Brevet FR2783572A1 — publié le 20000324

La présente invention concerne un dispositif de dosage de carburant dans un cylindre d'un moteur à combustion interne, comportant - un dispositif d'alimentation en carburant relié à une soupape d'injection, - une chambre de mélange reliée à un dispositif d'alimentation en air et dans laquelle la soupape d'injection est disposée de telle manière que le carburant entrant dans la chambre de mélange soit dosé, et - un injecteur de mélange, qui communique avec la chambre de mélange et est disposé dans la tête du cylindre du moteur à combustion interne de telle manière qu'il introduit de manière dosée le mélange présent dans la chambre de mélange dans le cylindre. Un tel dispositif est décrit dans la publication R. Houston, G. Cathart, "Combustion and Emissions Characteristics of Orbital's Combustion Process Applied to Multi-Cylinder Automotive Direct Injected 4-Stroke Engines", Society of Automotive Engineers SAE Document 980153, Volume SP 136. Le dispositif connu comprend une soupape d'injection, une chambre de mélange et un injecteur de mélange. Entre la soupape d'injection et l'injecteur de mélange, est disposée une chambre de mélange dans laquelle de l'air sous pression est mélangé à du carburant qui est dosé par la soupape d'injection. L'injecteur de mélange insuffle de façon régulée le mélange air- carburant qui se trouve dans la chambre de mélange, dans le cylindre du moteur à combustion interne. Le dispositif se caractérise par le fait qu'il permet une stratification précise de la charge, donc du mélange air- carburant, dans le cylindre. On obtient ainsi un rendement élevé du moteur à combustion interne. Dans le dispositif connu, l'air sous pression est réglé à une valeur donnée fixe de la pression. La pression du carburant dans un dispositif d'alimentation en carburant est réglée de telle manière qu'une différence de pression donnée est ajustée entre la pression du carburant et celle de l'air. Le dispositif d'alimentation en carburant comporte une pompe à carburant, un régulateur de pression différentielle proche du bloc des cylindres du moteur à combustion interne et une canalisation de retour menant du régulateur de pression différentielle à un réservoir de carburant. Du carburant échauffé retourne presque en permanence au réservoir pendant le fonctionnement du moteur à combustion interne en raison de la surpression nécessaire pour la régulation et s'y évapore partiellement. L'invention a pour but de créer un dispositif de dosage de carburant dans un cylindre d'un moteur à combustion interne qui soit simple et assure une dosage précis de carburant. Le problème est résolu par un dispositif défini en introduction, caractérisé en ce qu'il est prévu un dispositif de réglage de la pression d'air dans le dispositif d'alimentation en air en fonction d'une pression de carburant dans le dispositif d'alimentation en carburant. Le dispositif de dosage selon l'invention présente, en outre, les particularités avantageuses suivantes: - le dispositif de réglage de la pression d'air est constitué de telle manière que la pression d'air est réglée en fonction d'une grandeur représentant la charge sur le moteur à combustion interne; - le dispositif comporte un régulateur dont la grandeur réglée et de commande est la différence de pression entre la pression de carburant et la pression d'air; - il est prévu un capteur de pression différentielle qui mesure la différence entre la pression de carburant et la pression d'air; - il est prévu, dans le dispositif d'alimentation en air, un dispositif d'étranglement qui est un organe de réglage pour régler la pression d'air; - le dispositif d'étranglement est placé en amont d'une embouchure d'un tuyau communiquant avec un filtre à charbon actif qui absorbe et désorbe des vapeurs de carburant; - une durée d'injection du carburant est déterminée par la soupape d'injection en fonction de la différence de pression et de la grandeur représentant la charge sur le moteur à combustion interne. L'invention est caractérisée par le fait que, dans le dispositif d'alimentation en carburant, on peut renoncer à une canalisation de retour à un réservoir de carburant. Ainsi, il n'y a aucun