FR2975136A1

FR2975136A1 - Procede de determnation de la quantite de carburant sortant dun injecteur

Info

Publication number: FR2975136A1
Application number: FR1101457A
Authority: FR
Inventors: Michael Leblon
Original assignee: Continental Automotive GmbH; Continental Automotive France SAS
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2011-05-13
Filing date: 2011-05-13
Publication date: 2012-11-16
Anticipated expiration: 2031-05-13
Also published as: WO2012156015A1; CN103782023B; CN103782023A; US9062643B2; US20140102186A1; FR2975136B1

Abstract

La présente invention concerne un procédé de détermination de la quantité de carburant sortant d'un injecteur d'un moteur Diesel à injection directe et alimentant un cylindre d'une chambre de combustion interne dudit moteur. L'invention concerne plus particulièrement les moteurs à rampe commune. Selon l'invention, on détermine la quantité de carburant sortant de l'injecteur pendant l'injection pilote et l'injection principale à partir de la pression maximale présente dans le cylindre lorsque le moteur fonctionne au ralenti.

Description

La présente invention concerne un procédé de détermination de la quantité de carburant sortant d'un injecteur d'un moteur Diesel à injection directe et alimentant un cylindre d'une chambre de combustion interne dudit moteur. L'invention concerne plus particulièrement les moteurs dits « à rampe d'injection commune ».

Dans ce type de moteur, l'injection de carburant dans le cylindre est classiquement réalisée en deux temps. On injecte une première quantité de carburant, faible, en une ou plusieurs fois, avant le point mort haut (ou PMH) du piston associé au cylindre, puis une deuxième quantité de carburant plus importante après le point mort haut. L'injection de ladite première quantité de carburant, couramment appelée injection pilote, sert à préparer la combustion de la deuxième quantité de carburant délivrée par l'injection suivante, appelée injection principale. Cette injection en deux temps a notamment pour but de réduire le bruit de fonctionnement, les émissions de gaz non brûlés et la consommation en carburant du moteur. En cours de vie de l'injecteur, il arrive que les quantités de carburant délivrées pendant les injections pilotes et les injections principales dérivent par rapport aux valeurs nominales fournies par le fabricant. Les raisons de ces dérives sont multiples : encrassement de l'injecteur, mauvais montage de celui-ci dans la paroi de la chambre de combustion, usure... Ces dérives peuvent entrainer notamment une augmentation du bruit moteur et/ou des vibrations et/ou des claquements et/ou des émissions de polluants.

Lorsque, suite à une réclamation de l'utilisateur final, un véhicule doit être analysé par le réseau constructeur pour l'un des problèmes précités, un certain nombre de points de contrôle sont effectués sur le véhicule et l'un de ces points de contrôle consiste à vérifier le bon fonctionnement des injecteurs. A l'heure actuelle, le réseau constructeur ne dispose que de peu de moyens pour vérifier le bon fonctionnement des injecteurs. Les injecteurs sont alors généralement envoyés pour analyse au fabricant d'injecteurs. En pratique, un technicien du réseau constructeur démonte les injecteurs et les transmet à son centre de retour composants qui lui-même les transmet au fabricant d'injecteurs pour analyse. L'analyse est alors réalisée en laboratoire avec des appareillages de haute technologie permettant notamment de mesurer précisément des quantités infimes de carburant injecté. Ce processus de transmission et d'analyse peut prendre plusieurs semaines. Pour que le véhicule ne soit pas immobilisé pendant toute cette période, il est prévu que, après démontage des injecteurs à analyser, ces derniers soient remplacés par des injecteurs neufs sans attendre les résultats d'analyse. Ce remplacement des injecteurs engendre donc des frais qui sont pris en charge soit par le constructeur automobile, soit par le fabricant d'injecteurs ou par les deux en fonction des résultats d'analyse.

