Brevet FR2715440A1 — publié le 19950728

La présente invention concerne un procédé de commande de la quantité de carburant injecté dans un moteur à combustion interne. Plus particulièrement il s'agit d'un moteur, dans lequel l'injection de carburant est réalisée directement à l'intérieur de la chambre de combustion de chaque cylindre. Dans le domaine de l'automobile, le développement du moteur à essence à injection directe dans la chambre de combustion, a longtemps été freiné par les limites des systèmes d'injection de carburant eux-mêmes. L'apparition des injecteurs électromagnétiques a apporté des perspectives d'avenir à ce type d'injection. Jusqu'à présent, cependant de tels injecteurs ne pouvaient pas fonctionner de manière optimale sur toute la plage de régimes et de couples nécessaires. On rappelle que l'injection directe peut être utilisée aussi bien pour alimenter en carburant des moteurs à quatre temps que des moteurs à deux temps. Or les quantités de carburant injecté à pleine puissance par rapport à celles injectées au ralenti sont fort différentes pour chacun de ces types de moteurs. En outre, dans le cas du moteur à deux temps: les temps d'injection doivent être courts pour éviter d'envoyer le carburant directement dans le conduit d'échappement. II est donc nécessaire d'adjoindre à l'injecteur un système complémentaire afin d'obtenir une dynamique de débit suffisante. A cet effet on utilise un système d'alimentation en carburant à pression variable. Ainsi en modulant la pression du carburant arrivant à l'injecteur, il est possible d'alimenter correctement la chambre de combustion que ce soit à pleine ou à faible puissance et que ce soit pour un moteur à deux temps ou à quatre temps. Cette alimentation à pression variable présente cependant un inconvénient majeur, à savoir: - il est impératif de maîtriser à chaque instant la quantité de carburant effectivement envoyé dans la chambre de combustion car elle n'est plus liée simplement au temps d'ouverture de l'injecteur. Cette maîtrise de la quantité du carburant injecté à chaque instant n'est pas réalisée à ce jour. Pour pallier cet inconvénient lorsque l'on utilise des injecteurs alimentés par du carburant sous pression variable, on suppose que l'évolution de la pression de carburant est maîtrisée et que la valeur de la pression de carburant est connue pour chaque point de fonctionnement (en général cette valeur est supposée égale à la valeur de consigne de la pression de carburant). Or ceci n'est vrai que pour des points stabilisés. Dans plusieurs cas cette approximation se révèle insuffisante et notamment en régime transitoire (accélération / décélération). Dans ces cas la pression du carburant ne suit pas la valeur de consigne imposée en temps réel. La présente invention a pour objet de pallier l'ensemble de ces inconvénients, et notamment de créer un procédé de commande de la fermeture d'un injecteur tenant compte des fluctuations de la pression en carburant. A cet effet la présente invention concerne, un procédé de commande de la fermeture d'un injecteur alimentant directement en carburant, sous pression variable, un cylindre d'un moteur à combustion inteme, le dit procédé étant du type consistant à déterminer une pression de consigne pour le carburant et une quantité de carburant à injecter et, à commander l'ouverture d'un injecteur, le dit procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste en outre à: *mesureur la pression du carburant en amont de l'injecteur pendant le temps d'ouverture de l'injecteur, *calculer en temps réel la quantité de carburant effectivement injecté, pendant le temps d'ouverture de l'injecteur et, *déterminer l'instant optimal de fermeture de l'injecteur pour que la quantité de carburant effectivement injecté corresponde à celle prédéterminée, quelles que soient les variations de la pression du carburant pendant le temps d'ouverture de l'injecteur. Grâce à de telles dispositions les variations de la pression du carburant sont prises en compte et la quantité de carburant prédéterminé est effectivement injectée. En outre la commande d'ouverture et de fermeture de l'injecteur est réalisée facilement sans nécessiter de dispositif