Brevet FR2784140A1 — publié le 20000407

I L'invention concerne un système d'injection pour un moteur à combustion interne, en particulier un système d'injection à rampe commune pour un moteur à combustion interne de véhicule automobile, comprenant une chambre de distribution commune pour l'accumulation intermédiaire de carburant à injecter dans des chambres de combustion d'un moteur à combustion interne raccordées en parallèle à cette chambre, un capteur de pression pour détecter la pression dans la chambre de distribution, un actionneur de pression pour influencer la pression dans la chambre de distribution et des moyens de commande pour commander l'actionneur de pression. De tels systèmes sont utilisés sous la forme de ce qu'on appelle des systèmes d'injection à rampe commune ou "common rail", en particulier pour moteurs diesel et moteurs à allumage par étincelle et injection directe de véhicules automobiles. L'invention concerne aussi un procédé de mise en oeuvre d'un tel système d'injection. Le brevet des EUA 5 546 912 divulgue un système d'injection du type générique spécifié ci-dessus, destiné à un moteur à combustion interne possédant une chambre de distribution de carburant à laquelle du carburant est amené à partir d'un réservoir au moyen d'une pompe de carburant. Plusieurs unités d'injection laissent passer le carburant comprimé de la chambre de distribution dans les chambres de combustion du moteur. À la chambre de distribution est coordonné un actionneur de pression sous la forme d'un piston plongeur à commande électromécanique, qui sert à établir aussi rapidement que possible une pression suffisamment élevée dans la chambre de distribution, avant ou pendant le processus de démarrage du moteur. L'actionneur de pression sert en outre à réduire la pression dans la chambre de distribution à la mise à l'arrêt du moteur. Par le document DE 197 20 731 A1, on connaît un système d'injection de carburant pour un moteur à essence à injection directe, qui possède une chambre de distribution alimentée en carburant par une pompe à haute pression. Les oscillations de pression générées dans la chambre de distribution par l'amenée et le prélèvement de carburant sont limitées par un amortisseur à pression de gaz qui est couplé à la chambre de distribution. Par le document DE 43 41 368 Ai, on connaît un système d'injection de carburant pour un moteur à combustion interne, destiné à un véhicule automobile, qui possède une chambre de distribution de carburant pourvue d'un élément amortisseur passif. Cet élément, il s'agit en particulier d'un cordon à bulles, est placé à l'intérieur de la chambre de distribution et assure un amortissement des oscillations de pression induites par les impulsions de commande des injecteurs raccordés - pilotés par électrovanne - à proximité immédiate de chaque injecteur individuel. Par le brevet des EUA 5 058 553, on connaît une pompe de carburant pour alimenter en carburant un système d'injection à rampe commune d'un moteur diesel. La pompe présente un dispositif de limitation de la pression de refoulement, lequel protège la chambre de distribution de carburant, alimentée par la pompe, d'une application de pression excessive, en particulier dans le cas d'un dysfonctionnement. Le document EP 0 243 871 A2 divulgue un système d'injection de carburant pour un moteur diesel, qui comprend une pompe de refoulement de carburant pour alimenter une chambre de distribution en carburant comprimé. La pompe présente une soupape d'échappement pouvant être commandée en fonction des conditions de service du moteur diesel et à laquelle est coordonné un recyclage de carburant. De cette manière, à la fois la pression dans la chambre de distribution et la charge de la pompe sont adaptées aux conditions de service du moteur diesel. Par le document DE 197 08 152 Ai, on connaît un système d'injection destiné à un moteur à combustion interne et comportant une pompe de refoulement de carburant pour alimenter une chambre de distribution en carburant comprimé. La pompe est couplée mécaniquement au moteur par l'intermédiaire d'une came discoïde et présente en plus une soupape de décharge commandée en fonction des conditions de service du moteur. Le comportement de refoulement de la pompe peut ainsi être synchronisé avec les opérations d'injection de carburant dans le moteur. Par le document DE 42 41 729 A1, on connaît un brûleur à pulvérisation mécanique, parcouru en permanence de combustible, sur lequel est prévu un actionneur de pression électro- ou magnétostrictif dans la conduite de refoulement menant à une buse de pulvérisation afin d'influencer le débit massique ou la pression du combustible amené. L'actionneur de pression est en mesure d'imprimer des oscillations de pression au combustible liquide amené au pulvérisateur mécanique. Ces oscillations de pression doivent supprimer, par interférence négative, des fluctuations de pression pouvant être produites par des dispositifs de mesure de débit ou d'introduction dosée de combustible. On peut en outre obtenir, sur la buse de pulvérisation, un débit