Les résultats d'analyse ne permettent néanmoins pas toujours de déterminer l'origine exacte du problème. En effet, lors de son introduction dans le laboratoire d'analyse, chaque injecteur est généralement nettoyé, par exemple par ultrason, afin de retirer les agents (suies...) susceptibles de contaminer les appareils de mesure de débit du laboratoire utilisés pour mesurer les quantités de carburant sortant de l'injecteur. L'injecteur est aussi quelquefois désassemblé afin de procéder à des investigations plus complètes. Les résultats obtenus sont donc les résultats d'analyse de l'injecteur après nettoyage et/ou désassemblage. Si les résultats ainsi obtenus indiquent que la mesure de débit en un point de référence prédéfini est conforme à une mesure de débit effectuée originellement en fin de chaîne de production et/ou que cette mesure reste dans une plage de variation prédéterminée définie par le constructeur, cela indique seulement que l'injecteur fonctionne correctement après nettoyage et/ou désassemblage. Il est impossible de connaître l'origine exacte du problème. En effet, il est alors possible que l'injecteur ne soit pas à l'origine du dysfonctionnement, ou bien que le fait de nettoyer et/ou désassembler l'injecteur ait résolu ledit dysfonctionnement. Cette solution n'est donc pas satisfaisante en termes de coûts, de temps de diagnostic et de diagnostic réalisé sur la base des résultats. Aussi, un des buts de l'invention est de proposer un procédé non intrusif de diagnostic de la fonctionnalité d'un injecteur par détermination de la quantité de carburant sortant de l'injecteur d'un moteur Diesel à injection directe qui soit simple à mettre en oeuvre dans le réseau du constructeur, qui soit fiable et qui ne requiert pas le démontage dudit injecteur. A cet effet, l'invention concerne un procédé non intrusif de détermination de la quantité de carburant sortant d'un injecteur d'un moteur Diesel à injection directe à rampe commune, ladite quantité de carburant alimentant un cylindre dudit moteur dans lequel se déplace un piston, l'injection de carburant étant réalisée par une injection pilote pendant laquelle une première quantité de carburant est injectée dans la chambre de combustion suivie d'une injection principale pendant laquelle une deuxième quantité de carburant, supérieure à la première quantité de carburant, est injectée dans la chambre de combustion. Le procédé est remarquable en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a) faire fonctionner le moteur au ralenti, b) déterminer la pression maximale dans le cylindre, et c) déterminer, à partir de ladite pression maximale, la quantité de carburant injectée dans le cylindre pendant l'injection pilote et/ou principale.

Ainsi, selon l'invention, on détermine la quantité de carburant injectée pendant l'injection pilote et/ou principale à partir de mesures de pression dans le cylindre lorsque le moteur fonctionne au ralenti. En effet, à ce régime moteur, la pression maximale à 3 l'intérieur du cylindre, qui usuellement se situe entre l'injection pilote et l'injection principale, dépend directement de la quantité de carburant injectée pendant l'injection pilote. On peut ainsi déterminer la quantité de carburant sortant de l'injecteur pendant l'injection pilote. Par ailleurs, la quantité de carburant injectée pendant l'injection principale et la quantité de carburant injectée pendant l'injection pilote étant fortement liées par une relation de corrélation prédéterminée, on peut en déduire la quantité de carburant injectée pendant l'injection principale. Selon un mode de réalisation particulier, la pression étant généralement maximale à proximité du point mort haut du piston, la pression maximale est déterminée en mesurant la pression dans le cylindre lorsque le piston est à son point mort haut. Selon un autre mode de réalisation particulier, la pression maximale est déterminée en effectuant une pluralité de mesures de pression dans le cylindre entre l'injection pilote et l'injection principale puis en sélectionnant la mesure de pression ayant la valeur la plus élevée.

