Brevet FR2754015A1 — publié le 19980403

La présente invention concerne le domaine des moteurs diesel et plus particulièrement celui du contrôle de l'injection dans ce type de moteurs. Il est connu d'associer à un moteur un ou plusieurs capteurs pour mesurer plusieurs paramètres de façon à mieux contrôler son fonctionnement. Il peut s'agir de capteurs de pression permettant de mesurer la pression à l'intérieur des chambres et à l'extérieur, de capteurs de température, de capteurs de levée d'aiguille d'injecteurs etc. Il est connu également d'appliquer au moyen d'un calculateur, des réglages prédéfinis à un moteur en rapportant les indications des capteurs à des configurations- types mémorisées. Ces configuration-type sont appelées "cartographies" par les spécialistes. Pour que ce procédé soit efficace, il faut mettre en oeuvre de nombreux capteurs et "cartographier" des tables complexes de configurations-types rapportées à des conditions de fonctionnement très variées. Par ailleurs l'injection de carburant est une opération décisive dans le cycle de fonctionnement des moteurs. C'est pourquoi de nombreuses recherches ont porté sur l'amélioration de l'injection via notamment un contrôle plus performant. Le contrôle de l'injection devient une opération particulièrement délicate lorsque de fortes pressions, parfois supérieures à 1200 bar, sont nécessaires à l'injection dans les cylindres. Les injecteurs les plus récemment développés fonctionnent à de telles pressions, par exemple dans les moteurs diesel à injection directe. Dans ces conditions, il devient difficile d'assurer un bon contrôle de la quantité de carburant injecté. Il est notamment difficile d'assurer une bonne répartition du carburant dans chacun des cylindres. Cette répartition conditionne non seulement la consommation totale de carburant, la qualité de la combustion donc la pollution engendrée, mais aussi l'agrément de conduite. Les méthodes connues permettant d'améliorer la répartition de l'injection cylindre à cylindre sont basées sur une correction du couple- moteur via l'analyse de la vitesse instantanée de rotation du vilebrequin prise dans chaque cylindre. Le document Toyota SAE 930 873 décrit une telle méthode. 2 2754015 Le problème est encore plus aigu lorsqu'il s'agit de contrôler de faibles quantités de carburant comme par exemple les petites injections de carburant ayant lieu avant l'injection principale dans les moteurs diesel à injection directe. Ces pré- injections sont encore appelées "injections-pilote" par les spécialistes et seront ainsi dénommées dans la suite de ce texte. Ces petites injections permettent d'améliorer le bruit de combustion des émissions de polluants. Selon l'invention le contrôle de l'injection peut donc être opéré via le contrôle de l'injection-pilote et/ou de l'injection principale dans l'un au moins des cylindres du moteur, et ceci en temps réel. En d'autres termes, l'invention a pour objet de contrôler la quantité de carburant injecté dans un moteur diesel. Les principales étapes de l'invention peuvent consister à: (a) déterminer la variation de la pression à l'intérieur d'au moins un cylindre autour d'un instant spécifique du cycle-moteur, pour deux cycles successifs ayant des caractéristiques d'injection différentes; (b) - en déduire l'écart entre la quantité de carburant réellement injectée dans ledit cylindre et une quantité de carburant théorique; (c) - ajuster les paramètres d'injection de façon à égaliser en temps réel la quantité de carburant réellement injectée à la quantité de carburant devant être théoriquement injectée. Conformément à l'invention, le procédé est préférentiellement mis enoeuvre lors d'un fonctionnement stabilisé du moteur. Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre indépendamment pour chaque cylindre du moteur. Selon l'un des modes de réalisation de l'invention, le procédé est mis en oeuvre pour un cylindre et l'on ajuste les autres cylindres de la même façon. 3 2754015 Plus précisément, on détermine la valeur absolue de la variation de la pression entre un cycle ayant une pré-injection de carburant avant l'injection principale et un cycle ayant uniquement une injection principale de carburant. Avantageusement, on ajuste la quantité de carburant pré-injectée. Préférentiellement, un calculateur est utilisé pour mettre en oeuvre le procédé, ledit calculateur permettant un ajustement en temps réel de la quantité de carburant injecté. Selon l'un des aspects de l'invention, l'étape (b) est réalisée grâce à des données mémorisées dans ledit calculateur. En outre, conformément à l'invention, l'étape (c) est réalisée grâce à des données mémorisées dans ledit calculateur en mettant en oeuvre éventuellement un processus d'auto-adaptation de la correction. Selon l'invention, on peut aussi ajuster la quantité de carburant principalement injecté. Ceci peut être réalisé grâce à une relation