 de façon à le décharger. En se déchargeant, l’actuateur piézo-électrique 51 se rétracte et ne vient donc plus appuyer sur la valve 52 avec une force suffisante pour qu’elle reste ouverte. Ainsi, la valve 52 se ferme, l’équilibre des pressions Pccdans la chambre de contrôle 54 et Pa dans la chambre du nez de l’injecteur 530 s’inverse et l’aiguille 53 se referme.
Toutefois, la fermeture de l’aiguille n’est pas immédiate et il existe donc une certaine durée d’inertie de l’aiguille 53 entre un instant t2de fermeture de la valve 52 et un instant t3 de fermeture de l’aiguille 53.
Il est représenté un cycle d’ouverture et de fermeture de l’aiguille 53 d’un injecteur piézo-électrique 5 pendant un cycle d’injection faisant intervenir les différents éléments de l’injecteur piézo-électrique 5 et illustrant les instants précédemment définis en .
Est ainsi représentée sur le schéma du haut une tension V aux bornes de l’actuateur piézo-électrique 51 de l’injecteur et une ouverture Ovde la valve 52 de l’injecteur 5 en fonction du temps t. Il est également représenté sur le schéma du milieu la pression Pccdans la chambre de contrôle 54 en fonction du temps t. Il est enfin représenté sur le schéma du bas l’ouverture Oade l’aiguille 53 de l’injecteur piézo-électrique 5 en fonction du temps. Bien entendu, les référentiels temporels sont les mêmes sur les trois schémas.
Lorsque la valve 52 s’ouvre à un instant t0, on observe une baisse de la pression Pccdans la chambre de contrôle 54 puisque cette dernière est mise en communication fluidique avec la sortie basse pression 502 de l’injecteur 5. Cela se traduit par un début d’ouverture de l’aiguille 53 à un instant t1lorsque la force résultant de la pression Pasur une section du bas de l’aiguille 53 devient plus importante que l’addition des forces exercées au niveau du haut de l’aiguille 53, c’est-à-dire de l’addition de la force résultant de la pression Pccs’exerçant sur une section du haut de l’aiguille, de la force exercée par le ressort de rappel 535 et de la force exercée du fait du poids de l’aiguille 53.
À l’inverse, lorsque la valve se ferme à l’instant t2, on observe une hausse de la pression Pccdans la chambre de contrôle 54 puisque cette dernière ne communique plus avec la sortie basse pression 502 de l’injecteur 5. Le niveau de pression dans la chambre de contrôle 54 s’établit à une valeur intermédiaire entre la pression lorsque la valve 52 était ouverte et la pression dans le rail d’alimentation en carburant 4, dans la mesure où l’aiguille 53 est, à ce stade, encore ouverte. Cela se traduit par un début de fermeture de l’aiguille 53 puisque la résultante des forces s’exerçant dans une direction de fermeture (force exercée par le ressort de rappel 535, pression Pccs’exerçant sur la section du haut de l’aiguille 53 dans la chambre de contrôle 54 et force de gravitation sur l’aiguille 53) devient plus élevée que la force résultant de la pression Pasur la section du bas de l’aiguille 53 dans la chambre du nez de l’injecteur 530.
Il s’agit là de présenter le fonctionnement traditionnel d’un injecteur piézo-électrique pour pouvoir décrire le procédé de détermination d’un débit statique d’un injecteur piézo-électrique.
En référence à la est ci-dessous présenté un mode de réalisation du procédé de détermination d’un débit statique d’un injecteur piézo-électrique. Il sera également fait référence à la durant la description du procédé.
Le procédé comprend une première étape 110 d’envoi, par le générateur électrique 8, d’une impulsion de courant électrique à l’actuateur piézo-électrique 51 de telle sorte que l’actuateur piézo-électrique 51 soit positionné au contact de la valve 52 sans provoquer son ouverture. Cette étape est effectuée lorsque l’aiguille 53 de l’injecteur piézo-électrique 5 se referme durant une phase d’injection. Plus précisément, l’étape est effectuée à un instant tipositionné dans le temps entre l’instant t2de fermeture de la valve 52 et l’instant t3de fermeture de l’aiguille 53 durant la phase d’injection. En l’occurrence, cette étape est effectuée lorsque l’aiguille 53 de l’injecteur piézo-électrique se referme et il s’agit donc de positionner l’actuateur piézo-électrique 51 au contact de la valve 52 sans pour autant la ré-ouvrir. Une ouverture de la valve 52 pourrait conduire à une remontée de l’aiguille 53 par une nouvelle inversion des pressions Pccet Padans les chambres ce qui viendrait modifier le fonctionnement de l’injecteur.
