Brevet FR2699225A1 — publié le 19940617

i "Installation pour adapter la quantité de carburant injectée dans un moteur thermique" La présente invention concerne une installa- tion destinée à adapter la quantité injectée dans un moteur thermique utilisant des mélanges de carburants de compositions différentes et notamment une installa- tion pour adapter la quantité de carburant injectée dans un moteur thermique utilisant des mélanges de carburants de compositions variables, installation comprenant une pompe à carburant qui fournit le carbu- rant aux injecteurs, un régulateur de pression pour influencer la pression du carburant et une installa- tion de calcul qui fournit les signaux de commande né- cessaires, ainsi que des moyens pour déterminer la composition du carburant. Dans un tel moteur thermique, le carburant est fourni aux injecteurs par une pompe à carburant. La pression du carburant est réglée par un régulateur de pression et la durée des impulsions d'injection est fixée par l'appareil de commande en fonction de la de- mande Pour déterminer la composition du carburant on prévoit différents moyens, par exemple un capteur qui détermine la teneur en méthanol, du carburant. Un procédé analogue d'adaptation de la quan- tité injectée dans un moteur thermique utilisant des mélanges de carburants de compositions variables est connu selon le document DE-OS 40 19 083 Dans ce pro- cédé connu, il faut toutefois garantir le réglage de la quantité de carburant fournie en fonction de la composition de ce carburant On détermine la quantité fournie par la pompe à carburant en fonction de la te- neur en méthanol du carburant Comme dans ce procédé connu, la pression établie par la pompe à carburant correspond sensiblement à une pression prédéterminée, la quantité de carburant injectée est uniquement défi- nie par la durée d'ouverture des injecteurs. Si l'on veut utiliser des carburants ayant une composition très variable, il faut que la durée d'ouverture des injecteurs soit très variable et cor- responde à une plage étendue qui ne peut toutefois avoir des dimensions quelconques si bien que la régu- lation de la quantité injectée qui se fait exclusive- ment par la durée d'ouverture des injecteurs, n'est plus suffisante. L'invention a pour but de remédier à ces in- convénients et concerne une installation du type défi- ni ci-dessus caractérisée en ce que l'adaptation se fait par variation de la durée d'injection et de la pression du carburant. L'installation selon l'invention offre l'a- vantage de permettre l'adaptation de la quantité in- jectée, dans une plage très étendue; cette adaptation peut se faire pour les deux types d'injection existant actuellement à savoir l'injection intermittente pour laquelle la quantité de carburant est adaptée, a pres- sion de carburant constante, par variation de la durée d'injection et, dans le cas d'une injection continue à durée d'injection constante, la modification de la quantité de carburant injectée se fait par variation de la pression du carburant. Ce résultat est obtenu selon l'invention en ce que la quantité injectée est adaptée à la fois par variation de la durée d'injection et par variation de la pression du carburant. L'adaptation de la quantité injectée se fait avantageusement à l'aide d'un appareil de coimmande ou d'un micro-contrôleur qui contient également les au- tres paramètres de fonctionnement du moteur thermique comme par exemple la température, la vitesse de rota- tion, le débit d'air, le ralenti, le fonctionnement en pleine charge, le fonctionnement en poussée et autres. La détection du mélange de carburants se fait avantageusement à l'aide d'un capteur approprié placé par exemple dans le réservoir à carburant et qui mesure, au début de chaque mise en oeuvre du moteur thermique et le cas échéant également en continu, la fraction que représente l'un des composants du carbu- rant, par exemple la fraction alcool du carburant A la place d'un capteur mesurant la composition du car- burant on peut également exploiter la composition des gaz d'échappement pour déterminer la composition du carburant Différentes adaptations sont possibles tout comme il est possible de combiner les deux variantes. La quantité injectée peut se régler en f onc- tion du mélange de carburants existant, soit en conti- nu soit de façon échelonnée Il est particulièrement avantageux de réagir à des variations rapides de la demande en carburant en modifiant la durée d'injec- tion, et de répondre à des variations lentes par adap- tation de la pression de carburant. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une vue d'ensemble schéma- tique des composants essentiels pour l'invention, d'un système d'injection d'un moteur thermique. les figures 2 a-2 c montrent quelques rela- tions entre les quantités de carburant nécessaires et la composition existante du mélange de carburants pour des états de fonctionnement différents du moteur ther- mique De plus, ces figures indiquent la plage de va- riations de la durée d'injection pour une pression constante du carburant et, dans le cas d'une pression de carburant variable, en fonction de la composition du carburant. Description des exemples de réalisation. La figure 1 montre schématiquement un systè- me d'alimentation en carburant dans lequel le carbu- rant du réservoir 10 est pompé par la pompe électrique 11 à travers un filtre à carburant 12 vers l'accumula- teur sous pression de carburant 13 Un régulateur de pression 14 règle la pression du carburant disponible sur l'injecteur 15 Un amortisseur 16 et une conduite de retour 17 renvoient le carburant en excédent dans le réservoir 10. L'injecteur 15 injecte le carburant à la de- mande au voisinage du cylindre 18, dans la