FR3072424A1 - Procede de compensation de combustion degradee due a un ecart de pression de carburant reelle - Google Patents

Procede de compensation de combustion degradee due a un ecart de pression de carburant reelle Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de décharge d'une pression de carburant dans une rampe commune d'injection de carburant d'un moteur thermique alimentée en carburant et étant étanche par rapport à un retour du carburant de la rampe vers le réservoir. Quand la pression de carburant réelle dans la rampe commune est supérieure d'un seuil de pression calibrable prédéterminé à la pression de consigne et qu'une demande d'au moins une injection principale théorique d'une quantité théorique prédéterminée de carburant est émise, l'injection principale théorique est divisée en au moins deux injections principales fractionnées (INJ1, INJ2) avec des quantités fractionnées de carburant respectives dont la somme est fonction de la quantité théorique de carburant afin d'étaler dans le temps l'injection principale ainsi divisée pour correspondre sensiblement au temps d'injection principale théorique.

Description

La présente invention concerne un procédé de compensation de combustion dégradée due à un écart de pression de carburant réelle par rapport à la consigne dans une rampe commune d'injection de carburant d'un moteur thermique alimentée en carburant à partir d’un réservoir, la rampe commune étant équipée d’au moins un injecteur de carburant dans au moins un cylindre du moteur thermique et étant étanche par rapport à un retour du carburant de la rampe vers le réservoir.
Dans un tel système d’injection, au moins une injection principale de carburant, une pression de consigne du carburant dans la rampe et une quantité de carburant à injecter par au moins une injection principale sont pilotées par une unité de contrôle commande du moteur thermique. De plus, une pression de carburant réelle à un instant donné dans la rampe commune est mesurée ou estimée.
Le moteur thermique est de préférence un moteur Diesel mais peut être aussi un moteur à injection directe et à allumage commandé à carburant essence ou à base d’un mélange d’essence avec de l’éthanol ou du GPL par exemple.
Un système d’injection de carburant comprend un réservoir de carburant alimentant une rampe commune d'injection de carburant dans le ou les cylindres d'un moteur thermique et qui est équipée d’injecteurs, le carburant étant acheminé du réservoir vers la rampe commune par une pompe.
Un tel système d’injection peut être un système étanche en carburant lorsque non commandé et sans fuite de carburant de retour au réservoir. Ceci est réalisé pour des raisons de gain en CO2, la pressurisation du carburant coûtant en énergie donc en couple pour sa production. Ceci est particulièrement pertinent pour un véhicule automobile équipé d’un système d’arrêt et de redémarrage automatiques, la pression de carburant lors de l’arrêt du moteur dans la rampe commune étant maintenue avec un tel système d’injection, ce qui permet d’atteindre plus vite la pression de carburant minimale d’injection lors d’un redémarrage en requérant moins de couple nécessaire pour la montée en pression.
Il est connu qu’un tel système d’injection inclut une électrovanne de décharge de la rampe commune, dans le but de décharger la pression de carburant dans la rampe commune pour suivre la consigne en pression de carburant dans cette rampe émise par l’unité de contrôle commande du moteur dans le cas où la consigne diminue. Ainsi, lors d'un besoin de chute de la pression de carburant dans la rampe commune qui sert de réservoir sous pression, il suffit d'ouvrir l’électrovanne de décharge pour permettre un retour piloté d'une partie du carburant vers le réservoir et une baisse de pression de carburant réelle dans la rampe commune.
L’ajout d’une électrovanne de décharge de la rampe commune, bien que très efficace, implique un coût supplémentaire au système d’injection ainsi qu’une plus grande complexité de montage sur la rampe commune du fait de son encombrement, l’électrovanne de décharge devant être parfaitement étanche une fois fermée. De plus, il est nécessaire de prévoir des câbles de commande de l’électrovanne la reliant à l’unité de contrôle commande ainsi qu’un logiciel de commande intégré dans l’unité de contrôle commande.
Une suppression de l’électrovanne de décharge d’une rampe commune implique cependant de ne plus avoir de moyen de décharger la pression de carburant réelle dans la rampe commune lorsque la consigne de pression de carburant diminue car le système d’injection est un système sans fuite.
En prenant comme exemple non limitatif un ré-attelage avec retour d’une demande d’injection de carburant suivant une phase de lâcher de pied du conducteur sur la pédale d’accélérateur, la pression de carburant dans la rampe commune qui est alors très supérieure à la consigne de pression de carburant délivrée par l’unité de contrôle commande génère un bruit de claquement caractéristique dans la mesure où ces points de fonctionnement se retrouvent hors des zones de réglage de combustion définies à partir de la consigne de pression de carburant. Cette injection à pression de carburant différente implique donc une dégradation de la combustion qui se traduit par la génération de bruit et une dégradation de l’agrément ainsi que des émissions polluantes.
Ceci est montré à la figure 1. Cette figure montre quatre zones de fonctionnement du moteur thermique référencées A à D et illustre une courbe de pression de carburant réelle Préelle et une courbe de pression de carburant de consigne Pcons de carburant dans une rampe commune en fonction du temps avec en ordonnée la pression de carburant dans la rampe commune Pcarb et en abscisse le temps t. La rampe commune n’est pas associée à une électrovanne de décharge et est étanche. Cette rampe commune n’est pas équipée de moyen pour diminuer rapidement la pression de carburant réelle Préelle dans la rampe commune en cas de diminution de la pression de carburant de consigne Pcons.
Dans la zone A, la courbe de pression de carburant réelle Préelle suit de près la courbe de pression de carburant de consigne Pcons : le fonctionnement de la combustion du moteur thermique est optimal. Dans la zone B, la courbe de pression de carburant de consigne Pcons décroît rapidement tandis que la courbe de pression de carburant réelle Préelle ne décroît que faiblement du fait de l’étanchéité de la rampe commune. Ceci est généralement le cas dans les phases de non-injection, c’est-à-dire de levée de pied.
