Brevet FR2783875A1 — publié le 20000331

La présente invention concerne un procédé de détection d'une pré-injection dans un moteur à combustion interne fonctionnant avec une injection directe, selon lequel un carburant fait l'objet d'un apport dosé, d'une manière répartie en une opération de pré-injection et une opération d'injection principale, au moyen d'au moins un injecteur comportant une aiguille d'injecteur et un siège d'injecteur associé à l'aiguille d'injecteur. L'invention a également pour objet un dispositif de détection d'une pré-injection dans un moteur à combustion interne fonctionnant avec une injection directe, comprenant au moins un injecteur qui comporte une aiguille d'injecteur et un siège d'injecteur associé à l'aiguille d'injecteur et qui sert à un apport dosé de carburant d'une manière répartie en une opération de pré- injection et une opération d'injection principale. Les moteurs à combustion interne à injection directe présentent un potentiel important de réduction de la consommation de carburant avec des émissions de substances nocives relativement faibles. Dans le cas d'une injection directe, contrairement à l'injection en tubulure d'admission, le carburant est injecté à pression élevée directement dans la chambre de combustion. A cet effet, on connaît des systèmes d'injection comportant un accumulateur de pression central ("common rail" ou rampe commune). Dans de tels systèmes à rampe commune, une pompe à haute pression permet d'établir dans la rampe de répartition ("Icommon rail") une pression de carburant dont la régulation est assurée par un appareil de commande électronique du moteur par l'intermédiaire d'un capteur de pression et d'un régulateur de pression et qui se présente dans une large mesure d'une manière indépendante de la vitesse de rotation et de la quantité injectée. Le carburant est injecté dans la chambre de combustion au moyen d'un injecteur à valve à électro- aimant ou à valve piézoélectrique. Cet injecteur reçoit ses signaux de l'appareil de commande. La séparation fonctionnelle de la production de pression et de l'injection permet que la pression d'injection puisse être choisie dans une large mesure librement, d'une manière indépendante du point actuel de fonctionnement du moteur. Le bruit de combustion d'un moteur à combustion interne fonctionnant avec une injection directe, notamment d'un moteur Diesel, peut se réduire considérablement si la quantité de carburant calculée n'est pas injectée en une seule fois, mais est répartie en deux opérations d'injection par course de cylindre. C'est d'abord une petite quantité, rapportée à la quantité totale de carburant à injecter, également appelée quantité pilote, qui est injectée pendant une opération de pré-injection, puis, après un intervalle de temps, exprimé en degrés d'angle de vilebrequin, qui dépend en général du point de fonctionnement du moteur, qu'est injectée la quantité principale (voir par exemple DE 39 35 937 Ai). On obtient ainsi une réduction du gradient de pression dans la chambre de combustion, de sorte que le comportement de la combustion, et donc du moteur, sur le plan du bruit est nettement amélioré. En l'absence de pré-injection, non seulement le comportement du moteur sur le plan du bruit devient plus mauvais, mais également les émissions de gaz d'échappement sont augmentées. L'invention a pour but de fournir un procédé et un dispositif au moyen desquels l'opération de pré-injection puisse être détectée dans un moteur à combustion interne d'une manière simple et économique. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé, du type générique défini en introduction, caractérisé en ce que le signal de vibrations produit par l'aiguille d'injecteur lorsque celle-ci parvient sur le siège d'injecteur est détecté, dans une fenêtre de mesure, au moyen d'un capteur de bruit de structure et, en fonction de l'intensité du signal de vibrations détecté, il est déduit un critère indiquant si une pré-injection a ou non eu lieu. Dans le même but, l'invention a également pour objet un dispositif, du type générique défini en introduction, caractérisé par un capteur de bruit de structure disposé sur le moteur à combustion interne et servant à recevoir le signal de vibrations produit par l'aiguille d'injecteur lorsque celle-ci parvient sur le siège d'injecteur, un circuit d'analyse servant à produire la courbe enveloppe du signal de vibrations, un dispositif de calcul servant à calculer la surface située sous