La présente invention concerne un procédé d’alerte en vue d’une maintenance prédictive d’une pompe haute pression dans un moteur à combustion interne.

La présente invention concerne plus particulièrement une pompe à carburant pour l’alimentation d’une rampe commune d’injection d’un moteur à combustion interne. Du carburant est alors stocké à haute pression dans une rampe qui alimente des injecteurs : il suffit alors qu’un injecteur s’ouvre pour pouvoir envoyer du carburant sous pression dans un cylindre.

Pour un bon fonctionnement de l’injection, il convient de maintenir une pression la plus constante possible dans la rampe d’injection. La pompe haute pression utilisée pour mettre la rampe sous pression est munie d’un clapet de décharge (en anglais Pressure Relief Valve ou PRV). Celui-ci se déclenche (s’ouvre) lorsque la pression du carburant devient trop importante.

Dans un moteur, si la pompe haute pression pour le carburant est en panne, ou même si elle fonctionne en mode dégradé, il est clair que tout le fonctionnement du moteur est affecté. En effet, si la pression dans la rampe d’injection n’est pas la pression nominale, l’injection de carburant dans le moteur ne se fait pas dans les conditions optimales de fonctionnement prévues pour le moteur, le carburant ne brûle donc pas normalement dans les cylindres et les performances attendues (tant au niveau du couple délivré que de la pollution) ne sont pas atteintes.

Un but de la présente invention est alors d’éviter d’en arriver à une telle situation et donc d’éviter une panne due à une défaillance de la pompe haute pression prévue pour le carburant.

Il a été supposé que, puis constaté que, lorsque le clapet de décharge d’une pompe haute pression de carburant s’active trop souvent, l’efficacité de la pompe correspondante diminue et la pompe n’est plus capable de débiter le flux et/ou la pression souhaitée. Le moteur est alors obligé de fonctionner en mode dégradé et la pompe doit être changée. La pression d’ouverture du clapet de décharge PRV n’est que pas ou très peu atteinte lorsque le moteur est en fonctionnement, car c’est un clapet de décharge de sécurité dont le fonctionnement fréquent lorsque le moteur tourne n’est pas envisagé. Les ouvertures fréquentes de ce clapet peuvent être considérées comme destructrices eu égard aux sollicitations fréquentes du ressort. Par contre, à la coupure du moteur, il existe généralement une montée en pression du rail haute pression (chambre de carburant) en raison d’une montée en température temporaire avant refroidissement du moteur, du fait de l’arrêt du refroidissement moteur. Le procédé selon la demande examinée compte ces ouvertures du clapet de décharge.

Un autre but de la présente invention est alors de déterminer une panne imminente de la pompe et/ou de fournir une alerte invitant à changer la pompe avant qu’elle tombe en panne (ou qu’elle commence à moins bien fonctionner).

En outre, la pression exacte de déclenchement du clapet de décharge n’est pas connue des moyens de contrôle du moteur. En effet, cette pression dépend des tolérances de fabrication de ce clapet de décharge et ne peut donc être connue a priori par le contrôle moteur.

Un autre but de la présente invention est alors de déterminer la pression déclenchant l’ouverture du clapet de décharge.

À cet effet, la présente invention propose un procédé d’alerte concernant l’état d’une pompe haute pression d’un moteur comportant un clapet de décharge, une pression seuil définissant la pression d’ouverture du clapet de décharge, ladite pompe alimentant en carburant sous pression une chambre munie d’un capteur de pression, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes :

• initialisation d’un calculateur à la coupure du moteur au cours de laquelle ladite pression seuil et une valeur d’un premier compteur sont récupérées dans une mémoire associée au dit calculateur,

• mesure de la pression du carburant dans la chambre,

• incrémentation du premier compteur si la pression du carburant dans la chambre est supérieure ou égale à la pression seuil,

• déclenchement d’une alerte lorsque la valeur du premier compteur dépasse un seuil prédéterminé.

Ce procédé permet ainsi de déterminer à l’avance quand une pompe haute pression doit être changée, et ce le plus souvent avant que celle-ci ne tombe en panne. Toutes les pannes ne peuvent pas être évitées, notamment pas les pannes subites, mais la plupart d’entre elles.