coûteux. Selon un mode de réalisation préférentiel lorsque le débit de l'injecteur est proportionnel à la racine carrée de la pression du carburant régnant en amont de l'injecteur, le calcul en temps réel de la quantité de carburant effectivement injecté est donné par la formule suivante: Où Qess (T) 0 est la quantité de carburant à injecter, G est le gain de l'injecteur et Pesos est la pression du carburant en amont de l'injecteur. Lorsque le débit de l'injecteur n'est pas directement proportionnel à la racine carrée de la pression du carburant en amont de l'injecteur on établit un autre facteur K reliant la pression du carburant Pess telle que mesurée et le débit de l'injecteur. Ce facteur K est défini par expérimentation pour un moteur donné et pour chaque régime de fonctionnement du moteur. On établit ainsi une cartographie du facteur K. La formule permettant le calcul en temps réel de la quantité de carburant injecté devient alors la suivante: OÙ Qess Q,,, (T) et G ont les mêmes significations que précédemment, et K est déterminé pour chaque valeur de pression de carburant Pess mesuré. La présente invention concerne également un dispositif mettant en oeuvre le procédé ci dessus décrit. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront, d'ailleurs de la description qui suit, à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins ci-annexés, dans lesquels: - la figure 1: est un diagramme schématique montrant l'évolution dans le temps de la pression du carburant Pess par rapport à une valeur Pc de consigne de pression de carburant, - la figure 2: est un diagramme illustrant le principe de fonctionnement du procédé selon l'invention, - la figure 3: est une vue schématique montrant un dispositif mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. Comme le montre la figure 3, un moteur à combustion interne 10 comporte au moins une chambre de combustion 11 dans laquelle se déplace un piston 12 actionnant une bielle 13. Cette bielle transmet son mouvement à un axe de rotation 14. De manière classique un carburant 15 situé dans un réservoir 16 est amené dans la chambre de combustion au moyen d'un injecteur 17. Une pompe 18, éventuellement associée à un régulateur de pression 19, assure la mise en pression du carburant alimentant l'injecteur. Une unité centrale de calcul 20, détermine de manière classique la quantité Q de carburant à injecter à chaque cycle, ainsi que la valeur de consigne Pc de la pression du carburant. Le moteur représenté à la figure 3 est également muni d'une conduite d'admission d'air 21, dont le débit est régulé par un papillon des gaz 22, précédé d'un filtre à air 23. Une conduite 24 d'échappement des gaz évacue les gaz brûlés lors de la combustion, ceci de manière connue en soi. Comme le montre la figure 1, lorsque l'on impose à un instant t0 une pression de consigne Pc pour le carburant, la pression réelle Pesos de ce carburant mesuré en amont de l'injecteur, met un certain temps bt avant d'atteindre la valeur de consigne imposée. Ainsi au temps t0 la pression mesurée Pess diffère de la pression de consigne Pc de la valeur 8P. Pendant tout l'intervalle de temps ât, un certain nombre de commandes d'ouverture de l'injecteur peuvent avoir lieu. Ces ordres de commandes sont schématisés par des impulsions rectangulaires (courbe 2). Dans l'exemple représenté à la figure 1, un seul ordre d'ouverture est émis pendant le temps 5t Au moment où cet ordre d'ouverture est émis, la pression Pess mesurée en amont de l'injecteur n'est pas égale à la pression de consigne Pc. En conséquence si le système d'injection ne prend pas en compte les variations de pression du carburant, et les différences existant entre la pression mesurée et la pression de consigne, il ne lui est pas possible d'injecter avec précision la quantité de carburant prédéterminée par l'unité centrale. Selon la présente invention, un capteur de pression 25, est placé en amont de l'injecteur 17 afin de mesurer en continu les variations de la pression d'alimentation en carburant. Ce capteur transmet le signal de pression recueilli à l'unité centrale 20. L'unité centrale 20 est également reliée au régulateur de pression 19 et à divers