A la fin de cette zone B, un écart important de pression de carburant DP est présent entre la pression de carburant réelle Préelle et la pression de carburant de consigne Pcons, sans conséquence sur la combustion car sans injection commandée. Dans la zone C, une reprise de consigne d’injection est commandée, la pression de carburant réelle Préelle décroît tandis que la pression de carburant de consigne Pcons reste constante : la surpression par rapport à la consigne chute grâce à la reprise de l’injection. Dans la zone C, la combustion s’effectue avec un écart de la pression de carburant réelle Préelle de plus en plus faible à la pression de carburant de consigne Pcons, ce qui correspond à une combustion dégradée. La pression de carburant réelle Préelle commence à baisser et rejoint la pression de carburant de consigne Pcons dans la zone D : le fonctionnement de la combustion du moteur thermique est optimal.
La figure 2 montre deux courbes de taux d’introduction instantané du carburant de l’injection TINJ en fonction du temps t et deux courbes de pression dans le cylindre PCyl en fonction du temps t, d’une part, pour une pression de carburant réelle dans la rampe commune égale à la pression de carburant de consigne, ces deux courbes étant en pointillés simples et, d’autre part, une pression de carburant réelle dans la rampe commune supérieure à la pression de carburant de consigne, ces deux courbes étant en pointillés alternés.
Aux deux courbes du haut relatives au taux d’introduction instantané du carburant de l’injection TINJ, il est référencé un début d’injection Deb. C’est la même quantité de carburant qui est injectée dans les deux cas, mais avec un taux d’introduction instantané du carburant de l’injection INJP plus élevée et une durée moindre pour une rampe commune à une pression de carburant réelle supérieure à la pression de carburant de consigne.
L’injection sous une pression de carburant réelle plus élevée que la pression de carburant de consigne, cette injection étant symbolisée par la courbe en pointillés alternés, se fait plus rapidement avec un plus grand taux d’introduction instantané du carburant de l’injection TINJ qu’une injection à la pression de carburant de consigne en traits pointillés simples. Aux deux courbes du bas, la pression dans le cylindre PCyl symbolisée par la courbe en pointillés alternés est plus élevée pour une pression de carburant dans la rampe plus haute que la pression de carburant de consigne avec une différence de pression cylindre de DPCyl obtenue pour une pression de carburant équivalente à la pression de carburant de consigne illustrée en pointillés simples, ce qui se traduit par une combustion dégradée dans le cylindre et crée des bruits pendant la combustion. Cette différence de taux d’introduction instantané du carburant de l’injection qui conduit à la différence de pression cylindre mis en évidence par la figure 2 correspond à la zone C de la figure 1.
Le problème à la base de la présente invention est de compenser l’effet de la dégradation de la combustion tout en subissant un écart à la consigne de la pression de carburant à l’intérieur d’une rampe commune étanche dans un système d’injection de carburant à un moteur thermique de véhicule automobile dans des conditions de fonctionnement du moteur thermique pour lesquelles la pression de carburant réelle diverge notoirement de la pression de carburant de consigne.
A cet effet, la présente invention concerne un procédé de compensation de la dégradation de la combustion tout en subissant l’écart à la consigne de la pression de carburant dans une rampe commune d'injection de carburant d'un moteur thermique alimentée en carburant à partir d’un réservoir, la rampe commune étant équipée d’au moins un injecteur de carburant dans au moins un cylindre du moteur thermique et étant étanche par rapport à un retour du carburant de la rampe vers le réservoir, au moins une injection principale de carburant, une pression de carburant de consigne du carburant dans la rampe et une quantité de carburant à injecter lors d’au moins une injection principale par un système d’injection étant pilotées, une pression de carburant réelle à un instant donné dans la rampe commune étant mesurée ou estimée, remarquable en ce que, quand la pression de carburant réelle dans la rampe commune est supérieure d’un seuil de pression de carburant calibrable prédéterminé à la pression de carburant de consigne et qu’une demande d’au moins une injection principale théorique d’une quantité théorique prédéterminée de carburant est émise, l’injection principale théorique est divisée en au moins deux injections principales fractionnées avec des quantités fractionnées de carburant respectives dont la somme est fonction de la quantité théorique de carburant.
Fonction de la quantité théorique de carburant signifie que la somme des quantités fractionnées injectées varie selon la valeur effective de la quantité théorique de carburant. Pour une quantité théorique de carburant relativement faible, par exemple inférieure à 3mg, la somme des quantités fractionnées peut varier notoirement autour de cette quantité en pouvant lui être par exemple supérieure ou inférieure de 40% et pour une quantité théorique de carburant relativement forte, par exemple supérieure à 100 mg, la somme des quantités fractionnées peut être sensiblement égale à la quantité théorique de carburant moyennant une erreur d’au plus 5%. L’homme du métier possède les compétences suffisantes pour calculer les quantités fractionnées à partir de la quantité théorique de carburant selon les circonstances et selon la valeur de la quantité théorique de carburant.
La variation d’erreur permet de s’adapter à des cas spécifiques, par exemple mais non limitativement une somme des injections fractionnées supérieure à la quantité théorique de carburant peut être nécessaire pour atteindre une valeur minimale pour une injection fractionnée et une somme des injections fractionnées inférieures à la quantité théorique de carburant peut représenter une économie de carburant.
Pour compenser la dégradation de la combustion, la présente invention consiste à obtenir un profil de taux d’injection de carburant le plus proche possible du profil de taux d’injection à la pression de carburant de consigne du carburant sur l’injection produisant le couple qui est l’injection principale. La somme peut être sensiblement égale à la quantité théorique de carburant afin d’étaler dans la durée l’injection principale ainsi fractionnée pour correspondre au temps d’injection principale théorique.
Il est supposé que la mise au point pilotée du phasage et de la quantité de l’injection principale sur chaque point de fonctionnement est optimale en termes de rendement de combustion, du couple produit et de contrôle des émissions.
Le but recherché est donc de répartir la quantité injectée de carburant demandée avec la pression de carburant réelle sur la durée d’injection à la pression de carburant de consigne pour arriver à réduire l’impact sur la combustion. Ceci a conduit à étaler l’injection principale en utilisant deux ou plusieurs injections principales fractionnées pour limiter le fort gradient de pression de cylindre générée par une seule injection à la pression de carburant réelle, alors éloignée de la pression de carburant de consigne tout en produisant le couple demandé et en minimisant l’impact sur les émissions.
Ceci a donc nécessité une mise au point particulière de la quantité de carburant injectée et du phasage de chacune des injections principales fractionnées ainsi commandées pour pallier au problème de combustion suite à une pression de carburant importante dans la zone de production de couple et éloignée de la pression de carburant de consigne. Le gradient de pression cylindre précédemment généré par une injection principale qui conduisait aux bruits et aux émissions est ainsi réduit.