la courbe enveloppe, un dispositif de comparaison servant à comparer la surface calculée à une valeur de seuil, et un dispositif servant à mettre en mémoire et indiquer une erreur lorsque la valeur de seuil est franchie vers le bas. Le fait de recevoir et analyser le signal de vibrations, qui se présente lorsque l'aiguille d'injecteur parvient sur le siège d'injecteur, au moyen d'un capteur de bruit de structure, se présentant sous forme d'un capteur de cognement du commerce disposé sur la paroi extérieure du cylindre, permet d'obtenir une preuve de la présence ou de l'absence de la pré-injection dans un cycle de travail. En l'absence de la pré- injection, l'erreur est mise en mémoire et est indiquée au conducteur et il est possible que soient prises des mesures pour abaisser les émissions qui se présentent d'une manière accrue en cas d'erreur. Le procédé de détection conforme à l'invention peut aussi présenter une ou plusieurs des particularités suivantes: - le signal de vibrations est redressé et une courbe enveloppe est formée pour le signal de vibrations redressé, la surface située sous la courbe enveloppe est déterminée et est comparée à une valeur de seuil préfixée et, en cas de franchissement de la valeur de seuil vers le bas, il en est déduit qu'une pré-injection n'a pas eu lieu, - en cas de franchissement de la valeur de seuil vers le bas, une inscription a lieu dans une mémoire d'erreur, - en cas de franchissement de la valeur de seuil vers le bas, l'erreur est indiquée d'une manière optique et/ou acoustique au conducteur du véhicule comportant le moteur à combustion interne. Egalement, le dispositif de détection conforme à l'invention peut aussi présenter une ou plusieurs des particularités suivantes: - le circuit d'analyse, le dispositif de calcul et le dispositif de comparaison sont contenus dans un dispositif de commande commandant le fonctionnement du moteur à combustion interne, - le circuit d'analyse et le dispositif de calcul sont contenus dans le capteur de bruit de structure, - le circuit d'analyse comprend un filtre passe- bande servant à filtrer le signal de vibrations, un redresseur servant à redresser le signal de vibrations filtré et un filtre passe-bas servant à produire la courbe enveloppe, - le dispositif de calcul comporte un intégrateur qui calcule la surface située sous la courbe enveloppe, - le capteur de bruit de structure est réalisé sous forme d'un capteur de cognement fonctionnant suivant le principe piézoélectrique. L'invention est exposée ci-après à l'aide de la forme de réalisation représentée aux dessins. On voit: à la figure 1, en représentation schématique, un moteur à combustion interne à injection directe comportant un accumulateur haute pression et un dispositif de commande associé, aux figures 2A et 2B, des graphes concernant la variation de course d'aiguille et le signal de bruit de structure en fonction de l'angle de vilebrequin en présence d'une préinjection, aux figures 3A et 3B, des graphes correspondant à la variation de la course d'aiguille et du signal de bruit de structure en fonction de l'angle de vilebrequin en l'absence de pré-injection, aux figures 4A à 4C et 5A à 5C, des graphes permettant d'exposer la formation des courbes enveloppes en présence et en l'absence de pré-injection, à la figure 6, une représentation commune des deux courbes enveloppes du signal de capteur sur un graphe et, à la figure 7, une représentation de la valeur d'intégrale des courbes enveloppes. La figure 1 représente, sous forme de schéma-bloc, l'environnement technique dans lequel l'invention est utilisée. Seules sont représentées les parties qui sont nécessaires pour la compréhension de l'invention. Le repère 10 désigne un moteur à combustion interne Diesel auquel l'air nécessaire à la combustion est envoyé par l'intermédiaire d'une conduite d'admission 11 et d'une soupape d'admission 12. Un piston ne portant pas de repère particulier délimite une chambre de combustion 13 avec les parois intérieures du cylindre. Les gaz d'échappement parviennent dans un conduit d'échappement en passant par une soupape d'échappement 14. L'ensemble d'alimentation en carburant du moteur 10 comprend un réservoir de carburant 16 qui communique, par l'intermédiaire d'un filtre de carburant 17 et d'une pompe de mise en circulation initiale 18, avec une pompe haute pression 19 qui refoule le carburant sous une pression élevée dans une conduite haute pression 20. Cette conduite haute pression 20 