tubulure d'aspiration 19 du moteur thermique Le mélange ainsi formé est allumé à l'aide de la bougie 20 L'ensemble du système est commandé par un appareil de commande 21 qui n'est représenté que schématiquement et qui émet l'impulsion de commande pour les différents éléments. Le régulateur de pression 14 est un régula- teur de pression variable qui reçoit les signaux de commande de l'appareil de commande 21 pour lui deman- der de réguler sur une pression souhaitée A la place d'un régulateur de pression variable, on peut égale- ment utiliser plusieurs régulateurs assurant une régu- lation à des pressions différentes. Pour déterminer la teneur en méthanol du carburant lorsqu'on utilise un mélange méthanol/super- carburant le réservoir 10 comporte un capteur qui peut également être prévu dans l'accumulateur de carburant sous pression 13 ou dans l'une des conduites d'alimen- tation. L'appareil de commande 21 reçoit d'autres grandeurs, par exemple la vitesse de rotation N four- nie par un capteur de vitesse de rotation 23. L'appareil de commande 21 fournit des si- gnaux de commande au régulateur de pression 14, à l'injecteur 15 et à la bougie 20 D'autres signaux de commande, non essentiels pour l'invention, ne sont pas donnés de manière détaillée; ces signaux sont schéma- tisés par la flèche de sortie 24. L'installation d'alimentation en carburant d'un moteur thermique selon la figure 1 permet de ré- aliser des injections intermittentes ou des injections continues L'extension selon l'invention pour l'adap- tation de la quantité injectée, peut également se fai- re à l'aide de l'installation représentée à la figure 1 car il est possible d'adapter à la fois la pression du carburant et la durée de l'injection pour arriver à une quantité injectée optimale Cette adaptation peut se faire par échelons ou paliers, ou en continu; elle peut être modifiée séparément ou globalement tant pour la pression de carburant que pour la durée de l'injection. Comme le montrent les relations représentées à la figure 2, la quantité optimale de carburant dé- pend de la composition du mélange ainsi que de diffé- rentes conditions de fonctionnement Il faut tenir compte de ce que différentes causes limitent les pos- sibilités de variation de la durée d'injection. La quantité de carburant maximale possible est injectée par un injecteur ouvert en permanence. Ainsi, on peut augmenter cette quantité à pression constante Pour de petites durées d'ouverture de l'in- jecteur, on rencontre des difficultés de tolérances des injecteurs. La figure 2 a montre un exemple de la quanti- té optimale de carburant selon l'état de fonctionne- ment du moteur thermique et la composition du carbu- rant En abscisses, on a représenté la composition du carburant KZU; la position S représente la composi- tion du carburant pour 100 % de supercarburant; la position M correspond à la composition du carburant pour une teneur en alcool ou méthanol de 100 %. En ordonnées, on a représenté la quantité de carburant MK; les points LL représentent le mode de fonctionnement au ralenti et VL le mode de fonctionne- ment à pleine charge Il est à remarquer que pour du supercarburant pur, à la fois au ralenti, au point LL(S), et à pleine charge VL(S), il faut moins de car- burant pour le fonctionnement optimal et les mêmes conditions que pour un carburant à 100 % d'alcool ou de méthanol Ces conditions portent les références LL(M) et VL(M). La quantité de carburant effectivement nécessaire est comprise entre une valeur minimale correspondant au fonctionnement au ralenti avec du su- percarburant (point LL(S)), et une quantité maximale nécessaire pour le mode de fonctionnement à charge maximale avec de l'alcool pur (point VL(M)). Les relations selon la figure 2 a ont été établies avec un système d'injection usuel n'utilisant ni supercarburant pur ni méthanol pur Pour de tels carburants purs, la quantité de carburant nécessaire varie autour d'une valeur MS pour le supercarburant et d'une valeur MM pour le méthanol; cette valeur est beaucoup plus faible que l'amplitude de variation X entre le mode de fonctionnement au ralenti avec du su- percarburant LL(S) et le mode de fonctionnement à charge maximale avec du méthanol pur VL(M). A partir d'un système d'injection conçu pour une utilisation usuelle soit avec de l'essence soot avec du méthanol, les valeurs limites pour la quantité minimale de carburant et la quantité maximale de car- burant se décaleront vers les plus grandes valeurs lorsque le moteur utilise à la fois des carburants purs et des mélanges Ce comportement découle entre autre des caractéristiques de combustion différentes des divers composants du carburant. Dans le cas d'un système d'injection inter- mittent, il faut qu'avec une pression constante du système, les temps d'injection, c'est-à-dire les temps d'ouverture des injecteurs, soient choisis proportion- nels à la quantité de carburant nécessaire Lorsqu'on utilise du supercarburant pour le ralenti, on arrive ainsi à des temps d'injection relativement courts; pour le fonctionnement du même moteur thermique à pleine charge et avec du méthanol comme carburant, on arrive à des durées d'injection relativement importan- tes. Cela apparaît clairement à la figure 2 b donnant la durée d'injection t E en fonction de la composition du carburant; le point S correspon à du supercarburant pur et le point M à du méthanol pur. Les références LL et VL correspondent de nouveau au fonctionnement au ralenti ou fonctionnement en charge maximale On arrive à des relations analogues à celles de la figure 2 a La distance entre LL(S) et VL(M) est de nouveau significativement plus grande que la dis- tance entre LL(S) et VL (S) ou entre LL(M) et VL(M). Comme déjà indiqué, la