Brevet FR2701515A1 — publié le 19940819

"PROCEDE DE COMMANDE D'INJECTION POUR MOTEUR A INJECTION MULTIPOINTS A ALLUMAGE COMMANDE" L'invention concerne un procédé de commande d'injec- tion, pour un moteur à combustion interne à allumage commandé, équipé d'une installation d'alimentation en combustible par injection indirecte du type dit "multi- points", c'est-à-dire comprenant un injecteur par cylindre du moteur, et en particulier pour un moteur à quatre cylindres fonctionnant selon un cycle dit "à quatre temps". Pour commander l'injection dans de tels moteurs, il est connu d'utiliser un procédé et un système "séquentiels", mettant en oeuvre non seulement un injecteur par cylindre mais également un étage de puissance par cylindre, qui détermine, de manière connue à partir de la mesure de différents paramètres de fonctionnement du moteur, la durée d'injection, permettant de calculer la quantité de combusti- ble à injecter, ainsi que l'instant d'injection ou phase d'injection par rapport au cycle moteur. Le système comporte des moyens de détection du Point Mort Haut (PMH) ainsi que de la position angulaire du moteur au cours de chaque tour moteur Ces moyens comprennent, de manière usuelle, une roue dentée solidaire en rotation du vilebrequin ou du volant d'inertie du moteur, et portant une cible, par exemple définie par l'espace correspondant à deux dents consécutives manquantes, et un capteur solidaire du moteur et sensible au défilement des dents et de la cible pour délivrer des signaux témoignant du passage par le PMH des pistons de deux cylindres indexés, qui sont en général les cylindres 1 et 4 sur un moteur à quatre cylindres en ligne dont le cylindre d'index 1 est en général le plus proche du volant moteur, lorsque la cible passe en regard du capteur, et de la rotation du moteur d'un angle de 6 lorsque deux dents successives de la roue passent en regard du capteur. Comme le vilebrequin effectue deux tours de rotation pour un cycle moteur complet, ces moyens de détection de la rotation du vilebrequin ne permettent pas de discriminer si, pour un cylindre donné, le passage par le PMH est celui qui commence un temps d'admission ou un temps de détente C'est pourquoi les systèmes séquentiels comprennent également des moyens de détection de la phase moteur, comportant un capteur et une roue dentée avec cible analogues à ceux précités, mais dont la roue dentée est solidaire en rotation de l'arbre à cames, qui effectue un tour de rotation par cycle moteur. Les systèmes d'injection séquentiels, qui ont un potentiel de performances important, car ils permettent d'individualiser cylindre par cylindre la quantité de combustible injectée ainsi que la phase d'injection par rapport au cycle moteur, ont pour inconvénient d'être coûteux, car ils nécessitent quatre étages de puissance, un capteur de rotation du vilebrequin ainsi qu'un capteur de phase moteur. Pour commander l'injection dans de tels moteurs, il est également connu d'utiliser un procédé et un système dits "Full group", qui n'offrent pas le potentiel de performances important des systèmes séquentiels, mais permettent un gain substantiel de coût du système En effet, les systèmes d'injection "Full group" ne comportent qu'un seul étage de puissance électrique et ne comprennent pas de capteur de phase moteur L'injection est commandée simultanément sur les quatre injecteurs, qui sont montés en parallèle sur une même sortie de l'unique étage de puissance. Un inconvénient attaché à une seule injection simultanée par cycle moteur est qu'un cylindre est alimenté en phase de compression, en fonction de la valeur de paramètres de fonctionnement du moteur dont l'acquisition a été faite à la fin du demi-tour moteur précédent, pour une phase d'admission de ce cylindre qui n'interviendra qu'au quatrième demi-tour postérieur, alors que les besoins d'admission en combustible, en temps réel, recalculés et réactualisés à chaque demi- tour, auront pu fortement évoluer, lors de phases transitoires de fonctionnement du moteur. Pour obtenir un fonctionnement relativement régulier avec un bon suivi de débit en transitoire, les systèmes "Full group" sont généralement pilotés de sorte que leurs injecteurs soient commandés à chaque tour du moteur, c'est- à-dire deux