Il s’agit dans la suite du procédé d’utiliser l’actuateur piézo-électrique 51 comme un capteur de variation de pression dans la chambre de contrôle 54.
Le procédé comprend ainsi une deuxième étape 120 de mesure, par le capteur de tension (non représenté), d’une pluralité de valeurs de tension de l’actuateur piézo-électrique 51. La pluralité de valeurs de tension peut être mesurée de façon continue tout au long de la phase d’injection de l’injecteur piézo-électrique 5 dont on cherche à estimer le débit statique. Avantageusement, les mesures des valeurs de tension de la pluralité de valeurs de tension peuvent être effectuées entre l’instant tidurant lequel l’impulsion de courant électrique est envoyée par le générateur 8 et un instant tendpostérieur à l’instant t3de fermeture de l’aiguille 53 suffisamment éloigné pour permettre l’établissement d’une pression Pccstabilisée dans la chambre de contrôle 54 de l’injecteur 5.
Le procédé comprend alors une troisième étape de détermination 130 d’un débit statique de l’injecteur piézo-électrique 5 à partir de la pluralité de valeurs de tension de l’actuateur piézo-électrique 51 mesurées.
Comme représenté sur la , lorsque l’aiguille 53 de l’injecteur 5 se referme à l’instant t3, la pression Pccdans la chambre de contrôle 54 augmente puisque le circuit de carburant venant du rail d’alimentation 4 et transitant par l’injecteur piézo-électrique 5 redevient étanche et donc redevient soumis à la pression carburant du rail d’alimentation 4 fournie par la pompe haute pression 9. De ce fait, la force s’exerçant sur la valve 52 fermée augmente et lorsque l’actuateur piézo-électrique 51 est au contact de la valve 52, la tension V de l’actuateur 51 augmente ainsi en réponse à cette augmentation de pression Pccdans la chambre de contrôle 54. Ces phénomènes sont identifiés par des cercles sur la .
Par ailleurs, sur la , trois réponses d’injecteurs piézo-électriques différents sont représentées. Les courbes correspondant à un injecteur nominal sont représentées avec un trait épais et continu sur chacun des schémas. Les courbes correspondant à un injecteur corrodé sont représentées par les traits constitués de tirets sur chacun des schémas lorsque le fonctionnement de l’injecteur corrodé s’écarte du fonctionnement de l’injecteur nominal. Pour ce qui concerne les courbes correspondant à un injecteur encrassé, elles sont représentées par les traits en pointillés sur chacun des schémas lorsque le fonctionnement de l’injecteur encrassé s’écarte du fonctionnement de l’injecteur nominal.
On observe donc sur la qu’il existe une corrélation directe entre une variation dV de la tension V aux bornes de l’actuateur piézo-électrique 51 et une variation dPccde la pression Pccdans la chambre de contrôle 54 lorsque l’aiguille 53 de l’injecteur se ferme. Par ailleurs, on sait qu’il existe également une corrélation entre une variation de pression dPcc dans la chambre de contrôle 54 due à la fermeture de l’aiguille 53 et le débit statique de l’injecteur 5 compte tenu du fait qu’entre les instants t2et t3, le carburant ne s’écoule que par l’intermédiaire des orifices d’injection 503 et qu’après l’instant t3, le système est à nouveau étanche.
En l’occurrence, plus la variation de pression dPccdans la chambre de contrôle 54 est élevée lorsque l’aiguille 53 se ferme, plus le débit statique de l’injecteur piézo-électrique 5 est élevé. En effet, lorsque le débit statique de l’injecteur est élevé et que l’aiguille 53 est ouverte, la différence de pression (ou différence de charge) entre la pression s’accumulant au niveau du nez de l’injecteur 5 et en particulier au niveau des orifices 503 de l’injecteur 5 et la pression du carburant expulsé dans la chambre de combustion à travers lesdits orifices est faible. Cela signifie que le carburant, avant d’être expulsé dans la chambre de combustion, ne s’accumule pas de façon importante au niveau des orifices 503 mais sort du nez de l’injecteur 5 avec facilité. Cela signifie en réalité que la section passante de carburant des orifices 503, est importante pour que le carburant ne s’accumule pas au niveau desdits orifices sans pouvoir être expulsé. En particulier, c’est le cas d’un injecteur corrodé dont la section passante au niveau de ses orifices 503 est plus importante que celle d’un injecteur nominal du fait de la corrosion.