Il est par exemple mis fin au procédé lorsqu’une alerte est déclenchée ou bien lorsqu’une succession d’un nombre prédéterminé de mesures donne à chaque fois une valeur de pression décroissante dans la chambre.

Un procédé d’alerte tel que défini ci-dessus peut aussi prévoir qu’une alerte est également déclenchée lorsqu’une succession d’un nombre prédéterminé de mesures donne à chaque fois une valeur de pression croissante au-delà de la pression seuil. Dans ce cas, une panne est détectée (et non pas prédite).

Pour rendre le décompte des ouvertures de clapet de décharge plus précis, on peut affiner par exemple la valeur de pression d’ouverture de ce clapet. On peut par exemple prévoir que la pression seuil mémorisée est déterminée à la coupure du moteur, dans des conditions prédéterminées, en mettant en oeuvre les étapes suivantes :

• mesures successives de la pression dans la chambre, et

• mémorisation de la première pression mesurée correspondant à une diminution de la pression par rapport à la pression mesurée lors de la mesure de pression précédente, cette première pression mesurée étant alors considérée comme la pression seuil à prendre en compte pour un procédé tel que décrit plus haut.

Dans ce mode de détermination de la pression d’ouverture du clapet de décharge, on peut prévoir, dans un mode de réalisation préféré, que les conditions prédéterminées pour déterminer la pression seuil sont les suivantes :

• pression dans la chambre supérieure à une pression prédéterminée et

• température d’un liquide de refroidissement du moteur supérieure à une température prédéterminée et

• température de la chambre alimentée par la pompe inférieure à une température donnée et

• température ambiante supérieure à une température prédéterminée.

De façon alternative ou cumulative, la pression seuil mémorisée peut être déterminée moteur tournant, dans des conditions prédéterminées, en mettant en oeuvre les étapes suivantes :

• introduction dans un système de gestion et de contrôle du moteur d’une pression de consigne pour la chambre alimentée par la pompe haute pression, ladite pression de consigne étant supérieure à la pression théorique maximale de déclenchement du clapet de décharge,

• mesures successives de la pression dans la chambre, et

• mémorisation de la première pression mesurée correspondant à une diminution de la pression par rapport à la pression mesurée lors de la mesure de pression précédente, cette première pression mesurée étant alors considérée comme la pression seuil à prendre en compte pour un procédé d’alerte ci-dessus.

Dans cette variante du procédé d’alerte, les conditions prédéterminées pour déterminer la pression seuil peuvent être les suivantes :

• alimentation en carburant des cylindres coupées et

• température d’un liquide de refroidissement du moteur inférieure à une température prédéterminée et

• régime du moteur inférieur à un régime prédéterminé et

• température ambiante supérieure à une température prédéterminée.

La présente invention concerne également : • un dispositif de gestion et de contrôle d’un moteur comportant des moyens pour la mise en oeuvre de chacune des étapes d’un procédé décrit ci-dessus et/ou

• un moteur comportant un tel dispositif de gestion et de contrôle.

Des détails et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui suit à l’aide du dessin schématique annexé sur lequel :

- la figure 1 illustre en coupe longitudinale un clapet de décharge,

- la figure 2 est un organigramme d’une forme de réalisation préférée d’un procédé d’alerte,

- la figure 3 est un organigramme d’une forme de réalisation préférée d’une détermination d’une pression seuil mise en oeuvre dans l’organigramme de la figure 2, et

- la figure 4 est un organigramme d’une forme de réalisation préférée d’une autre manière de déterminer une pression seuil mise en oeuvre dans l’organigramme de la figure 2.

La figure 1 illustre à titre purement illustratif et non limitatif un clapet de décharge (connu de l’art antérieur) qui peut être utilisé en coopération avec une pompe haute pression destinée à pomper du carburant (par exemple de l’essence) dans un moteur à combustion interne, par exemple un moteur pour véhicule automobile. La pompe haute pression délivre du carburant à haute pression dans une chambre, appelée aussi communément rail, pour alimenter des injecteurs. La chambre est commune à plusieurs injecteurs. Ces derniers sont alors toujours sous pression et il suffit de les ouvrir pour alimenter en carburant un cylindre correspondant.