Le fractionnement d’injection permet pour une quantité de carburant injectée sensiblement équivalente, mais pour des pressions de carburant plus élevées, d’étaler l’injection sur une durée d’injection sensiblement équivalente à celle pour laquelle a été faite la mise au point.
Ceci permet d’avoir une combustion très proche de la combustion mise au point à la pression de carburant de consigne. Il suffit donc de mettre au point la combustion pour un système dont la pression de carburant suit parfaitement la consigne et d’ajouter un algorithme permettant de garantir la même combustion dans les cas d’un écart de pression de carburant à la pression de consigne. Cette mesure est purement logicielle et facile de mise en oeuvre en ne nécessitant aucun ajout ou transformation de matériel.
Avantageusement, un début d’injection de la première desdites au moins deux injections principales fractionnées s’effectue sans décalage dans le temps par rapport à un début d’injection prédéterminé pour l’injection principale théorique. Il s’ensuit que la première injection principale fractionnée débute préférentiellement comme le ferait une injection principale théorique si le procédé n’était pas mis en oeuvre.
Avantageusement, la quantité fractionnée minimale entre les quantités fractionnées desdites au moins deux injections principales fractionnées est au moins supérieure à un seuil calibrable minimal de quantité injectée, ce seuil calibrable minimal de quantité dépendant du système d’injection et d’une quantité de carburant reproductible la plus basse possible afin de maîtriser la quantité injectée. Il est défini une quantité minimale de carburant pour une injection et cette quantité minimale vaut pour une injection principale fractionnée.
Si cette quantité la plus basse possible pour une injection fractionnée n’est pas atteinte, le nombre d’injections principales fractionnées est réduit quand supérieur à 2 en répartissant la quantité sur les injections principales fractionnées restantes et, si pour deux injections principales fractionnées ce nombre n’est pas atteint pour une des deux injections principales fractionnées et qu’il n’est pas possible d’augmenter cette quantité en répartissant différemment la quantité totale prévue pour les deux injections principales fractionnées, par exemple en augmentant cette quantité totale ou en prélevant du carburant sur la quantité calculée pour l’autre injection principale fractionnée, le procédé de compensation de qualité de la combustion est suspendu.
Si la quantité la plus basse possible n’est pas atteinte pour une première injection séparée, la quantité de la première injection ne sera pas maîtrisée. Dans ce cas, la quantité est augmentée afin d’atteindre la quantité minimale et cette augmentation de la quantité de la première injection est retranchée de la quantité des autres injections suivantes séparées, chacune de ces autres injections fractionnées devant également satisfaire au critère minimal de quantité injectable par le système.
Avantageusement, la quantité fractionnée minimale entre les quantités fractionnées desdites au moins deux injections principales fractionnées est au moins supérieure à un seuil calibrable minimal de quantité injectée, ce seuil calibrable minimal de quantité dépendant du système d’injection et d’une quantité de carburant reproductible la plus basse possible afin de maîtriser la quantité injectée.
Avantageusement, une détermination de possibilité d’activation de la division en au moins deux injections principales fractionnées en fonction de la quantité fractionnée minimale se fait en amont des injections en comparant une quantité totale de l’injection principale théorique avant fractionnement à la quantité injectable par le système multipliée par le nombre d’injections principales fractionnées. Ceci permet d’assurer le respect de ce critère de quantité minimale possible à injecter par injection.
Avantageusement, lesdites au moins deux injections principales fractionnées sont séparées par une durée intermédiaire supérieure à une limite de durée correspondante à ce que le système d’injection est capable de faire de façon répétitive tout en évitant la fusion desdites au moins deux injections fractionnées.
Deux injections principales fractionnées trop rapprochées conduiraient à des désavantages similaires à une injection principale unique, ou pire à un sur-débit si fusion desdites au moins deux injections fractionnées.
Avantageusement, la somme des quantités fractionnées desdites au moins deux injections principales fractionnées est supérieure ou inférieure d’au plus 40% à la quantité théorique de l’injection principale théorique pour une quantité théorique de moins de 3 milligrammes et d’au plus 5% pour une quantité théorique de plus de 100 milligrammes. Il est autorisé un fort pourcentage d’au plus 40% sur les très faibles quantités théoriques de carburant, c’est-à-dire inférieures à 3 milligrammes, car cela représente un décalage relativement faible en termes de quantité absolue jouant sur la combustion. A l'opposé, sur les fortes quantités de carburant, c’est-à-dire des quantités supérieures à 100 milligrammes, il est possible de ne s'autoriser qu'un faible pourcentage de variation autour de la quantité théorique de carburant. Cela pourra représenter néanmoins un décalage conséquent en termes de quantité absolue jouant sur la combustion.
Ceci permet de limiter une éventuelle surconsommation de carburant due à la mise en oeuvre du procédé et de limiter l’augmentation du gradient de pression dans le cylindre, limitation qui est un des principaux buts de la mise en oeuvre de la présente invention.
Avantageusement, une répartition des quantités fractionnées se fait entre lesdites au moins deux injections principales fractionnées selon un facteur de répartition. De multiples combinaisons sont possibles avec des quantités équivalentes sur chaque injection, ou une première quantité fractionnée plus importante ou moins importante que la deuxième ou les autres quantités fractionnées ou l’inverse. Ceci permet une grande adaptation du procédé de décharge aux conditions de fonctionnement du moteur.
Avantageusement, une durée totale desdites au moins deux injections principales fractionnées est supérieure à la durée de l’injection principale théorique d’une valeur de dépassement, cette valeur de dépassement étant inférieure à un seuil de durée calibrable variable de 10 microsecondes à 2.000 microsecondes selon des régimes moteur décroissants. Il se peut que la durée des deux injections principales fractionnées ou plus soit plus grande que la durée théorique d’une unique injection principale, ceci essentiellement pour limiter les augmentations du gradient de pression dans le cylindre.
Cependant un seuil de durée calibrable variable servant de « garde-fou » limite l’augmentation de la durée totale d’injection des injections principales fractionnées pour ne pas perturber les cycles d’injection.
