Brevet FR2697290A1 — publié le 19940429

La présente invention est relative à un procédé de calcul du temps d'ouverture d'au moins un injecteur de carburant, pour moteur à combustion interne et, plus particulièrement, à un tel procédé dans lequel le temps d'ouverture est proportionnel à la pression d'air mesurée au collecteur d'admission du moteur et à un terme multiplicatif représentatif de l'influence du rendement volumétrique du moteur et tiré d'une table à deux entrées constituées par ladite pression et le régime du moteur. Classiquement, la quantité d'essence à introduire dans un moteur à combustion interne est calculée à partir d'une estimation de la quantité d'air aspiré par le moteur de manière à maintenir les quantités d'air et de carburant introduites dans les cylindres du moteur en proportion propres à assurer la richesse désirée du mélange pour les combustions déclenchées dans ces cylindres. Le débit d'air aspiré, en volume, est théoriquement fonction du régime du moteur et de sa cylindrée. On a observé cependant que le moteur ne fonctionnant pas comme une pompe parfaite, du fait notamment de diverses pertes de charge intervenant dans le collecteur d'admission du moteur, depuis le filtre à air jusqu'aux soupapes d'admission des cylindres, il est nécessaire de corriger le débit théorique calculé par un coefficient multiplicatif variant usuellement entre O et 1, appelé "rendement volumétrique". Ce rendement peut être supérieur à 1 dans le cas d'un moteur suralimenté. Le rendement volumétrique nv intervient dans l'expression du temps d'ouverture de l'injecteur, couramment appelé "temps d'injection", ce dernier (ti) étant de la forme ti = K1 + (P + PO) x K2 x K3 x K4 ... x Kn (1) où K1 est un coefficient complexe, somme de diverses corrections "d'offset", de tension de batterie d'alimentation électrique d'un véhicule automobile, d'accélération, de réattelage, etc.. P, la pression d'air au collecteur d'admission du moteur, PO, une constante de calibration, K2, un terme de correction qui représente justement l'influence d'une variation du rendement volumétrique sur le temps d'injection, K3, un terme de correction de température d'air aspiré, K4, K5 ... K,, diverses autres corrections multiplicatives, de température d'eau, d'accélération, de facteur d'échelle, de boucle de régulation de richesse, etc... Le terme K2, fonction du rendement volumétrique est classiquement extrait d'une table à double entrée pression P au collecteur d'admission, régime N du moteur, établie au banc et mise en mémoire dans un calculateur électronique dûment programmé pour assurer la commande de la durée d'ouverture du ou des injecteurs du moteur. Le temps d'injection est évidemment influencé par la densité de l'air aspiré par le moteur, fonction de la température de cet air. Le coefficient K3 précité a pour but de corriger le temps d'injection en fonction de cette densité d'air, par l'intermédiaire de sa température. Ainsi qu'on le verra plus loin, la température de l'air agit sur d'autres phénomènes affectant la quantité d'air aspiré dans un cylindre du moteur. On tente d'en tenir compte par l'intermédiaire du coefficient K3 alors établi à partir de mesures faites au banc, celui-ci n'étant plus alors représentatif de la seule correction de densité d'air. Suivant une autre technique, ces autres phénomènes peuvent aussi être pris en compte d'une manière toute empirique par action sur des termes correctifs normalement dévolus à d'autres corrections telles que la correction de température de l'eau de refroidissement du moteur, par exemple. Ces procédés de prise en compte de l'influence de la température de l'air souffrent de leur caractère empirique, dépourvu de bases théoriques solides, et conduisent à des coûts de développement élevés du fait des tâtonnements qu'exigent les calibrations nécessaires. La présente invention a pour but de fournir un procédé de calcul du temps d'injection en fonction de la température de l'air aspiré par le moteur qui ne souffre pas de ces inconvénients et qui soit donc de mise en oeuvre aisée et peu coûteuse, tout en assurant une prise en compte rigoureuse et complète de l'influence de ce paramètre. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un procédé de calcul du temps d'ouverture d'au moins un injecteur de carburant, pour moteur à combustion interne, le temps d'ouverture étant proportionnel à la pression (P) mesurée au collecteur d'admission du moteur et à un terme multiplicatif (K2) représentatif de l'influence du rendement volumétrique du moteur et tiré d'une table à deux entrées constituées par ladite pression (P) et le régime (N) du moteur.Suivant l'invention, (a) on calcule un régime (N') tel que N' = N(T,/T)X To étant une température prédéterminée, T la température absolue de l'air admis dans le moteur et x un exposant tel que O Comme on le verra dans la suite, l'invention permet ainsi de prendre en compte facilement et complètement l'influence de la température de l'air aspiré par le moteur, dans le calcul du "temps d'injection", en évitant tous les inconvénients des errements utilisés pour ce faire dans la technique antérieure. Suivant un mode de mise en oeuvre préféré du procédé selon l'invention, on choisit pour exposant x = 0,5. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel - la figure 1 est un schéma du circuit d'admission d'air d'un moteur à combustion interne, utile à l'explication du procédé selon l'invention, - la figure 2 représente des graphes mettant en évidence l'influence du régime du moteur et de la température de l'air sur le rendement volumétrique d'un moteur à combustion interne, à une pression donnée, et - la figure 3 est un graphe illustrant le procédé de correction du temps d'injection, pour une pression donnée, suivant la présente invention. Le circuit d'admission d'air dans un cylindre 1 de moteur à combustion interne représenté à la figure 1 comprend classiquement un filtre à air 2, un papillon 3 de réglage du débit d'air admis, une chambre de tranquillisation 4 et un conduit 5 raccordant cette chambre à l'entrée du cylindre 1, commandée par une soupape d'admission 6. Un calculateur électronique 8 est alimenté par des capteurs (non représentés) qui délivrent des signaux représentatifs de la pression d'air P régnant dans le conduit 5 d'admission, du régime N du moteur, des températures d'eau de refroidissement et d'air admis, etc...A son tour, le calculateur délivre des signaux de commande aa de l'angle d'avance à l'allumage du mélange air/carburant introduit dans le cylindre 1 et de commande de la durée d'ouverture de l'injecteur 7, ou temps d'injection ti, qu'il calcule comme indiqué en préambule de la présente description. L'aspiration de l'air par le moteur provoque la circulation d'une onde de pression dans le conduit 5, entre la soupape 6 et la sortie 4' de la chambre de tranquillisation 4. On comprend qu'à certains régimes du moteur cette onde de pression peut présenter un ventre de pression au niveau de la soupape, au moment où celle-ci se ferme. L'air alors enfermé dans le cylindre se trouve à une pression particulièrement élevée qui correspond à un maximum d'alimentation du cylindre, favorable à l'élévation du couple de sortie du moteur. Le graphe A de la figure 2 représente la variation typique du rendement volumétrique nv d'un moteur à combustion interne équipé d'un circuit d'admission d'air du type de celui représenté à la figure 1, en fonction du régime de ce moteur, pour une température d'air d'admission de 25"C, par exemple et pour une pression donnée. La situation d'alimentation maximale évoquée ci-dessus correspond sur cette courbe au maximum du rendement volumétrique que l'on observe au régime N1. Le régime du moteur ne pouvant être maintenu constamment à cette valeur, le rendement volumétrique s' abaisse lorsqu'on s'écarte du régime N1, suivant l'allure du graphe A. Comme on l'a vu plus haut, le coefficient K2 introduit, dans le calcul du temps d'injection, l'influence des variations du rendement volumétrique en fonction du régime N (voir figure 2) et de la pression d'admission P. Ce coefficient est alors classiquement tiré d'une table présentant ces deux entrées, table mise en mémoire dans le calculateur 8. Comme on l'a vu plus haut, aussi, l'onde de pression qui oscille dans le conduit 5, entre la soupape 6 et la sortie 4' de la chambre 4, est susceptible d'affecter le rendement volumétrique en fonction de la position d'un ventre de pression 9 (figure 1) par rapport à la soupape. Or il s'agit là d'une onde acoustique qui se déplace dans le conduit 5 à la vitesse du son, vitesse dont on sait qu'elle varie avec la température du milieu dans lequel se propage ledit son. Suivant la présente invention, on tient compte de ce phénomène dans l'évaluation de la valeur du coefficient K2 influencé par la valeur instantanée du rendement volumétrique. Pour ce faire, à une pression d'admission P et à un régime N du moteur, on calcule un régime N' tel que N' = N(To/T)X To étant une température de référence, constante, T la température absolue de l'air admis dans le moteur et x un exposant tel que 0 On prend alors en compte, pour le calcul du temps d'injection, la valeur du coefficient K2 qui correspond dans la table au couple de valeurs (P,N') et non pas au couple de valeur (P,N). Grâce à la présente invention, il est alors possible de rendre au "coefficient de température d'air" K3 sa seule fonction première de correction de la densité d'air. Ainsi, les influences de la température d'air sur les coefficients K2 et K3 sont-elles bien séparées, ce qui permet d'éviter bien des tâtonnements dans les calibrations de ces coefficients et donc de réduire les coûts de développement des moyens de calcul du temps d'injection. On a illustré sur la figure 2 l'influence d'une variation de la température de l'air sur la position du graphe représentant les variations du rendement volumétrique en fonction du régime. A cet égard, on remarquera que, si la température augmente, le temps mis par une onde de pression pour faire un aller et retour entre les deux extrémités 4' et 6 du conduit 5 est plus court. L'accord acoustique se fait pour un temps d'ouverture de la soupape 6 plus court, donc pour un régime N plus élevé. On doit observer un