massique fluctuant qui convient pour influencer la combustion et, partant, pour supprimer de façon active des oscillations dans la combustion. Le but de l'invention est d'apporter un système d'injection, du type mentionné au début, ainsi qu'un procédé de mise en oeuvre de ce système, dans lesquels la pression dans la chambre de distribution puisse être maintenue constante à un niveau prédéterminé par des moyens aussi simples que possible. Conformément à l'invention, on obtient ce résultat par un système d'injection qui est caractérisé en ce que les moyens de commande comportent une unité régulatrice de pression qui commande l'actionneur de pression en fonction de la valeur de pression réelle détectée par le capteur de pression dans la chambre de distribution, de manière qu'une action soit exercée à l'encontre de fluctuations de pression apparaissant au cours du fonctionnement dans la chambre de distribution. Dans le système selon l'invention, des fluctuations de pression dans la chambre de distribution peuvent être compensées de façon continue et immédiatement. Ceci est possible grâce au fait que la valeur de pression réelle, détectée par le capteur de pression, est perçue directement par les moyens de commande et utilisée pour commander l'actionneur de pression en vue d'une action en sens contraire. L'actionneur de pression peut être commandé en permanence et permet une application continue d'oscillations de pression au carburant dans la chambre de distribution. Les oscillations de pression produites par l'ac- tionneur de pression, sont conformées de manière qu'elles exercent une action à l'encontre des fluctuations de pression apparaissant au cours du fonctionnement. Un développement de l'invention prévoit que l'unité régulatrice de pression comprend une unité d'évaluation de pression, fonctionnant sur la base d'un modèle, qui évalue la variation de la pression dans la chambre de distribution et à laquelle est amené le signal de sortie du capteur de pression, et un régulateur de pression monté à la suite de cette unité et commandant l'actionneur de pression en fonction du signal de sortie de l'unité d'évaluation de pression. Selon ce développement, une unité d'évaluation de pression détermine d'avance la variation de pression dans la chambre de distri- bution en fonction du signal de sortie du capteur de pression. Ceci s'effectue de préférence à l'aide d'un modèle de variation de pression basé sur des valeurs empiriques et/ou sur un algorithme implémenté, modèle qui peut être introduit préalablement dans l'unité d'évaluation de pression. De cette manière, l'actionneur de pression peut être commandé quasiment sans retard. Selon l'invention, un procédé de mise en oeuvre d'un système d'injection, en particulier d'un système d'injection à rampe commune pour un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, selon lequel du carburant est soumis à une accumulation intermédiaire dans une chambre de distribution commune et injecté à partir de la dans des chambres de combustion d'un moteur à combustion interne raccordées en parallèle à cette chambre de distribution, et selon lequel la valeur de pression réelle dans la chambre de distribution est détectée et la pres- sion dans cette chambre est influencée au moyen d'un actionneur de pression, est caractérisé en ce que l'actionneur de pression est commandé par une unité régulatrice de pression en fonction de la valeur de pression réelle détectée dans la chambre de distribution, de manière qu'une action soit exercée à l'encontre de fluctuations de pression appa- raissant au cours du fonctionnement dans la chambre de distribution. D'après le procédé selon l'invention, la valeur réelle de la pression dans la chambre de distribution est détectée, de préférence en continu, par un capteur de pression et appliquée ensuite à une unité régulatrice de pression qui commande l'actionneur de pression directe- ment, de manière que celui-ci imprime au carburant dans la chambre de distribution une oscillation de pression agissant à l'encontre des fluctuations de pression apparaissant au cours du fonctionnement. Le procédé sert surtout à compenser les fluctuations de pression induites dans la chambre de distribution de carburant par les prélèvements cycliques de carburant accompagnant les opérations d'injection et à réguler la pression dans la chambre de distribution à une valeur de consigne constante pour toutes les opérations d'injection. Ceci conduit à une régularisation du fonctionnement du moteur, d'o il résulte des émissions réduites de bruit, une consommation réduite de carburant et des émissions réduites de polluants. Une autre caractéristique du procédé prévoit que la variation de la pression dans la chambre de distribution est évaluée au moyen d'une unité d'évaluation de pression fonctionnant sur la base d'un modèle, et l'actionneur de pression est commandé, en fonction du signal de sortie de l'unité d'évaluation de pression, par un régulateur de pression monté à la suite de cette unité. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation préféré, mais nullement limitatif, ainsi que de la figure unique du dessin annexé, montrant schématiquement le circuit de ré- gulation d'un système d'injection selon l'invention. Un moteur à combustion interne I pour un véhicule automobile, en particulier un moteur diesel ou un moteur à allumage par étincelle et injection directe, présente, de manière non représentée, plusieurs chambres de combustion, dans lesquelles du carburant liquide est injecté sous haute pression à partir d'un système d'injection 2. Le système d'injection 2, en l'occurrence un système d'injection à rampe commune qui est en lui-même connu, comprend une chambre de distribution 3 commune aux chambres de combustion et constituant la rampe commune ou "common rail" proprement dit, dans laquelle une pompe de refoulement de carburant, non représentée, refoule du carburant et qui sert d'accumulateur intermédiaire et de réservoir de pression pour le carburant sous haute pression. A travers plusieurs unités d'injection, non représentées, le carburant est permis de passer de la chambre de distribution 3 dans les chambres de combustion du moteur 1. Un capteur de pression 4, formant ce qu'on appelle le capteur de pression de la rampe, est installé dans la chambre de distribution 3 pour surveiller la pression dans celle-ci. Cette chambre contient en outre un actionneur de pression 5 servant à influencer la pression dans cette chambre. Les actionneurs de pression envisageables pour cette application sont surtout des éléments exploitant l'effet piézo- électrique, c'est-à-dire ce qu'on appelle des actionneurs piézo- électriques. Ceux-ci sont remarquables par une faible inertie massique, donc par de hautes fréquences de fonctionnement ainsi qu'un faible volume d'encombrement et une possibilité de commande simple. L'actionneur de pression 5 est commandé par des moyens de commande sous la forme d'une unité régulatrice de pression 6, à laquelle sont amenés les signaux du capteur de pression 4. Ainsi, l'actionneur 5 et le capteur 4 sont couplés directement à travers l'unité régulatrice de pression 6. Au cours du fonctionnement du moteur à combustion interne 1, la pompe de refoulement de carburant et les unités d'injection génèrent dans le système d'injection 2 et en particulier dans la chambre de distribution 3, des fluctuations de pression de haute fréquence qui se superposent mutuellement et d'o pourraient découler, sans contre- mesures, une introduction fluctuante de carburant dans les chambres de combustion du moteur 1 et, partant, un comportement fluctuant dans le fonctionnement global de ce moteur. Les fluctuations de pression dans la chambre de distribution sont détectées par le capteur 4 et transmises à l'unité régulatrice de pression 6. Celle-ci génère, à partir de la déviation de la valeur de pression réelle détectée par le capteur dans la chambre 3 par rapport à la valeur de consigne de la pression, un signal de commande pour l'actionneur de pression 5. Ce dernier est ainsi amené à générer des oscillations de pression qu'il transmet au carburant se trouvant dans la chambre de distribution 3. Les oscillations de pression générées par l'actionneur, se superposent, en exerçant une action s'opposant à elles, aux fluctuations de pression produites sous l'effet du fonctionnement du système d'injection, et éliminent ces fluctuations complètement, dans le cas idéal, par interférence négative. En raison de l'inertie du capteur 4, du comportement de transfert de l'unité régulatrice de pression 6 ainsi que de l'inertie (quoique faible) de l'actionneur 5, des retards peuvent se produire entre la détection de la déviation de la valeur de pression réelle par rapport à la valeur de pression de consigne dans la chambre de distribution d'une part et la réaction déclenchée ensuite de l'actionneur 5 d'autre part. Cet effet peut être contré par la prévision, dans l'unité régulatrice 6, d'un dispositif ou unité d'évaluation de pression 7 qui, en tenant compte d'un modèle de variation de pression pouvant être introduit préalablement dans le système, prédétermine la pression dans la chambre de distribution 3 en fonction du signal transmis à partir du capteur 4. Ce modèle de variation de pression peut tenir compte à la fois du com- portement en service du moteur à combustion interne 1 et de celui du système d'injection 2, ainsi que du comportement de transmission ou de transfert du capteur 4, de l'actionneur 5 et de l'unité régulatrice de pression 6. Le modèle de variation de pression peut être basé aussi bien sur des valeurs empiriques recueillies dans la pratique (mesures sur le système réel) que - en variante ou en combinaison avec elles - sur des algorithmes pouvant être préfixés. L'unité d'évaluation de pression 7 coordonne ainsi, à un signal de valeur de pression réelle déterminé du capteur 4, une pression probable dans la chambre de distribution 3 à l'instant d'activation de l'actionneur 5. Comme signal de sortie, l'unité d'évaluation 7 transmet donc à un régulateur 8, non pas la déviation de la valeur de pression réelle mesurée par rapport à la valeur de pression de consigne, mais la déviation de la pression présumée dans la chambre de distribution par rapport à la valeur de consigne de pression au moment de la réaction de l'actionneur 5. La commande de ce dernier s'effectue par conséquent compte tenu de la pression évaluée dans la chambre de distribution 3. Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre comme décrit ciaprès avec le dispositif représenté. Pendant le fonctionnement du moteur à combustion interne 1 et du système d'injection 2 associé, la valeur réelle de pression dans la chambre de distribution 3 est détectée au moyen du capteur 4, de préférence de façon continue ou dans des intervalles de temps aussi courts que possible. Dans une étape facultative du procédé, une valeur de pression à prévoir est déterminée ou évaluée par l'unité d'évaluation de pression 7 à l'aide de la valeur de pression réelle actuelle, éventuellement aussi à l'aide de valeurs de pression réelle précédentes. Dans une étape consécutive, ou bien la valeur de pression réelle ou alors la valeur de pression évaluée à attendre dans la chambre de distribution 3, est comparée avec la valeur de pression de consigne préfixée. Ensuite, l'actionneur 5 est commandé de manière qu'il effectue un mouvement produisant dans la chambre de distribution 3 un changement de pression de sens contraire à la déviation de pression déterminée. Grâce au dispositif selon l'invention et à son procédé de mise en oeuvre, un actionneur de pression installé dans une chambre de distribution, en particulier d'un système d'injection à rampe commune, est capable de faire disparaître des fluctuations de pression de haute fréquence, se produisant pendant le fonctionnement de ce système d'injection, par des oscillations de pression correspondantes, mais de sens contraire, qui sont générées par cet actionneur. L'invention propose ainsi un dispositif de circuit de régulation supprimant avec aussi peu de retard que possible ou, à l'aide de l'unité d'évaluation de pression, quasiment sans retard, des déviations indésirées de la pression par rapport à la valeur de consigne dans la chambre de distribution. REVEN DICATIONS 1. Système d'injection pour un moteur à combustion interne, en particulier système d'injection à rampe commune pour un moteur à combustion interne de véhicule automobile, comprenant une chambre de distribution commune (3) pour l'accumulation intermédiaire de carburant à injecter dans des chambres de combustion d'un moteur à combustion interne raccordées en parallèle un capteur de pression (4) pour détecter la pression dans la chambre de distribution, un actionneur de pression (5) pour influencer la pression dans la chambre de distribution et des moyens de commande (6, 7, 8) pour commander l'actionneur de pression, caractérisé en ce que les moyens de commande (6, 7, 8) comportent une unité régulatrice de pression (6) qui commande l'actionneur de pression (5) en fonction de la valeur de pression réelle détectée par le capteur de pression (4) dans la chambre de distribution (3), de manière qu'une action soit exercée à l'encontre de fluctuations de pression apparaissant au cours du fonctionnement dans la chambre de distribution (3). 2. Système d'injection selon la revendication 1, caractérisé en outre en ce que l'unité régulatrice de pression (6) comprend une unité d'évaluation de pression (7), fonctionnant sur la base d'un modèle, qui évalue la variation de la pression dans la chambre de distribution (3) et à laquelle est amené le signal de sortie du capteur de pression, et un régulateur de pression (8) monté à la suite de cette unité et commandant l'actionneur de pression (4) en fonction du signal de sortie de l'unité d'évaluation de pression (7). 3. Procédé de mise en oeuvre d'un système d'injection, en particulier d'un système d'injection à rampe commune pour un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, selon lequel du carburant est soumis à une accumulation intermédiaire dans une chambre de distribution (3) commune et injecté à partir de là dans des chambres de combustion d'un moteur à combustion interne raccordées en parallèle à cette chambre de distribution, et selon lequel la valeur de pression réelle dans la chambre de distribution (3) est détectée et la pression dans cette chambre est influencée au moyen d'un actionneur de pression (5), caractérisé en ce que l'actionneur de pression (5) est commandé par une unité régulatrice de pression (6) en fonction de la valeur de pression réelle détectée dans la chambre de distribution (3), de manière qu'une action soit exercée à l'encontre de fluctuations de pression apparaissant au cours du fonctionnement dans la chambre de distribution. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en outre en ce que la variation de la pression dans la chambre de distribution (3) est évaluée au moyen d'une unité d'évaluation de pression (7) fonctionnant sur la base d'un modèle, et l'actionneur de pression (5) est commandé, en fonction du signal de sortie de l'unité d'évaluation de pression, par un régulateur de pression (8) monté à la suite de cette unité.