Ces caractéristiques ont pour but de perturber le moins possible les cycles d’injection qui vont reprendre leur cours normal dès que le procédé de décharge selon l’invention sera suspendu quand la pression de carburant réelle sera voisine de la pression de consigne dans la rampe commune.
L’invention concerne aussi un groupe motopropulseur comportant un moteur thermique, une unité de contrôle commande pilotant une combustion dans le moteur thermique et un système d’injection comprenant une rampe commune communiquant avec au moins un injecteur injectant une quantité de carburant prédéterminée par l’unité de contrôle commande dans au moins un cylindre du moteur thermique, la rampe commune intégrant un capteur de pression de carburant en son intérieur transmettant les mesures de pression à l’unité de contrôle commande ou l’unité de contrôle commande présentant des moyens d’estimation de la pression de carburant réelle dans la rampe commune, l’unité de contrôle commande présentant des moyens de détermination d’une pression de carburant de consigne dans la rampe commune, remarquable en ce qu’il met en oeuvre un tel procédé de compensation de la qualité de la combustion sur écart de la pression de carburant à la pression de consigne, l’unité de contrôle commande présentant des moyens de comparaison de la pression mesurée ou estimée avec la pression de consigne dans la rampe commune et des moyens de calcul de quantités de carburant respectives pour au moins deux injections principales fractionnées remplaçant une injection principale théorique.
La présente invention permet de remplacer une électrovanne de décharge de la rampe commune par une solution purement logicielle intégrée dans une unité de contrôle commande déjà présente dans le groupe motopropulseur. L’ajout d’une telle électrovanne de décharge entraînait des coûts supplémentaires au système d’injection ainsi qu’une plus grande complexité de montage sur rampe commune. La solution logicielle mise en oeuvre par la présente invention traite le problème par des injections principales fractionnées et tous les moyens pour sa mise en oeuvre étaient déjà présents dans un système d’injection de carburant avec rampe commune.
D’autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs et sur lesquels :
- la figure 1 montre des courbes de pression de carburant réelle et de pression de carburant de consigne dans une rampe commune d’injection étanche, ceci dans différentes configurations, le procédé de compensation de la qualité de la combustion sur écart de la pression de carburant à la pression de consigne selon la présente invention pouvant être mis en œuvre dans la configuration C,
- les figures 2 et 3 montrent une série de courbes de taux d’injection et de pression dans un cylindre pour une rampe commune étanche d’un système d’injection respectivement sans et avec la mise en œuvre du procédé selon la présente invention,
- les figures 4 à 7 montrent des taux d’injection dans diverses configurations de mise en œuvre du procédé selon l’invention avec deux injections principales fractionnées,
- les figures 8 à 14 montrent différents cycles d’injection, avec pour chaque figure, respectivement sans et avec mise en œuvre du procédé selon la présente invention, les injections principales fractionnées dans le cadre de la présente invention remplaçant l’injection principale théorique et une pré-injection ou une post-injection avec ou sans décalage des injections.
Dans ce qui suit, il va être fait référence à toutes les figures prises en combinaison et tout d’abord notamment aux figures 1 et 3. La figure 3 illustre des courbes de taux d’injection TINJ et de pression dans un cylindre PCyl obtenues pour une rampe commune pour laquelle le procédé de compensation de combustion dégradée due à un écart de pression de carburant réelle par rapport à la consigne selon l’invention est appliqué et est à comparer à la figure 2 montrant une rampe commune pour laquelle le procédé de compensation de combustion dégradée selon l’invention n’est pas appliqué.
Le procédé de compensation de combustion dégradée selon la présente invention s’applique dans une rampe commune d'injection de carburant d'un moteur thermique alimentée en carburant à partir d’un réservoir. La rampe commune est équipée d’au moins un injecteur de carburant dans au moins un cylindre du moteur thermique et est étanche par rapport à un retour du carburant de la rampe vers le réservoir.
En se référant aux figures 1 à 3, une unité électronique de contrôle commande en charge du bon fonctionnement du moteur thermique pilote au moins une injection principale INJP de carburant, une pression de carburant de consigne Pcons du carburant dans la rampe et une quantité de carburant à injecter par au moins l’injection principale. De plus, cette unité de contrôle commande reçoit les valeurs de pressions carburant réelles Préelle à des instants donnés dans la rampe commune, ces pressions carburant réelles Préelle étant mesurées ou estimées.
Selon l’invention, quand la pression de carburant réelle Préelle dans la rampe commune est supérieure d’un seuil de pression de carburant calibrable prédéterminé à la pression de carburant de consigne Pcons, ce qui correspond aux zones B et C de la figure 1, la zone B étant sans demande de couple donc d’injection et la zone C avec demande de couple donc d’injection, et qu’une demande d’au moins une injection principale théorique INJP d’une quantité théorique prédéterminée de carburant est émise, ce qui est le cas de la zone C, l’injection principale théorique INJP est divisée en au moins deux injections principales fractionnées INJ1, INJ2 avec des quantités fractionnées de carburant respectives dont la somme est fonction de la quantité théorique de carburant pour l’injection principale INJP remplacée par les deux injections principales fractionnées INJ1, INJ2.
Le procédé selon l’invention est donc mis en oeuvre lors d’une détection d’un écart de pression de carburant au-dessus d’un seuil calibrable de pression entre pression réelle Préelle dans la rampe commune et pression de consigne Pcons, cet écart de pression de carburant se traduisant par une combustion dégradée.
Le seuil d’écart à la consigne de pression de carburant calibrable prédéterminé est choisi selon la motorisation du véhicule automobile, par exemple Diesel ou essence et selon la pression de carburant réelle Préelle en vigueur. En effet, si la présente invention est particulièrement bien adaptée à une motorisation Diesel, le procédé de décharge peut être mis en oeuvre pour un moteur à carburant à essence ou un mélange à base d’essence, tout en adaptant les divers paramètres de mise en oeuvre du procédé, comme par exemple le seuil calibrable prédéterminé à ce type de motorisation nécessitant des pressions de carburant dans la rampe commune différentes de celles d’un moteur Diesel et avec des régimes moteur différents. Sans que cela soit limitatif et pour ordre d’idée, il peut être défini un seuil de 20 mégaPascals pour un système ayant une pression réelle pouvant varier entre 20 et 200 mégaPascals.