retour de carburant échauffé au réservoir, de sorte que peu de carburant se vaporise dans le réservoir de carburant. Par le renoncement à la canalisation de retour, le dispositif devient plus fiable. Des exemples de réalisation de l'invention vont être expliqués dans ce qui suit en se reportant aux dessins schématiques. La figure 1 représente un moteur à combustion interne pourvu d'un dispositif de dosage de carburant, et la figure 2 représente un organigramme de commande du dispositif de dosage de carburant. Un moteur à combustion interne (figure 1) comprend une conduite d'aspiration 1 avec un papillon des gaz 2, et un bloc des cylindres 3, qui comporte un cylindre 4 et un vilebrequin 5. Un piston 7 et une bielle 8 sont associés au cylindre 4. La bielle 8 est reliée au piston 7 et au vilebrequin 5. Il est prévu une tête de cylindre 10, dans laquelle est disposé un jeu de soupapes comportant au moins une soupape d'admission et une soupape d'échappement. Dans la tête de cylindre, est de plus logée une bougie d'allumage 12. Une soupape d'injection 13 est disposée dans une chambre de mélange 14 de telle manière que le carburant entrant dans la chambre de mélange 14 est dosé. Un injecteur de mélange 15, qui communique avec la chambre de mélange 14, est disposé sur la tête de cylindre 10 de telle manière qu'il envoie de manière dosée le mélange qui se trouve dans la chambre de mélange 14 dans le cylindre 4. Le moteur à combustion interne comporte, en outre, une conduite d'échappement 16 pourvu d'un catalyseur. Un premier tuyau 17 va d'une admission en amont du papillon des gaz dans la conduite d'aspiration 1 à un compresseur 18, qui est entraîné par un arbre à cames 20 ou également par le vilebrequin 5, directement ou par l'intermédiaire d'une transmission par chaîne. Dans le premier tuyau 17, est disposé un dispositif d'étranglement 22 qui a, de préférence, la forme d'un papillon. Mais, comme dispositif d'étranglement 22, on peut aussi prévoir un régulateur de remplissage de ralenti ou un autre dispositif d'étranglement connu du spécialiste. Le dispositif d'étranglement 22 est, de préférence, ouvert à l'état de coupure de l'alimentation électrique, pour ne pas avoir d'effet nuisible sur l'amenée d'air au compresseur en cas de défaillance des composants. Un deuxième tuyau 23 va de la sortie du compresseur 18 à un récipient sous pression d'air 24. Le récipient sous pression d'air 24 est relié par un troisième tuyau 25 à la chambre de mélange 14. Il est prévu un réservoir de carburant 27, dans lequel est disposée une pompe à carburant 28, qui pompe du carburant par un quatrième tuyau 30 vers un récipient sous pression de carburant 32. Le récipient sous pression de carburant 32 est relié par un cinquième tuyau 33 à la soupape d'injection 13. Un sixième tuyau 34 va du réservoir de carburant 27 à un filtre à charbon actif 35, qui adsorbe et désorbe du carburant. Un septième tuyau 37 va du filtre à charbon actif 35 à venturi 40 du premier tuyau 17. Dans le septième tuyau 37, se trouve une soupape 38 de dégazage de réservoir. Il est prévu un dispositif de commande 42, auquel sont adjoints des capteurs qui saisissent différentes grandeurs de mesure et déterminent respectivement la valeur de mesure de la grandeur de mesure. Le dispositif de commande 42 détermine en fonction d'au moins une grandeur de mesure un ou plusieurs signaux de réglage qui commandent respectivement un appareil de réglage. Les capteurs sont un transmetteur 45 de position de pédale, qui saisit une position de pédale de la pédale d'accélérateur 47, un transmetteur 48 de position du papillon des gaz, qui saisit un degré d'ouverture du papillon des gaz 2, un débitmètre massique d'air 50, qui saisit un débit massique d'air et/ou un capteur de pression qui saisit une pression de conduite d'aspiration dans la conduite d'aspiration 1, un capteur de vitesse de rotation 54, qui saisit une vitesse de rotation N du vilebrequin 5, et un capteur de pression différentielle 55, qui saisit la pression différentielle de la pression du carburant dans le quatrième tuyau 30 ou dans le récipient sous pression de carburant 32 et de la pression de l'air dans le deuxième tuyau 23 ou le récipient sous pression