Selon un mode de réalisation particulier, les mesures de pression sont de préférence réalisées pendant un intervalle de mesure englobant l'instant correspondant au point mort haut du piston et présent entre l'instant de l'injection pilote et l'instant de l'injection principale. Avantageusement, l'intervalle de mesure est centré sur l'instant correspondant 20 au point mort haut du piston. Selon un mode de réalisation particulier, les mesures de pression sont réalisées par un capteur de pression-cylindre monté sur la culasse du cylindre. Si le cylindre ne comporte pas de capteur de pression, on peut prévoir d'en installer un en lieu et place d'une bougie de préchauffage. Dans ce cas, le procédé de l'invention comprend, 25 préalablement à l'étape a), une étape de démontage de la bougie de préchauffage et une étape de montage du capteur de pression à la place de ladite bougie de préchauffage. Le procédé de l'invention peut donc être mis en oeuvre sur des véhicules non équipés à l'origine de capteurs de pression dans la chambre de combustion. L'invention concerne également un procédé de diagnostic d'un injecteur d'un 30 moteur Diesel à injection directe, comprenant les étapes suivantes : - détermination de la quantité de carburant sortant de l'injecteur comme définie précédemment, - comparaison de la quantité déterminée avec une quantité de référence, et - établissement d'un diagnostic en fonction du résultat de la comparaison. 35 L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, en se référant ci-dessous aux dessins annexés, lesquels représentent : - figure 1, un diagramme illustrant la pression présente dans le cylindre en fonction de l'angle vilebrequin du moteur lorsque le moteur fonctionne au ralenti ; - figure 2, un diagramme illustrant la chaleur dégagée dans le cylindre en fonction de l'angle vilebrequin du moteur lorsque le moteur fonctionne au ralenti ; figure 3, un diagramme illustrant la relation entre la quantité de carburant délivrée par l'injection pilote et la pression maximale dans le cylindre lorsque le moteur fonctionne au ralenti ; - figure 4, un schéma d'un cylindre équipé d'un capteur de pression pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, et - figure 5, un diagramme illustrant la corrélation entre la quantité de carburant déterminée pour l'injection pilote et la quantité de carburant délivrée par l'injection principale.

Selon l'invention, il est proposé de déterminer la quantité de carburant injectée pendant l'injection pilote et/ou principale à partir de mesures de pression dans le cylindre lorsque le moteur fonctionne au ralenti. Si on se réfère aux figures 1 et 2, on peut observer que, lorsque le moteur est au ralenti, la pression et la chaleur dégagée dans le cylindre évoluent au cours du déplacement du piston dans la chambre de combustion. L'injection pilote est opérée avant le point mort haut du piston, ledit point mort haut (PMH) correspondant à un angle de vilebrequin égal à 0°. Elle est par exemple réalisée entre les positions angulaires - 15° et - 12° du vilebrequin, comme illustré aux figures 1 et 2 par la zone hachurée la plus à gauche. L'injection principale est réalisée après le PMH, par exemple entre les positions angulaires 6° et 9° du vilebrequin, comme illustré aux figures 1 et 2 par la zone hachurée la plus à droite. Comme on peut le voir sur la figure 1, la pression à l'intérieur du cylindre augmente au fur et à mesure que le piston se rapproche du point mort haut. Elle augmente sensiblement linéairement jusqu'à la combustion du carburant de l'injection pilote. Cette combustion se produit approximativement entre les positions angulaires - 9° et - 5° du vilebrequin. Au moment de cette combustion, la chaleur dégagée dans le cylindre augmente brusquement. Ce dégagement de chaleur est alors accompagné d'une augmentation de la pression à l'intérieur du cylindre. Comme on peut le voir sur ces figures, ces augmentations de chaleur dégagée et de pression dépendent de la quantité de carburant délivrée lors de l'injection pilote, appelée quantité pilote dans la suite de la description.

La figure 1 représente neuf courbes de pression, référencées P1 à p9, et la figure 2 représente neuf courbes de chaleur dégagée, référencées Cl à C9, chacune de ces courbes correspondant à une quantité pilote donnée. Le tableau suivant indique les quantités pilotes associées à chacune desdites courbes Courbe de Courbe de Quantité pression (bars) chaleur (J) pilote (mg/coup) P1 Cl 0,80 P2 C2 0,85 P3 C3 0,90 P4 C4 0,95 P5 C5 1,00 P6 C6 1,05 P7 C7 1,10 P8 C8 1,15 P9 C9 1,20 Comme on peut le voir sur la figure 1, plus la quantité pilote est élevée, plus la pression maximale à l'intérieur du cylindre augmente. Ainsi la pression maximale de la courbe Pn est supérieure à celle de la courbe Pn-1, n étant compris entre 2 et 9 dans le cas présent. Pour chaque courbe, la pression augmente jusqu'à ce que le piston atteigne son point mort haut. Elle décroît ensuite jusqu'à la combustion du carburant de l'injection principale puis croît de nouveau pendant la combustion du carburant de l'injection principale et enfin décroît en même que le temps que le piston descend dans le cylindre. Il résulte de ces figures que la quantité pilote est directement liée à la pression maximale à l'intérieur du cylindre lorsque le moteur est au ralenti. Ainsi, si on mesure la pression maximale à l'intérieur du cylindre, on peut en déduire la quantité pilote. On peut également en déduire la quantité principale (quantité de carburant sortant de l'injecteur pendant l'injection principale), la quantité principale et la quantité pilote étant liées par une relation de corrélation prédéterminée, classiquement une fonction affine.

