Brevet FR2801933A1 — publié le 20010608

Etat de la technique La présente invention concerne un procédé de mise en #uvre d'un moteur combustion interne, notamment d'un vé hicule automobile, selon lequel le carburant est injecté dans la chambre de combustion en mode stratifié pendant une phase de compression et selon lequel, dans le mode stratifié, on détermine une durée d'injection en fonction de la différence de pression entre la pression appliquée au carburant et la pression régnant dans la chambre de combustion. L'invention concerne également un moteur à com bustion interne et un appareil de commande applicable à un tel moteur à combustion interne. On connaît de tels procédé, moteur et appareil de commande avec injection directe d'essence selon le document DE 196 45 715 Al. Dans ce document, le carburant est injecté en mode homogène pendant la phase d'aspiration ou en mode stratifié pendant la phase de compression, dans la chambre de combustion du moteur. Le mode homogène est prévu de préfé rence pour le fonctionnement à pleine charge du moteur alors que le mode stratifié convient pour le ralenti ou le fonc tionnement en charge partielle. Le reste de carburant à injecter dans la chambre de combustion est calculé en fonction de la charge appliquée à un moteur à combustion interne ainsi que d'autres paramè tres de fonctionnement du moteur ; ce calcul est fait par l'appareil de commande. Cette masse de carburant à injecter est convertie en une durée d'injection qui correspond à une masse de carburant à injecter dans les conditions stationnai res. Mais comme les conditions de pression varient lorsque l'injecteur est ouvert, on ne peut pas utiliser les condi tions stationnaires. Dans une autre étape de calcul, on con vertit la durée d'injection de base en fonction de la différence de pression entre la pression régnant dans la chambre de combustion et la pression de carburant, pour obte nir une durée d'injection corrigée. Cette durée d'injection corrigée assure alors la commande de l'injecteur du moteur à combustion interne. Mais pour ce procédé de détermination de la durée injection, l'appareil de commande doit effectuer un calcul important et de plus ce calcul n'est physiquement pas précis. Problèmes et avantages de l'invention La présente invention a pour but de développer un procédé de mise en ceuvre d'un moteur à combustion interne permettant de déterminer une durée d'injection aussi précise possible avec des calculs aussi réduits que possible. A cet effet, l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus caractérisé en ce qu'on détermine une pression moyenne de carburant. Ce problème est également résolu à l'aide d'un moteur à combustion et d'un appareil de commande correspon dants au type défini ci-dessus. I1 n'est plus nécessaire selon 1 invention, de determiner la pression moyenne du carburant pour corriger la durée d'injection calculée au cours d'étapes calcul sup plémentaires. L'observation nécessaire jusqu'à cette correc tion de la différence de pression entre pression du carburant et la pression dans la chambre de combustion et ainsi les calculs, ne sont plus nécessaires. Globalement, 'invention permet d'exécuter tous les calculs servant à dé terminer la durée d'injection sur la base de la pression moyenne du carburant. Cela se traduit par une simplification considérable des calculs et ainsi une très large économie de temps de calcul. En même temps, en déterminant la pression moyenne carburant selon l'invention et en l'utilisant pour la suite de la commande et/ou la régulation du moteur à combus tion interne, il est possible de tenir suffisamment compte de tous les paramètres essentiels, ce qui permet à l'invention atteindre une grande précision de calcul de la durée d'injection. Selon un développement avantageux de l'invention, on mesure la pression moyenne du carburant à l'aide d'un cap teur de pression associé à un accumulateur de carburant. Comme un tel capteur de pression existe en général déjà, on évite tout composant complémentaire. Selon un autre développement avantageux de l'invention, la pression agissant sur le carburant est com mandée et/ou régulée en fonction de la pression moyenne du carburant. Cela assure que la pression moyenne du carburant utilisée selon l'invention pour calculer la durée, reste es sentiellement constante. Cela augmente considérablement la précision du calcul de la durée d'injection. I1 est particulièrement avantageux que la pres sion carburant soit commandée et/ou régulée pour que sa pression moyenne corresponde à celle au milieu de l'injection. Cela améliore également la précision de l'injection. Selon un autre développement avantageux de l'invention, on détermine la pression de la chambre de com bustion en s'appuyant sur un modèle. Cela peut se faire de préférence sur la base d'une compression polytrope. Il peut être intéressant de déterminer la pression dans la tubulure d'aspiration notamment à l'aide d'un capteur de pression équipant