mémorisée dans le calculateur entre l'ajustement de la quantité pré-injectée et celui de la quantité principalement injectée. De façon avantageuse, on détermine ladite variation de pression autour du point mort haut de la combustion. Selon un exemple de réalisation de l'invention, le procédé peut être mis en oeuvre avec un système d'injection dit "common rail"; un système d'injection comprenant un injecteur-pompe par cylindre peut aussi être utilisé. Le procédé selon l'invention nécessite en outre la définition d'instants particuliers du cycle tels que par exemple l'instant 3 de commande du début de l'injection principale; l'instant (xo qui doit préférentiellement être compris dans une plage donnée. En outre, si la variation de pression (AP) est nulle, on modifie le signal (T l) relatif à la quantité de carburant pré-injecté. La présente invention prévoit par ailleurs de modifier le signal relatif à la quantité de carburant principalement injecté, qui suit un ajustement des paramètres 4 2754015 d'injection. Ainsi, le signal modifié est fonction du signal relatif à la quantité de carburant pré-injecté, du signal lié à la quantité de commande principalement injecté et de la pression d'injection. Une application préférée de l'invention concerne les moteurs diesel à injection directe. D'autres caractéristiques, avantages, détails de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, faite à titre illustratif et nullement limitatif en référence aux dessins annexés sur lesquelles: - La figure 1 concerne des courbes donnant les pressions-cylindre pour des cycles ayant des caractéristiques d'injection différentes, autour d'un instant donné du cycle-moteur; - La figure 2 est une courbe définissant la relation entre la variation de pression selon la figure i et la quantité- pilote de carburant injecté; - la figure 3 illustre un exemple de signaux de commande du système d'injection, tels que délivrés par le calculateur, selon l'invention; - la figure 4 illustre les quantités injectées avec les signaux de commande de la figure 3; et - Les figures SA et 5B montrent des signaux de commande pour deux cas de fonctionnement différents. La figure 1 montre des courbes expérimentales donnant une relation entre la pression-cylindre et l'angle vilebrequin. Les courbes A et B sont relatives à des caractéristiques d'injection différentes. En effet, la courbe A concerne la pression dans un cylindre o a lieu une injectionpilote avant l'injection principale tandis que la courbe B illustre la pression dans un cylindre sans injection-pilote. On remarque une variation de pression AP entre les deux courbes, variation qui est maximale ici autour de 360 C vilebrequin pour le point mort haut combustion. Autour de ce point caractéristique (Co) il y a une bonne répétabilité de la variation de la pression pour chaque type d'injection; on exploite donc avantageusement les courbes A et B pour 2754015 déterminer notamment la variation de la pression AP autour d'un angle vilebrequin donné (ao). Cette donnée est ensuite utilisée comme donnée d'entrée d'une courbe telle que représentée sur la figure 2. Cette courbe, quasi linéaire, établit la relation entre la variation de pression AP telle que définie plus haut et la quantité Q1 de carburant injectée en pilote, pour un régime et une charge donnés. Connaissant AP on déduit d'après cette courbe la quantité Q1 de carburant injecté. Sur la figure 2 une seule courbe est représentée mais en réalité un faisceau de courbes, qui correspondent chacune à un régime et une charge donnés peuvent être exploitées. Les courbes de la figure 2 sont des abaques mémorisés dans un calculateur associé; celui-ci va permettre, comme expliqué ci-après, de contrôler en permanence et de calculer en temps réel la quantité de carburant injecté en pilote et/ou la quantité totale de carburant injecté dans au moins un cylindre du moteur. Les figures 3 et 4 illustrent la mise en oeuvre d'un mode de réalisation de l'invention dans le cas d'un système d'injection dit "common rail". La figure 3 montre le signal de commande délivré par le calculateur et obtenu pour deux cycles de combustion successifs C1 et C2 dans un cylindre. Ce signal représente le temps de commande à un instant prédéterminé du cycle, pour un cylindre donné. Le cycle Ci comporte une commande d'une injection-pilote qui est activée par le créneau T1, suivie d'une commande de l'injection principale correspondant au créneau T2. Une pression P1 fonction de ao = Pl(aCo) peut être associée à ce cycle. Le cycle C2 ne comprend pas d'injection-pilote; seul un créneau T2 du signal apparaît donc. Une pression P2 (ao) correspondante est mesurée. On remarque que selon ce mode de réalisation de l'invention, un capteur de pression est donc nécessaire pour chaque cylindre. Ainsi la différence de pression AP = P2(ao) - Pl(ao) peut être quantifiée et le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre pour obtenir la quantité de carburant injecté: Q1 telle que représentée sur la figure 4. 