d'air 24. Selon la forme de réalisation de l'invention, il peut y avoir au choix un sous-ensemble des capteurs indiqués ou des capteurs supplémentaires. Les appareils de réglage comportent respectivement un actionneur et un organe de réglage. L'actionneur est un entraînement par moteur électrique, un entraînement électromagnétique ou un autre entraînement connu du spécialiste. Les organes de réglage ont la forme d'un papillon des gaz 2, d'une soupape d'injection 13, d'une bougie d'allumage 12, d'un injecteur de mélange 15, d'une pompe à carburant 28 ou d'une soupape 38 de dégazage de réservoir. Par la suite, on se référera respectivement aux appareils de réglage avec l'organe de réglage associé. Le dispositif de commande a, de préférence, la forme d'une commande électronique de moteur. Cependant, il peut comporter également plusieurs appareils de commande reliés les uns aux autres par des conducteurs électriques, par exemple par un système de bus. Par la suite, la fonction de la partie relevant de l'invention du dispositif de commande 6 sera décrite à partir de l'organigramme (figure 2). Le programme démarre à un pas S1. A un pas S2, à une valeur réelle PDIFFAV de la pression différentielle est associée la valeur de mesure actuelle du capteur 55 de pression différentielle. En outre, on détermine une valeur de consigne d'une grandeur représentant la charge sur le moteur à combustion interne. Pour cela, on détermine, de préférence, une valeur de consigne TQI_SP du couple en fonction de la position de la pédale PV, de la vitesse de rotation N et éventuellement d'autres grandeurs de fonctionnement du moteur à combustion interne et, en outre, en fonction des exigences de couple d'autres fonctions du moteur à combustion interne, comme par exemple une régulation de vitesse de ralenti, ou également d'exigences de couple d'une commande de boîte de vitesses électronique ou un dispositif antipatinage. De préférence, les valeurs de consigne sont mémorisées dans des champs de caractéristiques en fonction des grandeurs indiquées et sont déterminées à partir de ceux- ci, éventuellement par interpolation de champ de caractéristiques. A un pas S3, on détermine une valeur de consigne PDIFF SP de la différence de pression en fonction de celle prise comme valeur de consigne TQI_SP du couple et de la vitesse de rotation N, de préférence par l'intermédiaire d'une courbe caractéristique ou d'un champ de caractéristiques. La valeur de consigne PDIFFSP peut certes également être une donnée fixe, la dépendance indiquée précédemment de la valeur de consigne TQI_SP du couple a, cependant, pour une paramétrisation appropriée du champ de caractéristiques l'avantage qu'une plus faible variation du temps d'injection à la soupape d'injection est nécessaire, de sorte qu'on peut utiliser une soupape d'injection peu coûteuse avec de plus faibles exigences de linéarisation entre temps d'injection et masse de carburant. A un pas S4, une valeur de consigne THRSP du degré d'ouverture du dispositif d'étranglement 22 est déterminée en fonction de la valeur de consigne PDIFFSP et de la valeur réelle PDIFFAV de la différence de pression au moyen d'un régulateur qui présente un comportement P. PI, PID ou un autre comportement connu du spécialiste et corrigée en fonction de la vitesse de rotation N et d'un taux de dégazage du réservoir CPR. Ainsi, la valeur de consigne PDIFFSP de la différence de pression peut être réglée avec précision. Le taux de dégazage du réservoir CPR est déterminée en fonction d'un degré de chargement du filtre à charbon actif 35. A un pas S5, une durée d'injection TI est déterminée en fonction de la valeur réelle PDIFFAV de la pression différentielle et de la valeur de consigne TQISP du couple, de préférence à partir d'un champ de caractéristiques. A un pas S6, sont produits des signaux de réglage adéquats pour régler la valeur de consigne THRSP du degré d'ouverture du dispositif d'étranglement 22 et pour commander la soupape d'injection 13 pour la durée d'injection TI. A un pas S7 le programme se termine. Le programme est appelé cycliquement ou en fonction de la vitesse de rotation N du moteur à combustion interne pendant le fonctionnement de ce dernier. Par la