Brevet FR2713718A1 — publié le 19950616

DISPOSITIF D'fNJECTION MULTIPOINTS A INJECTEURS ASSISTES PAR AIR BT PAPILLON A COKKANDE ELECXRONIQUE L'invention concerne les dispositifs d'alimentation en combustible å commande électronique pour moteur & combustion interne à plusieurs chambres de combustion, comprenant plusieurs injecteurs à commande électrique et dénommés pour cette raison 1multipoints". Dans ces dispositifs, chaque chambre de combustion du moteur est munie d'un injecteur qui débouche dans la tubulure au voisinage de la soupape d'admission correspondante. L'invention concerne plus particulièrement les dispositifs d'alimentation multipoints du type comprenant : plusieurs injecteurs à commande électrique, chaque injecteur délimitant une chambre de mélange air-combustible ; un corps de papillon dont le papillon est commandé électroniquement par un moteur entraînant directement l'axe du papillon en fonction de la position d'une pédale de conducteur, et qui est prévu pour que le papillon ferme de façon pratiquement complète le conduit d'admission d'air lorsqu'vil est dans sa position d'ouverture minimale ; et une conduite d'air additionnel d'alimentation des chambres, munie d'une électrovanne de réglage, et des moyens électroniques commandant les injecteurs en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur et notamment du degré d'ouverture du papillon. L'électrovanne sur la conduite d'air additionnel est commandée par les moyens électroniques en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur. Sa présence permet de régler le régime de ralenti. On connaît par ailleurs d'autres dispositifs d'injection dits "à papillon motoriste1, dont le papillon n'est pas commandé directement par une tringlerie mécanique de liaison avec la pédale d'accélération actionnée par le conducteur. La pédale est munie d'un capteur de position qui fournit un signal représentant sa position aux moyens électroniques, qui sont prévus pour élaborer une ouverture de consigne du papillon à partir du signal représentant la position de la pédale et d'autres paramètres et pour commander un actionneur de papillon de façon à donner à celui-ci l'ouverture de consigne. Il est nécessaire qu'une panne des moyens électroniques, conduisant à une absence de commande de l'actionneur, ne provoque pas un risque d'accident, par exemple par maintien du papillon ouvert. Une solution simple consiste à munir le papillon de moyens élastiques de rappel automatique vers la position où il ferme le conduit d'admission et de constituer les moyens électroniques et l'actionneur de façon que l'actionneur n'exerce plus aucun couple d'ouverture sur le papillon en cas de panne. Si cette solution va dans le sens de la sécurité, elle immobilise le véhicule muni du dispositif. On pourrait également penser à munir le papillon d'un ressort de rappel qui, en l'absence de courant, amène le papillon dans une position d'ouverture faible et déterminée : le fonctionnement satisfaisant dans ce mode dégradé, en cas de panne, exige un réglage précis du ressort, difficile à effectuer et à maintenir dans le temps. La présente invention vise notamment à fournir un dispositif d'injection multipoints à papillon motorisé répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il autorise un fonctionnement dégradé, à faible puissance, du moteur équipé du dispositif en cas de panne. Dans ce but, l'invention propose notamment un dispositif d'alimentation à injection de combustible pour moteur à combustion interne, comprenant plusieurs injecteurs à commande électrique, des moyens électroniques commandant les injecteurs et commandant un actionneur de papillon en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur, comprenant la position d'une pédale actionnée par le conducteur, chaque injecteur débouchant dans la tubulure au voisinage d'une soupape correspondante et délimitant une chambre de mélange reliée à une arrivée d'air d'aération, caractérisé en ce que le corps de papillon est prévu pour que le papillon ferme de façon pratiquement complète le conduit d'admission dans sa position d'ouverture minimum où il est orthogonal à l'axe d'un conduit d'admission ménagé dans le corps, et est muni d'un actionneur de papillon également commandé par les dits moyens électroniques, en ce que les dits moyens électroniques et l'actionneur sont prévus pour amener le papillon dans une position déterminée, dans une orientation opposée à celle de la marche normale, en cas de défaillance des dits moyens, et en ce que la dite arrivée