fois par cycle moteur, donc à une fréquence double de celle des systèmes séquentiels Au cours du premier tour, on injecte la moitié de la quantité calculée, et au cours du second tour du cycle moteur, on injecte l'autre moitié, éventuellement réactualisée en fonction de la valeur, entre temps acquise, des paramètres considérés de fonctionnement du moteur. Cette mesure n'est cependant pas satisfaisante: la dernière acquisition disponible des paramètres servant au calcul de l'instant et de la durée d'injection n'est pas prise en compte Même si l'on procède à une extrapolation à partir des valeurs calculées pour les deux dernières mesures acquises des paramètres considérés, on ne peut obtenir une commande adaptée aux phases transitoires élevées de fonc- tionnement du moteur De plus et surtout, ce mode de commande à fréquence double des systèmes "Full group" est critique vis-à-vis de la réponse dynamique en débit des injecteurs. En effet, les injecteurs électromécaniques ont une dynamique de débit qui est limitée par le rapport entre le débit libre ou maximum, correspondant à une injection continue pendant toute la durée du cycle moteur, c'est-à- dire à un injecteur ouvert en permanence (lequel débit maximum est pris en compte pour dimensionner l'injecteur), et le débit minimum (correspondant à une réduction du temps d'ouverture, par exemple au ralenti du moteur), le débit correspondant au produit de la fréquence de commande par la quantité minimum injectable, laquelle est déterminée par le temps de commande en-dessous duquel la caractéristique de la loi de débit n'est plus linéaire (ordre de grandeur de 1 ms, pour tenir compte de l'établissement du courant dans la bobine du solénoïde et de l'inertie des pièces mobiles de l'injecteur). Les systèmes "Full group", bien plus économiques que les systèmes séquentiels, ont donc l'inconvénient de présen- ter une dynamique de débit bien moins bonne que celle des systèmes séquentiels. Afin de retrouver une dynamique de débit égale à celle des systèmes séquentiels, ou s'en rapprochant, pour un coût système intermédiaire entre ceux des systèmes séquen- tiels et des systèmes "Full group", il a déjà été proposé un procédé de commande d'injection dit "semi-séquentiel", consistant à grouper les injecteurs par paires, chaque paire d'injecteurs n'étant commandée qu'une seule fois par cycle moteur, c'est-à-dire tous les deux tours moteur, et de sorte que le séquencement des paires commandées ne tient pas compte du cycle moteur, c'est-à-dire ne nécessite pas d'informations d'un capteur de phase moteur, dont on peut faire l'économie. Pour mettre en oeuvre un tel procédé, un système semi-séquentiel comprend un détecteur de la position angulaire du vilebrequin sur chaque tour du moteur, permet- tant notamment de détecter les Points Morts Hauts et Points Morts Bas (PMB) du moteur, quatre injecteurs groupés en deux paires d'injecteurs, et deux étages de puissance électrique, dont chacun commande une paire respective d'injecteurs une fois par cycle moteur, c'est-à-dire une fois tous les deux tours moteur. En indexant chaque injecteur de la même façon que le cylindre du moteur qu'il alimente, il a été proposé d'appa- rier soit les injecteurs 1 et 2 dans une paire et les injecteurs 3 et 4 dans l'autre paire, soit les injecteurs 1 et 3 dans une paire et les injecteurs 2 et 4 dans l'autre paire, soit enfin les injecteurs 1 et 4 dans une paire et les injecteurs 2 et 3 dans l'autre paire De même, il a été proposé de réaliser le séquencement de la commande des deux paires d'injecteurs de plusieurs façons, sous réserve que la période de commande soit de deux tours moteur. Mais, dans tous les cas, on a proposé de commander les deux paires d'injecteurs de manière symétrique ou régulière sur la période de deux tours moteur, c'est-à-dire de commander deux injections équi-réparties sur la période, et pour chacune desquelles les deux injecteurs de la paire respective correspondante sont simultanément commandés. Chacune des deux injections est commandée pendant l'un de deux demi-tours séparés d'un demi-tour sans injection. Sur la figure 1, on a représenté un diagramme schématisant, pour chacun des quatre cylindres cyl 1 à cyl 4 du moteur, représentés en lignes superposées, la succes- sion