FR2922598A1

FR2922598A1 - Procede pour determiner l'inflammabilite du carburant de qualite inconnue.

Info

Publication number: FR2922598A1
Application number: FR0857027A
Authority: FR
Inventors: Manfred Birk; Michael Scheidt; Andreas Rupp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-10-17
Filing date: 2008-10-16
Publication date: 2009-04-24
Anticipated expiration: 2028-10-16
Also published as: FR2922598B1; DE102007049705A1; US20090105965A1; US8073638B2

Abstract

Procédé pour déterminer l'inflammabilité du carburant notamment de diesel, de biodiesel, de carburant GPL ou de carburant GPL de biomasse, ayant une qualité inconnue pour un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'on détermine la densité (p) du carburant et on en déduit l'inflammabilité.

Description

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé pour déterminer l'inflammabilité du carburant notamment de gasoil, de bio-gasoil, de carburant GPL ou de carburant GPL de biomasse, ayant une qualité inconnue pour un moteur à combustion interne. Etat de la technique Les carburants pour les moteurs Diesel de véhicules automobiles tels que le gasoil, le bio-gasoil, ou le gaz de pétrole liquéfié GPL c'est-à-dire du carburant liquide obtenu à partir du gaz naturel, ont des qualités très différentes. En particulier, l'inflammabilité du carburant exprimée habituellement par l'indice de cétane très significatif pour la combustion dans des cylindres de moteur Diesel, peut être très différente selon les carburants et la plage des indices cétanes peut aller pour des valeurs de 38 pour le gasoil aux Etats-Unis jusqu'à environ 70 pour le carburant GPL. Une plage de qualité de carburant d'une telle étendue ne permet plus de trouver pour chaque point de fonctionnement du moteur à combustion interne les paramètres appropriés pour la commande et la régulation de la combustion dans les cylindres comme par exemple la dose de carburant à injecter, l'instant des pré-injections et de l'injection principale, la pression de la rampe dans un système d'injection à rampe commune, la quantité d'air fournie aux cylindres, la pression d'alimentation pour des moteurs à combustion interne suralimentés, la position du volet d'étranglement et autres, et qui permettraient pour toutes les qualités de carburant d'obtenir de bons résultats du point de vue de l'émission et du comportement de roulage du véhicule. En outre, il faut des procédés utilisables dans la pratique pour déterminer l'inflammabilité des carburants utilisés dans le fonctionnement de moteurs à combustion interne ou du véhicule et cela avec une précision suffisante. On a déjà proposé de tels procédés permettant de déduire la qualité notamment l'inflammabilité du carburant utilisé à partir de la pression dans les cylindres. Mais l'inconvénient de ces procédés est qu'ils nécessitent l'installation d'un capteur de pression de cylindre supplémentaire, et que la pression dans les cylindres ne peut s'obtenir que dans un mode de fonctionnement particulier du moteur à combustion interne. But de l'invention Partant de cette situation, la présente invention a pour but de développer un procédé du type ci-dessus permettant de déterminer l'inflammabilité du carburant de qualité inconnue pendant le fonctionnement normal du moteur à combustion interne mais sans nécessité de capteur supplémentaire. Exposé de l'invention A cet effet, l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus caractérisé en ce qu'on détermine la densité du carburant et on en déduit l'inflammabilité. L'invention repose sur l'idée que l'indice de cétane selon la norme ASTND 976 servant de mesure de l'inflammabilité des carbu- rants utilisés dans les moteurs Diesel se détermine par des formules empiriques utilisant uniquement, en plus de la densité p du carburant ASTN D976 à une certaine température, l'évolution de l'ébullition ou la température d'ébullition moyenne corrigée du carburant. Comme l'évolution de l'ébullition ou la température moyenne d'ébullition corri- gée du carburant peut être considérée comme pratiquement constante pour tous les carburants utilisés dans les moteurs Diesel, on obtient une relation déterminée entre la densité p du carburant et l'indice de cétane CCI de sorte que l'on peut calculer cet indice en connaissant la densité p.

Alors que déterminer la densité du carburant à partir de sa masse et de son volume dans le réservoir du moteur à combustion interne est impossible sans utiliser de capteur supplémentaire et que cette détermination serait très imprécise à cause de la variation du ni-veau, on peut obtenir à la fois la masse et le volume du carburant injec- té dans un cylindre du moteur à combustion interne à partir des informations ou des valeurs de mesure nécessaires pour la commande ou la régulation de la combustion dans les cylindres des moteurs actuels de véhicules automobiles et qu'ainsi on dispose déjà en général des appareils de mesure capteurs ou sondes sur les moteurs à combus- tion interne ou sur les véhicules.