capteurs (non représentés) I'informant sur le fonctionnement du moteur. Dés que la commande d'ouverture de l'injecteur a été émise le capteur de pression 25 envoie à l'unité centrale 20 le signal de pression recueilli en amont de l'injecteur. L'unité centrale reçoit ainsi en continu la valeur de la pression du carburant en amont de l'injecteur, et connaît par ailleurs le gain de chaque injecteur. Sur la base de l'ensemble de ces informations, L'unité centrale détermine en continu la quantité Qess de carburant effectivement injectée dans la chambre de combustion depuis l'ouverture de l'injecteur, selon la formule suivante: dans laquelle, G est le gain de l'injecteur, Pess est la pression du carburant mesurée en amont de l'injecteur et [O, T] est l'intervalle de temps pendant lequel l'injecteur est ouvert. L'intégrale ainsi calculée représente l'aire délimitée par la courbe 1 par rapport à l'axe des temps. Cette aire est la zone hachurée représentée à la figure 2. La quantité de carburant réellement injectée dans la chambre de combustion est directement proportionnelle à cette aire. L'unité centrale compare ainsi en continu, la valeur Qess de la quantité de carburant injecté et la valeur Q prédéterminée de la quantité de carburant à injecter. Lorsque ces deux valeurs sont équivalentes, L'unité centrale émet immédiatement un ordre de fermeture vers l'injecteur. Ainsi la quantité Q de carburant prédéterminée est injectée, quelles que soient les variations de la pression du carburant. II est à noter que dans la formule de calcul de la quantité de carburant injecté donnée ci-dessus, I'intervalle de temps [0, T] est compté à partir de l'ouverture de l'injecteur (temps to) et T est le temps qui s'est écoulé depuis l'ouverture de l'injecteur (temps t1). Le gain G est fonction du débit statique de l'injecteur (débit connu lorsque l'injecteur est ouvert en permanence) pour une pression de carburant de référence et en fonction de cette pression de carburant de référence. Si le débit de l'injecteur n'est pas exactement proportionnel à la racine carrée de la pression du carburant telle que mesurée, alors on remplace cette pression du carburant par un facteur K Ce facteur est calculé par interpolation en fonction de la pression du carburant ou par caractérisation de l'injecteur concerné sur un banc (ou directement sur un moteur). On obtient ainsi une cartographie du facteur K en fonction de la pression du carburant régnant en amont de l'injecteur. Dans ce cas la formule de calcul de la quantité Q,, de carburant injecté devient la suivante: ess Q,,, et G ont la même signification que précédemment. Comme précédemment cette quantité de carburant est comparée en permanence avec la valeur de la quantité de carburant imposée par l'unité centrale 20. Lorsque ces deux valeurs sont équivalentes un ordre de fermeture de l'injecteur est immédiatement émis. Bien entendu si l'injecteur ne s'ouvre pas immédiatement lorsqu'il est commandé, c'est à dire lorsqu'il présente un temps mort prédéterminé, le calcul de l'intégrale (formules I et 11) est effectué uniquement à partir de l'ouverture réelle de l'injecteur. On notera que dans le cadre de la présente description, un moteur comportant un seul cylindre a été décrit, cependant le procédé et le dispositif selon l'invention sont directement applicables à un moteur à deux ou à quatre temps, présentant un nombre de cylindres quelconque. Bien sûr, dans ce cas on applique pour chacun des cylindres le procédé ci dessus décrit. La présente invention concerne également le dispositif décrit et représenté à la figure 3. Comme indiqué plus haut ce dispositif comporte outre les moyens classiques nécessaires à l'alimentation de l'injecteur sous pression variable, un capteur de pression du carburant 25, placé en amont de l'injecteur 17. II est à noter que le système d'alimentation en carburant sous pression (c'est à dire la pompe 18, le régulateur de pression 19 et le capteur 25) peut être entièrement autonome ou bien être piloté par l'unité centrale 20. En outre le capteur de pression du carburant 25, peut être un capteur normalement associé à l'unité centrale ou bien un capteur spécifique. II est à noter que selon