est raccordée à une rampe d'injection 21 qui comporte des injecteurs 22 se présentant sous forme de valves d'injection qui injectent le carburant dans les chambres de combustion 13 du moteur 10. De préférence, la rampe d'injection 21 est réalisée sous forme d'un accumulateur haute pression ("common rail" ou rampe commune). Comme valve d'injection 22, il est prévu un servo-injecteur piézoélectrique qui comporte une aiguille d'injecteur 221 qui, dans l'état non activé de l'actionneur piézoélectrique et sous l'effet de la pression de rampe totale, prend appui sur un siège d'injecteur 222. La structure et le fonctionnement d'un tel injecteur piézoélectrique sont connus d'une manière générale et par exemple décrits dans DE 195 48 526 A1. Toutefois, à la place d'un injecteur piézoélectrique, il est également possible que soit utilisé un injecteur à électro-aimant classique dont l'aiguille est ouverte ou fermée au moyen d'une valve de commande à actionnement électromagnétique. La conduite haute pression 20 comporte un organe de réglage de pression 23 pouvant être commandé, qui est constitué par exemple d'une pompe pouvant faire l'objet d'une régulation ou d'une valve de régulation de pression et qui communique avec le réservoir de carburant 16 par une conduite de fuite 24. Les injecteurs 22 sont raccordés à une seconde conduite de fuite 25 qui aboutit également au réservoir de carburant 16. L'organe de réglage de pression 23 est relié à un dispositif de commande électronique (ECU) 26 par une ligne de commande ne portant pas de repère particulier. Il en est de même pour la pompe de mise en circulation initiale 18. La pompe haute pression 19 peut soit être entraînée par le moteur lui- même, par exemple par le vilebrequin, soit être à entraînement électrique. Le dispositif de commande 26 est également relié à un capteur de pression 27 qui est disposé sur la rampe d'injection (rampe commune) 21 et détecte la pression du carburant dans cette rampe d'injection 21, et donc la pression dans la zone haute pression. Le fonctionnement général d'un tel ensemble d'injection directe à accumulateur haute pression est connu et ne sera donc pas exposé en détail. Le dispositif de commande 26 a accès à une mémoire 28 dans laquelle est déposée, entre autres, une valeur de seuil SW dont l'importance sera exposée de manière plus détaillée à l'aide de la description de la figure 7. Sur une paroi extérieure du bloc-cylindre, ne portant pas de repère particulier, du moteur 10, il est prévu, disposé en un emplacement approprié, un capteur de bruit de structure 29 qui détecte un signal de bruit 26 qui est produit lors de l'opération de pré-injection par la fermeture de l'aiguille d'injecteur 221 et l'arrivée de cette aiguille sur le siège d'injecteur 222 de la valve d'injection. Ce signal de sortie du capteur de bruit de structure 29 est transmis, en vue d'un traitement ultérieur et d'une analyse, au dispositif de commande 26. Pour accroître, dans le cas de moteurs à six cylindres ou davantage, la précision et notamment la rapidité de la détection du bruit (temps de propagation entre l'apparition du bruit et l'emplacement de la détection), il est également possible que plusieurs capteurs de bruit de structure soient disposés en des emplacements appropriés du bloc-moteur. Le dispositif de commande 26 comporte encore d'autres entrées ES, désignées par un repère d'ensemble, sur lesquelles sont acheminées des données du moteur qui sont nécessaires au fonctionnement de celui-ci, comme par exemple la charge ou la température. D'autres grandeurs de sortie du dispositif de commande, servant à commander différents actionneurs, sont désignées par AS. La figure 2A représente la variation de la course de l'aiguille d'injecteur 221 en fonction de l'angle de vilebrequin, le carburant étant injecté directement dans la chambre de combustion pendant une préinjection (VE) et une injection principale (HE). La figure 2B représente la variation correspondante du signal de bruit de structure lorsque, lors de l'opération de fermeture, l'aiguille d'injecteur 221 parvient sur le siège. La figure 3A représente la variation de la course d'aiguille et la figure 3B le signal de bruit de structure se présentant lorsqu'aucune pré-injection n'a lieu, mais uniquement une injection principale (HE). Dans les deux cas, l'injection principale (HE) est déclenchée pour l'angle de vilebrequin 0 (point mort haut). Le signal de bruit de structure mesuré au moyen du capteur de