La figure 3 illustre la relation entre la quantité pilote et la pression maximale dans le cylindre. La quantité pilote (portée en ordonnée) est exprimée en milligrammes par coup (ou en milligramme par cycle), un coup (ou cycle) correspondant à deux tours moteurs, et la pression maximale (portée en abscisse) est exprimée en bars. A chaque valeur de pression maximale est associée une quantité pilote. Une mesure de la pression maximale permet donc d'en déduire une quantité pilote. Dans le cas illustré par les figures 1 à 3, la pression maximale est atteinte lorsque le piston est au point mort haut (angle de vilebrequin à 0°). Il suffit donc 5 6 d'effectuer une mesure de pression au point mort haut du piston pour déterminer la pression maximale. La pression maximale n'étant pas toujours présente au point mort haut, on prévoit avantageusement d'effectuer une pluralité de mesures de pression de préférence sur un intervalle temporel de mesure englobant l'instant où le piston atteint son point mort haut et on sélectionne la mesure la plus élevée pour obtenir la pression maximale. Cet intervalle temporel de mesure est classiquement situé entre l'instant de l'injection pilote et l'instant de l'injection principale et est par exemple centré sur le point mort haut du piston. Les mesures de pression sont réalisées par un capteur de pression monté sur la culasse du cylindre. Si le moteur ne comporte pas de capteur pour mesurer la pression cylindre, on peut en monter un en lieu et place de la bougie de préchauffage du cylindre. Ce capteur est par exemple un capteur de pression haute température piézoélectrique. Celui-ci est installé directement dans le puits de la bougie. La figure 4 illustre de manière schématique un cylindre 1 d'un moteur Diesel à combustion interne du type à injection directe. Ce cylindre est équipé d'un injecteur 2 de carburant débouchant sur la paroi interne du cylindre. Un circuit de commande 3, comprenant un calculateur moteur, est prévu pour commander les instants d'ouverture de l'injecteur 2 pendant l'injection pilote et l'injection principale. Un piston 4 est apte à se déplacer à l'intérieur du cylindre 1.

Selon l'invention, le cylindre 1 est par ailleurs équipé d'un capteur de pression 5 débouchant sur la paroi interne du cylindre 1 pour mesurer la pression cylindre. Ce capteur est relié à une unité 6 de détermination de la quantité pilote et ou principale à partir de mesures de pression provenant du capteur 5. L'unité 6 peut être couplée au circuit de commande 3 pour se synchroniser sur les injections. L'unité 6 récupère une ou plusieurs mesures de pression cylindre et détermine la pression maximale puis détermine la quantité pilote et/ou la quantité principale en utilisant par exemple des tables de correspondance associant à chaque valeur de pression maximale une quantité pilote et/ou une quantité principale donnée. Ces tables de correspondance sont préenregistrées dans l'unité 6 après avoir été préalablement prédéfinies par le fabricant d'injecteurs. La figure 5 illustre la corrélation pouvant exister entre la quantité pilote (en abscisse) et la quantité principale (en ordonnée) pour un injecteur donné. Dans cet exemple, la corrélation est une fonction affine. La quantité principale peut alors être déterminée par un simple calcul à partir de la quantité pilote ou par une table de correspondance à partir de la pression maximale. L'unité 6 peut être directement intégrée dans le calculateur du véhicule, être intégrée dans un ordinateur ou être intégrée dans les outils de contrôle du constructeur.