d'air d'aération comporte une conduite d'air additionnel dont l'entrée est située en amont du papillon, où le débit est réglé par une électrovanne commandée par les dits moyens électroniques, la dite électrovanne étant prévue pour s'ouvrir complètement en cas de défaillance des dits moyens. Les moyens électroniques de commande des injecteurs et de la position du papillon peuvent être également prévus pour assurer d'autres fonctions, et notamment la commande d'allumage et éventuellement de systèmes de sécurité. Tous ces moyens peuvent être regroupés en un bottier unique ou être répartis entre une unité de contrôle et de commande du moteur et une unité de contrôle et de commande du papillon, suivant une disposition qui peut être celle décrite dans la demande de brevet français nO 92 12931. Les injecteurs du dispositif seront généralement choisis d'un type dans lequel le débit d'air n'est limité que par le col sonique que constituent les trous de pulvérisation de combustible. Dans les injecteurs de ce genre destinés aux moteurs ayant une chambre de combustion de cylindrée habituelle, le débit d'air sonique maximum qui peut traverser un injecteur est proche de 5 kg/h. Le débit total correspondant, dans le cas cité à titre d'exemple fréquent de quatre injecteurs, atteint 20 kg/h, ce qui permet un fonctionnement dégradé autorisant un déplacement du véhicule à vitesse réduite. A pleine ouverture de 1'électrovanne, la quantité de mélange air-combustible qui arrive aux chambres de combustion risque d'amener le moteur à une vitesse excessive lorsque le moteur est débrayé ou que la botte de vitesse est au point mort. Dans un mode avantageux de réalisation, les moyens électroniques sont prévus pour limiter la vitesse de rotation du moteur dans ce cas. Diverses solutions sont possibles. Une première solution, utilisable sur les moteurs à allumage commandé à partir des moyens électroniques, consiste à programmer ces derniers de façon à apporter un retard à l'allumage, jusqu'à ce que la vitesse du moteur soit réduite à une valeur prédéterminée (2000 tours/mn par exemple). Une autre solution consiste à maintenir la commande de l'électrovanne par les moyens électroniques en cas de panne de la commande du papillon, pour assurer une limitation de vitesse. Les moyens électroniques peuvent être prévus de façon à commander l'électrovanne afin de réguler le ralenti du moteur et/ou d'assurer la modification progressive de débit d'air requise lors d'un démarrage à froid. Toutefois, le réglage du débit d'air au ralenti, lors des départs à froid et éventuellement lors du fonctionnement en décélération (le moteur constituant un frein) est effectué par commande du papillon par les moyens électroniques. C'est pourquoi il n'est pas nécessaire que l'électrovanne ait une précision élevée : on peut notamment utiliser une électrovanne à bobine selfique, commandée de façon analogique, au lieu d'une électrovanne à moteur pas-à-pas, plus coûteuse. En règle générale, l'électrovanne sera commandée, en fonctionnement normal, de façon à s'ouvrir progressivement au fur et à mesure de l'ouverture du papillon, jusqu'à être ouverte de façon complète pour un angle d'ouverture du papillon de l'ordre de 30% de l'angle maximum. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accouçagnent, dans lesquels - la figure 1 montre la constitution d'ensemble d'un dispositif d'alimentation "multipoints1 permettant de mettre en oeuvre l'invention - la figure 2 est un schéma de principe montrantles liaisons électriques des moyens électroniques du dispositif de la figure 1 - la figure 3 représente, à titre d'exemple non limitatif, une loi de variation du débit d'air sonique par injecteur en fonction de l'angle d'ouverture du papillon, lors du fonctionnement normal du moteur. Le dispositif dont la constitution générale est montrée en figures 1 et 2 comprend un circuit d'alimentation en air sur lequel est interposé un corps de papillon motorisé 8. Dans ce corps est placé un papillon d'étranglement 10 muni d'un capteur d'ouverture 12 fournissant un signal de sortie électrique représentatif de l'angle d'ouverture. Le circuit d'alimentation en air du moteur comporte, en aval du corps 8, une tubulure 14 à plusieurs branches débouchant chacune en amont de la soupape d'admission 16 d'une chambre de combustion du moteur. Un conduit d'air additionnel 18 muni d'une vanne à commande électrique 20 permet, lors de certaines phases du fonctionnement, et notamment au démarrage, alors que le papillon 10 est fermé, d'amener vers