au cours de neuf demi-tours successifs (en colonnes adjacentes) des quatre phases successives d'admission, de compression, de détente et d'échappement qui constituent un cycle moteur, les phases d'admission étant repérées par des pointillés 1, pour un moteur dont les quatre injecteurs sont appariés selon le troisième choix présenté ci- dessus (injecteurs 1 et 4 en une paire; injecteurs 2 et 3 dans l'autre paire) avec répartition régulière des commandes d'injection, repérées par des rectangles pleins allongés 2, et en supposant que le premier demi-tour corresponde à une phase d'admission pour le cylindre 1 Si on appelle retard ou temps de réponse le délai, représenté par un trait plein continu 3, entre l'instant A de la dernière acquisition des valeurs des paramètres ayant servi au calcul de la quantité A injectée et l'admission effective pour le cylindre considéré, on constate que ce retard est faible pour le cylindre 1, supérieur à un demi-tour pour le cylindre 2, supérieur à trois demi-tours pour le cylindre 3 et supérieur à deux demi-tours pour le cylindre 4 Soit une somme de retards supérieure à six demi-tours pour les quatre cylin- dres, donc un retard moyen de 1,5 demi-tour. Si l'admission au premier demi-tour est au cylindre 4 et non au cylindre 1, on trouve des retards supérieurs à deux demi-tours pour le cylindre 1, à trois demi-tours pour le cylindre 2, à un demi-tour pour le cylindre 3 et faible pour le cylindre 4, soit un même total et une même moyenne. Il en est de même si l'on change le séquencement des paires commandées, c'est-à-dire si, au premier demi-tour, on commande l'injection dans les cylindres 2 et 3, et au troi- sième demi-tour dans les cylindres 1 et 4, que l'admission au premier demi-tour soit au cylindre 1 ou au cylindre 4. L'insensibilité de cet appariage des injecteurs au phasage moteur est bien obtenue en terme de somme et de moyenne des retards, et on constate que les deux autres configurations d'appariages possibles sont moins performan- tes en terme de sensibilité au phasage du moteur ou de temps de retard. La recherche d'une bonne régularité de fonctionne- ment du moteur conduit donc naturellement à privilégier l'appariage des injecteurs 1-4 et 2-3 Mais le temps de réponse ou retard reste trop important pour deux cylindres sur quatre. Le problème à la base de l'invention est de privilé- gier des temps de réponse courts, afin de rendre un tel système de commande semi-séquentiel moins sensible aux phases de fonctionnement transitoire du moteur. Un but de l'invention est de réduire tout à la fois la valeur maximum du temps de réponse et sa valeur moyenne dans un tel système de commande semi-séquentielle. Un autre but de l'invention est de permettre la suppression des injections exceptionnelles, asynchrones, qui peuvent éventuellement être ajoutées au cours du fonc- tionnement d'un système de commande du type "Full group" ou même semiséquentiel, et qui seraient admises pour compenser une insuffisance d'alimentation en cas de créneaux d'accélé- ration importants, par exemple. Un autre but enfin de l'invention est de choisir un appariage des injecteurs ainsi qu'un séquencement dans la commande des paires d'injecteurs qui garantissent un fonctionnement du système insensible à l'incertitude relative à la phase moteur. A cet effet, l'invention propose un procédé de commande d'injection d'un moteur à combustion interne, à allumage commandé et injection multipoints, à quatre cylindres et fonctionnant selon un cycle à quatre temps, qui comprend un injecteur par cylindre, le procédé comprenant les étapes consistant à grouper les injecteurs par paires, à commander l'ouverture des injecteurs de chaque paire une seule fois par cycle moteur, et de sorte que le séquencement de la commande des deux paires d'injecteur soit insensible au phasage du moteur, et qui se caractérise en ce qu'il comprend de plus les étapes consistant, si l'on indexe chaque injecteur avec le même indice que le cylindre dudit moteur qu'il alimente, à apparier les injecteurs 1 et 4 d'une part et les injecteurs 2 et 3 d'autre part, à comman- der chacune des deux paires d'injecteurs 1-4 et 2-3 au cours de l'un respectivement de deux demi-tours moteur successifs, et à faire suivre ces deux commandes