Le résultat de la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention est visible à la figure 3 qui reprend les courbes montrées à la figure 2 dans le cas de la mise en oeuvre du procédé de compensation de combustion dégradée due à un écart de pression de carburant réelle par rapport à la consigne selon la présente invention. A la figure 3, trois courbes sont présentes pour respectivement le taux d’injection TINJ en fonction du temps t et la pression dans le cylindre PCyl en fonction du temps t.
A la figure 3 en se référant aussi à la figure 1 zone C, les courbes en trait plein sont relatives à l’invention, les courbes en pointillés simples sont relatives à une pression de carburant réelle Préelle dans la rampe commune voisine de la pression de carburant de consigne Pcons et les courbes en pointillés alternés sont relatives à une pression de carburant réelle Préelle au-dessus de la pression de carburant de consigne Pcons d’un seuil de pression calibrable. Les courbes à pointillés simples de la figure 3 reprennent les courbes à pointillés simples de la figure 2 de même que les courbes à pointillés alternés de la figure 3 reprennent les courbes à pointillés alternés de la figure 2 à titre de comparaison.
Aux courbes du haut, donnant le taux d’injection TINJ en fonction du temps t, il est visible en trait plein deux injections principales fractionnées INJ1, INJ2. Il peut y avoir plus de deux injections principales fractionnées INJ1, INJ2 dans le cadre de la présente invention. Le but de ces deux injections principales fractionnées INJ1, INJ2 est de faire décroître le gradient de pression dans le cylindre DPCyl dec, ce qui est effectivement visible à la figure 3 quand le gradient de pression dans le cylindre DPCyl dec montré à la figure 3 est comparé à la pression dans le cylindre DPCyl montrée à la figure 2.
En se référant plus particulièrement aux figures 3 à 7, un début d’injection Deb de la première INJ1 desdites au moins deux injections principales fractionnées INJ1, INJ2 peut s’effectuer sans décalage dans le temps par rapport à un début d’injection prédéterminé pour l’injection principale théorique en pointillés simples. La fin d’injection Fin de la deuxième INJ2 ou de la dernière injection principale fractionnée, dans le cas de plus de deux injections principales fractionnées INJ1, INJ2, peut se produire au même instant que la fin d’injection prédéterminée pour l’injection principale théorique mais peut aussi se produire après, tout en étant limitée par un seuil de protection Sdep, visible à la figure 7.
La quantité fractionnée minimale entre les quantités fractionnées desdites au moins deux injections principales fractionnées INJ1, INJ2 peut être au moins supérieure à un seuil calibrable minimal de quantité injectée, ce seuil calibrable minimal de quantité étant fonction de la pression de carburant réelle Préelle dans la rampe commune. Ce seuil calibrable minimal peut correspondre au seuil calibrable minimal en vigueur pour toutes les injections, une injection n’étant pas jugée satisfaisante quand sa quantité est en dessous de ce seuil calibrable minimal. Le seuil calibrable minimal de quantité peut dépendre du système d’injection et d’une quantité de carburant reproductible la plus basse possible afin de maîtriser la quantité injectée.
Une détermination de possibilité d’activation de la division en au moins deux injections principales fractionnées en fonction de la quantité fractionnée minimale peut se faire en amont des injections en comparant une quantité totale de l’injection principale théorique avant séparation à la quantité injectable par le système multiplié par le nombre d’injections principales fractionnées.
Dans ce qui va suivre, les divers paramètres indiqués valent principalement pour une motorisation Diesel mais l’homme du métier possède les compétences pour déterminer les paramètres équivalents relatifs à une motorisation à essence.
Le seuil calibrable minimal de quantité dépend du système d’injection utilisé, c’est-à-dire de la spécification du système, afin de respecter des critères de maîtrise de la quantité injectée qui généralement peut augmenter avec une augmentation de pression de carburant réelle Préelle dans la rampe commune. Sans que cela soit limitatif et uniquement à titre illustratif, le seuil calibrable minimal de quantité peut être égal à
0,8 milligrammes pour des pressions dans la rampe commune inférieures à 20 MégaPascals et à 1,5 milligramme pour des pressions dans la rampe commune supérieures à 200 MégaPascals. Des pressions élevées dans la rampe commune requièrent une augmentation de la quantité minimale de carburant injectée.
Les deux injections principales fractionnées INJ1, INJ2 ou plus peuvent être séparées par une durée intermédiaire dinter, visibles aux figures 4 à 7, supérieure à une limite de durée correspondante à ce que le système d’injection est capable de faire de façon répétitive ou reproductible en évitant la fusion des deux injections séparées. Sans que cela soit limitatif, la durée intermédiaire peut atteindre 250 microsecondes avec une marge de +/- 20%.
La somme des quantités fractionnées desdites au moins deux injections principales fractionnées INJ1, INJ2 peut être supérieure ou inférieure d’au plus 40% à la quantité théorique de l’injection principale théorique pour une quantité théorique de moins de 3 milligrammes, ce qui représente une faible quantité théorique de carburant et d’au plus 5% pour une quantité théorique de plus de 100 milligrammes, ce qui représente une forte quantité théorique de carburant.
La somme des quantités fractionnées peut être limitée en augmentation de la quantité de l’injection principale théorique pour ne pas avoir une durée d’injection ne dépassant pas trop la durée d’injection d’une injection principale théorique afin de ne pas perturber trop le cycle des injections et aussi afin de limiter la consommation en carburant.
Un dépassement de la quantité théorique peut être mis en oeuvre pour respecter une quantité minimale à injecter, par exemple quand la somme totale des quantités injectées fractionnées ne permet pas d’atteindre le seuil calibrable minimal de quantité pour au moins une quantité injectée. La somme des quantités fractionnées est aussi limitée à 40% pour de faibles quantités théoriques afin d’avoir une quantité totale de carburant injectée respectant le seuil calibrable minimal de quantité pour au moins une quantité injectée.
Une répartition des quantités fractionnées peut se faire entre lesdites au moins deux injections principales fractionnées INJ1, INJ2 selon un facteur de répartition. Il est possible que cela soit la première injection fractionnée INJ1 qui présente une moindre quantité injectée de carburant que la deuxième INJ2 ou plus. La première injection INJ1 est alors appelée injection pilote.
