Brevet FR2563282A1 — publié le 19851025

Procédé et dispositif pour commander l'injection dans des moteurs à combustion interne avec une commande séparée du papillon pour chaque cylindre." L'invention concerne un procédé et un dis- positif pour commander l'injection de moteurs à combus- tion interne notamment de moteurs à cylindres multiples avec une commande séparée du papillon pour chaque cylin- dre, chaque cylindre recevant une injection au moins deux fois pour un cycle de travail complet (aspiration, compression, explosion, évacuation) à des angles de vile- brequin prédéterminés. La Demande de brevet européenne publiée sous la n 0069 386 (A2) décrit une installation d'injec- tion de carburant pour des moteurs à combustion interne à quatre temps dans laquelle on injecte pour un premier groupe de cylindres, déterminé, à un point d'injection commun et pour. un second groupe de cylindres à un second point d'injection décalé de 180 par rapport au premier point d'injection; par cycle de travail, on fait deux injections par cylindre rapporté à la rotation du vile- brequin; c'est-à-dire que l'on fait une injection par rotation du vilebrequin ou encore comme un cycle de tra- vail s'étend sur deux rotations du vilebrequin dans le cas d'un moteur à quatre temps, on fait deux injections- pour 7200 KW (la référence angulaire KW utilisée ici et dans la suite du texte correspond par convention à la rotation du vilebrequin). Dans les installations d'injection de carburant, connues, le point de départ est que dans des moteurs à commande séparée de papillon (c'est-àdire un papillon par cylindre) les variations de la pression dans la tubulure d'aspiration c'est-à-dire les pressions diffé- rentielles efficaces au niveau de la fente de dosage de chaque soupape d'injection, sont très grandes par rapport aux moteurs habituels qui ne comportent qu'un papillon dans un collecteur d'admission, et-cela en fonction de l'angle du vilebrequin; ces variations considérables de la pression dans la tubulure d'aspiration, et qui se répètent de façon cyclique pour chaque angle de 720 KW, sont particulièrement fortes,dans le cas de moteurs à combustion internesdont les cylindres ont quatre soupapes et aboutissent finalement dans les systèmes d'injection actuels à ce que pour la commande électrique simultanée habituelle de tous les injecteurs, comme déjà mentionné, par exemple pour une injection par rotation, les pres- sions différentielles différentes au niveau de chaque in- tervalle de dosage des injecteurs, aboutissent à la four- ni.ture de quantités différentes de carburant; ces quan- tités différentes ne se compensent toutefois pas dans le cadre d'un cycle'de travail complet pour chaque cylindre (entre O et 7200 KW). Entre les différents cylindres, cela aboutit à des dispersions du-coefficient suivant un ordre de grandeur qui ne sont pas acceptables, ni sur le plan de la nocivité vis-à-vis de l'environnement, ni sur le plan des possibilités offertes par les systèmes d'injection qui fonctionnent de façon très précise; de telles dispersions du coefficient t peuvent atteindre des différences allant jusqu'à 5 % par rapport au rapport de mélange prédéterminé. La raison de telles dispersions importan- tes du coefficient t dans le cas de moteurs à combustion interne à plusieurs cylindres avec une commande séparée des papillons réside naturellement dans le fait que pour chaque rotation de 720 KW, on injecte simultanément deux fois pour tous les cylindres; ainsi, pour une réparti- tion régulière et du fait de la succession des mouvements des soupapes d'admission et d'échappement des différents cylindres, il en résulte des différences de pression irré- gulières au niveau de chaque tubulure d'aspiration, si l'on place les instants d'injection sensiblement à 0 (720 KW et 360 KW) angles de vilebrequin pour lesquels dans le cas d'un moteur à quatre cylindres, on ne commence à chaque fois qu'une seule phase d'aspiration pour un cylindre. Dans le cas d'un moteur à six cylindres, les points d'injection sont décalés pour un cycle de 720 KW par exemple à un angle de vilebrequin de l'ordre de 250 et de l'ordre d'environ 610 ; pour de telles positions de vilebrequin dans le cas d'un moteur à six cylindres, il n'y a à chaque fois qu'un seul cylindre qui est précisé- ment en phase d'aspiration. Dans l'installation d'injection de carbu- rant connue, on cherche à remédier aux inconvénients de la dispersion très élevée du coefficient t entre les dif- férents cylindres en injectant en tout quatre fois rappor- tés à 720 KW pour un moteur à quatre cylindres, en regrou- pant chaque fois des groupes de cylindres de façon que globalement on