De ce fait, comme représenté sur la [Fig. 6], quand l’aiguille 53 de l’injecteur corrodé s’ouvre à l’instant t1, la baisse de pression Pccdans la chambre de contrôle 54 est supérieure à celle de l’injecteur nominal puisqu’elle est corrélée à la baisse de pression au niveau du nez de l’injecteur du fait de la communication fluidique existant entre la chambre de contrôle 54 et le nez de l’injecteur. Or, après l’ouverture de l’aiguille 53, l’accumulation du carburant au niveau du nez de l’injecteur corrodé est moins importante que l’accumulation de carburant au niveau du nez de l’injecteur nominal puisque la section passante des orifices de l’injecteur corrodé est plus grande que la section passante des orifices d’un injecteur nominal. Cela signifie que la pression au niveau du nez de l’injecteur corrodé est moins importante que la pression au niveau du nez de l’injecteur nominal après l’ouverture de l’aiguille puisque le carburant passe plus facilement du nez à la chambre de combustion. La baisse de pression engendrée par l’ouverture de l’aiguille est donc plus importante dans le nez de l’injecteur corrodé que dans le nez de l’injecteur nominal. On comprend ainsi que lorsque l’aiguille 53 se ferme à l’instant t3, la variation de pression dPccdans la chambre de contrôle 54 lorsque cette dernière revient au niveau de la pression carburant du rail d’alimentation 4 est plus importante pour l’injecteur corrodé que pour l’injecteur nominal.
Pour ce qui concerne l’injecteur encrassé, le raisonnement s’applique à l’inverse. Ainsi, la section passante des orifices 503 de l’injecteur encrassé est moins importante que celle d’un injecteur nominal du fait de l’encrassement.
De ce fait, comme représenté sur la [Fig. 6], quand l’aiguille 53 de l’injecteur encrassé s’ouvre à l’instant t1, la baisse de pression Pccdans la chambre de contrôle 54 est inférieure à celle de l’injecteur nominal puisqu’elle est corrélée à la baisse de pression au niveau du nez de l’injecteur du fait de la communication fluidique existant entre la chambre de contrôle 54 et le nez de l’injecteur. Or, la pression au niveau du nez de l’injecteur encrassé baisse de façon moins importante que la pression au niveau du nez de l’injecteur nominal avec l’ouverture de l’aiguille 53. En effet, la section passante des orifices de l’injecteur encrassé étant plus petite que la section passante des orifices d’un injecteur nominal, l’accumulation de carburant au niveau du nez de l’injecteur corrodé est plus importante que l’accumulation de carburant au niveau du nez de l’injecteur nominal. Cela signifie donc que la pression au niveau du nez de l’injecteur encrassé est plus importante que la pression au niveau du nez de l’injecteur nominal. La baisse de pression engendrée par l’ouverture de l’aiguille est donc moins importante dans le nez de l’injecteur encrassé que dans le nez de l’injecteur nominal. On comprend ainsi que lorsque l’aiguille 53 se ferme à l’instant t3, la variation de pression dPccdans la chambre de contrôle 54 lorsque cette dernière revient au niveau de la pression carburant du rail d’alimentation 4 est moins importante pour l’injecteur encrassé que pour l’injecteur nominal.
Ainsi, dès lors qu’on a mesuré la pluralité de valeurs de tension aux bornes de l’actuateur piézo-électrique 51 de l’injecteur, la variation de tension dV étant représentative de la variation de pression dPccde la chambre de contrôle 54, il est possible de retrouver le débit statique de l’injecteur piézo-électrique 5.
Est maintenant décrit en référence à la un mode de réalisation de l’étape de détermination 130 du débit statique d’un injecteur piézo-électrique 5.
L’étape de détermination 130 peut ainsi comprendre une première sous-étape 131 de calcul d’une variation de tension dV entre un instant tcoù l’actuateur piézo-électrique 51 est au contact de la valve 52 suite à l’envoi 110 de l’impulsion de courant électrique et l’instant tendpostérieur à l’instant t3de fermeture de l’aiguille 53. Cette étape est mise en œuvre à partir de la pluralité de valeurs de tension mesurées aux bornes de l’actuateur piézo-électrique 51 de l’injecteur piézo-électrique 5. Comme expliqué précédemment, cette variation de tension dV est représentative de la variation de pression dPccdans la chambre de contrôle 54 avec laquelle il est possible de déterminer le débit statique de l’injecteur piézo-électrique 5.
