WO2022017759A1 - Procede, produit programme et calculateur pour estimer le debit statique d'un injecteur piezo electrique - Google Patents

Procede, produit programme et calculateur pour estimer le debit statique d'un injecteur piezo electrique Download PDF

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WO2022017759A1
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injector
piezoelectric
needle
piezoelectric actuator
static flow
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PCT/EP2021/068254
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Quentin DUSSARDIER
Morgan Drouyer
Edouard Gambier
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Vitesco Technologies GmbH
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Definitions

  • the present invention relates to an engine control method and more specifically to a method for controlling injectors in a combustion engine.
  • the present invention applies more particularly to the automobile industry.
  • a fuel-injected engine includes injectors with injection ports and a fuel injector supply rail. These injectors are suitable for injecting fuel into combustion chambers through said orifices, the fuel being subjected to a determined pressure in the rail by means of a high pressure pump.
  • a needle is used to open and close the injection orifices which are located at one end of the injector intended to be in a combustion chamber, said end being sometimes called the "nose" of the injector.
  • An injector because of its use, is subject to phenomena of corrosion and fouling which cause its static flow rate to vary.
  • FIG. 1 represents three curves of the instantaneous flow of injectors on the ordinate d during an opening and closing cycle of their respective needle over time on the abscissa t. On each of these curves we note the presence of a plateau formed at the top of the instantaneous flow curve corresponding to a substantially constant flow value thus representing the static flow of the injector.
  • a curve Pi is shown in [Fig. 1] and corresponds to the response of a corroded injector during the opening and closing cycle of its needle.
  • corroded injector characterized by the fact that its orifices are enlarged with respect to their original diameter on leaving the production line, leads to an increase in the static flow rate of said injector.
  • corrosion leads to a reduction in the pressure drop at the nose of the injector during fuel injection.
  • the pressure drop constitutes the pressure difference existing between the pressure of the fuel contained in the chamber of the nose of the injector and the pressure at the outlet of said nose.
  • the decrease in the pressure drop leads to a slower opening of the needle of the corroded injector than that of a nominal injector (represented by the Po curve in [Fig.
  • the opening of the needle of the clogged injector is faster than that of the nominal injector.
  • Closing of the needle is also slower than that of the nominal injector. Indeed, the needle having opened more quickly, it rose higher than that of the nominal injector and the increase in the pressure drop makes that the resistance to the closure of the needle of the injector is stronger than that of the nominal injector, the needle therefore closes more slowly.
  • a decrease in the static start of the injector leads, among other things, to engine torque drifts.
  • Some are based on the depression observed in the fuel supply rail during a fuel injection, on the analysis of a crankshaft sensor or on the analysis of the richness sensor.
  • these methods pose problems of precision of the estimation of the static flow and depend on parameters unrelated to the injector such as the pressure disturbances in the rail for the methods based on the depression or the efficiency of the engine, the dependence on the transmission chain and the intake pressure for the methods based on the data from the crankshaft sensor or the richness sensor.
  • the present application therefore seeks to respond to the problems posed by the methods of the prior art.
  • a first objective of the present application is therefore to propose a method for estimating a static flow rate of a piezoelectric injector in a combustion engine.
  • a second objective consists in implementing this process on the injection system without modifying it and in particular, without adding additional sensors.
  • a third objective of the present application is to make the estimation of the static flow rate robust to multi-injection and to the control of the opening of the valve of the piezoelectric injector.
  • a fourth objective of the invention consists in generating an alert when the determined static flow rate of a piezoelectric injector is greater than a predetermined threshold.
  • a fifth objective consists in correcting a quantity of fuel injected by the injector according to the determined static flow rate.
  • the invention proposes a method for determining a static flow rate of a piezoelectric injector of a combustion engine injection system, the piezoelectric injector comprising a needle and a piezoelectric actuator electrical device adapted to drive a valve of the injector, the injection system comprising an electrical generator adapted to send electrical current pulses to the piezoelectric actuator of the injector and a voltage sensor adapted to measure values of voltage across the terminals of the piezoelectric actuator, said method being characterized in that it comprises the following steps:
  • the step of determining the static flow comprises a first sub-step of calculating a voltage variation dV between a time t c when the piezoelectric actuator is in contact with the valve following the sending of the electrical current pulse and a time tends subsequent to a time t3 of closing the needle.