La pompe haute pression est par exemple associée au clapet de décharge illustré sur la figure 1. Un tel clapet est aussi connu sous le sigle anglais PRV correspondant à Pressure Relief Valve (qui signifie clapet de décharge). Une sortie haute pression de la pompe alimente en carburant un canal 2 formé dans un corps 4. Une bille 6 ferme le canal 2. Elle est précontrainte en position fermée du canal 2 par une tige 8 creuse dans laquelle est formé un siège 10 recevant la bille 6 ainsi que par un ressort 12 qui vient en appui sur une tête 14 de la tige 8. Lorsque la tige 8 se déplace en s’éloignant du corps 4, elle ouvre l’accès à un canal de décharge 16 pour le carburant se trouvant initialement dans le canal 2.

Pour que le clapet de décharge s’ouvre, il faut que le carburant en provenance de la pompe haute pression exerce sur la bille 6 et sur la tête 14 de la tige 8 une force supérieure à celle exercée par le ressort et le carburant se trouvant dans la chambre de décharge sur ces éléments.

Le carburant exerce sur la bille 6 et la tête 14 une force de pression et des forces liées à la viscosité du carburant. À ces forces s’opposent les forces exercées, d'une part, par le ressort 12 et, d'autre part, par le carburant se trouvant du côté du canal de décharge 16. Les forces exercées par le ressort 12 sont la force exercée par le ressort dans sa position de repos et la force exercée par la compression du ressort (égale à la raideur du ressort multipliée par la variation de longueur du ressort). Les forces exercées par le carburant sont des forces de pression et des forces liées à la viscosité du carburant. La pression du côté du canal de décharge étant sensiblement constante, l’ouverture du clapet de décharge dépendra essentiellement de la pression du carburant dans le canal 2, c’est-à-dire la pression du carburant délivré par la pompe haute pression.

La figure 2 illustre une forme de réalisation préférée d’un procédé pour créer une alerte avant la défaillance d’une pompe haute pression de carburant dans un moteur et dans certains cas de défaillance. Cet organigramme est destiné à être mis en oeuvre par un des calculateurs présents dans un moteur pour en assurer le contrôle et la gestion.

Dans les organigrammes des figures 2 à 4, la lettre N est utilisée pour « non » et la lettre Y pour « oui ».

La première interrogation (figure 2) « STOP » concerne l’état du moteur. Tant que le moteur est en marche, le procédé ne fonctionne pas. Il se met en route lorsque le moteur est à l’arrêt. Pour déterminer si le moteur est ou non en marche, on peut regarder si le contact électrique du moteur est ouvert ou fermé, ou bien il est possible de regarder la vitesse de rotation du moteur.

Lorsque l’arrêt du moteur est détecté, plusieurs paramètres sont initialisés :

• un incrément n est mis à 0,

• une mesure de la pression du carburant agissant sur le clapet de décharge est réalisée est cette mesure FUPmes est mémorisée comme valeur initiale de la pression du carburant FUPO. Les mesures successives de la pression du carburant seront nommées par la suite FUPn avec n incrémenté à chaque mesure,

• un incrément CTRPRV qui compte le nombre d’activation du clapet de décharge est récupéré dans la mémoire dans laquelle il a été enregistré lors de la dernière mise en oeuvre du procédé. Ainsi, CTRPRV prend la valeur CTRPRVmemo qui a été mémorisée. Lors de la première mise en oeuvre de ce procédé dans un moteur, CTRPRVmemo peut être mis par exemple à 0 (toute autre valeur peut aussi être choisie),

• la valeur PRVset de la pression déclenchant l’ouverture du clapet de décharge peut varier dans le temps. Les figures 3 et 4 illustrent deux procédés permettant de réaliser un apprentissage de cette valeur. À l’issue d’un tel apprentissage, la valeur déterminée PRVsetmemo est mise en mémoire. Lorsqu’aucun apprentissage n’a été réalisé, la valeur PRVsetmemo correspond à une valeur théorique maximale à laquelle le clapet de décharge doit s’ouvrir. Par exemple, si par construction le clapet de décharge doit s’ouvrir pour une pression P0±a, alors PRVsetmemo sera par exemple initialisé à P0+a, ou bien une valeur légèrement supérieure à cette valeur de quelques bars,

• un incrément PRV KO est initialisé à 0. Cet incrément sera utilisé pour détecter une panne de la pompe, lorsque la pression continue d’augmenter alors que la pression de déclenchement du clapet de décharge est atteinte, et

• un incrément ctrFUPdec est initialisé à 0. Cet incrément sera utilisé pour mettre fin au procédé dans la plupart des cas, c’est-à-dire lorsqu’aucune alerte n’est émise.