A titre d'exemple, un développement préférentiel de l'invention prévoit de déterminer la masse de carburant fournie par une injection dans un cylindre du moteur à partir de la masse de l'air frais alimentant la combustion dans ce cylindre et du rapport d'air de com- bustion (coefficient d'air) À des gaz d'échappement sortant de ce cylindre en ce que l'on maintient le coefficient d'air À pendant une période au cours de laquelle on maintient constante la quantité injectée et la quantité d'air fournie. Dans le cas de moteurs à combustion interne équipés d'un système d'injection à rampe commune, il n'est pas nécessaire de déterminer le volume du carburant fourni pour une injection dans un cylindre du moteur à combustion interne à l'aide de capteurs mais selon un autre développement préférentiel de l'invention, on peut le calculer à partir de la pression dans la rampe commune et de la durée de la commande des injecteurs du système d'injection car le volume du carburant injecté est fixé par ces grandeurs. De manière préférentielle, on tient toutefois compte de la contre-pression dans le cylindre et de la température du carburant mesurée par un capteur de température équipant le système d'injection car de cette manière on améliore la pré- cision du calcul du volume de carburant injecté à partir de la rampe commune et de la durée de commande des injecteurs. Comme dans les moteurs Diesel équipant les véhicules automobiles, la masse de l'air frais alimentant les cylindres mesurée par un débitmètre massique d'air du moteur, et le coefficient d'air À mesuré par la sonde lambda installée dans la conduite des gaz d'échappement du moteur à combustion interne sont des valeurs de mesures fournies normalement sous la forme de signaux de capteurs pour être exploitées dans l'appareil de commande du moteur à combustion interne, il est particulièrement avantageux de déterminer la masse de carburant injecté dans les cylindres du moteur à combustion interne à partir de ces valeurs de mesures disponibles dans l'appareil de commande du moteur. Comme la détermination du volume de carburant fourni par une injection dans un cylindre du moteur à combustion interne se fait par le calcul, on peut avantageusement déterminer la densité du carburant à partir de la masse et du volume et obtenir par le calcul l'inflammabilité, c'est-à-dire l'indice de cétane en utilisant la densité calculée du carburant ainsi fournie par le processeur de l'appareil de commande du moteur à combustion interne.

De manière préférentielle, en utilisant les modèles enregistrés dans l'appareil de commande du moteur, on détermine la valeur absolue de la masse et/ou de la densité du carburant. Toutefois, en va-riante ou en plus, on peut déterminer pour un carburant ayant une qualité connue, une valeur de référence de la masse et/ou de la densité du carburant injecté et comparer à des intervalles prédéfinis avec la masse et/ou la densité de ce même carburant injecté, pour tenir compte des écarts liés au vieillissement pour la détermination de la masse du carburant et/ou de la masse d'air frais fournie aux cylindres. Comme des variations rapides de densité du carburant permettent de conclure que l'on utilise un carburant ayant une autre qualité, on détermine avantageusement la densité du carburant avant et après un remplissage du réservoir. A partir de la variation du niveau de remplissage du carburant dans le réservoir, ou de l'ouverture du bouchon de réservoir et/ou de la consommation calculée de carburant par le moteur, on peut conclure à une opération de remplissage du ré- servoir. S'il apparaît que la densité du carburant utilisé et ainsi l'inflammabilité du carburant obtenue à partir de la densité a changé, l'appareil de commande du moteur modifie une partie des paramètres déterminants pour la commande et/ ou la régulation de la combustion dans les cylindres du moteur tels que la masse d'air, le débit de la commande et la pression de la rampe commune ou encore les champs de caractéristiques des valeurs de consigne de ces paramètres pour avoir de nouveau une combustion optimale.

Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention : - on calcule la densité du carburant à partir de la masse et du volume du carburant injecté pour sa combustion dans au moins un cylindre du moteur à combustion interne, - on détermine la masse de carburant injecté dans les cylindres du moteur à combustion interne à partir de la masse d'air frais fournie pour la combustion dans les cylindres et du coefficient d'air des gaz de combustion, - on détermine au moins la masse du carburant injecté dans les cylindres du moteur à combustion interne et de préférence également la densité du carburant et par déduction l'inflammabilité à partir de la densité déterminée, dans l'appareil de commande du moteur à combustion interne, - on calcule le volume du carburant injecté dans les cylindres du moteur à combustion interne à partir de la pression de la rampe commune du dispositif d'injection à rampe commune et de la durée de la commande des injecteurs du dispositif d'injection, - pour le calcul du volume du carburant injecté dans les cylindres du moteur à combustion interne, on tient compte de la contre-pression dans les cylindres et/ou de la température du carburant injecté, - on mesure la température du carburant injecté à l'aide d'un capteur de température équipant le dispositif d'injection, - on détermine une valeur absolue de la masse et/ou de la densité du carburant à partir de modèles, - pour un carburant de qualité connue, on détermine une valeur de référence de la masse et/ou de la densité du carburant injecté et, à des intervalles de temps prédéfinis, on compare cette valeur de référence à la masse et/ou la densité du même carburant injecté, - on détermine la densité du carburant avant et après une opération de remplissage du réservoir, - on déduit qu'il y a une opération de remplissage du réservoir à partir de la variation du niveau de remplissage du carburant dans le réservoir, de l'ouverture du bouchon de réservoir et/ou de la consommation calculée de carburant par le moteur à combustion interne, - en fonction de l'inflammabilité du carburant, obtenue, on modifie les paramètres de commande et/ou de régulation de la combustion dans les cylindres du moteur à combustion interne ou du champ de caractéristiques de valeurs de consigne de ces paramètres, - les paramètres sont la masse de l'air, le début de la commande et la pression dans la rampe commune. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma des parties d'un véhicule équipé d'un moteur Diesel, - la figure 2 est un schéma par bloc du procédé de détermination de l'inflammabilité du carburant dans un moteur Diesel selon un premier mode de réalisation, - la figure 3 est un schéma par bloc d'une variante du procédé de la figure 2. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre schématiquement un véhicule 2 équipé d'un réservoir 4 alimentant un moteur Diesel 6 par un système d'injection 8 à rampe commune avec du gasoil, du bio-gasoil ou du carburant GPL en commandant à l'aide d'un appareil de commande de moteur 10.

Le moteur Diesel 6 comporte de façon connue une tubulure d'admission 12 équipée d'un débitmètre massique d'air 14 pour mesurer la masse d'air frais fournie aux cylindres 16 du moteur 6 ainsi qu'un volet d'étranglement 18 pour commander l'alimentation en air frais ainsi qu'une tubulure d'échappement 20 équipée d'une sonde lambda 22 pour mesurer le coefficient d'air (rapport d'air de combus- tion) À des gaz de combustion expulsés des cylindres 16. Le système d'injection 8 comporte également de manière connue un ensemble d'injecteurs ou de buses d'injection 24 alimenté par une pompe à carburant 26 et une pompe à piston à haute pression 28 par une conduite de distribution commune (rampe commune) 30 en carburant du réservoir 4. La conduite de carburant 32 reliant le réservoir 4 au tube de distribution 30 comporte un filtre à carburant 34 et les deux pompes 26, 28 ainsi qu'une soupape de régulation de pression 36 pour réguler la pression du carburant en amont de la pompe haute pression 28, un capteur de température 38 pour mesurer la tempéra- ture du carburant et un capteur de pression 40 pour mesurer la pression dans la conduite de distribution ou rampe commune 30. L'appareil de commande 10 du moteur est relié aux capteurs 38, 40 et aux injecteurs 24 du système d'injection 8, au débitmè- tre massique d'air 14 et à un actionneur 44 pour régler le volet d'étranglement 18, à la sonde lambda 22 ainsi qu'à d'autres capteurs et actionneurs non représentés tels qu'un compte-tours ou la pédale d'accélérateur du véhicule 2 par l'intermédiaire de lignes de transmission de signaux 42.