variation de la durée d'injec- tion ne peut dépasser certaines limites pour différen- tes raisons; l'invention propose de modifier dans un système d'injection à la fois la durée d'injection et la pression d'injection en fonction de la composition du carburant enregistrée par un capteur. Par exemple, on peut augmenter la pression du carburant en fonction de la teneur en méthanol du carburant et faire varier les durées d'injection selon les paramètres de fonctionnement, de même que l'on peut modifier la durée d'injection en fonction de la composition des gaz d'échappement L'avantage est alors que les durées d'injection ne peuvent être ré- duites à la plage de travail usuelle jusqu'à présent, et que néanmoins il est possible de s'adapter aux dif- férentes caractéristiques ou compositions du carbu- rant. La figure 2 c montre la plage de variation de la durée d'injection t E pour une pression variable de carburant, la durée d'injection étant représentée en fonction de la composition du carburant Il est à re- marquer que la plage de travail correspondant à X, en- tre LL(S) et VL(M), est considérablement réduite par rapport à la plage représentée à la figure 2 b On ar- rive à cette réduction en augmentant la pression du carburant pour une demande importante de carburant, à l'aide du régulateur de pression variable ou, le cas échéant, en commutant d'un régulateur de pression à l'autre. La variation de la pression et de la durée d'injection peut se faire de différentes manières com- me cela sera explicité dans quelques exemples donnés ci-après. Au début de chaque mise en route du moteur thermique, un capteur approprié mesure la composition du carburant En fonction de la teneur en alcool, on commande dans le système, un régulateur de pression continue ou réglable par étapes de façon à arriver à la pression souhaitée dans le système A la place d'un régulateur de pression réglable on peut également avoir dans le système plusieurs régulateurs de pres- sion fixes génèrant chacun une pression différente dans le système Dans ce cas, en fonction de la teneur en alcool du carburant, on active chaque fois précisé- ment l'un de ces régulateurs de pression avec l'appa- reil de commande. La mesure de la composition du carburant peut également se faire pendant le fonctionnement du moteur thermique, ce qui permet de déceler ainsi les opérations de remplissage du réservoir Dans ce cas également, on peut adapter en continu ou de manière échelonnée la pression du système. En variante ou en complément de la mesure, on peut adapter la composition du carburant et ainsi la pression nécessaire du système, par exemple en fonction d'une composition connue des gaz d'échappe- ment ou procéder par éducation Les procédés par mesu- re et par adaptation peuvent également être combinés pour fixer la pression appropriée dans le système. Pour chaque possibilité, l'adaptation de la pression du système suivant la composition variable en carburant est une opération relativement lente alors que la durée d'injection qui constitue la seconde grandeur, peut être modifiée dans le système s'il faut réagir en fonction de variations rapides de la demande de carburant par le moteur thermique. R E V E N D I C A T I O N S ) Installation pour adapter la quantité de carburant injectée dans un moteur thermique utilisant des mélanges de carburants de compositions variables, installation comprenant une pompe à carburant ( 11) qui fournit le carburant aux injecteurs, un régulateur de pression ( 14) pour influencer la pression du carburant et une installation de calcul qui fournit les signaux de commande nécessaires, ainsi que des moyens pour dé- terminer la composition du carburant, installation ca- ractérisée en ce que l'adaptation se fait par varia- tion de la durée d'injection et de la pression du car- burant. 2) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le mélange de carburant se com- pose de supercarburant et de méthanol et un capteur mesure l'un des composants, de préférence le méthanol, le capteur étant prévu à un emplacement variable o il arrive en contact avec le carburant. 30) Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la variation de la durée d'injection et/ou de la pression de carburant se fait en continu. ) Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que la variation de la durée d'in- jection et/ou de la pression du carburant se fait sur plusieurs échelons. ) Installation selon l'une des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que la variation de la pression du carburant se fait à l'aide d'au moins un régulateur de pression commandé par l'instal- lation de calcul. 6 ) Installation selon l'une des revendica- tions précédentes, caractérisée par plusieurs régula- teurs de pression, chaque régulateur de pression assu- il rant un réglage sur une autre valeur de la pression et en fonction de la teneur en méthanol, l'installation de calcul activant précisément l'un des régulateurs de pression. 70) Installation selon l'une des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que l'installa- tion de calcul fait partie d'un appareil de commande. ) Installation selon l'une des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que l'adaptation de la quantité injectée dépend des paramètres de fonc- tionnement du moteur thermique ou de la composition des gaz d'échappement. ) Installation selon l'une des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que l'adaptation de la quantité injectée se fait en fonction de la com- position variable du carburant, par adaptation de la pression du système, et cette adaptation se fait sur la base d'une variation rapide de la demande en carbu- rant du moteur thermique, par variation de la durée d'injection.