  • the step of determining the static flow rate can also comprise a second sub-step of calculating a pressure variation dPcc in a control chamber of the injector from the voltage variation dV at the terminals of the electric actuator.
  • the step for determining the static flow rate can also comprise a third sub-step for determining the static flow rate of the injector from the voltage variation dV and from a table of reference values of static flow rate d a piezoelectric injector.
  • the method is implemented only:
  • the method comprises an additional step of generating an alert .
  • the injection system also comprises a fuel supply rail and a fuel pressure in the fuel supply rail is controlled according to the static flow rate of the injector.
  • the invention also presents a computer program product comprising code instructions for implementing the steps of a method described above.
  • the invention also proposes a computer suitable for controlling a combustion engine injection system comprising a piezoelectric injector, the injector comprising a needle and a piezoelectric actuator suitable for controlling a valve of the injector, the injection system further comprising an electric generator suitable for sending electric current pulses to the piezoelectric actuator of the injector, a voltage sensor suitable for measuring voltage values across the terminals of the piezoelectric actuator and a fuel supply rail, the computer also being suitable for controlling the implementation of the steps of a method detailed above.
  • the computer can also be embedded in a combustion engine having an injection system as presented above.
  • the method presented according to the invention therefore makes it possible to estimate a static flow rate of a piezoelectric injector in a combustion engine from voltage values at the terminals of the piezoelectric actuator.
  • This method can thus be implemented without modifying the existing injection system of the engine and therefore without making it more complex, for example with the addition of additional sensors. Since the method is not based on a predetermined needle closing time, it overcomes the effects modifying the time of needle closing which are not due to the static flow and in particular the effects linked to the multi-injection, checking the opening of the piezoelectric injector valve or even the aging of the injector.
  • the method thus makes it possible to trigger an alert when the static flow rate of the injector is greater than a predetermined threshold or even to control the quantity of fuel injected into the combustion chamber of the engine by controlling the pressure of said fuel in the supply rail .
  • Fig. 1 represents three instantaneous flow rate curves of injectors during an opening and closing cycle of their respective needle.
  • FIG. 2 represents an embodiment of an injection system for the implementation of a method for determining a static flow rate of a piezoelectric injector.
  • FIG. 3 represents an embodiment of a method for determining the static flow rate of a piezoelectric injector.
  • FIG. 4a represents a piezoelectric injector during an injection phase.
  • FIG. 4b shows an enlarged view of a valve, a piezoelectric actuator and a control chamber of the piezoelectric injector of figure 4a.
  • FIG. 5 represents three diagrams relating to elements of the piezoelectric injector during an opening and closing cycle of its needle.
  • the top diagram represents both a voltage across the terminals of the piezoelectric actuator and an opening of the valve controlled by this actuator during the cycle.
  • the middle diagram shows pressure in an injector control chamber during the cycle.
  • the bottom diagram represents a stroke of the needle during the cycle.
  • FIG. 6 also represents three diagrams relating to elements of the piezoelectric injector during an opening and closing cycle of its needle and incorporating the method presented in [Fig. 3]
  • the top diagram represents both a voltage across the terminals of the piezoelectric actuator and an opening of the valve controlled by this actuator during the cycle.
  • the middle diagram shows pressure in an injector control chamber during the cycle.
  • the bottom diagram represents an opening of the needle during the cycle.
  • FIG. 7 represents an embodiment of a step for determining the static flow from a plurality of voltage values measured at the terminals of the piezoelectric actuator.
  • FIG. 2 presenting an embodiment of a combustion engine injection system 2, for example a motor vehicle engine.
  • This injection system 2 allows the implementation of a method for determining a static flow rate of a piezoelectric injector represented in [Fig. 3]
  • the injection system 2 comprises a fuel supply rail 4 connected to a fuel tank (not shown) via a supply line. Furthermore, the fuel tank is also connected to a plurality of piezoelectric injectors 5 by return lines.
  • the fuel present in the supply rail 4 is delivered by a high pressure pump 9 at a determined pressure to promote good combustion of the fuel during the various injection phases. Therefore, it follows a pressure setpoint determined by an engine computer (not shown) controlling the high pressure pump 9.