de deux demi-tours moteur successifs sans commande d'injecteurs, puis à reprendre la séquence, tant que le moteur est commandé en fonctionnement synchrone. On constate que le choix de l'appariage des injec- teurs ainsi que le choix de commander les deux paires d'injecteurs chacune au cours de l'un respectivement de deux demi-tours moteur successifs, ont pour avantages de rendre le fonctionnement insensible à l'incertitude de la phase moteur, et de minimiser le temps de retard entre l'acquisi- tion des paramètres qui servent au calcul du temps d'injec- tion et l'admission effective du combustible dans les cylindres du moteur, ce qui procure un meilleur comportement de ce dernier en transitoire. Ces avantages sont obtenus aussi bien avec un séquencement de commande consistant à commander d'abord la paire d'injecteurs 1-4, puis la paire 2-3, que le cylindre 1 ou le cylindre 4 soit en phase d'admission au cours du demi-tour moteur de commande de la paire 1-4, qu'avec le séquencement de commande consistant d'abord à commander la paire d'injecteurs 2-3, puis la paire 1-4, et que le cylindre 2 ou le cylindre 3 soit en phase d'admission pendant le demi-tour moteur au cours duquel l'injection est commandée pour les cylindres 2 et 3. Avantageusement de plus, le procédé de commande d'injection selon l'invention comprend l'étape consistant à déterminer le séquencement de la commande des deux paires d'injecteurs (paire 1-4 puis paire 2-3, suivie de deux demi- tours moteur sans commande, puis à nouveau de la commande de la paire 1- 4 puis de la paire 2-3, ou commande de la paire 2-3 puis de la paire 1-4, suivie de deux demi-tours moteur sans commande, puis à nouveau de la commande de la paire 2-3 suivie de la paire 1-4) en fonction de la situation du moteur par rapport à son cycle, au moment de l'entrée en phase de fonctionnement synchrone du moteur, par exemple à la suite d'un démarrage du moteur ou à l'occasion d'une reprise d'injection après une coupure de cette dernière. Selon un mode avantageux de réalisation, le procédé de commande selon l'invention consiste à choisir le séquen- cement de commande de la paire d'injecteurs 1-4 puis de la paire 2-3, ou le séquencement de commande de la paire d'injecteurs 2-3 puis de la paire 1-4, selon que le premier signal de Point Mort Haut (PMH) ou de Point Mort Bas (PMB) donné par un capteur de rotation du moteur après l'entrée du moteur en phase de fonctionnement synchrone est un signal de PMH ou respectivement de PMB. En outre, le procédé peut consister, de plus, à introduire une temporisation entre la détermination du séquencement de la commande des paires d'injecteurs, par exemple en fonction du premier signal de PMH ou de PMB, et le déroulement effectif de l'injection en fonction d'évène- ments antérieurs, tels que le démarrage du moteur ou une coupure d'injection, par exemple en décélération. D'autres avantages et caractéristiques de l'inven- tion découleront de la description donnée ci-dessous, à titre non limitatif, d'exemples de réalisation décrits en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1, déjà présentée et décrite ci-dessus, correspond à un diagramme schématisant les différentes phases du cycle moteur pour chacun des quatre cylindres, avec indication des phases d'admission, des commandes d'injection et des temps de réponse pour un système dit semi-séquentiel à couplage des injecteurs ou des cylindres 1-4 et 2-3, et à commande d'injection régulière, symétrique ou équi-répartie sur une phase moteur, la figure 2 est un diagramme analogue à celui de la figure 1 pour un système semi- séquentiel également à couplage des cylindres ou injecteurs d'indice 1-4 dans la première paire et d'indice 2-3 dans la seconde paire, mais à commande d'injecteur asymétrique, propre à l'invention, et la figure 3 représente deux séquencements possi- bles de commande des paires d'injecteurs, qui sont choisis en fonction du premier signal de PMH ou de PMB détecté lors de l'entrée du moteur en phase de fonctionnement synchrone, soit après démarrage, soit à l'occasion d'une reprise d'injection, suite à une coupure de celle-ci. On rappelle que la conséquence d'un fonctionnement semi-séquentiel à commande d'injecteurs symétrique, tel que décrit ci-dessus en référence à