cognement est d'origine mécanique et ne provient pas de la combustion de la masse de carburant pré-injectée, mais doit être attribué à la retombée brusque de l'aiguille d'injecteur sur le siège d'injecteur. Le procédé de détection de la pré-injection est présenté ci-après à titre d'exemple pour un moteur à combustion interne se trouvant à un point de fonctionnement o la vitesse de rotation est de 1500 tours/minute et la quantité d'injection de carburant de mg/course. Le procédé est basé sur la formation d'une courbe enveloppe du signal brut de bruit qui est reçu directement par le capteur de cognement 29. A cet effet, le signal de sortie KS du capteur de cognement 29 est envoyé à un circuit d'analyse 30 qui est intégré dans le dispositif de commande 26. Il comporte un filtre passe- bande 301 au moyen duquel la fourchette de fréquences pertinente pour la détection du bruit d'injecteur est filtrée à partir du signal de vibrations. Cette fourchette de fréquences s'obtient par comparaison des spectres de densité de puissance de deux cycles de fonctionnement. Dans un cycle, il est procédé normalement à une pré-injection et, dans l'autre, on a coupé la pré- injection. Seul l'intervalle de temps pertinent pour la pré-injection (cadrage) est pris en considération pour la formation du spectre de densité de puissance. Un redressement du signal filtré est ensuite effectué au moyen d'un redresseur 302. Ce signal redressé est ensuite filtré au moyen d'un filtre passe-bas 303 à faible fréquence de coupure. On obtient ainsi la courbe enveloppe HK du signal KS. Dans l'exemple décrit du circuit d'analyse 30, on utilise un filtre passe-bande possédant des fréquences de coupure à 7 kHz et 15 kHz. Le redresseur est à double alternance, celui-ci rabattant les sections négatives du signal vers le haut (quadrant positif). Le filtre passe-bas qui produit la courbe enveloppe travaille à une fréquence de coupure de 2 kHz. Les variations du signal brut KS, aux sorties respectives des différents filtres 301, 302 et 303, sont représentées aux figures 4A à 4C et 5A à 5C, les figures 4A à 4C représentant les situations relatives dans le cas d'une injection principale et d'une pré-injection et les figures 5A à 5C les situations relatives dans le cas d'une opération d'injection uniquement avec une injection principale. La figure 6 représente, à titre de comparaison, les deux courbes enveloppes en fonction de l'angle de vilebrequin. La ligne en trait plein s'obtient avec une pré-injection et la ligne en trait interrompu lorsqu'aucune pré-injection n'a lieu. Toutefois, seule la zone s'étendant du début de consigne de la pré-injection au début de l'injection principale est pertinente pour distinguer les courbes enveloppes. Cette zone, indiquée en degrés d'angle de vilebrequin, appelée aussi fenêtre de mesure KWM, est également indiquée à la figure 6. Il ressort de cette représentation qu'en l'absence de la pré- injection aux instants précédant le point mort haut (0 d'angle de vilebrequin), il n'existe pas de fraction de signal ou que de petites fractions de signal négligeables. La surface située sous la courbe enveloppe dans la fenêtre de mesure KWM indiquée ci-dessus est analysée en tant que critère permettant de décider si une pré- injection a ou non eu lieu pendant un cycle de travail dans un cylindre. A cet effet, la courbe enveloppe de signal HK est envoyée à un intégrateur 304 qui calcule la surface située sous la courbe enveloppe et la délivre sous forme de valeur d'intégrale IW. La figure 7 illustre un examen comparatif des surfaces situées sous la courbe enveloppe pendant la pré- injection, c'est-à-dire aux instants contenus dans la fenêtre de mesure KWM. La ligne en trait interrompu représente le tracé de la valeur d'intégrale IW et, d'une manière correspondante, le contenu de la surface, en l'absence de pré-injection, en fonction de l'angle de vilebrequin. En revanche, la ligne en trait plein représente le tracé correspondant à un cycle de travail comportant une pré-injection. La valeur d'intégrale IW est envoyée à une entrée d'un comparateur 305 qui compare cette valeur à la valeur de seuil SW en mémoire. Si la valeur d'intégrale IW est supérieure à la valeur de seuil SW, il en est déduit qu'une pré-injection a eu lieu et, dans le cas contraire, une inscription est effectuée dans une mémoire d'erreurs 306 et l'erreur est indiquée au conducteur du véhicule par la voie optique et/ou acoustique. Le procédé et le dispositif ont été