arrive à une répartition régulière du car- burant entre les différents cylindres. Toutefois cela présente l'inconvénient que déjà pour un moteur à quatre cylindres, il faut deux étages de sortie commandés à des instants différents, car on injecte chaque fois a un in- tervalle de 180 KW et dans le cas d'un moteur a six cylin- dres, il faut dans ces conditions trois étages de sortie pour ne pas travailler de façon asymétrique. La présente invention a ainsi pour but d'effectuer l'injection dans le cas d'un moteur à combus- tion interne à plusieurs cylindres de façon que sans nécessiter des moyens constructifs plus importants et tout en conservant le principe de base consistant à injec- ter à des instants identiques chaque fois pour tous les cylindres, on réduise considérablement la dispersion du coefficient,-. A cet effet, l'invention concerne un procédé ci-dessus caractérisé en ce qu'en conservant l'in- jection simultanée pour tous les cylindres, on déplace le début de l'injection à de tels angles de vilebrequin en se reportant aux débuts du cycle de travail corres- pondants angles pour lesquels les pressions différentiel- les efficaces de la tubulure d'aspiration des différents cylindres ont entre elles l'écart relatif le plus faible. Suivant une autre caractéristique de l'in- vention, le déplacement des points d'injection (deux fois par cycle de travail c'est-à-dire 720 KW) pour tous les cylindres d'un moteur à combustion interne à partir des angles de vilebrequin définis suivant la phase d'aspira- tion d'au moins un cylindre (0 - 120 - 2400... pour un moteur à six cylindres et 0 --180 - 360 ... pour un moteur à quatre cylindres) est déplacé d'environ 60 vers l'avant ou vers l'arrière dans le cas d'un moteur à six cylindres et de 90 KW pour un moteur à quatre cylin- dres par rapport au sens de rotation du vilebrequin. Suivant une autre caractéristique, l'in- vention concerne un dispositif pour commander l'injection de moteurs à combustion interne notamment de moteurs à cylindres multiples avec une commande séparée du papillon pour chaque cylindre, chaque cylindre recevant au moins deux injections pour un cycle de travail complet (aspira- tion, compression, explosion, échappement) à des angles de vilebrequin prédéterminés, pour la mise en oeuvre du procédé caractérisé en ce que pour des injections de car- burant à fonctionnement numérique, on ajoute au point d'injection commun calculé pour tous les cylindres, une grandeur d'angle de vilebrequin prédéterminée, obtenue par le décomptage de tous les repères de rotation, de façon que les points d'injection soient déplacés vers des angles de vilebrequin pour lesquels les pressions effica- ces différentielles des tubulures d'aspiration de tous les cylindres soient pratiquement égales. Suivant une autre caractéristique, l'in- vention concerne un dispositif pour commander l'instant de l'injection dans les moteurs à combustion interne no- tamment des moteurs à cylindres multiples avec une com- mande séparée du papillon pour chaque cylindre, chaque cylindre recevant au moins deux injections pour un angle de vilebrequin déterminé, rapporté à un cycle de travail complet (aspiration, compression, explosion, échappement) pour la mise en oeuvre du procédé, caractérisé en ce qu'il comporte un générateur de fonctions pour déterminer un point de décalage prédéterminé, avec une partie de calcul qui modifie un repère de référence rapporté à un angle prédéterminé de vilebrequin, par addition d'une durée de décalage dépendant de la vitesse de rotation de façon à obtenir un déplacement du point d'injection commun calculé initialement pour tous les cylindres à une valeur de l'an- gle du vilebrequin pour laquelle les différences efficaces de pressions dans la tubulure d'aspiration soient pratique- ment égales pour tous les cylindres du moteur à combustion interne. Le procédé et le dispositif selon l'inven- tion ont l'avantage d'aboutir d'une part à une solution particulièrement avantageuse sur le plan du coût qui, dans le cas des systèmes numériques utilisés de façon quasi générale actuellement dans les installations d'injection de carburant ne nécessite aucune modification de circuit et permet ainsi de placer le point d'injection dans une courbe de pression relativement plate pour tous les cylin- dres de façon à perfectionner considérablement la préci- sion. Le système selon l'invention est en mesure dans le cas d'une répartition suffisante et ainsi correcte du mélange entre les différents cylindres d'assurer que la dispersion du coefficient t qui reste théoriquement possible, soit réduite de plus de moitié, avantage qui peut s'obtenir par de simples modifications légères des installations d'injection de carburant, connues. Comme indiqué ci-dessus, il est particu- lièrement avantageux dans le cas d'un moteur à six cylin- dres, de déplacer les deux points d'injection communs à tous les cylindres d'un angle de vilebrequin de 60 dans le sens de l'avance de tous les points d'injection, ce qui permet d'arriver à une plage présentant des différen- ces de pression considérablement plus faibles entre les différents cylindres. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 montre sous la forme d'un diagramme, les courbes des pressions respectives dans la tubulure d'aspiration de chaque cylindre pour un cycle de travail (720 KW) pour un moteur à six cylindres. - la figure 2 montre les grandeurs de la dispersion t pour-chaque cylindre résultant d'un moteur à six cylindres qui est équipé d'une installation d'injection de carburant selon l'art antérieur. - la figure 3 montre les grandeurs ô réduites de la dispersion t dans le cas d'une commande d'injection selon l'invention. - la figure 4 montre schématiquement par des blocs fonctionnels, la mise en oeuvre de l'invention dans le cas d'une installation d'injection numérique. - la figure 5 montre également à l'aide de schémas-blocs, la mise en oeuvre de l'invention dans le cas d'une installation d'injection de carburant qui 256328-2 fonctionne au moins dans certaines parties de plage de manière analogique. Description de différents exemples de réalisation: L'idée de base de la présente invention réside dans le déplacement de tous les instants d'injec- tion dans lequel le moteur à combustion interne a plu- sieurs cylindres avec commande séparée des différents papillons de façon que les points d'injection communs à tous les cylindres puissent être placés à un angle ou à de tels angles du vilebrequin pour lesquels les diffé- rents cylindres ont entre eux la plus petite différence relative dans les tubulures d'aspiration; en d'autres termes, on extrait le début de l'instant d'injection à partir des instants actuels qui sont généralement fixés au début de la phase d'aspiration de cylindre, détermi- née, et on décale d'un angle de vilebrequin de grandeur déterminée de façon que pratiquement sans nécessiter de circuits supplémentaires, on réduise de façon notable la dispersion t des différents cylindres du moteur à com- bustion interne. Selon ia figure 1, on remarque que le tracé respectif de la pression de la tubulure d'aspiration de chaque cylindre en fonction de l'angle du vilebrequin, examiné, pour le cycle de travail correspondant de ce cylindre c'est-à-dire 720 KW, présente des débattements prononcés qui sont perceptibles en ce que pour certains angles de vilebrequin, il y a des élévations de 'la Dres- sion allant pratiquement jusqu'à la pression atmosphéri- que extérieure (960 mbar) et d'autre part il y a de nou- veau des chutes de pression allant jusqu'à 440 mbar, si pour mieux comprendre on introduit des grandeurs numéri- ques qui ne s'appliquent naturellement qu'à un exemple de réalisation déterminé et ne limitent pas l'invention. Les différentes courbes respectives de la pression dans la tubulure d'aspiration sont données dans le schéma de la figure 1, à savoir: a) un schéma combiné pour les cylindres 1 à 6 d'un moteur à six cylindres, b) les repères des angles de vilebrequin selon la figure 1, repères qui déterminaient jusqu'à présent les instants d'injection, c) les instants d'injection. On remarque que comme déjà indiqué précé- demment, dans ce cas les instants d'injection sont déter- mines en fonction de la phase d'aspiration des cylindres 4 et 3 et cela en commun pour tous les cylindres corres- pondant à un angle de vilebrequin d'environ 250 et 6100 pour l'injection; pour ces angles de vilebrequin, on a des pressions instantanées de tubulures d'aspiration pour les différents cylindres qui apparaissent dans le tableau donné ci-dessous; les pressions sont données sans tenir compte des autres tolérances pour un moteur à six cylin- dres et un point d'allumage à peu près égal à 0 KW, une vitesse de rotation au ralenti nLL = 850 1/min et pour le calcul suivant des grandeurs t pour une pression de carburant PKr = 2,9 bar. Cylindre PTubulures d'aspiration moyenne à l'instant de l'injection P1 + P2 P1 (mbar) p2 (mbar) 2 P2 (mbar) (mbar> 1 650 780 715 0,60 2 760 440 600 2,55 3 950 770 860 - 1,95 4 760 960 860 - 1,95 440 780 610 2,40 6 780 650 715 0,60 4,5 % On calcule dans le tableau ci-dessus la grandeur a en utilisant la formule suivante: (X) PKr + (P asp. - Pmoy.) 10 PKr Dans cette formule, Pasp correspond à la pression de asp mélange du régulateur de pression pour les cylindres 1-6 (obtenue