la tubulure d'aspiration. En variante, on détermine la pression dans la tubulure d'aspiration en s'appuyant sur un modèle des paramètres de fonctionnement du moteur à com bustion interne. Selon un développement avantageux de l'invention, on détermine la durée d'injection en fonction de la pression moyenne du carburant, de la pression dans la chambre de com bustion et de la masse de carburant à injecter. Cela corres pond à un calcul nécessitant des moyens de calcul très réduits, que l'appareil de commande peut exécuter tres rapi dement. L'invention permet ainsi de convertir la masse de carburant à injecter, d'une manière particulièrement rapide et néanmoins précise, en une durée d'injection correspon dante. Il est particulièrement important de mettre en #uvre le procédé selon l'invention sous la forme d'un élément de commande prévu comme appareil de commande d'un moteur à combustion interne notamment d'un véhicule automobile. L'élément de commande contient un programme déroulé dans un calculateur, notamment un microprocesseur, et convenant pour l'execution du procédé selon l'invention. Dans ce cas, l'invention est également réalisée par un programme enregis tré dans l'élément de commande, de sorte que cet élément de commande ainsi muni du programme représente l'invention au même titre que le procédé qu'il peut exécuter par le pro gramme. Comme élément de commande, on peut utiliser en parti culier une mémoire électrique, par exemple une mémoire ROM ou une mémoire flash. La présente invention sera décrite ci-après de maniere plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement dans les dessins annexés, dans lesquels # la figure 1 est un schéma par blocs d'un exemple de réali sation d'un moteur à combustion interne selon l'invention, # la figure 2 montre un ordinogramme schématique d'un exem ple de réalisation du procédé de l'invention pour la mise en #uvre du moteur à combustion interne selon la figure 1. La figure 1 montre un moteur à combustion interne 1 d' véhicule automobile avec un piston 2 effectuant un mouvement alternatif dans un cylindre 3. Le cylindre 3 pos sède une chambre de combustion 4 délimitée entre autres par le piston 2, une soupape d'admission 5 et une soupape d'échappement 6. Une tubulure d'aspiration 7 est rel' au niveau de la soupape d'admission 5 et une tubulure d'échappement 8 est couplée au niveau de la soupape d'échappement 6. La chambre de combustion 4 est munie d'un injec teur et d'une bougie d'allumage 10 au niveau de la soupape d'admission 5 et de la soupape d'échappement 6. Le carburant est injecté dans la chambre de combustion 4 par l'injecteur et 9 et la bougie 10 permet d'y allumer le carburant. La tubulure d'aspiration 7 comporte un volet d'étranglement 11 pivotant, pour l'alimentation en air à tra vers la tubulure d'aspiration 7. La quantité d'air aspirée dépend de la position angulaire du volet d'étranglement 11. Un catalyseur 12 est installé dans la tubulure d'échappement 8 pour nettoyer les gaz d'échappement dégagés par la combus tion du carburant. Un tuyau de réinjection de gaz d'échappement 13 relie la tubulure d'échappement 8 en retour la tubulure d'aspiration 7. La conduite de réinjection des gaz d'échappement 13 est équipée d'une vanne 14 pour régler la quantité de gaz d'échappement réinjectée dans la tubulure d'aspiration 7. Le tuyau de réinjection de gaz d'échappement 13 et la vanne commandant la réinjection des gaz d'échappement 14 constituent un système de réinjection des gaz d'échappement existant en tant que tel mais dont la pré sence n'est pas indispensable. Une conduite de ventilation de réservoir 16 relie réservoir de carburant 15 à la tubulure d'aspiration 7. La conduite de ventilation de réservoir 16 est munie d'une sou pape de ventilation de réservoir 17 permettant de régler la quantité de vapeur de carburant du réservoir à carburant 15 fournie à la tubulure d'aspiration 7. La conduite de ventila tion du réservoir 16 et la vanne de ventilation 17 forment le système de ventilation du réservoir ; ce système existe en tant que tel mais il n'est pas indispensable. Le piston 2 est mis en mouvement alternatif par combustion du carburant dans la chambre de combustion 4. Ce mouvement alternatif est transmis à un vilebrequin non re présenté pour le couple moteur. Un appareil de commande 18 reçoit les signaux d'entrée 19 représentant les paramètres de fonctionnement du moteur 1 mesurés par des capteurs. Par exemple, l'appareil de commande 18 est relié à un débitmètre massique d'air, à une sonde Lambda et à un capteur de vitesse de rotation (capteur de régime) ou à des moyens analogues. L'appareil de commande 18 est également relié à un capteur de pédale d'accélérateur qui génère un signal représentant la position de cette pédale actionnée par le conducteur pour le couple demandé. L'appareil de commande 18 génère des signaux de sortie 20 pour influencer par les actionneurs, le comportement du mo teur à combustion interne 1. Par exemple, l'appareil