  • the engine computer can be for example a processor, a microprocessor or even a microcontroller. It may also have a memory comprising code instructions for controlling the implementation of the steps of the method for determining a static flow rate of a piezoelectric injector represented in [FIG. 3]
  • the injection system 2 also includes an electric generator 8.
  • a piezoelectric injector 5 of the injection system 2 is more precisely represented in FIGS. 4a and 4b. It comprises a high pressure fuel inlet 501, a low pressure fuel outlet 502 towards the return line of the injector 5 and therefore towards the tank, and a nose comprising a plurality of fuel injection ports 503 in a combustion chamber (not shown) of the engine.
  • the injector further comprises a needle 53 movable in a chamber of the nose of the injector 530 in fluid communication with the high pressure fuel inlet 501, the needle 53 being movable between a first position in which it closes the orifices injection 503 of fuel, and a second position in which it releases these orifices (position shown in Figures 4a and 4b), thus allowing the injection of fuel into the combustion chamber. Needle 53 is held in the closed position by a return spring 535.
  • Injector 5 further comprises a control chamber 54 (see FIG. 4b) arranged at the end of needle 53 opposite the nose of the injector.
  • the control chamber 54 is in fluid communication with the high pressure fuel inlet 501 via a restriction 540 and in fluid communication with the low pressure fuel outlet 502 to the tank via a second restriction 541 and a valve 52 disposed between the exit 502 and the second restriction 541 .
  • the injector further comprises a piezoelectric actuator 51 which, when it receives a first electric pulse from the electric generator 8 of the injection system 2, is charged and lengthened by the piezoelectric effect so as to press valve 52.
  • Pressing valve 52 with sufficient force makes it possible, as shown in FIGS. 4a and 4b, to authorize circulation of fluid from the high-pressure circuit of fuel from the injector to the low pressure outlet 502.
  • This causes a decrease in the pressure P cc in the control chamber 54 and therefore a displacement of the needle 53 upwards under the effect of the high pressure P a remaining in the nose chamber of the injector 530 so as to to open the injection ports 503.
  • the fuel can pass from the supply rail 4 to the combustion chamber via the injection ports 503 and thus trigger an injection into said combustion chamber. It is therefore a question of opening the needle 53 by charging the piezoelectric actuator 51 of the piezoelectric injector.
  • the electric generator 8 sends a second electric pulse to the piezoelectric actuator 51 of the injector 5 so as to discharge it.
  • the piezoelectric actuator 51 retracts and therefore no longer presses the valve 52 with sufficient force for it to remain open.
  • the valve 52 closes, the balance of the pressures P cc in the control chamber 54 and P a in the nose chamber of the injector 530 is reversed and the needle 53 closes.
  • the closure of the needle is not immediate and there is therefore a certain duration of inertia of the needle 53 between a time t2 of closure of the valve 52 and a time t3 of closure of the needle 53.
  • Is thus represented on the top diagram a voltage V across the terminals of the piezoelectric actuator 51 of the injector and an opening Ov of the valve 52 of the injector 5 as a function of time t.
  • the middle diagram also shows the pressure P cc in the control chamber 54 as a function of time t.
  • the opening O a of the needle 53 of the piezoelectric injector 5 is shown in the bottom diagram as a function of time.
  • the temporal reference frames are the same on the three diagrams.
  • valve 52 When the valve 52 opens at a time to, a drop in the pressure Pcc is observed in the control chamber 54 since the latter is put in fluid communication with the low pressure outlet 502 of the injector 5.
  • the method comprises a first step 110 of sending, by the electric generator 8, an electric current pulse to the piezoelectric actuator 51 so that the piezoelectric actuator 51 is positioned in contact with the valve 52 without causing it to open.
  • This step is performed when the needle 53 of the piezoelectric injector 5 closes during an injection phase. More precisely, the step is carried out at a time ti positioned in time between the time t2 of closure of the valve 52 and the time t3 of closure of the needle 53 during the injection phase. In this case, this step is performed when the needle 53 of the piezoelectric injector closes and it is therefore a question of positioning the piezoelectric actuator 51 in contact with the valve 52 without re-opening it. .