la présente invention le temps d'injection est calculé indépendamment des autres stratégies de fonctionnement du moteur. Ces autres stratégies imposent quant à elles la quantité de carburant à injecter et la valeur de consigne de la pression du carburant. II est ainsi possible de modifier les stratégies de calcul de la quantité de carburant à imposer ou de la pression du carburant de consigne sans ce soucier des caractéristiques de l'injecteur, les temps d'injection seront en effet automatiquement recalculés. Bien entendu, I'invention n'est pas limitée au mode de réalisation cidessus décrit et représenté, et englobe toute variante à la portée de l'homme de l'art. Notamment le procédé et le dispositif selon l'invention peuvent être utilisés sur des moteurs à quatre temps ou à deux temps à injection directe, mais aussi plus généralement avec tout système comportant un injecteur alimenté sous pression variable. REVENDICATIONS 1] Procédé de commande de la fermeture d'au moins un injecteur (17) alimentant directement en carburant sous pression variable un cylindre (11) d'un moteur à combustion interne, le dit procédé étant du type consistant à déterminer une pression de consigne (Pc) pour le carburant et une quantité (Q) de carburant à injecter et, à commander l'ouverture de l'injecteur (17), le dit procédé étant caractérisé en ce qu il consiste en outre à: #mesurer la pression du carburant (Pess) en amont de l'injecteur pendant le temps d'ouverture de l'injecteur (17), *calculer en temps réel la quantité (loess) de carburant effectivement injecté, pendant le temps d'ouverture de l'injecteur et, *déterminer l'instant optimal de fermeture de l'injecteur pour que la quantité (Qess) de carburant effectivement injecté corresponde à celle déterminée (Q) quelles que soient les variations de la pression du carburant rp (Pess)l pendant le temps d'ouverture de l'injecteur (17). 2] Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'injecteur (17) présente un gain (G) connu et en ce que le procédé consiste à: intégrer la pression du carburant (Pess) sur l'intervalle [0, T] d'ouverture de l'injecteur, en tenant compte du gain de l'injecteur, .comparer la valeur de l'intégrale (loess) avec la valeur de la quantité de carburant déterminée (Q) à injecter et, commander la fermeture de l'injecteur lorsque la valeur (mess) de cette intégrale est égale à la valeur de la quantité (Q) de carburant prédéterminé à injecter. 3] Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la quantité de carburant injecté est déterminée par la relation suivante: ess est la quantité de carburant mesurée, G est le gain de l'injecteur et P est la pression du carburant en amont de l'injecteur. 4] Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lorsque le débit de l'injecteur (17) n'est pas directement proportionnel à la pression du carburant (Pess), on calcule un facteur (K) reliant la pression du carburant cP (Pess) et le débit de l'injecteur. 5] Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que la quantité de carburant est calculée à partir de la formule suivante: 6] Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que lorsque l'injecteur (17) présente un temps mort déterminé au moment de son ouverture, on commence le calcul de la quantité de carburant effectivement injectée (Qess) uniquement après que ce temps mort est écoulé. 7] Dispositif de commande de la fermeture d'au moins un injecteur (17) alimentant directement en carburant sous pression variable un cylindre (11) d'un moteur à combustion interne, et mettant en oeuvre le procédé selon les revendications 1 à 6, le dit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison: . un moyen de mesure (25) de la pression du carburant en amont de l'injecteur pendant le temps d'ouverture [0, T] de l'injecteur, . un moyen de calcul (20) en temps réel de la quantité de carburant effectivement injectée (mess) pendant le temps d'ouverture de l'injecteur, et . un moyen de détermination (20) de l'instant optimal de fermeture de l'injecteur (17) adapté pour refermer l'injecteur lorsque la quantité (Q) déterminé de carburant a été injecté, quelles que soient les variations de la pression du carburant (Pess).