de com mande 18 est relié à l'injecteur 9, aux bougies d'allumage 10 et au volet d'étranglement 11. De la même manière, l'appareil fournit les signaux nécessaires à la commande. L'appareil de commande 18 est entre autres prévu pour commander et/ou réguler les paramètres de fonctionnement du moteur combustion interne 1. Par exemple, l'appareil de commande 18 commande et régule la masse de carburant injectée dans la chambre de combustion 4 par l'injecteur 9, notamment pour une faible consommation de carburant et/ou un faible dé veloppement de produits polluants. Pour cela, l'appareil de commande 18 comporte un microprocesseur dont la mémoire, en particulier une mémoire flash, contient un programme pour exécuter la commande ci-dessus et/ou la régulation. Selon la figure 1, le moteur 1 peut travailler selon de nombreux modes de fonctionnement. Ainsi, ' est pos sible de faire fonctionner le moteur 1 en mode homogène, en mode stratifié, en mode homogène maigre et en des modes ana logues. En mode homogène, l'injecteur 9 injecte le carbu rant directement dans la chambre de combustion 4 du moteur 1 pendant la phase d'aspiration. Le carburant est très large ment agité en turbulence jusqu'à l'allumage, de sorte que la chambre de combustion 4 contient un mélange carburant/air es sentiellement homogène. Le couple créé dépend ainsi principa lement de la position du volet d'étranglement 11 réglée par l'appareil de commande 18. En mode homogène, on commande les paramètres de fonctionnement du moteur 1 et/ou on les régule pour que le coefficient Lambda soit égal à l'unité. Le mode homogène est utilisé notamment à la charge maximale. Le mode homogène maigre correspond très largement au mode homogène, mais pour un coefficient lambda inférieur à l'unité. En mode stratifié, le carburant est injecté di rectement par l'injecteur 9 dans la chambre de combustion 4 du moteur 1 pendant la phase de compression. A l'allumage par la bougie 10, il n'y aura pas de mélange homogène dans la chambre de combustion 4 mais une stratification de carburant. Indépendamment des exigences concernant le retour des gaz d'échappement et/ou le remplissage du réservoir, le volet 11 sera complètement ouvert et le moteur 1 fonctionnera de ma nière non étranglée. Le couple à générer est réglé en mode stratifié principalement par l'intermédiaire de la masse de carburant. Le mode stratifié du moteur 1 correspond notamment au ralenti ou la charge partielle. On peut commuter dans un sens ou l'autre entre les différents modes de fonctionnement du moteur 1. De telles combustions sont exécutées par l'appareil de commande 18. L'appareil de commande 18 détermine en outre en mode stratifié, la quantité de carburant (m) à injecter selon les paramètres de fonctionnement du moteur 1, par exemple en fonction de la charge et/ou du souhait du conducteur appliqué au moteur 1. Cette masse de carburant (m) est convertie par l'appareil de commande 18 en une durée d'injection ti alors que l'injecteur 9 est en position ouverte. Lorsque l'injecteur 9 est ouvert, sensiblement le débit de carburant suivant traverse l'ouverture l'injecteur 9 . mpunkt = A. (2. p. 0P/6) 1/2 mpunkt : débit massique à travers l'injecteur 9, A : section de l'ouverture de l'injecteur 9, p : densité du carburant, Op : différence de pression, A : coefficient de passage. La différence de pression Op résulte de la pres sion agissant sur le carburant et de la pression dans chambre de combustion 4. La pression agissant sur le carbu rant résulte de l'action d'une pompe à carburant, mécanique ou électrique. La pression dans la chambre de combustion est engendrée par le mouvement du piston 2 dans le cylindre 3. Par intégration l'équation ci-dessus donne m = J (A (t) . (2 . p (t) . Ap (t) /6 (t) ) 112) dt m : masse de carburant ti : durée d'injection, t . temps. Dans l'équation ci-dessus, l'intégrale est inté grée pour la durée d'injection ti. Tous les paramètres sous le signe intégrale dépendant du temps. Cette remarque - sulte de ce que pendant la durée d'injection ti, lorsque l'injecteur 9 est ouvert, la pression agissant sur le carbu- rant est plus faible, de sorte que la différence de pression Ap varie en fonction du temps (t). Du fait de la chute la pression du carburant, la densité p du carburant varie égale ment en fonction du temps (t). De plus, le mouvement du ' ton 2 dans cylindre 3 modifie la pression dans la chambre de combustion et cette dernière évolue selon une variation différence pression Ap en fonction du temps (t). Cette va riation de la différence de pression Ap modifie également le coefficient de passage 6 en fonction du temps (t). L'appareil de commande 18 sélectionne un instant caractéristique tc à un point de départ des calculs. A partir de cet instant tc, on obtient ce qui suit m = (tc) / (6 (tc) ) 1/2 . (2 . p (tc) . (Ap (tc)) "2 . ti Comme instant caractéristique tc, on choisit le milieu de 'injection. On peut également calculer l'instant du milieu de l'injection