  • An opening of the valve 52 could lead to a rise of the needle 53 by a new inversion of the pressures P cc and P a in the chambers which would modify the operation of the injector.
  • the piezoelectric actuator 51 is used as a pressure variation sensor in the control chamber 54.
  • the method thus comprises a second step 120 of measurement, by the voltage sensor (not shown), of a plurality of voltage values of the piezoelectric actuator 51 .
  • the plurality of voltage values can be measured continuously throughout the injection phase of the piezoelectric injector 5 whose static flow rate is to be estimated.
  • the measurements of the voltage values of the plurality of voltage values can be carried out between the instant ti during which the electrical current pulse is sent by the generator 8 and a instant tends after the instant t3 of closing of the needle 53 far enough away to allow the establishment of a stabilized pressure P cc in the control chamber 54 of the injector 5.
  • the method then comprises a third step 130 of determining a static flow rate of the piezoelectric injector 5 from the plurality of voltage values of the piezoelectric actuator 51 measured.
  • the curves corresponding to a corroded injector are represented by the lines made up of dashes on each of the diagrams when the operation of the corroded injector deviates from the operation of the nominal injector.
  • the curves corresponding to a clogged injector they are represented by the dotted lines on each of the diagrams when the operation of the clogged injector deviates from the operation of the nominal injector.
  • the pressure difference (or head difference) between the pressure accumulating at the nose of the injector 5 and in particular at the orifices 503 of the injector 5 and the pressure of the fuel expelled into the combustion chamber through said orifices is low. This means that the fuel, before being expelled into the combustion chamber, does not accumulate significantly at the level of the orifices 503 but leaves the nose of the injector 5 with ease.
  • the fuel passage section of the orifices 503 is important so that the fuel does not accumulate at the level of said orifices without being able to be expelled.
  • this is the case of a corroded injector whose pass-through section at the level of its orifices 503 is greater than that of a nominal injector due to the corrosion. Therefore, as shown in [Fig. 6], when the needle 53 of the corroded injector opens at time ti, the pressure drop P cc in the control chamber 54 is greater than that of the nominal injector since it is correlated to the drop in pressure at the nose of the injector due to the fluid communication existing between the control chamber 54 and the nose of the injector.
  • the accumulation of fuel at the level of the nose of the corroded injector is less important than the accumulation of fuel at the level of the nose of the nominal injector since the passing section of the orifices of the corroded injector is greater than the cross section of the orifices of a nominal injector.
  • the pressure at the nose of the corroded injector is less important than the pressure at the nose of the nominal injector after opening the needle since the fuel passes more easily from the nose to the combustion chamber .
  • the pressure drop generated by the opening of the needle is therefore greater in the nose of the corroded injector than in the nose of the nominal injector.
  • the reasoning applies in reverse.
  • the through section of the orifices 503 of the clogged injector is less than that of a nominal injector due to the clogging.
  • the pressure at the tip of the dirty injector is greater than the pressure at the tip of the nominal injector.
  • the drop in pressure generated by the opening of the needle is therefore less significant in the nose of the dirty injector than in the nose of the nominal injector. It is thus understood that when the needle 53 closes at time t3, the pressure variation dPcc in the control chamber 54 when the latter returns to the level of the fuel pressure of the supply rail 4 is less important for the dirty injector only for the nominal injector.
  • the voltage variation dV being representative of the pressure variation dPcc of the control chamber 54, it is possible to find the static flow rate of the piezoelectric injector 5.
  • the determination step 130 can thus comprise a first sub-step 131 of calculating a voltage variation dV between a time t c when the piezoelectric actuator 51 is in contact with the valve 52 following the sending 110 of the electrical current pulse and the instant tends after the instant t3 of closing the needle 53.
  • This step is implemented from the plurality of voltage values measured at the terminals of the piezoelectric actuator. 51 of the piezoelectric injector 5.
  • this voltage variation dV is representative of the pressure variation dPcc in the control chamber 54 with which it is possible to determine the static flow rate of the piezoelectric injector. electrical 5.
  • a second sub-step 132 of calculating a pressure variation dPcc in the control chamber 54 of the injector 5 can be implemented.