les injecteurs de l'air qui contourne le corps de papillon 8. Le papillon 10 est prévu pour obturer pratiquement complètement le conduit d'admission lorsqu'il est dans la position d'ouverture minimale où il est représenté. Un circuit d'alimentation en combustible comporte une pompe électrique 26 qui alimente, par l'intermédiaire d'un filtre 30 et d'une rampe 32, des injecteurs 34 dont un seul est représenté. Ces injecteurs sont disposés immédiatement en amont des soupapes d'admission 16. Les injecteurs 34 sont commandés par des moyens électroniques 46 alimentés par la batterie d'accumulateurs 48 dès fermeture du contact d'allumage 50. Les moyens électroniques sont représentés sous forme d'un boîtier unique remplissant l'ensemble des fonctions requises. Ils commandent les injecteurs 34, l'électrovanne 20 destinée à fournir de l'air additionnel aux injecteurs et la position du papillon, muni à cet effet d'un actionneur électrique 47. Dans un mode avantageux de réalisation, ils commandent également l'installation électrique d'allumage 49 et en particulier règlent l'avance à l'allumage. Pour cela, le boîtier 46 reçoit des signaux d'entrée représentatifs de - la position de la pédale d'accélérateur, fournie par un capteur 52 (figure 2), - la température du liquide de refroidissement du moteur, fournie par une sonde 40, - la température d'air à l'entrée du corps, fournie par une sonde 22, - l'angle d'ouverture du papillon, fourni par le capteur 12, - la vitesse du moteur, par exemple sous forme d'une série d'impulsions à fréquence variable fournies par un capteur 42, - la pression absolue dans la tubulure 14, fournie par un capteur 24. Les capteurs de pression d'air dans la tubulure et d'ouverture du papilon permettent de calculer le débit d'air admis au moteur : ils peuvent être remplacés par un élément de mesure directe du débit d'air. Les moyens électroniques peuvent être prévus pour reconstituer par le calcul la position théorique du papillon à partir de la différence de pression entre l'amont et l'aval du papillon et la vitesse du moteur, de façon à vérifier en permanence que la position réelle du papillon 10 est bien la position de consigne fournie par les moyens électroniques et qu'il y a cohérence entre les résultats fournis par le capteur d'ouverture 12 et les résultats du calcul. Au cours du fonctionnement, le boîtier électronique 46 fournit, à chaque injecteur 34, des impulsions d'ouverture synchronisées avec la commande de la soupape d'admission correspondante 16 et dont la durée est fonction des paramètres de fonctionnement. Chaque injecteur 34 comporte une chambre d'aération, permettant d'assister pneumatiquement la pulvérisation du combustible. Les injecteurs 34 peuvent avoir notamment la constitution décrite dans la demande de brevet français nO 92 13750, à laquelle on pourra se reporter. L'air arrivant aux injecteurs par le conduit 18, un répartiteur 68 et des canaux 70 améliore la pulvérisation du combustible, qui reste ainsi efficace aux charges partielles. Comme le montre la figure 3, les moyens électroniques 46 peuvent être programmés de façon à fournir un débit d'air aux chambres d'aération des injecteurs à tous les régimes, y compris lorsque le papillon est à pleine ouverture, de façon à maintenir alors un courant d'air frais qui balaye le nez de l'injecteur et le refrodit. Dans le cas particulier illustré sur la figure 3, l'électrovanne 20 est prévue pour laisser passer, lorsqu'elle est dans sa position d'ouverture minimum, un débit sonique d'environ 0,8 à 1 kg d'air par heure pour chaque injecteur. La section S augmente ensuite progressivement pour atteindre sa valeur maximum pour un angle d'environ 300 du papillon (lorsque ce dernier est orthogonal au conduit d'admission lorsquil est fermé). Il est possible de prévoir les moyens électroniques et l'électrovanne 20 de façon à réguler la vitesse de ralenti et à régler le débit d'air admis au moteur au cours du démarrage et de la marche à froid alors que le papillon reste fermé. Dans ce cas, l'électrovanne doit être d'un type permettant de régler de façon précise le débit qui la traverse. On pourra alors utiliser une électrovanne h & moteur pas-à-pas, qui s'adapte parfaitement à une commande par des moyens électroniques à sortie numérique. Mais il est plus avantageux de remplir ces fonctions par commande du papillon 10. Dans ce cas, il n'est plus nécessaire que l'électrovanne assure un réglage précis du débit et on peut notamment utiliser une électrovanne selfique à commande analogique. Dans