Les figures 4 à 7 montrent chacune deux injections principales fractionnées INJ1, INJ2, ce qui n’est pas limitatif, le nombre d’injections fractionnées pouvant être plus élevé. Les figures 4 à 7 montrent un début d’injection Deb correspondant au début d’injection de la première injection fractionnée INJ1 et une fin d’injection Fin correspondant à la fin d’injection de la deuxième injection fractionnée INJ2 ou de la dernière dans le cas d’un nombre d’injections fractionnées supérieur à 2.
La figure 4 montre une première injection fractionnée INJ1 de quantité inférieure à la quantité de la deuxième injection INJ2 avec un taux d’injection TINJ et une durée d’injection inférieurs à ceux de la deuxième injection fractionnée INJ2.
La figure 5 montre une première injection fractionnée INJ1 avec un taux d’injection TINJ sensiblement équivalent à la deuxième injection fractionnée INJ2 mais avec une durée d’injection inférieure à celle de la deuxième injection. Elle représente une nouvelle répartition de la quantité entre les injections fractionnées lorsque dans le cas de la figure 4, la quantité de l’injection INJ1 est inférieure à la quantité minimale injectable par le système. Dans ce cas, la quantité INJ1 est augmentée afin d’atteindre la quantité minimale et cette augmentation de quantité de la première injection INJ1 est retranchée de la quantité de la deuxième injection INJ2, la deuxième injection INJ2 devant également satisfaire au critère minimal de quantité injectable par le système.
La détermination de la possibilité d’activer le procédé de séparation d’injection principale concernant le critère de quantité minimale injectable par le système par injection peut se faire en amont en comparant la quantité totale de l’injection principale théorique avant séparation à la quantité injectable par le système multipliée par le nombre d’injections principales fractionnées.
La figure6 montre une première injection fractionnée INJ1 inférieure à la deuxième injection avec un taux d’injection TINJ et une durée d’injection inférieurs à ceux de la deuxième injection fractionnée INJ2. La quantité injectée lors de la deuxième injection fractionnée INJ2 a cependant été réduite par rapport à celle de la figure 4, la quantité de la deuxième injection fractionnée INJ2 de la figure 4 étant montrée en pointillés à cette figure 6.
Comme montré à la figure 7, une durée totale desdites au moins deux injections principales fractionnées INJ1, INJ2 peut être supérieure à la durée de l’injection principale théorique d’une valeur de dépassement dep. Cette valeur de dépassement dep peut être inférieure à un seuil de durée Sdep calibrable variable de 10 microsecondes à 2 000 microsecondes selon des régimes moteur décroissants.
Il va maintenant être fait référence aux figures 8 à 14 qui montrent des caractéristiques non essentielles de la présente invention. Ces figures 8 à 14 illustrent la stratégie liée au décalage des pré-injections et des post-injections en proposant une solution de correction du problème logiciel de mise en oeuvre des injections fractionnées qu'on peut facilement résoudre d'une autre façon tout en restant dans le cadre de la présente invention.
Les figures 8 à 14, tout en se référant à la figure 1 pour les références de la pression de consigne et de la pression réelle, montrent respectivement divers cycles d’injection de carburant, avec sur la ligne supérieure de chacune de ces figures un cycle d’injection sans mise en œuvre du procédé selon l’invention, avec une injection principale INJP et sur la ligne inférieure un cycle d’injection avec mise en œuvre du procédé, avec deux injections principales fractionnées INJ1, INJ2, ceci dans des conditions de pression réelle Préelle éloignée de la pression de consigne Pcons au-dessus du seuil de pression calibrable prédéterminé.
Ces cycles d’injection comprennent au moins une pré-injection PREO à PRE2 et/ou au moins une post-injection POSTO et POST1 dont le nombre n’est pas limitatif. Un cône en dessous d’une de ces injections signifie que cette injection est programmée tandis que l’absence de cône en dessous d’une de ces injections signifie que cette injection n’aura pas lieu.
Il peut donc être élaboré des cycles d’injections dans une durée, chaque cycle comprenant au moins une injection principale théorique INJP avec, le cas échéant, au moins une pré-injection PREO à PRE2 et/ou au moins une post-injection POSTO, POST1 de carburant. Comme montré à la ligne inférieure de chacune de ces figures toujours en se référant aussi à la figure 1, pour un cycle donné, quand la pression réelle Préelle dans la rampe commune est supérieure d’un seuil de pression calibrable prédéterminé à la pression de consigne Pcons, lesdites au moins deux injections principales fractionnées INJ1, INJ2 sont effectuées à la place de l’injection principale théorique INJP et, soit, d’une pré-injection PRE2 précédant directement l’injection principale théorique INJP ou, soit, d’une post-injection POSTO suivant directement l’injection principale théorique INJP.
La pré-injection PRE2 ou la post-injection POSTO remplacée par l’une des injections principales fractionnées INJ1 ou INJ2 pouvait ne pas être effective dans le cycle sans mise en œuvre du procédé selon l’invention. En alternative, la pré-injection PRE2 ou la post-injection POSTO remplacée par l’une des injections principales fractionnées INJ1 ou INJ2 a pu être décalée en rapprochement de l’injection principale théorique INJP.
Comme visible dans la ligne inférieure de ces figures 8 à 14 en se référant aussi à la figure 1, les deux injections principales fractionnées INJ1, INJ2 remplacent l’injection principale théorique INJP de la ligne du haut tant que la pression réelle Préelle dans la rampe commune est supérieure à un seuil de pression calibrable prédéterminé à la pression de consigne Pcons. Si ce n’est plus le cas, il est retourné à un cycle classique commandé par une unité de contrôle commande du moteur thermique pour assurer son fonctionnement optimal.
A la figure 8, deux pré-injections PRE1 et PRE2 les plus proches de l’injection principale théorique INJP n’étaient pas programmées. La place libérée par l’absence de pré-injection PRE2 la plus proche de l’injection principale théorique INJP est occupée par la première injection principale fractionnée INJ1 suivie de la deuxième injection principale fractionnée INJ2 remplaçant l’injection principale théorique INJP. Les autres injections, aussi bien en tant que pré-injections ou post-injections ne sont pas modifiées. Il s’ensuit que le début de la première injection principale fractionnée INJ1 n’est pas forcément réglé sur le début de la première injection principale théorique INJP.