Facultativement, dans ce mode de réalisation, une deuxième sous-étape 132 de calcul d’une variation de pression dPccdans la chambre de contrôle 54 de l’injecteur 5 peut être mise en œuvre. Le calcul est effectué à partir de la variation de tension dV déterminée à l’issue de la première sous-étape 131. En effet, la variation de tension dV de l’actuateur piézo-électrique 51 correspond à une force appliquée sur ledit actuateur du fait de l’effet piézo-électrique. Dès lors, connaissant la surface de l’actuateur piézo-électrique 51 et la force s’exerçant sur lui par l’appui de la valve 52 du fait de la pression dans la chambre de contrôle 54, on est capable de calculer la variation de pression dPccdans la chambre de contrôle 54 de l’injecteur piézo-électrique 5. On retrouve donc ici la variation de pression dPccdans la chambre de contrôle 54 suite à la fermeture de l’aiguille 53.
Enfin, une troisième sous-étape 133 de détermination du débit statique de l’injecteur 5 est mise en œuvre à partir de la variation de tension dV et d’une table de valeurs de référence de débit statique d’un injecteur.
Ainsi, dans le mode de réalisation où la deuxième sous-étape 132 n’est pas mise en œuvre, la table de référence fait directement correspondre la variation de tension dV à un débit statique d’un injecteur piézo-électrique.
Dans le mode de réalisation où la deuxième sous-étape 132 est mise en œuvre, la table de référence fait correspondre la variation de pression dPccdans la chambre de contrôle 54 de l’injecteur piézo-électrique 5 à un débit statique d’un injecteur piézo-électrique.
Que ce soit directement par la variation de tension dV de l’actuateur électrique 51 ou par l’utilisation de cette variation de tension dV pour en déduire la variation de pression dPccdans la chambre de contrôle 54, on est donc capable d’obtenir le débit statique de l’injecteur piézo-électrique 5.
De retour au procédé présenté en , à l’issue de l’étape de détermination 130 du débit statique de l’injecteur 5, le procédé peut comprendre une étape supplémentaire de génération 140 d’une alerte lorsqu’une valeur absolue d’une différence entre le débit statique de l’injecteur 5 déterminé et un débit statique nominal d’un injecteur est supérieure à un seuil prédéterminé.
Par ailleurs, le procédé peut également comprendre une commande de la pression de carburant dans le rail d’alimentation 4 de carburant en fonction du début statique déterminé à l’issue de l’étape 130 de détermination afin de réguler la quantité de carburant injectée dans la chambre de combustion.
Avantageusement, le procédé n’est mis en œuvre que lorsque les trois conditions suivantes sont réunies :
- lorsqu’une durée déterminée entre l’instant t2de fermeture de la valve 52 et l’instant t3de fermeture de l’aiguille est supérieure à un seuil prédéterminé et,
- lorsque la température du moteur est comprise entre une première température prédéterminée et une seconde température prédéterminée, et
- lorsque le régime moteur est compris entre une première vitesse de rotation prédéterminée et une deuxième vitesse de rotation prédéterminée.
- lorsque la température du moteur est comprise entre une première température prédéterminée et une seconde température prédéterminée, et
- lorsque le régime moteur est compris entre une première vitesse de rotation prédéterminée et une deuxième vitesse de rotation prédéterminée.
Les deux dernières conditions permettent de s’assurer que le système d’injection 2 fonctionne de manière suffisamment stable pour pouvoir mettre en œuvre le procédé avec une bonne précision et une bonne répétabilité.
Le procédé présenté ci-dessus permet donc d’estimer un débit statique d’un injecteur piézo-électrique dans un moteur à combustion. Cette estimation se base sur des valeurs de tension aux bornes de l’actuateur piézo-électrique de l’injecteur positionné en contact de la valve. Il peut donc être mis en œuvre sans modifier le système d’injection existant et en particulier sans le complexifier. Puisque le procédé ne s’appuie pas sur la détermination d’un instant de fermeture de l’aiguille prédéterminé, il s’affranchit des effets modifiant la temporalité de fermeture de l’aiguille qui ne sont pas dus au débit statique et en particulier les effets liés à la multi-injection ou au contrôle de l’ouverture de la valve de l’injecteur piézo-électrique. Enfin, lorsque le débit statique de l’injecteur piézo-électrique est déterminé, il est possible de déclencher une alerte ou encore de contrôler la quantité de carburant injectée dans la chambre de combustion du moteur en commandant la pression dudit carburant dans le rail d’alimentation.