la figure 1, conduit à des temps de réponse maximum supérieurs à trois demi-tours moteur, à une somme des temps de réponse supérieure à six demi-tours moteur, et donc à une moyenne des temps de réponse de l'ordre de 1,5 demi-tour moteur par cylindre, les autres variantes possibles de fonctionnement semi-séquentiel à commande d'injecteurs symétriques présentant des inconvé- nients en terme de temps de retard et en terme de sensibi- lité à l'incertitude du phasage du moteur. Sur la figure 2, o l'on a également représenté les phases d'admission par la référence 1, les commandes d'injecteurs par la référence 2 et les temps de réponse par la référence 3, dans les mêmes conditions que sur la figure 1, on constate que la paire d'injecteurs 1-4 est commandée lors du premier demi-tour, pour lequel le cylindre 1 est en phase d'admission, et que la paire d'injecteurs 2-3 est commandée au cours du demi-tour moteur immédiatement suivant, c'est-à-dire le second demi-tour moteur, pour lequel le cylindre 3 est en phase d'admission Aucune commande d'injecteurs n'intervient au cours des deux demi- tours moteur suivants, pour lesquels le cylindre 4 puis le cylindre 2 sont successivement en phase d'admission Au premier demi-tour du cycle moteur suivant (le cinquième demi-tour sur la figure 2), on commande à nouveau les injecteurs de la paire 1-4, puis, au demi-tour moteur immédiatement suivant, on commande à nouveau la paire d'injecteurs 2 et 3, à la suite de quoi deux demi-tours moteur se succèdent sans commande d'injecteurs On obtient ainsi le séquencement représenté sur la première ligne de la figure 3, qui est conservé tant que le moteur est commandé en fonctionnement synchrone Ce séquencement fait suite à la détection, au début du premier demi-tour, d'un PMH pour le cylindre 1 en admission, mais, en variante, pourrait être celui du cylindre 4 en admission Le cycle moteur commence- rait alors à partir du troisième demi-tour moteur de la figure 2. Sur cette figure 2, les dernières acquisitions A des valeurs mesurées des paramètres de fonctionnement du moteur ayant servi au calcul de la quantité de combustible à injecter, et qui précèdent les commandes d'injecteurs, sont celles obtenues respectivement au début de chacun des deux premiers demi-tours moteur On constate ainsi que pour les cylindres 1 et 3, le temps de retard est faible, alors qu'il est légèrement supérieur à deux demi-tours moteur pour les cylindres 2 et 4 La valeur maximum des temps de retard est ainsi diminuée, par rapport à une commande selon la figure 1, la somme des temps de retard n'étant plus que de l'ordre il de quatre demi-tours moteur, ce qui correspond à une moyenne d'environ un demi-tour moteur par cylindre. On réduit bien ainsi le temps de réponse maximum, la somme des temps de réponse et leur moyenne Ces résultats avantageux sont également obtenus si on adopte le séquence- ment de commande des paires d'injecteurs représenté sur la deuxième ligne de la figure 3, à savoir une première com- mande de la paire d'injecteurs 2-3, suivie d'une commande, au demi-tour moteur immédiatement suivant, de la paire d'in- jecteurs 1-4, puis de deux demi-tours moteur sans commande, puis à nouveau de la commande de la paire d'injecteurs 2-3 suivie de la commande de la paire 1-4, etc, tant que le moteur reste commandé en fonctionnement synchrone. Un tel séquencement peut commencer par la commande de la paire 2-3, après passage par un PMB, par exemple lors du second demi-tour de la figure 2, pour lequel le cylindre 3 est en phase d'admission, ou lors du quatrième demi-tour moteur de la figure 2, pour lequel le cylindre 2 et en phase d'admission. La figure 3 et la figure 2 permettent de comprendre que, lorsque le moteur entre en phase de fonctionnement synchrone, soit après son démarrage, soit à l'occasion d'une reprise d'injection, faisant suite à une coupure d'injection en raison d'une décélération par exemple, le séquencement automatiquement adopté par l'unité centrale de commande du dispositif, comportant un microprocesseur convenablement programmé à cet effet, sera celui de la première ligne de la figure 3 si le premier signal de PMH ou de PMB détecté par le capteur de rotation du moteur est un signal de PMH, et sera le séquencement de la seconde