décalage du graphe du rendement volumétrique vers les régimes plus élevés. C'est ce que l'on remarque effectivement sur la figure 2, où les graphes A et B correspondent aux rendements volumétriques pour de l'air à 25"C et 50"C respectivement.Les deux graphes se déduisent l'un de l'autre par la combinaison d'une translation et d'une affinité. Une translation, parallèle à l'axe des ordonnées nv ramène le graphe B en C, au niveau du graphe A. Ce déplacement correspond à la correction due à la variation de densité de l'air aspiré, densité qui s'accroît quand on passe de la température absolue T = 273 + 50 = 322"K à la température plus basse To = 273 + 25 = 298"K, cette correction étant alors de la forme (T/To)Y, avec 0,5 Saint-Venant, en (T/T0)0,5 régissant la mise en mouvement des gaz et d'autre part la loi de Mariotte, en (T/T,) régissant les variations de densité des gaz parfaits en fonction de la température. Le poids relatif de ces deux lois est fonction de l'éloignement du point de mesure de la température par rapport à la soupape. Une affinité, par rapport à l'axe des ordonnées nv et de rapport (To/T)X ramène la courbe C sur la courbe A. Elle correspond à une conservation des ordonnées et à un changement d'échelle sur l'axe des abscisses, dans le rapport (T,/T)X. C'est la correction appliquée suivant la présente invention pour tenir compte de la variation de la célérité de l'onde de pression acoustique qui oscille dans le conduit 5, en fonction de la température. On sait que la vitesse du son varie comme la racine carrée de la température du milieu dans lequel il se propage. Une valeur préférée de l'exposant x est donc x = 0,5. Une valeur différente pourrait être choisie pour tenir compte d'éventuels écarts mesurés expérimentalement. On remarquera que la température d'air T à prendre en compte est celle qui règne dans le conduit 5, là où on observe l'oscillation de l'onde de pression. Cette température peut être différente de celle régnant à l'entrée du filtre à air. Il faut alors soit mesurer directement la température de l'air dans le conduit ce qui n'est guère praticable, soit estimer cette température à partir de la température extérieure par l'une des diverses méthodes connues. On a illustré à la figure 3 le calcul pratique de la correction K2 classiquement "cartographiée" en fonction de la pression P et du régime N. La cartographie étant mise en mémoire dans le calculateur, on peut en extraire le graphe des valeurs de K2 en fonction du régime N, pour une pression d'admission P donnée et pour une température To = 298"K par exemple (graphe en trait plein). L'influence d'une variation de la température de l'air par rapport à cette température To se traduit par une transformation affine du graphe, par rapport à l'axe des ordonnées K2 et de rapport (T,/T)X (graphe en trait interrompu). On corrige l'influence de cette variation de température sur la valeur de K2 à l'aide de la seule mémorisation du graphe à la température T,, par la correction de N à N' opérée sur le régime à prendre en compte pour l'extraction de la valeur de K2 de la table mémorisée. Il apparaît maintenant que, grâce à la présente invention, on sépare clairement les influences d'une variation de la température de l'air admis sur le coefficient K2 d'une part et sur le coefficient K3 d'autre part. Suivant l'invention, le coefficient K3 est maintenant sensible à la variation de densité de l'air seulement et n'a plus à être calibré par tâtonnement, de manière purement empirique, pour tenter de corriger aussi l'influence d'une variation de la température d'air sur le coefficient "cartographié" K2. Il en résulte une clarification du procédé de calcul du temps d'injection et un allégement du coût de sa mise en oeuvre par rapport au coût des procédés de la technique antérieure. REVENDICATIONS 1. Procédé de calcul du temps d'ouverture d'au moins un injecteur de carburant, pour moteur à combustion interne, le temps d'ouverture étant proportionnel à la pression d'air (P) mesurée au collecteur d'admission du moteur et à un terme multiplicatif (K2) représentatif de l'influence du rendement volumétrique du moteur et tiré d'une table à deux entrées constituées par ladite pression (P) et le régime (N) du moteur, caractérisé en ce que (a) on calcule un régime (N') tel que N' = N(T,/T)* To étant une température prédéterminée, T la température absolue de l'air admis dans le moteur et x un exposant tel que O 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on choisit pour l'exposant x = 0,5. 3. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la température (To) prédéterminée est celle prise en compte lors de l'établissement de la table à deux entrées (P) et (N) donnant le terme (K2). 4. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on introduit dans le calcul du temps d'ouverture un terme multiplicatif (K3) correcteur de la pression (P), ce terme étant représentatif de la seule influence d'une variation de densité de l'air admis. 5. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on estime la température absolue (T) de l'air admis, à partir de la température de l'air extérieur.