Avec ce procédé, le réseau constructeur n'a pas besoin de démonter l'injecteur 2. En pratique, il remplace la bougie de préchauffage par le capteur de pression cylindre et connecte, si nécessaire, ce dernier à l'unité 6. Il démarre le moteur qui fonctionne alors au ralenti. La quantité pilote et/ou principale s'affiche sur un écran de l'unité 6 ou sur un ordinateur ou sur un outil de contrôle fourni par le constructeur. Avantageusement, l'unité 6 fournit également un diagnostic de l'injecteur 2 en indiquant s'il est conforme par rapport à une mesure réalisée en fin de chaîne de production. En effet, le fabricant d'injecteurs réalise classiquement, en fin de chaîne de production, plusieurs mesures pression-débit, appelés points de référence, sur chacun des injecteurs, ces mesures étant réalisées avec des outils de mesure particuliers. Ces points de référence ont pour but de caractériser l'injecteur. Cependant, ils ne sont pas mesurés dans un cylindre et ne peuvent donc être comparés directement à la quantité de carburant déterminée telle qu'indiquée précédemment.

Pour cela, on convertit la quantité pilote déterminée en une quantité correspondant à la quantité de carburant qui serait délivrée par l'injecteur avec des conditions similaires à celles de l'un de ces points de référence. Cette conversion peut être réalisée par calcul ou par une table de correspondance prédéfinie. Cette quantité est ensuite comparée à la quantité du point de référence préenregistrée en fin de chaîne de fabrication, pour déterminer si l'injecteur a dérivé et/ou si il est toujours dans la plage de variation définie par le constructeur en fin de chaîne. Cette conversion et cette comparaison sont réalisées par l'unité 6. L'unité 6 affiche sur son écran l'écart entre la quantité convertie et la quantité préenregistrée et indique avantageusement si l'injecteur 2 est toujours conforme aux exigences du constructeur. La quantité de carburant du point de référence préenregistrée en fin de chaîne de fabrication est par exemple obtenue par un code gravé sur l'injecteur 2. Une quantité en fin de chaîne de fabrication est associée à ce code dans une base de données stockée dans l'unité 6 ou accessible par celle-ci. Le technicien saisit sur l'outil de contrôle le code gravé sur l'injecteur 2 pour identifier l'injecteur à analyser.

Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec un mode de réalisation particulier, ii est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de détermination de la quantité de carburant sortant d'un injecteur d'un moteur Diesel à injection directe, ladite quantité de carburant alimentant un cylindre dudit moteur dans lequel se déplace un piston, l'injection de carburant étant réalisée par une injection pilote pendant laquelle une première quantité de carburant est injectée dans le cylindre suivie d'une injection principale pendant laquelle une deuxième quantité de carburant, supérieure à la première quantité de carburant, est injectée dans le cylindre, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a) faire fonctionner le moteur au ralenti, b) déterminer la pression maximale dans le cylindre, et c) déterminer, à partir de ladite pression maximale, la quantité de carburant injectée dans le cylindre pendant l'injection pilote et/ou principale.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, le piston atteignant son point mort haut entre l'injection pilote et l'injection principale, la pression maximale est déterminée en mesurant la pression dans le cylindre lorsque le piston est au point mort haut.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression maximale est déterminée en effectuant une pluralité de mesures de pression dans le cylindre puis en sélectionnant la mesure de pression ayant la valeur la plus élevée.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les mesures de pression sont réalisées pendant un intervalle de mesure englobant l'instant correspondant au point mort haut du piston.
5. Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'intervalle de mesure est centré sur l'instant correspondant au point mort haut du piston.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les mesures de pression sont réalisées entre l'instant de l'injection pilote et l'instant de l'injection principale.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la ou les mesures de pression sont réalisées par un capteur de pression-cylindre monté sur la culasse du cylindre.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, préalablement à l'étape a), une étape de démontage d'une bougie de préchauffage monté sur la culasse du cylindre et une étape de montage du capteur de pression à la place de ladite bougie de préchauffage.9
9. Procédé de diagnostic d'un injecteur d'un moteur Diesel à injection directe, comprenant les étapes suivantes - détermination de la quantité de carburant sortant de l'injecteur conformément au procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, - comparaison de ladite quantité déterminée avec une quantité de référence, et - établissement d'un diagnostic en fonction du résultat de la comparaison.