détermination avantageuse de la durée d'injection TI en fonction de la valeur réelle PDIFFAV de la différence de pression conformément au pas S5, on peut également, pour des écarts de courte durée de la différence de pression par rapport à la valeur de consigne PDIFF_SP, doser avec précision la masse donnée de carburant entrant dans le cylindre 4. Le montage du dispositif d'étranglement 22 comme organe de réglage pour régler la pression d'air dans le récipient sous pression d'air 24 garantit que, avec ce réglage, il ne se produit que de faibles pertes, qui sont déterminées essentiellement par la puissance d'entraînement du compresseur et sont influencées par les pertes d'étranglement. Il est prévu, de préférence, un compresseur dont la puissance d'entraînement maximale suffit pour pouvoir régler la pression d'air, selon les exigences, malgré des dispersions de série du dispositif de dosage de carburant et des conditions d'environnement défavorables. Par la disposition avantageuse du papillon des gaz en amont du venturi 40, dans lequel le septième tuyau 37 débouche dans le premier tuyau 17, on peut par un réglage adéquat du degré d'ouverture du dispositif d'étranglement 22 régler simplement et avec précision le taux de dégazage du réservoir. L'utilisation du capteur de pression différentielle 55 a l'avantage que l'on ne doit prévoir qu'un capteur de pression au lieu de respectivement un capteur de pression absolue pour la pression d'air et pour la pression de carburant. Cela améliore la fiabilité du dispositif de dosage de carburant. Le premier tuyau 17, le dispositif d'étranglement 22, le compresseur 18, le deuxième tuyau 23, le récipient sous pression d'air 24 et les troisième, sixième et septième tuyaux 25, 34, 37 forment ensemble un dispositif d'alimentation en air. Le réservoir de carburant 27, la pompe à carburant 28, le quatrième tuyau 30, le récipient sous pression de carburant 32 et le cinquième tuyau 33 forment ensemble un dispositif d'alimentation en carburant. REVENDICATIONS 1. Dispositif de dosage de carburant dans un cylindre d'un moteur à combustion interne, comportant: - un dispositif d'alimentation en carburant relié à une soupape d'injection (13), - une chambre de mélange (14), reliée à un dispositif d'alimentation en air et dans laquelle la soupape d'injection (13) est disposée de telle manière que le carburant entrant dans la chambre de mélange (14) soit dosé, et - un injecteur de mélange (15), qui communique avec la chambre de mélange (14) et est disposé dans la tête (10) de cylindre du moteur à combustion interne de telle manière qu'il introduit de manière dosée le mélange présent dans la chambre de mélange (14) dans le cylindre (4), caractérisé en ce qu'il est prévu un dispositif de réglage de la pression d'air dans le dispositif d'alimentation en air en fonction d'une pression de carburant dans le dispositif d'alimentation en carburant. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de réglage de la pression d'air est constitué de telle manière que la pression d'air est réglée en fonction d'une grandeur représentant la charge sur le moteur à combustion interne. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif comporte un régulateur dont la grandeur réglée et de commande est la différence de pression entre la pression de carburant et la pression d'air. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est prévu un capteur de pression différentielle (55) qui mesure la différence de pression entre la pression de carburant et la pression d'air. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est prévu, dans le dispositif d'alimentation en air, un dispositif d'étranglement (22) qui est un organe de réglage pour régler la pression d'air. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif d'étranglement est placé en amont d'une embouchure d'un tuyau (37), communiquant avec un filtre à charbon actif (35), qui absorbe et désorbe des vapeurs de carburant. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une durée d'injection (TI) du carburant est déterminée par la soupape d'injection (13) en fonction de la différence de pression et de la grandeur représentant la charge sur le moteur à combustion interne.