L'appareil de commande 10 du moteur exploite les signaux des capteurs avec des informations ou des valeurs de mesure entre autres la masse d'air frais mesurée par le débitmètre massique d'air 14 et fournie aux cylindres 16, le coefficient d'air À mesuré par la sonde lambda 22, la pression dans la rampe commune mesurée par le capteur de pression 40 ainsi que la température du carburant mesurée par le capteur de température 38. Les informations ou valeurs de me-sure exploitées servent, en combinaison avec le signal de commande fourni par la pédale d'accélérateur et les grandeurs de commande ou de régulation enregistrées dans les champs de caractéristiques, à com- mander ou réguler différents paramètres déterminants pour la combustion du carburant dans les cylindres 16. Ces paramètres comprennent entre autres la quantité de carburant fournie lors d'une ou plusieurs pré-injections aux cylindres 16, l'instant du début de la pré-injection ou des pré-injections, l'intervalle de temps entre les pré-injections ou une pré-injection et l'injection principale, le niveau de la pression dans la rampe commune fournie par la pompe haute pression 28, la position du volet d'étranglement 18, la rotation du carburant injecté, le coefficient de recyclage des gaz d'échappement, c'est-à-dire la quantité des gaz d'échappement recyclés dans les cylindres 16 à partir de la tubulure d'échappement 20 ainsi que la pression d'alimentation d'un compres- seur d'air dans le cas des moteurs Diesel suralimentés. Une partie des informations transmises par les appareils de mesure, les sondes ou les capteurs 14, 22, 38, 40 à l'appareil de commande 10 du moteur sera utilisée pour le fonctionnement normal du véhicule 2 sans qu'il soit nécessaire de prévoir des capteurs supplé- mentaires ou de travailler selon un mode de fonctionnement particulier pour obtenir l'inflammabilité du carburant alimentant le système d'injection 8 à partir du réservoir 4, qualité qui peut présenter des variations importantes lorsqu'on change de type de carburant et qu'on passe par exemple du gasoil à du bio-gasoil. L'inflammabilité du carburant ainsi obtenue et qui est une mesure de la qualité du carburant s'exprimant habituellement par l'indice de cétane CCI, est utilisée par l'appareil de commande 10 du moteur pour, le cas échéant, c'est-à-dire en cas de variation de l'inflammabilité, modifier une partie des paramètres évoqués ci-dessus et qui sont déterminants pour la combustion dans les cylindres 16 ou encore des champs de caractéristiques de va-leurs de consigne, pour rétablir une combustion optimale. Il est possible de déterminer l'indice de cétane CCI avec une précision suffisante à l'aide de la seule densité p du carburant en 15 procédant par le calcul car d'une part l'indice de cétane se détermine à l'aide de formules empiriques, comme par exemple la formule particulièrement simple suivante : CCI=454,74-1,641416{p+0,00077474{p2-0,554{t50+97,8031og2(t50) l'indice de cétane CCI dépendant, outre de la température d'ébullition 20 moyenne t50 du carburant en degrés C, corrigée en atmosphère normale ICAO, uniquement de la densité p du carburant exprimée en kg/m3 à une température de 15°C et que d'autre part la température moyenne d'ébullition t50 pour tous les carburants utilisés normalement dans les moteurs Diesel peut être considérée comme pratiquement 25 constante. Le procédé représenté schématiquement figure 2 convient à cet effet. Dans ce procédé, on calcule la densité p du carburant comme valeur absolue à partir du quotient de la masse m et du volume V du carburant fourni à l'un des cylindres 16 du moteur 6 lors d'une 30 injection. Un programme approprié de l'appareil de commande 10 et du moteur calcule dans une étape S1 à l'aide d'un modèle de calcul établi à cet effet à partir de la masse d'air frais 46 fournie au cylindre pour la combustion, mesurée par le débitmètre massique d'air 14 et à 35 partir du coefficient d'air 48 (coefficient d'air À) des gaz de combustion sortant du cylindre 16, la masse m de carburant injecté ; dans l'étape S2, on détermine le volume de carburant V injecté, fixé par la pression dans la rampe commune 50, tel que mesuré par le capteur 40 et la du-rée de commande 52 des injecteurs 24 en utilisant également un mo- dèle de calcul. Pour améliorer la précision du procédé, on tient compte dans l'étape S2, en plus de la température de carburant 54 mesurée par le capteur 38 ainsi que de la contre-pression 56 dans le cylindre 16, en-registrée dans les champs de caractéristiques de l'appareil de commande 10 du moteur pour chaque point de fonctionnement du moteur 6. Après avoir calculé, dans l'étape S3, la densité p du carburant injecté comme quotient de la masse m par le volume V, on cal-cule ensuite, dans l'étape S4, à partir de la densité p, en utilisant par exemple la formule donnée ci-dessus, le coefficient de cétane CCI du carburant selon l'étape S4. Comme la masse de carburant m effectivement injectée pour des paramètres de commande constants tels que par exemple la pression de la rampe commune 50, la durée de commande 52, la température de carburant 54 et la contre-pression 56 dans le cylindre peu- vent varier lentement à cause de la dérive du système d'injection 8 et de la masse d'air 46 mesurée par le débitmètre massique d'air 14 à cause de la dérive du débitmètre massique d'air 14 en fonction de la durée de vie du moteur 6 ou du véhicule 2, il peut arriver que la valeur absolue de la densité p calculée de cette manière et l'indice de cétane CCI que l'on déduit diffèrent progressivement de la densité effective p ou de l'indice de cétane effectif CCI du carburant. Pour compenser cette dérive lente ou pour en tenir compte dans la détermination de la densité p, selon une étape précédente S0, dans le cas d'un véhicule neuf utilisant un carburant avec un indice de cétane connu, on peut déterminer de la manière décrite ci-dessus, une valeur de référence 58 de la masse m de carburant injecté. Cette valeur de référence 58 pourra alors être comparée à des intervalles de temps prédéterminés, par exemple à chaque révision du véhicule 2, dans l'étape S5 en utilisant le même carburant avec la masse de car- burant déterminée m (figure 2) pour déduire une valeur de correc- tion 60 servant au calcul de l'indice de cétane CCI comme le montre la figure 3. Cette valeur de correction est alors prise en compte dans l'étape S4. En revanche, des variations rapides de l'indice de cétane CCI obtenu permettent plutôt de conclure à une variation de la densité p du carburant de sorte que l'on peut améliorer la précision du procédé décrit ci-dessus, en variante ou en plus en ce que l'on met la détermination de la masse de carburant m en corrélation avec des opérations de remplissage du réservoir 62. On peut conclure à de telles opérations par exemple en tenant compte d'une variation importante du niveau de remplissage du carburant dans le réservoir 4, l'ouverture du bouchon de réservoir ou de la consommation calculée de carburant. Un autre avantage du procédé décrit ci-dessus est que la densité de carburant p obtenue pour déterminer l'inflammabilité peut également servir de coefficient multiplicateur, pris en compte pour convertir la dose de carburant à fournir aux injecteurs 24 en durée de commande 52 des injecteurs 24.

