Brevet FR2717227A1 — publié le 19950915

PROCEDE D' INJECTION DZ CARBURANT POUR MOTEUR A COMBUSTION INTERNE A INJECTION DIRECTE ET ALLUMAGE COMMANDE La présente invention concerne un procédé d'injection de carburant pour un moteur à combustion interne multicylindre à injection directe et à allumage commandé destiné notamment à équiper un véhicule automobile. L'invention concerne plus particulièrement un procédé d'injection de carburant adapté à un moteur à combustion interne par lequel l'injection de carburant est opérée en plusieurs périodes distinctes par cycle moteur. On connaît notamment par les demandes de brevet français n02.650.629 et n02.650.630 déposées par la Demanderesse des exemples de moteurs à combustion interne, à injection directe et à allumage commandé. L'injection directe a lieu à l'intérieur des cylindres en aval de la ou des soupapes d'admission de l'air comburant. L'injection directe a notamment pour avantage de pouvoir s'affranchir du papillon de commande du débit d'air dans le collecteur d'admission indispensable en injection indirecte. Le couple moteur est alors directement régulé par la quantité d'essence injectée directement dans chaque cylindre, d'où une réduction importante des pertes par pompage ce qui permet donc d'améliorer sensiblement le rendement du moteur. L'injection directe permet par ailleurs d'opérer une stratification de la charge admise dans les cylindres. L'injection qui a lieu tard dans le cycle, pendant la phase de compression permet de créer une zone riche autour de la bougie afin de démarrer la combustion qui se propagera ensuite dans un mélange plus pauvre. Cette hétérogénéité du mélange carburé présent dans les chambres de combustion permet de contrôler parfaitement la combustion notamment pour les très faibles quantités de carburant injectées, ce qui conduit à réduire la consommation en carburant et à abaisser les émissions de gaz polluants du moteur lors des fonctionnements de ce dernier à faibles charges ou charges partielles. L'injection directe actuelle présente toutefois des inconvénients au fur et à mesure où la charge augmente et donc où la quantité de carburant à injecter augmente. La Demanderesse a pu montrer que l'effet favorable de la stratification du carburant injecté décroît avec la charge et s'avère même préjudiciable au bon déroulement de la combustion à forte charge. Au fur et à mesure où la charge augmente, il apparat préférable, pour produire le maximum de puissance, d'utiliser au mieux l'air admis, et pour cela de rendre le mélange homogène et donc d'introduire le carburant le plus en amont possible dans le cycle pour favoriser la préparation du mélange. Toutefois, pour pouvoir fonctionner le plus longtemps possible en mélange pauvre afin de réduire les émissions de polluants, il demeure important de conserver une zone riche en carburant au voisinage de la bougie lors de l'étincelle. Le but du procédé objet de la présente invention est donc d'améliorer l'injection du carburant dans les cylindres en opérant une répartition de l'injection du carburant au cours du cycle moteur qui permette de prendre en compte différents besoins en préparation du mélange carburé suivant les points de fonctionnement du moteur. Le procédé d'injection de carburant selon l'invention concerne plus particulièrement un moteur à combustion interne multicylindrique à allumage commandé et à injection directe du type comportant un électro-injecteur par cylindre alimenté en carburant sous pression et piloté par un système électronique de contrôle qui commande la durée d'injection. Selon l'invention le procédé d'injection est caractérisé en ce que pour un injecteur et pour un cycle moteur donnés, la durée totale d'injection déterminée par le système électronique de contrôle à partir des conditions de fonctionnement du moteur est répartie en une première et une seconde périodes d'injection distinctes réparties essentiellement durant les phase d'aspiration et de compression du cycle moteur. Selon une autre caractéristique du procédé d'injection objet de l'invention, la première période d'injection est définie par son instant initial et par sa durée. Selon une autre caractéristique du procédé d'injection objet de l'invention, l'instant initial de la première période d'injection coincide avec l'instant de fermeture de la soupape d'échappement. Selon une autre caractéristique du procédé d'injection objet de l'invention, la durée de la première période d'injection croit avec la charge et le régime du moteur. Selon une autre caractéristique du procédé d'injection objet de l'invention, la seconde période d'injection est définie par son instant final et par sa durée. Selon une autre caractéristique du procédé d'injection objet de l'invention, l'instant final de la seconde période d'injection coïncide avec le déclenchement de l'étincelle d'allumage. Selon une autre caractéristique du procédé d'injection objet de l'invention, la seconde période d'injection décroît avec la charge et le régime du moteur. On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description donnée ci-après d'un mode de réalisation de l'invention appliqué à un moteur à quatre temps et à quatre cylindres, ce mode de réalisation étant donné à titre d'exemple non limitatif, en se référant au dessin annexé, dans lequel la figure 1 est un schéma d'un moteur à combustion interne à injection directe équipé d'un système de contrôle moteur pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; la figure 2 est un diagramme circulaire d'injection caractéristique du procédé selon l'invention. Conformément à la figure 1, le moteur référencé 1, du type à combustion interne à quatre temps, à quatre cylindres en ligne, à allumage commandé et à injection directe est donc équipé d'un système électronique de commande de l'injection, encore appelé système de contrôle moteur 7. Le système électronique de commande de l'injection 7 a donc pour objet la mise en oeuvre du procédé d'injection conformément à la présente invention. Le système électronique de commande de l'injection 7 comprend classiquement un calculateur comportant une CPU, une mémoire vive (RAN), une mémoire morte (ROM), des convertisseurs A/N (analogique-numérique), et différentes interfaces d'entrées et de sorties. Ce système de commande de l'injection 7 reçoit un certain nombre de signaux d'entrée fournissant la valeur des principaux paramètres caractérisant le fonctionnement du moteur : régime, charge, pression collecteur, température d'eau, position pédale d'accélérateur ou encore la