à partir du papillon). Selon la figure 2, on obtient alors en prenant compte du nombre de cylindres, une relation th:éo- rique entre,t= f (cyl.) avec une amplitude de débatte- ment de 4,5 %. Si par rapport à cela tout en conservant les points d'injection communs, de préférence deux fois par cycle de travail pour un moteur à quatre temps pour - un angle déterminé du vilebrequin qui, dans le schéma combiné de la figure 1, correspond à des endroits auxquels les différences de pression relatives dans la tubulure d'aspiration pour les différents cylindres sont les plus faibles, alors on relativise la dispersion t. éventuelle à une valeur minimale acceptable. A la figure 2, la réfé- rence d désigne un point d'injection commun, nouveau, possible pour les courbes correspondant à un angle de vilebrequin dans le cycle de travail,qui est en avance d'environ 60 KW par rapport au point d'injection anté- rieur ou, ce qui est évidemment également possibles il est en retard de 60 (point d'injection indiqué en poin- tillés) ou encore en retard de 180 , c'est-à-dire- qu'il se trouve toujours entre les points d'injection habituels antérieurs. Comme on le remarque, dans le cas d'un moteur à six cylindres, on a ainsi trois possibilités de décalage, différentes pour les nouveaux points d'injection avec une dispersion t, minimale - dans le cas d'un moteur à qua- tre cylindres, il. s'agit de deux nouvelles positions du vilebrequin pour les points d'injection communs -. Si après avoir effectué un décalage de l'instant d'injection selon les grandeurs indiquées et si l'on établit de nouveau la courbe de la pression dans la tubulure d'aspiration pour chaque cylindre comme à la la figure 1, pour obtenir le tableau des grandeurs déjà données ci-dessus, on obtient en s'appuyant sur les gran- deurs de référence par ailleurs égales, une dispersion b qui est seulement égale à 2 X. lk Cylindre PTubulures d'aspiration moyenne () à l'instant de l'injection P +p Pi (mbar) p2 (mbar) 2 -. (mbar) 1 530 770 650 2 % 780 530 655 2 % 3 790 750 770 0 4 750 780 765 - 0 530 780 655 2 % 6 780 530 655 2 % 2% Le tracé du diagramme de la figure 3 mon- tre une nouvelle fois de façon graphique, la différence théorique t; du reste, on reconnaît dans ce tracé de ce schéma, que même pour un moteur à quatre cylindres dans lequel les deux derniers cylindres 5 et 6 sont sup- primés, on réduit de la même manière la dispersion, gênante, par la mise en oeuvre de l'invention. Comme déjà indiqué précédemment, l'inven- tion peut se réaliser avec les moyens les plus réduits et dans le cas d'une installation d'injection de carburant fonctionnant de façon numérique (appelée motronique) cor- respondant au schéma de la figure 4, en conservant la structure actuelle du circuit, il suffit d'effectuer une fonction de calcul supplémentaire correspondant au bloc pour qu'à un angle de vilebrequin de référencei o qui se trouve par exemple à 100 avant le point mort haut, on ajoute un autre angle de vilebrequin o 2. Pour cela, il faut un capteur d'angle de vilebrequin et de vitesse de rotation (capteur de repère n) ou une fonction corres- pondante telle que celle indiquée dans le bloc 11 de la figure 4, pour qu'en fonction du tracé du schéma selon b de la figure 4, on ajoute par exemple douze impulsions d'angle de vilebrequin pour chaque angle de 1,5 KW et on ajoute comme grandeur d'angle c 2 l'angle de référence o se traduisant par un déplacement du point d'injection commun comme représenté par la courbe c qui dans ce cas correspond à 300 KW, ce qui se traduit par un déplacement du point d'injection d'environ 60 vers l'arrière par rapport aux points d'injection de série. Les repères pour le point d'injection de série sont prédéterminés de toute façon par l'installation d'injection de carburant à fonc- tionnement numérique et sont schématisés par le bloc 13 à la figure 4. La modification des systèmes d'injection analogiques actuels (L-3etroniques) nécessite une infor- mation complémentaire relative au vilebrequin, de sorte qu'il faut des moyens supplémentaires restant toutefois très réduits par rapport à ce que nécessite un système numérique dans lequel la modification selon l'invention se fait sans moyens supplémentaires. Selon la figure 5, il est prévu un schéma- bloc fonctionnel de circuit 15 qui effectue les fonctions habituelles de calcul du début de l'injection et de la durée des impulsions d'injection de carburant; ce cir- cuit correspond à l'installation d'injection de carburant classique, analogique, dans la mesure o des blocs fonc- tionnels 16 en amont servent à synchroniser l'instant de l'injection sur un cylindre constant et qui reçoit les signaux