  • the calculation is performed from the voltage variation dV determined at the end of the first sub-step 131.
  • the voltage variation dV of the piezoelectric actuator 51 corresponds to a force applied to said actuator of the made of the piezoelectric effect. Therefore, knowing the surface of the piezoelectric actuator 51 and the force exerted on it by the pressure of the valve 52 due to the pressure in the control chamber 54, we are able to calculate the pressure variation dPcc in the control chamber 54 of the piezoelectric injector 5. We therefore find here the pressure variation dPcc in the control chamber 54 following the closure of the needle 53.
  • a third sub-step 133 of determining the static flow rate of the injector 5 is implemented from the voltage variation dV and a table of reference values for the static flow rate of an injector.
  • the reference table directly matches the voltage variation dV to a static flow rate of a piezoelectric injector.
  • the reference table matches the pressure variation dPcc in the control chamber 54 of the piezoelectric injector 5 to a static flow rate of an injector piezoelectric.
  • the method can comprise an additional step 140 of generating an alert when an absolute value of a difference between the static flow of the determined injector 5 and a nominal static flow rate of an injector is greater than a predetermined threshold.
  • the method may also comprise controlling the fuel pressure in the fuel supply rail 4 as a function of the static start determined at the end of the determination step 130 in order to regulate the quantity of fuel injected into the combustion chamber.
  • the method is only implemented when the following three conditions are met:
  • the method presented above therefore makes it possible to estimate a static flow rate of a piezoelectric injector in a combustion engine. This estimate is based on voltage values at the terminals of the piezoelectric actuator of the injector positioned in contact with the valve. It can therefore be implemented without modifying the existing injection system and in particular without making it more complex. Since the method is not based on the determination of a predetermined needle closing instant, it is freed from the effects modifying the needle closing time which are not due to the static flow and in particular the effects related to the multi-injection or to the control of the opening of the valve of the piezoelectric injector. Finally, when the static flow rate of the piezoelectric injector is determined, it is possible to trigger an alert or even to control the quantity of fuel injected into the combustion chamber of the engine by controlling the pressure of said fuel in the fuel rail. food.

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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.

Description

PROCEDE, PRODUIT PROGRAMME ET CALCULATEUR POUR ESTIMER LE DEBIT STATIQUE D'UN INJECTEUR PIEZO ELECTRIQUE
Description
Domaine technique 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.
Technique antérieure
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 [Fig. 1] 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 Pi est représentée sur la [Fig. 1] et correspond à la réponse d’un injecteur corrodé durant le cycle d’ouverture et de fermeture de son aiguille. On peut observer que 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, entraîne une augmentation du débit statique dudit l’injecteur. En l’occurrence, une corrosion entraîne 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 Po sur la [Fig. 1]) 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 entraîne 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 P2 sur la [Fig. 1], dont les orifices sont en partie bouchés par de la matière, entraîne une diminution du débit statique de l’injecteur. En l’occurrence, un encrassement entraînant une augmentation de la perte de charge associée au nez de l’injecteur, l’ouverture de l’aiguille de l’injecteur encrassé 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 entraîne 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 chaîne 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 oeuvre 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 oeuvre 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. 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 tc où l’actuateur piézo-électrique est au contact de la valve suite à l’envoi de l’impulsion de courant électrique et un instant tend postérieur à un instant t3 de 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 dPcc dans 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 oeuvre que :
- lorsqu’une durée déterminée entre un instant t2 de fermeture de la valve 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.
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 oeuvre 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 oeuvre 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 oeuvre 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.
Brève description des dessins
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. 1] représente trois courbes de débit instantané d’injecteurs durant un cycle d’ouverture et de fermeture de leur aiguille respective.
Fig. 2
[Fig. 2] représente un mode de réalisation d’un système d’injection pour la mise en oeuvre d’un procédé de détermination d’un débit statique d’un injecteur piézo-électrique.
Fig. 3
[Fig. 3] représente un mode de réalisation d’un procédé de détermination du débit statique d’un injecteur piézo-électrique.
Fig. 4a
[Fig. 4a] représente un injecteur piézo-électrique lors d’une phase d’injection.
Fig. 4b
[Fig. 4b] représente une vue agrandie d’une valve, d’un actuateur piézo-électrique et d’une chambre de contrôle de l’injecteur piézo-électrique de la figure 4a.