Lorsque l’arrêt du moteur est détecté et que les initialisations sont réalisées, l’incrément n est incrémenté d’une valeur et une mesure de la pression du carburant FUPn est réalisée.

Tout d’abord, cette nouvelle valeur mesurée est comparée à la valeur mesurée précédemment (la dernière faite avant) : FUPn - FUPn-1 > 0.

Si une décroissance de la pression est constatée, l’incrément ctrFUPdec est incrémenté. Tant que la valeur de cet incrément ne dépasse pas une valeur prédéterminée N1 , de nouvelles mesures sont réalisées. Lorsque la valeur N1 +1 est atteinte, l’incrément CTRPRV qui compte le nombre d’ouvertures du clapet de décharge est contrôlé. Le plus souvent, cet incrément est inférieur au seuil N2 du nombre d’ouvertures critique. Dans ce cas, la valeur courante de CTRPRV est mémorisée et devient la nouvelle valeur CTRPRVmemo qui sera utilisée pour la prochaine mise en oeuvre de ce procédé. Une étape « X » correspond alors à la fin du procédé. Au cours de cette étape, il est notamment mis fin à la requête de maintien en activation du calculateur gérant le déroulement du présent procédé.

Si par contre l’incrément CTRPRV est supérieur au seuil N2, une alerte est déclenchée à l’étape « W ». Après cette étape, on mémorise également la valeur courant de CTRPRV et on met fin au procédé comme expliqué au paragraphe précédent.

On considère maintenant le cas où la mesure de pression du carburant est croissante. C’est le cas qui se produit généralement à l’arrêt du moteur. En effet, le carburant est stocké dans la rampe. Compte tenu de la température du moteur, la température dans la rampe a tendance à augmenter et la pression dans la rampe augmente donc. Dans un tel cas, il faut regarder si la valeur de la pression FUPn qui a été mesurée dépasse le seuil PRVset. En parallèle, la pression étant croissante, l’incrément ctrFUPdec qui comptabilise le nombre de mesures successives décroissantes est mis à 0.

Si le seuil n’est pas atteint, une nouvelle mesure est réalisée, avec incrémentation de l’incrément n. Si le seuil est atteint, le clapet de décharge s’ouvre et l’incrément CTRPRV est incrémenté.

L’incrément n est alors à nouveau incrémenté et une nouvelle mesure de la pression du carburant est réalisée. Si la pression du carburant est retombée sous la pression limite PRVset, alors une nouvelle mesure est lancée avec un nouvel incrément n et avec mise à 0 de l’incrément PRV KO. Par contre, si la pression du carburant reste au- dessus de la valeur PRVset, on incrémenté l’incrément PRV KO qui, de manière similaire à l’incrément ctrFUPdec qui compte les mesures successives avec des pressions décroissantes, compte les mesures successives de pression qui sont supérieures à la pression PRVset. Tant que la valeur de cet incrément reste en dessous d’une limite N3, de nouvelles mesures de pression sont faites et PRV KO est incrémenté tant que la pression mesurée reste au-dessus de la pression limite PRVset.

Si la limite N3 est atteinte (ce nombre est fixé en fonction de la fréquence des mesures de la pression du carburant et des caractéristiques de la pompe et du clapet de décharge) une alerte est déclenchée (étape W). En effet, dans ce cas, le clapet de décharge reste anormalement fermé et n’est donc pas en mesure d’assurer sa fonction. Cette anomalie est alors signalée par une alerte.

Une fois l’alerte déclenchée, il est mis fin à la procédure d’alerte. Comme indiqué précédemment, la valeur actuelle de CTRPRV est mise en mémoire et il est mis fin à la requête de maintien en activation du calculateur gérant le déroulement du présent procédé (étape « X »).