ligne de la figure 3 si ce premier signal détecté est un signal de PMB. On comprend que le dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention peut être rigoureuse- ment identique à un dispositif semi-séquentiel à commande symétrique, mais que le microprocesseur de l'unité de commande sera programmé différemment pour assurer les commandes d'injecteur asymétriques selon les séquencements décrits ci-dessus Bien entendu, le capteur de rotation du moteur est le même que dans les dispositifs connus, à savoir un capteur à roue dentée avec une singularité pour la détection du PMH, cette roue dentée étant solidaire en rotation du vilebrequin ou du volant moteur. Pour éviter des à-coups de fonctionnement du moteur, pouvant par exemple découler d'une reprise d'injection trop précoce suite à une coupure en décélération, une temporisa- tion, éventuellement réglable, peut être introduite entre la détermination du séquencement de commande à adopter à la suite de la détection d'un PMH ou d'un PMB, et la reprise effective d'injection. Il est généralement admis que la commande de l'injection de combustible dans un cylindre en phase d'admission est très défavorable à une bonne préparation du mélange combustible-air De ce point de vue, le procédé de commande selon l'invention peut être considéré comme désavantageux, dans la mesure o il va à l'encontre de cet enseignement, puisque la figure 2 montre que l'ouverture des injecteurs des cylindres 1 et 3 est commandée alors que ces derniers sont en phase d'admission Mais les avantages du procédé de l'invention, à savoir le meilleur comportement du moteur en transitoire, l'emportent largement sur l'inconvé- nient précité, qui peut être aisément compensé par le traitement des gaz d'échappement dans un catalyseur fonc- tionnant dans de bonnes conditions de température, conformé- ment aux dernières normes d'anti-pollution. REVENDICATIONS 1 Procédé de commande d'injection d'un moteur à allumage commandé et injection multipoints, à quatre cylindres et fonctionnant selon un cycle à quatre temps, et qui comprend un injecteur par cylindre, le procédé compre- nant les étapes consistant à grouper les injecteurs par paires, à commander l'ouverture des injecteurs de chaque paire une seule fois par cycle moteur, et de sorte que le séquencement de la commande des deux paires soit insensible au phasage du moteur, caractérisé en ce qu'il comprend de plus les étapes consistant, si l'on indexe chaque injecteur avec le même indice que le cylindre du moteur qu'il alimen- te, à apparier les injecteurs 1 et 4 d'une part et les injecteurs 2 et 3 d'autre part, à commander chacune des deux paires d'injecteurs 1-4 et 2-3 au cours de l'un respective- ment de deux demi-tours moteur successifs, et à faire suivre ces deux commandes de deux demi-tours moteur successifs sans commande d'injecteurs, puis à reprendre la séquence tant que le moteur est commandé en fonctionnement synchrone. 2 Procédé de commande d'injection selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus l'étape consistant à déterminer le séquencement de la commande des deux paires d'injecteur ( 1-4 puis 2-3, ou 2-3 puis 1-4) en fonction de la situation du moteur par rapport à son cycle au moment de l'entrée en phase de fonctionnement synchrone du moteur, par exemple suite à un démarrage du moteur ou à l'occasion d'une reprise d'injection après coupure de cette dernière. 3 Procédé de commande d'injection selon la revendi- cation 2, caractérisé en ce qu'il consiste à choisir le séquencement de commande de la paire d'injecteurs 1-4 puis de la paire 2-3 ou le séquencement de commande de la paire d'injecteurs 2-3 puis de la paire 14, selon que le premier signal de PMH ou de PMB donné par un capteur de rotation du moteur après l'entrée du moteur en phase de fonctionnement synchrone est un signal de PMH ou respectivement de PMB. 4 Procédé de commande d'injection selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'il consiste, de plus, à introduire une temporisation entre la détermination du séquencement de la commande des paires d'injecteurs 1-4 et 2-3, et le déroulement effectif de l'injection en fonction d'événements antérieurs, tel que le démarrage du moteur ou une coupure d'injection, par exemple en décélération.