6 2754015 On peut ainsi déterminer pour chaque cylindre (i) la relation qui existe entre Tii et Qil. Il est alors possible de corriger pour un cycle ultérieur T1i afin d'ajuster la quantité Qil de carburant injecté pendant l'injection pilote sur le cylindre (i). En outre, on peut se servir de cette information obtenue pour le cylindre i, pour corriger T2i qui est la quantité principale de carburant à injecter dans ce cylindre. En effet: T{. = Tl (base)+ 7 Ti T2' =T2(base) + T2 Les valeurs Tl(base) et T2(base) sont mémorisées dans le calculateur, sous forme de cartographies en fonction de la charge et/ou la position de la pédale et du régime-moteur. En outre on détermine au préalable par tout moyen connu en soi la fonction reliant 8T2i à 1T1i; cette fonction est, elle aussi, préprogrammée dans le calculateur $T2i = f(8T1i) La présente invention permet donc non seulement de corriger le temps de commande Tli par un calcul quasi instantané en temps réel mais également le temps de commande T2i, pour un cylindre (i) donné. On peut ajuster les quantités de commande réellement injectées aux quantités préprogrammées. Le mode de réalisation de l'invention qui vient d'être décrit nécessite de disposer d'un capteur de pression par cylindre de manière à pouvoir ajuster la quantité injectée pour chaque cylindre individuellement, en mettant en oeuvre le procédé de façon séparée dans chaque cylindre. L'avantage de cette solution réside dans la précision et la fiabilité de l'ajustement qui tient compte notamment de l'usure et/ou de l'encrassement propre à chaque injecteur. 7 2754015 Sans sortir du cadre de la présente invention on peut disposer d'un seul capteur de pression et réaliser le même ajustement en considérant que les différents cylindres et injecteurs sont identiques et fonctionnent de ce fait de façon tout à fait semblable. Comme on l'a vu plus haut, le système d'injection peut être un système dit de "common rail" o la pression d'injection est commune à tous les cylindres. Cependant, sans sortir du cadre de l'invention, le système d'injection peut présenter un injecteur-pompe par cylindre. Les signaux sont alors traités comme indiqué ci-dessus. Un élément caractéristique de l'invention concerne le début (ou phasage) de l'injection principale de carburant. Cet instant est l'instant de commande du signal T2 (ou T'2). Par ailleurs, un autre élément important pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention concerne le choix de l'angle vilebrequin ao auquel les pressions P1 et P2 sont mesurées. L'exemple de la figure 1 a été réalisé pour ao= 360 , point mort haut de la combustion. Plus généralement cxo doit être choisi avant tout dégagement d'énergie dû à l'injection principale et après la fin du dégagement d'énergie lié à l'injecteur pilote. Il doit être choisi à un instant du cycle o le répétabilité des courbes de pressions P1 et P2 est bonne. Au cas o l'écart AP entre les pressions P1 et P2 est inférieur à un seuil (E), par exemple parce que T1 n'est pas assez important, alors on augmente le signal de commande de l'injection-pilote par palliers successifs jusqu'à obtenir un écart de pression AP supérieur au seuil (ú) afin de pouvoir mettre en oeuvre le procédé décrit ci-dessus. Ainsi qu'il vient d'être décrit, le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre alors qu'il existe au moins un cycle ayant une injection pilote suivie d'une injection principale. Cette succession peut être associée au fonctionnement normal du moteur. La figure SA illustre les signaux correspondant de commande de l'injection. Dans ce cas de figure, on doit donc créer, conformément à l'invention, un cycle (C2) ayant uniquement une injection principale, entre deux cycles (Cl, C3) correspondant au fonctionnement normal. 8 2754015 Afin que cette modification n'entraine pas une variation de travail trop importante entre deux cycles, on va chercher par exemple à égaliser les quantités injectées. A cette fin, le signal T2 relatif à l'injection principale unique va être modifié en T'2. La modification peut avantageusement être préprogrammée dans le calculateur sous la forme d'une fonction préprogrammée T'2 = f(T1, T2, Pinj). Donc selon les signaux T1 et T2 ainsi que la pression d'injection Pinj, une valeur particulière est affectée à T'2. A l'inverse, le fonctionnement normal peut ne pas prévoir d'injection pilote comme illustré sur la fig. 5B o un cycle normal comprend essentiellement une unique injection (principale) de carburant. L'introduction d'un cycle avec injection pilote peut alors faire varier le travail fourni à chaque cycle. Afin de minimiser cette variation de travail et d'obtenir un bon agrément de conduite, le signal T'2 est appliqué dans le cycle modifié (C2). Le signal T'2 peut être une valeur préprogrammée comme indiqué ci-dessus