tension batterie, et une information sur la position des pistons dans les cylindres issue notamment d'un capteur de position 9 coopérant avec une cible dentée 3 solidaire du volant moteur porté par le vilebrequin. Le système électronique de commande de l'injection procède alors, à partir de ces différentes informations et selon des stratégies ou procédés d'actionnement mis en place dans la CPU, à la commande du débit des électro-injecteurs 5 en contrôlant pour chacun d'eux la phase de début d'injection ou la phase de fin d'injection et la durée d'ouverture, déterminant ainsi un débit précis de carburant pour chaque injecteur 5 qui est alimentée en carburant sous une pression sensiblement constante. Le mode d'actionnement des injecteurs 5 est précisé conformément au motif d'injection présenté à la figure 2. Le motif d'injection proposé consiste, pour un injecteur et pour un cycle moteur, à répartir la durée totale d'injection T qui est déterminée par le système électronique de contrôle moteur à partir des conditions de fonctionnement du moteur, en deux périodes d'injection distinctes T1, T2, (qui peuvent être éventuellement nulles) réparties sur les phases aspiration et compression du cycle moteur. La première période T1 est essentiellement caractérisée par son instant ou phase de début et sa durée qui dépend du point de fonctionnement moteur. Le début et la durée de la période T1 sont préférentiellement déterminés par le système de contrôle moteur 7 sous la forme d'angle de rotation du vilebrequin. L'instant initial de la période T1 est en effet choisi au début de la phase d'aspiration pour permettre l'homogénéisation du carburant injectée avec l'air frais admis. De façon préférentielle, on peut choisir de faire débuter la première période d'injection lors de l'instant de fermeture de la soupape d'échappement (repéré RFE sur la figure 2). Cet instant de fermeture de la soupape d'échappement peut évoluer avant ou après le Point Mort Haut (PMH) suivant le type de moteur. La durée de la première période T1 est donc ajustée suivant le point de fonctionnement du moteur. Les valeurs sont par exemple stockées dans une cartographie prédéterminée en fonction de la charge et du régime de rotation moteur. La durée de la période T1 croit directement avec la charge et le régime. En général, la première période T1 s'achève avant la fin de la phase d'aspiration au Point Mort Bas (PMB). La seconde période T2 est elle, essentiellement caractérisée par son instant ou phase de fin et sa durée qui dépend du point de fonctionnement moteur. La fin de la période T2 est en effet choisie en fin de la phase de compression pour permettre la formation d'une zone riche en carburant au voisinage de la bougie. De façon préférentielle, on peut choisir de faire se terminer la seconde période d'injection T2 au moment de l'étincelle d'allumage (repéré OE sur la figure 2). Cet instant de déclenchement de l'étincelle d'allumage peut évoluer plus ou moins avant le Point Mort Haut (PMH) suivant les conditions de fonctionnement du moteur. La durée de la seconde période T2 est donc ajustée suivant le point de fonctionnement du moteur. Les valeurs sont par exemple stockées dans une cartographie prédéterminée en fonction de la charge et du régime de rotation moteur. La durée de la période T2 décroit elle directement avec la charge et le régime. Les périodes d'injection sont donc opérées, dans les conditions de fonctionnement à charge partielle en deux périodes distinctes T1 et T2 durant les phase d'aspiration et de compression du cycle moteur défini par la rotation de 1800 d'angle vilebrequin à partir du Point Mort Haut admission. La première injection permet d'obtenir un mélange pauvre homogène tandis que la seconde injection génère une zone riche en carburant autour de la bougie au moment de l'allumage. Cette combinaison permet de maîtriser parfaitement la combustion et la propagation de la flamme et ainsi d'assurer de très faibles émissions d'oxydes d'azote NOx. La charge et la richesse peuvent être, dans une variante de réalisation, régulées également à partir du contrôle du débit d'air frais admis dans les chambres de combustion grâce à un papillon des gaz disposé dans le conduit d'admission en amont des chambres de combustion. Le procédé selon l'invention est extrêmement simple à mettre en oeuvre puisqu'il ne nécessite aucun dispositif supplémentaire que les injecteurs haute pression 5 débouchant directement dans les chambres de combustion et leur système électronique de pilotage 7. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu' titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. REVENDICATIONS (13 Procédé d'injection de carburant pour un moteur à combustion interne multicylindrique à allumage commandé et à injection directe, du type comportant un électro-injecteur (5) par cylindre alimenté en carburant sous pression et piloté par un système électronique de contrôle (7) qui commande la durée d'injection, caractérisé en ce que pour un injecteur (5) et pour un cycle moteur donnés, la durée totale d'injection déterminée par le système électronique de contrôle (7) à partir des conditions de fonctionnement du moteur est répartie en une première et une seconde périodes d'injection distinctes (T1,T2) réparties essentiellement durant les phase d'aspiration et de compression du cycle moteur. [23 Procédé d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite première période d'injection (T1) est définie par son instant initial et par sa durée. (3] Procédé d'injection de carburant selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'instant initial de ladite première période d'injection (T1) coïncide avec l'instant de fermeture de la soupape d'échappement (RFE). [4] Procédé d'injection de carburant selon l'une quelconque des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que la durée de ladite première période d'injection (T1) croit avec la charge et le régime du moteur. [5] Procédé d'injection de carburant selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite seconde période d'injection (T2) est définie par son instant final et par sa durée. (6] Procédé d'injection de carburant selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'instant final de ladite seconde période d'injection (T2) coïncide avec le déclenchement de l'étincelle d'allumage (OE). [7] Procédé d'injection de carburant selon l'une quelconque des revendications 5 à 6, caractérisé en ce que la durée de ladite seconde période d'injection (T2) décroît avec la charge et le régime du moteur.