Ce procédé permet ainsi de déclencher une alerte, d'une part, lorsque le clapet de décharge s’ouvre N2 fois et, d'autre part, lorsque le clapet de décharge de la pompe haute pression n’est plus en mesure d’assurer sa fonction.

La figure 3 illustre une manière de déterminer la valeur limite PRVset qui correspond à la pression du carburant déclenchant l’ouverture du clapet de décharge. Comme indiqué plus haut, une valeur initiale (moteur neuf) est mise en mémoire à l’origine et qui correspond à une valeur maximale théorique.

Tout d’abord, il convient de savoir si la valeur de la pression d’ouverture du clapet de décharge est à déterminer ou pas (« PRVset ? »). Si cette valeur a été déterminée « récemment », il est inutile de le faire. En effet, cette valeur change avec l’usure mécanique des pièces et une modification de la valeur de la raideur du ressort 12. Les conditions dans lesquelles une nouvelle détermination de la valeur de cette pression d’ouverture sont prédéfinies selon des critères à établir. À titre d’exemples simplement illustratifs et non limitatifs, on peut par exemple prévoir de faire un nouveau calibrage tous les n milliers de kilomètres, ou bien tous les six mois, ou une combinaison de ces paramètres. S’il convient de déterminer la pression d’ouverture du clapet de décharge, cette détermination ne pourra être faite que lorsque des conditions extérieures qui auront été préalablement définies sont elles aussi remplies. Dans le cas illustré sur la figure 3, il est ainsi proposé de redéfinir la pression d’ouverture du clapet de décharge si le moteur est dans un mode de fonctionnement dans lequel l’alimentation en carburant des cylindres est coupée et les trois conditions ci-après sont remplies :

• la température du liquide de refroidissement du moteur est basse : par exemple (illustratif et non limitatif comme pour toutes les valeurs dans la présente description) en dessous de 40°C ;

• le régime moteur est bas (par exemple moins de 3000 tr/min pour un moteur dit moteur essence) ;

• la température ambiante est basse (par exemple inférieure à 10°C).

En résumé, la détermination se fera moteur froid, à faible régime. L’idée est alors de forcer la pompe à alimenter la rampe d’injection en carburant et de regarder quand le clapet de décharge s’ouvre. Ceci est traduit sur l’organigramme de la figure 3 comme expliqué ci-après.

Sur cette figure 3, lorsqu’il convient de déterminer la valeur d’ouverture du clapet de décharge, d'une part, et que les paramètres extérieurs sont remplis, d'autre part, alors la valeur de consigne de la pompe haute pression est changée pour qu’elle soit supérieure à la pression d’ouverture du clapet de décharge. Il peut par exemple s’agir de la pression PO+a citée plus haut ou bien une pression supérieure à celle-ci. D’autres stratégies peuvent être choisies ici (prendre par exemple la dernière pression PRVset connue et lui rajouter 20 bars, ...). On oblige de la sorte la pompe à débiter du carburant dans la rampe à haute pression. En faisant alors des mesures de la pression du carburant, on observe la pression pour déterminer la première valeur de pression mesurée inférieure à la mesure précédente, appelée FUPded . Ici aussi, la stratégie peut être un peu différente. Il est par exemple possible de choisir la valeur maximale de la pression mesurée. On peut aussi à partir des valeurs mesurées, déterminer une courbe (par exemple avec la méthode des moindres carrés) et déterminer une valeur d’ouverture à partir de cette courbe.

Une fois la valeur déterminée (on suppose que c’est FUPded sur la figure 3), cette valeur est mémorisée et devient donc PRVsetmemo qui sera utilisée pour la prochaine mise en oeuvre du procédé illustré sur la figure 2. La valeur de la pression d’ouverture PRVset est ainsi déterminée et il peut être mis fin au processus d’apprentissage.

Le procédé illustré sur la figure 4 est une autre procédure pouvant être mise en oeuvre pour déterminer la pression d’ouverture du clapet de décharge. Ce procédé ne vient pas remplacer celui de la figure 3. Les deux procédés peuvent être mis en oeuvre dans un même moteur. Comme il ressort de ce qui va suivre, ces procédés ne peuvent pas être conduits en parallèle car les conditions de mises en oeuvre ne sont pas les mêmes. Selon les conditions extérieures, l’un ou l’autre de ces deux procédés peut alors être mis en oeuvre.