Claims

REVENDICATIONS

1 °) Procédé pour déterminer l'inflammabilité du carburant notamment de gasoil, de bio-gasoil, de carburant GPL ou de carburant GPL de biomasse, ayant une qualité inconnue pour un moteur à combustion in- terne, caractérisé en ce qu' on détermine la densité (p) du carburant et on en déduit l'inflammabilité.

2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on calcule la densité (p) du carburant à partir de la masse (m) et du volume (V) du carburant injecté pour sa combustion dans au moins un cylindre (16) du moteur à combustion interne (6).

3°) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' on détermine la masse (m) de carburant injecté dans les cylindres (16) du moteur à combustion interne (6) à partir de la masse d'air frais four- nie pour la combustion dans les cylindres (16) et du coefficient d'air (À) des gaz de combustion.

4°) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' on détermine au moins la masse (m) du carburant injecté dans les cylindres (16) du moteur à combustion interne (6) et de préférence égale-ment la densité (p) du carburant et par déduction l'inflammabilité à partir de la densité (p) déterminée, dans l'appareil de commande (10) du moteur à combustion interne (6).

5°) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' on calcule le volume (V) du carburant injecté dans les cylindres (16) du moteur à combustion interne (6) à partir de la pression (50) de la rampe 15commune du dispositif d'injection à rampe commune (8) et de la durée de la commande (52) des injecteurs (24) du dispositif d'injection (8).

6°) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que pour le calcul du volume (V) du carburant injecté dans les cylindres (16) du moteur à combustion interne (6), on tient compte de la contre-pression (56) dans les cylindres (16) et/ou de la température (54) du carburant injecté.

7°) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu' on mesure la température (54) du carburant injecté à l'aide d'un capteur de température (28) équipant le dispositif d'injection (6).

8°) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' on détermine une valeur absolue de la masse (m) et/ou de la densité (p) du carburant à partir de modèles. 20 9°) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que pour un carburant de qualité connue, on détermine une valeur de référence (58) de la masse (m) et/ou de la densité (p) du carburant injecté 25 et, à des intervalles de temps prédéfinis, on compare cette valeur de référence à la masse (m) et/ou la densité (p) du même carburant injecté. 10°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' 30 on détermine la densité (p) du carburant avant et après une opération de remplissage (62) du réservoir. 11 °) Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'on déduit qu'il y a une opération de remplissage du réservoir (62) à par-tir de la variation du niveau de remplissage du carburant dans le réservoir (4), de l'ouverture du bouchon de réservoir et/ou de la consommation calculée de carburant par le moteur à combustion in- terne. 12°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' en fonction de l'inflammabilité du carburant, obtenue, on modifie les paramètres de commande et/ou de régulation de la combustion dans les cylindres (12) du moteur à combustion interne (6) ou du champ de caractéristiques de valeurs de consigne de ces paramètres. 13°) Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que les paramètres sont la masse de l'air, le début de la commande et la pression dans la rampe commune.