tous les cas, la quantité de combustible admise au moteur à chaque cycle de fonctionnement est commandée par les moyens électroniques 46, à partir des informations qu'ils reçoivent et notamment du débit d'air admis au moteur (mesuré directement ou déduit de la pression qui règne dans la tubulure, de la position du papillon et éventuellement de la position de l'électrovanne). Cette fonction doit être maintenue en cas de défaillance provoquant la fermeture permanente du papillon 10. Comme on la indiqué plus haut, le débit d'air admis par l'électrovanne 20 en cas de défaillance des moyens électroniques est suffisant pour que le moteur puisse entraîner le véhicule. En l'absence de moyens de limitation ou de brida- ge", la vitesse du moteur atteindrait une valeur élevée en cas de débrayage ou lorsqu'aucune vitesse n'est engagée. Les moyens électroniques sont avantageusement prévus de façon à limiter la vitesse par modification de l'avance à l'allumage dans le sens du retard jusqu'à ce que la vitesse soit revenue à une valeur déterminée, par exemple de 2000 tours/mn environ. Les moyens électroniques seront de plus prévus pour commander soit l'actionneur 47 du papillon 10, soit l'électrovanne 20 en cas de fonctionnement du moteur à sa tempéra ture normale de régime et en décélération à vitesse élevée, alors que le conducteur a relâché la pédale d'accélérateur. Il faut en effet alors fournir au moteur un débit de plusieurs kilogrammes par heure et par chambre de combustion pour éviter d'endommager le pot catalytique, dans la mesure où un tel pot est prévu. 1. Dispositif à injection de combustible pour moteur à combustion interne, comprenant plusieurs injecteurs (34) à commande électrique, des moyens électroniques (46) commandant les injecteurs et commandant un actionneur de papillon en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur, comprenant la position d'une pédale actionnée par un conducteur, chaque injecteur débouchant dans la tubulure au voisinage d'une soupape correspondante et délimitant une chambre de mélange reliée à une arrivée d'air d'aération, caractérisé en ce que le corps de papillon (8) est prévu pour que le papillon (10) ferme de façon pratiquement complète le conduit d'admission d'air dans sa position d'ouverture minimum où il est orthogonal à l'axe d'un conduit d'admission ménagé dans le corps, et est muni d'un actionneur de papillon également commandé par les dits moyens électroniques, en ce que les dits moyens électroniques (46) et l'actionneur (47) sont prévus pour amener le papillon (10) dans une position déterminée, dans une orientation opposée à celle de la marche normale, en cas de défaillance des dits moyens, et en ce que la dite arrivée d'air d'aération comporte une conduite d'air additionnel (18) dont l'entrée est située en amont du papillon (10), où le débit est réglé par une électrovanne (20) commandée par les dits moyens électroniques (46), la dite électrovanne étant prévue pour s'ouvrir complètement en cas de défaillance des dits moyens. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les injecteurs (34) du dispositif sont d'un type dans lequel le débit d'air n'est limité que par le col sonique constitué par le trou ou les trous de pulvérisation de combustible,à un maximum proche de 5 kg/h par injecteur. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les dits moyens électroniques sont prévus pour limiter la vitesse du moteur en cas de défaillance. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens électroniques sont prévus pour limiter la vitesse du moteur à une valeur déterminée par retard à l'allumage, lorsque le moteur est débrayé ou que la boite de vitesse est au point mort. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens électroniques sont prévus pour commander l'électrovanne en cas de panne de la commande du papillon de façon à limiter la vitesse du moteur. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens électroniques sont prévus de façon à commander l'électrovanne en fonctionnement normal de façon à l'ouvrir progressivement au fur et à mesure de l'ouverture du papillon, jusqu'à l'ouvrir de façon complète pour un angle d'ouverture du papillon de l'ordre de 308 de l'angle maximum d'ouverture. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens électroniques sont prévus pour réguler le débit d'air admis au moteur au ralenti, lors des départs à froid et éventuellement lors du fonctionnement en décélération en maintenant l'électrovanne dans un état d'ouverture minimum non nulle.