exposés à l'aide d'un exemple dans lequel le circuit d'analyse prévu pour le signal délivré par le capteur de bruit de structure est réalisé dans le circuit de commande du moteur à combustion interne. Toutefois, un capteur de cognement dans lequel le circuit d'analyse est intégré convient également pour la mise en oeuvre pratique de ce procédé. Un tel capteur de cognement, qui est utilisé dans des moteurs à allumage commandé dans le cadre de la régulation de cognement, est par exemple le produit de la société Siemens dénommé " Klopf-IC ATM 40 ". REVENDICATIONS 1. Procédé de détection d'une pré-injection dans un moteur à combustion interne (10) fonctionnant avec une injection directe, selon lequel un carburant fait l'objet d'un apport dosé, d'une manière répartie en une opération de pré-injection (VE) et une opération d'injection principale (HE), au moyen d'au moins un injecteur (22) comportant une aiguille d'injecteur (221) et un siège d'injecteur (222) associé à l'aiguille d'injecteur, caractérisé en ce que le signal de vibrations (KS) produit par l'aiguille d'injecteur (221) lorsque celle-ci parvient sur le siège d'injecteur (222) est détecté, dans une fenêtre de mesure (KWM), au moyen d'un capteur de bruit de structure (29) et, en fonction de l'intensité du signal de vibrations (KS) détecté, il est déduit un critère (IW) indiquant si une pré-injection (VE) a ou non eu lieu. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que - le signal de vibrations (KS) est redressé et une courbe enveloppe (HK) est formée pour le signal de vibrations redressé, - la surface (IW) située sous la courbe enveloppe (HK) est déterminée et est comparée à une valeur de seuil (SW) préfixée et, - en cas de franchissement de la valeur de seuil (SW) vers le bas, il en est déduit qu'une pré- injection (VE) n'a pas eu lieu. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'en cas de franchissement de la valeur de seuil (SW) vers le bas, une inscription a lieu dans une mémoire d'erreur (306). 4. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'en cas de franchissement de la valeur de seuil (SW) vers le bas, l'erreur est indiquée d'une manière optique et/ou acoustique au conducteur du véhicule comportant le moteur à combustion interne (10). 5. Dispositif de détection d'une pré-injection dans un moteur à combustion interne (10) fonctionnant avec une injection directe, comprenant au moins un injecteur (22) qui comporte une aiguille d'injecteur (221) et un siège d'injecteur (222) associé à l'aiguille d'injecteur et qui sert à un apport dosé de carburant d'une manière répartie en une opération de pré-injection (VE) et une opération d'injection principale (HE), caractérisé par - un capteur de bruit de structure (29) disposé sur le moteur à combustion interne (10) et servant à recevoir le signal de vibrations (KS) produit par l'aiguille d'injecteur (221) lorsque celle-ci parvient sur le siège d'injecteur (222), - un circuit d'analyse (30) servant à produire la courbe enveloppe (HK) du signal de vibrations (KS), - un dispositif de calcul (304) servant à calculer la surface (IW) située sous la courbe enveloppe (HK), - un dispositif de comparaison (305) servant à comparer la surface calculée (IW) à une valeur de seuil (SW), et - un dispositif (306) servant à mettre en mémoire et indiquer une erreur lorsque la valeur de seuil (SW) est franchie vers le bas. 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit d'analyse (30), le dispositif de calcul (304) et le dispositif de comparaison (305) sont contenus dans un dispositif de commande (26) commandant le fonctionnement du moteur à combustion interne (10). 7. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit d'analyse (30) et le dispositif de calcul (304) sont contenus dans le capteur de bruit de structure (29). 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le circuit d'analyse (30) comprend un filtre passe-bande (301) servant à filtrer le signal de vibrations (KS), un redresseur (302) servant à redresser le signal de vibrations (KS) filtré et un filtre passe-bas (303) servant à produire la courbe enveloppe (HK). 9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le dispositif de calcul (304) comporte un intégrateur qui calcule la surface (IW) située sous la courbe enveloppe (HK). 10. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le capteur de bruit de structure (29) est réalisé sous forme d'un capteur de cognement fonctionnant suivant le principe piézoélectrique.