T'2 = f(Tl, T2, Pinj). Il doit toutefois être souligné que dans ce cas de figure, le fait que le fonctionnement normal ne prévoit pas d'injection-pilote ne signifie pas pour autant que le signal de commande T1 correspondant à l'injectionpilote soit nul comme sur la figure 5B. Le signal T1 peut exister mais il est alors tel qu'il n'entraine pas une injection-pilote. On cherchera généralement à égaliser les quantités injectées entres les deux cycles ayant des caractéristiques d'injection différentes, de façon à avoir Q1 + Q2 = k constante. Enoncé de façon plus générale, l'invention nécessitant dans tous les cas une modification du fonctionnement normal, ladite modification est préprogrammée dans le calculateur dans le but de diminuer la variation du travail résultant de la modification du fonctionnement normal. 9 2754015 REVENDICATIONS 1) Procédé de contrôle de la quantité de carburant injecté dans un moteur diesel comprenant au moins un cylindre, caractérisé en ce qu'il consiste à: (a) - déterminer la variation de la pression (AP) à l'intérieur d'au moins un cylindre autour d'un instant spécifique du cycle-moteur, pour deux cycles successifs (C1, C2) ayant des caractéristiques d'injections différentes; (b) - en déduire l'écart entre la quantité de carburant réellement injectée dans ledit cylindre et une quantité de carburant théorique; (c) - ajuster les paramètres d'injection de façon à égaliser en temps réel la quantité de carburant réellement injectée à la quantité de carburant devant être théoriquement injectée. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre lors d'un fonctionnement stabilisé du moteur. 3) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre indépendamment pour chaque cylindre du moteur. 4) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre pour un cylindre et en ce que l'on ajuste les autres cylindres de la même façon. ) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on détermine la valeur absolue de la variation de la pression entre un cycle (CI) ayant une pré-injection de carburant avant l'injection principale et un cycle (C2) ayant uniquement une injection principale de carburant. 6) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on ajuste la quantité (Q1) de carburant pré-injectée. 7) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un calculateur est utilisé pour mettre en oeuvre le procédé, ledit calculateur permettant un ajustement en temps réel de la quantité de carburant injecté. 2754015 8) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape (b) est réalisée grâce à des données mémorisées dans ledit calculateur. 9) Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que l'étape (c) est réalisée grâce à des données mémorisées dans ledit calculateur. 10) Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'étape (c) est mise en oeuvre grâce à un processus d'auto-adaptation de l'ajustement. 11) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on ajuste en outre la quantité de carburant principalement injectée (Q2). 12) Procédé selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'on ajuste la quantité principale grâce à une relation mémorisée dans le calculateur entre l'ajustement de la quantité pré-injectée (Q1) et celui de la quantité principalement injectée (Q2). 13) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on détermine ladite variation de pression (AP) autour du point mort haut de la combustion. 14) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre avec un système d'injection spécifique. ) Procédé selon la revendicatin 14, caractérisé en ce que le système d'injection utilisé est dit "common rail". 16) Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le système d'injection utilisé présente un injecteur-pompe par cylindre. 17) procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on définit un instant caractéristique (9) de commande du début de l'injection principale. 18) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'instant spécifique (Xo) est choisi dans une plage située entre la fin de l'injection-pilote et le début de l'injection principale qui suit. il 2754015 19) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lorsque la valeur absolue de la variation de pression (AP) est nulle ou quasi- nulle, on modifie le signal (T1) relatif à la quantité de carburant préinjecté. ) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on modifie le signal T2 relatif à la quantité de carburant principalement injecté, qui suit un ajustement des paramètres d'injection. 21) Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce que le signal modifié T'2 est fonction du signal T1 relatif à la quantité de carburant pré-injectée, du signal T2 lié à la quantité de carburant principalement injectée, et de la pression d'injection. 22) Application du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes à un moteur diesel à injection directe.