d'un bloc fonctionnel 17 (repère d'angle de vile- brequin i o) ainsi qu'une grandeur d'angle d 1 d'un bloc fonctionnel 18 résultant par exemple des impulsions aux bornes de l'allumage, obtenues par division d'un angle de vilebrequin de 720 (deux rotations) représen- tant un cycle de travail, par le nombre des cylindres du moteur à combustion interne. Un bloc fonctionnel 19 en aval du bloc 15 détermine alors comme cela est représenté à droite dans un petit schéma, la durée de décalage tl, nécessaire en fonction du nombre de tours selon la fonction repré- sentée au schéma t1 = f(n) pour ajouter le temps de déca- lage tl dépendant de la vitesse de rotation à l'impulsion ik o de repère de vilebrequin, ce qui donne un point d'injection commun optimum pour avoir la plus faible dis- persion t. Dans la partie inférieure du schéma de la figure 5 sous la référence a) on a représenté les repères de vilebrequin et sous la référence b) les impul- sions d'allumage; la référence c) donne le décalage des impulsions d'injection ti par rapport à l'impulsion de repère de vilebrequin selon a) , en fonction-de la vitesse de rotation pour avoir l'instant d'injection optimum. Toutes les caractéristiques de la descrip- tion, des revendications ci-après et des figures, doivent être considérées comme essentielles selon l'invention, soit isolément, soit en combinaison. R E V E N D I C A T I 0 N S REVENDI CATIONS 1 ) Procédé pour commander l'injection de moteurs à combustion interne notamment de moteurs à cylindres multiples avec une commande séparée du papillon pour chaque cylindre, chaque cylindre recevant une injec- tion au moins deux fois pour un cycle de travail complet (aspiration, compression, explosion, évacuation) à des angles de vilebrequin prédéterminés, procédé caractérisé en ce qu'en conservant l'injection simultanée pour tous les cylindres, on déplace le début de l'injection à de tels angles de vilebrequin en se reportant aux débuts du cycle de travail correspondant, angles pour lesquels les pressions différentielles efficaces de la tubulure d'as- piration des différents cylindres ont entre elles l'écart relatif le plus faible. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le déplacement des points d'injection (deux fois par cycle de travail c'est- à-dire 720 KW) pour tous les cylindres d'un moteur à combustion interne à partir des angles de vilebrequin définis suivant la phase d'aspiration d'au moins un cylindre (0 - 120 - 240 ... pour un moteur à six cylindres et 0 - 180 - 360 ... pour un moteur à quatre cylindres) est déplacé d'environ 60 vers l'avant ou vers l'arrière dans le cas d'un moteur à six cylindres et de 90 KW pour un moteur à quatre cylindres par rapport au sens de rotation du vilebrequin. 3 ) Dispositif pour commander l'injection de moteurs à combustion interne notamment de moteurs à cylindres multiples avec une commande séparée du papillon pour chaque cylindre, chaque cylindre recevant au moins deux injections pour un cycle de travail complet (aspira- tion, compression, explosion, échappement)- à des angles de vilebrequin prédéterminés, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que pour des injections de carburant à fonctionnement numérique, on ajoute au point d'injection (d o) commun, calculé pour tous les cylindres, une gran- deur d'angle de vilebrequin (d 2) prédéterminée, obtenue par le décomptage de tous les repères de rotation, de façon que les points d'injection soient déplacés vers des angles de vilebrequin pour lesquels les pressions effica- ces différentielles des tubulures d'aspiration de tous les cylindres soient pratiquement égales. 4 ) Dispositif pour commander l'instant de l'injection dans les moteurs à combustion interne notamment des moteurs à cylindres multiples avec une commande séparée du papillon pour chaque cylindre, chaque cylindre recevant au moins deux injections pour un angle de vilebrequin déterminé, rapporté à un cycle de travail complet (aspiration, compression, explosion, échappement) pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte un générateur de fonctions pour déterminer un point de décalage prédé- terminé (t1 = f(n)), avec une partie de calcul (19) qui modifie un repère de référence (d o) rapporté à un angle prédéterminé de vilebrequin, par addition d'une durée de décalage (t1) dépendant de la vitesse de rotation de façon à obtenir un déplacement du point d'injection commun calculé initialement pour tous les cylindres à une valeur de l'angle du vilebrequin pour laquelle les différences efficaces de pressions dans la tubulure d'aspiration soient pratiquement égales pour tous les cylindres du moteur à combustion interne.