A la figure 9, deux pré-injections PRE1 et PRE2 les plus proches de l’injection principale théorique INJP étaient programmées. La pré-injection PRE2 la plus proche de l’injection principale théorique INJP a cependant été remplacée par la première injection principale fractionnée INJ1 suivie de la deuxième injection principale fractionnée INJ2 remplaçant l’injection principale théorique INJP. Les autres injections, aussi bien en tant que pré-injections ou post-injections ne sont pas modifiées. Comme montré à la figure 9, le début de la première injection principale fractionnée INJ1 n’est pas forcément réglé sur le début de la première injection principale théorique INJP.
A la figure 10, deux post-injections POSTO et POST1 n’étaient pas programmées. La place libérée par l’absence de la post-injection POSTO la plus proche de l’injection principale théorique INJP est occupée par la deuxième injection principale fractionnée INJ2 qui suit la première injection principale fractionnée INJ1 remplaçant l’injection principale théorique INJP. Les autres injections, aussi bien en tant que préinjections ou post-injections ne sont pas modifiées. Dans ce cas, le début de la première injection principale fractionnée INJ1 peut se faire au même instant pour lequel débuterait l’injection principale théorique INJP si celle-ci était non remplacée, mais la deuxième injection fractionnée INJ2 finit après l’injection principale théorique INJP.
A la figure 11, la post-injection POSTO la plus proche de l’injection principale théorique INJP était programmée. Cette post-injection POSTO la plus proche de l’injection principale théorique INJP a cependant été remplacée par la deuxième injection principale fractionnée INJ2 qui suit la première injection principale fractionnée INJ1 remplaçant l’injection principale théorique INJP. Les autres injections, aussi bien en tant que préinjections ou post-injections ne sont pas modifiées. Dans ce cas, le début de la première injection principale fractionnée INJ1 peut se faire au même instant pour lequel débuterait la première injection principale théorique INJP si celle-ci était non remplacée mais la deuxième injection fractionnée INJ2 finit après l’injection principale théorique INJP.
A la figure 12, la pré-injection PRE2 la plus proche de l’injection principale théorique INJP était programmée. La pré-injection PRE2 la plus proche de l’injection principale théorique INJP a cependant été remplacée et décalée en retard, c’est-à-dire rapprochée de l’injection principale théorique INJP, par la première injection principale fractionnée INJ1. La première injection principale fractionnée INJ1 est suivie de la deuxième injection principale fractionnée INJ2, la première injection principale fractionnée INJ1 commençant sensiblement comme le ferait l’injection principale théorique INJP ou un peu plus en avance de l’injection principale théorique.
La deuxième injection fractionnée INJ2 finit au même instant que ne le ferait l’injection principale théorique INJP. Les autres pré-injections PREO et PRE1 ont été décalées mais les post-injections POSTO, POST1 n’ont pas été décalées.
A la figure 13, deux post-injections POSTO et POST1 n’étaient pas programmées. La place libérée par l’absence de la post-injection POSTO la plus proche de l’injection principale théorique INJP a été décalée en avance vers l’injection principale théorique INJP et est occupée par la deuxième injection principale fractionnée INJ2 qui suit la première injection principale fractionnée INJ1 remplaçant l’injection principale théorique INJP. Les autres injections, aussi bien en tant que pré-injections ou postinjections ne sont pas modifiées. Dans ce cas, le début de la première injection principale fractionnée INJ1 peut se faire au même instant pour lequel débuterait la première injection principale théorique INJP si celle-ci était non remplacée, tandis que la deuxième injection fractionnée INJ2 se finit après l’injection principale théorique INJP.
A la figure 14, la post-injection POSTO la plus proche après l’injection principale théorique INJP était programmée tandis que la post-injection suivante POST1 ne l’était pas. Néanmoins la post-injection POSTO la plus proche de l’injection principale théorique INJP a été décalée en avance vers l’injection principale théorique INJP et est remplacée par la deuxième injection principale fractionnée INJ2 qui suit la première injection principale fractionnée INJ1 remplaçant l’injection principale théorique INJP. La post-injection suivante POST1 a aussi été décalée. Dans ce cas, le début de la première injection principale fractionnée INJ1 peut se faire au même instant auquel débuterait la première injection principale théorique INJP si celle-ci était non remplacée tandis que la deuxième injection fractionnée INJ2 se finit après l’injection principale théorique INJP.
En se référant à nouveau à toutes les figures, l’invention concerne aussi un groupe motopropulseur comportant un moteur thermique, une unité de contrôle commande pilotant une combustion dans le moteur thermique et un système d’injection comprenant une rampe commune communiquant avec au moins un injecteur injectant une quantité de carburant prédéterminée par l’unité de contrôle commande dans au moins un cylindre du moteur thermique.
La rampe commune intègre un capteur de pression de carburant en son intérieur transmettant les mesures de pression à l’unité de contrôle commande ou l’unité de contrôle commande présente des moyens d’estimation de la pression de carburant réelle Préelle dans la rampe commune. L’unité de contrôle commande présente des moyens de détermination d’une pression de carburant de consigne Pcons dans la rampe commune.
Selon l’invention, le groupe motopropulseur met en oeuvre un procédé de compensation de combustion dégradée due à un écart de pression de carburant réelle Préelle par rapport à la pression de carburant de consigne Pcons tel que précédemment décrit essentiellement par son unité de contrôle commande. L’unité de contrôle commande présente des moyens de comparaison de la pression de carburant mesurée ou estimée qui représente la pression réelle Préelle avec la pression de consigne Pcons dans la rampe commune et des moyens de calcul de quantités de carburant respectives pour au moins deux injections principales fractionnées INJ1, INJ2 remplaçant une injection principale théorique INJP.
La présente invention peut être appliquée à tout groupe motopropulseur sur une injection principale produisant le couple instantanément uniquement quand un écart entre la pression de carburant réelle Préelle et celle de la pression de consigne Pcons est effectif, ceci pour toute technologie d’injecteurs, par exemple solénoïdes, piézoélectriques, servo-commandés ou commandés directement, etc.
Un tel procédé de compensation de combustion dégradée due à un écart de pression de carburant réelle par rapport à la consigne dans une rampe commune ou un tel groupe motopropulseur trouve une application préférentielle pour un véhicule automobile, avantageusement mais pas uniquement Diesel, pouvant être équipé d’un système d’arrêt et de redémarrage automatiques du moteur thermique. Pour un tel véhicule, comme les arrêts et redémarrages sont fréquents, surtout en conduite en zone urbaine, la pression de carburant à l’arrêt dans la rampe commune peut être maintenue grâce à un système d’injection étanche avec aucune fuite interne de carburant sous pression dans la rampe, ce qui permet d’atteindre plus rapidement la pression de carburant minimale d’injection et nécessite moins de couple pour la montée en pression.