Fig. 5
[Fig. 5] représente trois schémas relatifs à des éléments de l’injecteur piézo-électrique durant un cycle d’ouverture et de fermeture de son aiguille.
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
[Fig. 6] représente également trois schémas relatifs à des éléments de l’injecteur piézo-électrique durant un cycle d’ouverture et de fermeture de son aiguille et incorporant le procédé présenté en [Fig. 3] 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
[Fig. 7] représente un mode de réalisation d’une étape de détermination du débit statique à partir d’une pluralité de valeurs de tension mesurées aux bornes de l’actuateur piézo-électrique.
Description des modes de réalisation
Il est maintenant fait référence à la [Fig. 2] 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 [Fig. 3] Le système d’injection 2 comprend également un générateur électrique 8. Un injecteur piézoélectrique 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 figure 4b) 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 Pcc dans la chambre de contrôle 54 et une pression Pa dans 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 Pcc dans 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 Pcc et Pa est nulle et c’est donc l’addition de la force résultant de la différence de section sur laquelle s’exerce les pressions Pcc et 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 entraîne une diminution de la pression Pcc dans la chambre de contrôle 54 et donc un déplacement de l’aiguille 53 vers le haut sous l’effet de la haute pression Pa restant 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 Pcc dans 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 t2 de 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 [Fig. 5]
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 Ov de la valve 52 de l’injecteur 5 en fonction du temps t. Il est également représenté sur le schéma du milieu la pression Pcc dans la chambre de contrôle 54 en fonction du temps t. Il est enfin représenté sur le schéma du bas l’ouverture Oa de 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 to, on observe une baisse de la pression Pcc dans 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 ti lorsque la force résultant de la pression Pa sur 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 Pcc s’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 Pcc dans 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 Pcc s’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 Pa sur 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 [Fig. 3] 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 [Fig. 6] 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 ti positionné dans le temps entre l’instant t2 de fermeture de la valve 52 et l’instant t3 de 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 Pcc et Pa dans 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 ti durant lequel l’impulsion de courant électrique est envoyée par le générateur 8 et un instant tend postérieur à l’instant t3 de fermeture de l’aiguille 53 suffisamment éloigné pour permettre l’établissement d’une pression Pcc stabilisée 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 [Fig. 6], lorsque l’aiguille 53 de l’injecteur 5 se referme à l’instant t3, la pression Pcc dans 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 Pcc dans la chambre de contrôle 54. Ces phénomènes sont identifiés par des cercles sur la [Fig. 6] Par ailleurs, sur la figure 6, 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 [Fig.6] 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 dPcc de la pression Pcc dans 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 t2 et 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 dPcc dans 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 ti, la baisse de pression Pcc dans 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 dPcc dans 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 ti , la baisse de pression Pcc dans 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 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 dPcc dans 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 dPcc de 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 [Fig. 7] 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 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 l’instant tend postérieur à l’instant t3 de 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 dPcc dans 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 dPcc dans 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 dPcc dans la chambre de contrôle 54 de l’injecteur piézo électrique 5. On retrouve donc ici la variation de pression dPcc dans 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 oeuvre 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 oeuvre, 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 oeuvre, la table de référence fait correspondre la variation de pression dPcc dans 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 dPcc dans 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 [Fig. 3], 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 oeuvre que lorsque les trois conditions suivantes sont réunies :
- lorsqu’une durée déterminée entre l’instant t2 de fermeture de la valve 52 et l’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. Les deux dernières conditions permettent de s’assurer que le système d’injection 2 fonctionne de manière suffisamment stable pour pouvoir mettre en oeuvre 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 oeuvre 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

Revendications
[Revendication 1] 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.
[Revendication 2] 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.
[Revendication 3] 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 ). [Revendication 4] 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.
[Revendication 5] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le procédé n’est mis en oeuvre 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.
[Revendication 6] 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.
[Revendication 7] 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).
[Revendication 8] Produit programme d’ordinateur, comprenant des instructions de code pour la mise en oeuvre des étapes selon l’une quelconque des revendications précédentes.
[Revendication 9] 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.
[Revendication 10] 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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