Claims (10)
- Procédé de détermination d’un débit statique d’un injecteur piézo-électrique (5) d’un système d’injection (2) de moteur à combustion, l’injecteur piézo-électrique (5) comprenant une aiguille (53) et un actuateur piézo-électrique (51) adapté pour piloter une valve (52) de l’injecteur (5), le système d’injection (2) comprenant un générateur électrique (8) adapté pour envoyer des impulsions de courant électrique à l’actuateur piézo-électrique (51) de l’injecteur (5) et un capteur de tension adapté pour mesurer des valeurs de tension aux bornes de l’actuateur piézo-électrique (51),
ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
- envoi (110) par le générateur électrique (8) d’une impulsion de courant électrique à l’actuateur piézo-électrique (51) de telle sorte que l’actuateur piézo-électrique (51) soit positionné au contact de la valve (52) sans provoquer son ouverture, l’envoi étant effectué durant une phase de fermeture de l’aiguille,
- mesure (120), par le capteur de tension, d’une pluralité de valeurs de tension de l’actuateur piézo-électrique (51), et
- détermination (130) d’un débit statique de l’injecteur piézo-électrique (5) à partir de la pluralité de valeurs de tension de l’actuateur piézo-électrique (51) mesurées. - Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’étape de détermination (130) du débit statique comprend une première sous-étape (131) de calcul d’une variation de tension (dV) entre un instant (tc) où l’actuateur piézo-électrique (51) est au contact de la valve (52) suite à l’envoi (110) de l’impulsion de courant électrique et un instant (tend) postérieur à un instant (t3) de fermeture de l’aiguille.
- Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’étape de détermination (130) du débit statique comprend en outre une deuxième sous-étape (132) de calcul d’une variation de pression (dPcc) dans une chambre de contrôle (54) de l’injecteur à partir de la variation de tension (dV) aux bornes de l’actuateur électrique (51).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l’étape de détermination (130) du débit statique comprend en outre une troisième sous-étape (133) de détermination du débit statique de l’injecteur (5) à partir de la variation de tension (dV) et d’une table de valeurs de référence de débit statique d’un injecteur piézo-électrique.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le procédé n’est mis en œuvre que :
- lorsqu’une durée déterminée entre un instant (t2) de fermeture de la valve (52) et un instant (t3) de fermeture de l’aiguille est supérieure à un seuil prédéterminé et,
- lorsque la température du moteur est comprise entre une première température prédéterminée et une seconde température prédéterminée, et
- lorsque le régime moteur est compris entre une première vitesse de rotation prédéterminée et une deuxième vitesse de rotation prédéterminée. - Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lorsqu’une valeur absolue d’une différence entre le débit statique de l’injecteur (5) déterminé et un débit statique nominal d’un injecteur est supérieure à un seuil prédéterminé, le procédé comprend une étape supplémentaire de génération (140) d’une alerte.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système d’injection (2) comprend également un rail d’alimentation (4) en carburant,
et en ce qu’une pression du carburant dans le rail d’alimentation de carburant (4) est commandée en fonction du débit statique de l’injecteur (5). - Programme d’ordinateur, comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes selon l’une quelconque des revendications précédentes lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
- Calculateur adapté pour commander un système d’injection (2) de moteur à combustion comprenant un injecteur piézo-électrique (5), l’injecteur (5) comprenant une aiguille (53) et un actuateur piézo-électrique (51) adapté pour piloter une valve (52) de l’injecteur (5),
le système d’injection (2) comprenant en outre un générateur électrique (8) adapté pour envoyer des impulsions de courant électrique à l’actuateur piézo-électrique (51) de l’injecteur (5), un capteur de tension adapté pour mesurer des valeurs de tension aux bornes de l’actuateur piézo-électrique (51) et un rail d’alimentation de carburant (4),
caractérisé en ce que le calculateur est également adapté pour commander la mise en œuvre des étapes du procédé selon les revendications 1 à 7. - Moteur à combustion comprenant un système d’injection (2), le système d’injection (2) présentant un injecteur (5) piézo-électrique, l’injecteur (5) comprenant une aiguille (53) et un actuateur piézo-électrique (51) adapté pour piloter une valve (52) de l’injecteur (5),
le système d’injection (2) comprenant en outre un générateur électrique (8) adapté pour envoyer des impulsions de courant électrique à l’actuateur piézo-électrique (51) de l’injecteur (5), un capteur de tension adapté pour mesurer des valeurs de tension aux bornes de l’actuateur piézo-électrique (51) et un rail d’alimentation de carburant (4),
le moteur étant caractérisé en ce qu’il comprend un calculateur selon la revendication précédente.
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