Le grand désavantage d’un tel système étanche et sans vanne de décharge de pression de carburant dans la rampe était une combustion dégradée du moteur lors d’un réattelage retour d’une demande d’injection suivant une phase de lâcher de pied du conducteur de l’accélérateur avec une pression du carburant dans la rampe commune supérieure à la pression de consigne Pcons. Ceci est évité par la solution essentiellement logicielle proposée par la présente invention avec le fractionnement d’une injection principale en au moins deux injections principales fractionnées INJ1, INJ2.

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de compensation de combustion dégradée due à un écart de pression de carburant réelle par rapport à la consigne dans une rampe commune d'injection de carburant d'un moteur thermique alimentée en carburant à partir d’un réservoir, la rampe commune étant équipée d’au moins un injecteur de carburant dans au moins un cylindre du moteur thermique et étant étanche par rapport à un retour du carburant de la rampe vers le réservoir, au moins une injection principale (INJP) de carburant, une pression de carburant de consigne (Pcons) du carburant dans la rampe et une quantité de carburant à injecter lors d’au moins une injection principale par un système d’injection étant pilotées, une pression de carburant réelle (Préelle) à un instant donné dans la rampe commune étant mesurée ou estimée, caractérisé en ce que, quand la pression de carburant réelle (Préelle) dans la rampe commune est supérieure à un seuil de pression calibrable prédéterminé à la pression de consigne (Pcons) et qu’une demande d’au moins une injection principale théorique (INJP) d’une quantité théorique prédéterminée de carburant est émise, l’injection principale théorique (INJP) est divisée en au moins deux injections principales fractionnées (INJ1, INJ2) avec des quantités fractionnées de carburant respectives dont la somme est fonction de la quantité théorique de carburant.
  2. 2. Procédé de compensation de combustion dégradée due à un écart de pression de carburant réelle par rapport à la consigne selon la revendication précédente, dans lequel un début d’injection (Deb) de la première (INJ1) desdites au moins deux injections principales fractionnées (INJ1, INJ2) s’effectue sans décalage dans le temps par rapport à un début d’injection prédéterminé pour l’injection principale théorique (INJP).
  3. 3. Procédé de compensation de combustion dégradée due à un écart de pression de carburant réelle par rapport à la consigne selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel la quantité fractionnée minimale entre les quantités fractionnées desdites au moins deux injections principales fractionnées (INJ1, INJ2) est au moins supérieure à un seuil calibrable minimal de quantité injectée, ce seuil calibrable minimal de quantité dépendant du système d’injection et d’une quantité de carburant reproductible la plus basse possible afin de maîtriser la quantité injectée.
  4. 4. Procédé de compensation de combustion dégradée due à un écart de pression de carburant réelle par rapport à la consigne selon la revendication précédente, dans lequel une détermination de possibilité d’activation de la division en au moins deux injections principales fractionnées (INJ1, INJ2) en fonction de la quantité fractionnée minimale se fait en amont des injections en comparant une quantité totale de l’injection principale théorique (INJP) avant fractionnement à la quantité injectable par le système multiplié par le nombre d’injections principales fractionnées (INJ1, INJ2).
  5. 5. Procédé de compensation de combustion dégradée due à un écart de pression de carburant réelle par rapport à la consigne selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdites au moins deux injections principales fractionnées (INJ1, INJ2) sont séparées par une durée intermédiaire (dinter) supérieure à une limite de durée correspondante à ce que le système d’injection est capable de faire de façon répétitive tout en évitant la fusion desdites au moins deux injections fractionnées (INJ1, INJ2).
  6. 6. Procédé de compensation de combustion dégradée due à un écart de pression de carburant réelle par rapport à la consigne selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la somme des quantités fractionnées desdites au moins deux injections principales fractionnées (INJ1, INJ2) est supérieure ou inférieure d’au plus 40% à la quantité théorique de l’injection principale théorique (INJP) pour une quantité théorique de moins de 3 milligrammes et d’au plus 5% pour une quantité théorique de plus de 100 milligrammes.
  7. 7. Procédé de compensation de combustion dégradée due à un écart de pression de carburant réelle par rapport à la consigne selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une répartition des quantités fractionnées se fait entre lesdites au moins deux injections principales fractionnées (INJ1, INJ2) selon un facteur de répartition.
  8. 8. Procédé de compensation de combustion dégradée due à un écart de pression de carburant réelle par rapport à la consigne selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une durée totale desdites au moins deux injections principales fractionnées (INJ1, INJ2) est égale ou supérieure à la durée de l’injection principale théorique (INJP) d’une valeur de dépassement (dep), cette valeur de dépassement (dep) étant inférieure à un seuil de durée (Sdep) calibrable variable de 10 microsecondes à 2 000 microsecondes selon des régimes moteur décroissants.
  9. 9. Groupe motopropulseur comportant un moteur thermique, une unité de contrôle commande pilotant une combustion dans le moteur thermique et un système d’injection comprenant une rampe commune communiquant avec au moins un injecteur injectant une quantité de carburant prédéterminée par l’unité de contrôle commande dans au moins un cylindre du moteur thermique, la rampe commune intégrant un capteur de pression de carburant en son intérieur transmettant les mesures de pression à l’unité de contrôle commande ou l’unité de contrôle commande présentant des moyens d’estimation de la pression de carburant réelle (Préelle) dans la rampe commune, l’unité de contrôle commande présentant des moyens de détermination d’une pression de consigne (Pcons) dans la rampe commune, caractérisé en ce qu’il met en oeuvre un procédé de compensation de combustion dégradée due à un écart de pression de carburant réelle par rapport à la consigne selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’unité de contrôle commande présentant des moyens de comparaison de la pression de carburant mesurée ou estimée avec la pression de consigne (Pcons) dans la rampe commune et des moyens de calcul de quantités de carburant respectives pour au moins 5 deux injections principales fractionnées (INJ1, INJ2) remplaçant une injection principale théorique (INJP).
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