Tout d’abord, il convient de savoir si la valeur de la pression d’ouverture du clapet de décharge est à déterminer ou pas (« PRVset ? »). Ces conditions sont de préférence les mêmes que celles énoncées en référence à la figure 3. Une fois que les conditions prédéterminées sont remplies, le processeur est en veille pour déterminer lesquelles des conditions de la figure 3 ou de la figure 4 (cf. plus loin) sont remplies en premier.

Supposons donc ici que la valeur de la pression d’ouverture du clapet de décharge soit à déterminer. Dans le cas illustré sur la figure 4, il est proposé de redéfinir la pression d’ouverture du clapet de décharge si le moteur est à l’arrêt et si les quatre conditions ci-après sont remplies :

• la température du liquide de refroidissement du moteur est élevée : par exemple (illustratif et non limitatif comme pour toutes les valeurs dans la présente description) au-dessus de 90°C ;

• la pression du carburant est déjà élevée : par exemple supérieure à 350 bar ;

• la température ambiante est élevée (par exemple supérieure à 30°C) ;

• la température du carburant dans la rampe est relativement basse (par exemple inférieure à 50°C).

En résumé, la détermination se fera moteur chaud, quand il fait chaud à l’extérieur et que le carburant n’est pas trop chaud. L’idée est alors que la pression du carburant va augmenter (et même assez rapidement) car il n’est pas très chaud mais placé dans un environnement chaud. Comme la pression du carburant au départ est assez élevée, elle devrait alors venir dépasser la valeur de la pression d’ouverture du clapet de décharge. On observe alors la montée en pression dans la rampe de carburant et on enregistre la pression dès qu’une baisse de la pression est repérée. Cette dernière ne peut être due qu’à une ouverture du clapet de décharge. Ceci est traduit sur l’organigramme de la figure 4 comme expliqué ci-après.

Sur cette figure 4, lorsqu’il convient de déterminer la valeur d’ouverture du clapet de décharge (détermination de PRVset), d'une part, et que les paramètres extérieurs sont remplis, d'autre part, alors on fait des mesures de la pression du carburant et on observe les variations de cette pression pour déterminer la première valeur de pression mesurée inférieure à la mesure précédente, appelée FUPded . Ici aussi, la stratégie peut être un peu différente. Il est par exemple possible de choisir la valeur maximale de la pression mesurée. On peut aussi à partir des valeurs mesurées, déterminer une courbe (par exemple avec la méthode des moindres carrés) et déterminer une valeur d’ouverture à partir de cette courbe.

Une fois la valeur déterminée (on suppose que c’est FUPded sur la figure 4), cette valeur est mémorisée et devient donc PRVsetmemo qui sera utilisée pour la prochaine mise en oeuvre du procédé illustré sur la figure 2. La valeur de la pression d’ouverture PRVset est ainsi déterminée et il peut être mis fin au processus d’apprentissage (étape X).

La description ci-dessus permet donc tout d’abord de déterminer la pression du carburant qui déclenche l’ouverture du clapet de décharge associé à la pompe haute pression destinée à pomper ledit carburant dans un rail d’alimentation d’injecteurs. Ensuite, un procédé d’alerte est proposé pour permettre d’avertir et de solliciter une maintenance prédictive de la pompe haute pression de carburant.

La mise en oeuvre des procédés ci-dessus permet donc dans la plupart des cas, d’éviter une panne de la pompe à carburant qui conduit à une panne grave, soit arrêt du véhicule ou tout du moins fonctionnement en mode très dégradé (limitation de régime et de couple). Grâce à l’alerte émise, le composant peut être changé avant la panne et cette dernière peut alors être évitée.

Les procédures d’apprentissage décrites et illustrées permettent d’adapter au mieux la valeur de la pression d’ouverture du clapet de décharge. De la sorte, le procédé d’alerte peut être mis en oeuvre de manière plus efficace et plus précise. La connaissance exacte de cette pression d’ouverture est également bien utile pour affiner les stratégies de contrôle moteur.

Bien entendu, la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites ci-dessus et illustrées sur le dessin joint, ni aux variantes évoquées, mais elle concerne également les variantes de réalisation à la portée de l’homme du métier.