comme point d'injection et le trai ter. Cela simplifie l'équation ci-dessus de la manière sui vante . m = A/ (6)l'2 . (2 . pm . (pm - pBr) ) 1/2 . ti avec . A/ (9) -'2 : constante de l'injecteur 9, pm : densité moyenne du carburant pm : pression moyenne du carburant pBr : pression dans la chambre de combustion à mi-injection. On peut déterminer une seule fois la constante ci-dessus de l'injecteur 9 et la mémoriser dans l'appareil de commande 18. La pression de carburant agissant sur le carbu rant est commandée et/ou régulée par l'appareil de commande 18 pour avoir la pression moyenne de carburant pm au ieu de l'injection. On commande et/ou on régule ainsi la pression du carburant au milieu de l'injection sur une valeur cons tante à savoir la pression moyenne de carburant pm. Pour une telle pression moyenne de carburant pm, l'appareil mande 18 calcule la densité moyenne pm du carburant. A partir de la pression moyenne constante - burant au milieu de l'injection, l'appareil de commande 18 détermine la pression régnant dans la chambre de combustion. Cela peut se faire à l'aide d'un modèle, par exemple à l'aide d'un procédé reposant sur une compression polytrope. La pres sion de sortie de cette compression correspond ainsi à la pression connue dans la tubulure d'aspiration 7. Sur la base du milieu choisi pour l'injection comme instant caractéristique tc, le mouvement de 1 injecteur et ainsi de l'injection en tant que telle est suffisamment éloigné des états non stationnaires au début et à la fin de 'injection. C'est pourquoi, on peut supposer que 1 on a ain- ' des conditions stationnaires. Comme indiqué, l'appareil de commande 18 calcule 'instant du milieu de l'injection comme point d'injection. Cela peut se faire par exemple sur la base d'un instant de début d'injection, obtenu. Pour cela, on peut évaluer tout abord une durée d'injection prévisible ti en fonction des valeurs d'injection ou évaluer celles-ci pour en calculer par approximation, le milieu de l'injection en fonction du régime moteur à combustion interne 1. En variante, on peut égale ment faire le calcul du milieu de l'injection avec une valeur de remplacement. Comme l'instant de l'injection ne varie que relativement lentement d'une injection à l'injection sui vante, on peut utiliser cette valeur de remplacement reposant sur le milieu de l'injection précédente. A partir de la dernière équation ci-dessus, l'appareil de commande 18 calcule alors la durée d'injection ' à partir de la masse de carburant (m) à injecter, de la pression moyenne de carburant pm agissant sur le carburant et la pression d'aspiration. Cette détermination sera présen tée ci-après à l'aide de la figure 2. La figure 2 montre dans le bloc 21, la mesure de la pression moyenne de carburant pm. Cela peut se faire par exemple à l'aide d'un capteur de pression associé au système de préparation de carburant. Le capteur de pression peut en particulier être associé à un réservoir de carburant en amont de l'injecteur 9 et dans lequel le carburant est débité par une pompe électrique et/ou mécanique à partir du réservoir de carburant. La pression dans ce réservoir de carburant est commandée et/ou régulée par l'appareil de commande 18, qui effectue une commande appropriée de la pompe électrique et/ou mécanique et/ou de vannes supplémentaires pour passer la pression moyenne évoquée ci-dessus pour le carburant. Dans le bloc 22, l'appareil de commande 18 déter mine la densité moyenne pm du carburant à partir de la pres sion moyenne de carburant. Puis, l'appareil de commande 18 détermine dans le bloc 23, l'instant du milieu de l'injection en procédant par calculs. Cela se fait selon les variantes déjà exposées. A l'instant du milieu de l'injection, en fonction de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne 1, on convertit en un nombre d'injections moyen en utilisant un champ de carac téristiques de consigne. Dans le bloc 24, on mesure la pression d'aspiration dans la tubulure d'aspiration 7 à l'aide d'un capteur de pression. Cette pression dans la tubulure d'aspiration est utilisée dans le bloc 25 par l'appareil de commande 18 pour calculer la pression dans la chambre de com bustion pBr sur la base de la compression polytrope. Comme déjà indiqué, la constante A/ (6)-'` est con nue et mémorisée dans l'appareil de commande 18. De plus, l'appareil de commande 18 détermine dans un bloc 26, la masse de carburant (m) notamment comme masse de carburant de consi gne à partir des paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne 1. L'appareil de commande 18 peut alors calculer dans le bloc 27 à partir des grandeurs indiquées, la durée d'injection ti en utilisant la dernière équation évoquée. A l'aide de cette durée d'injection ti, on commande selon le bloc 28, l'injecteur 9. L'ensemble du procédé de la figure 2 est prévu pour le mode stratifié dans lequel l'injection du carburant se fait pendant la phase de compression. R E V E N D I C A T I O N S 1 ) Procédé de mise en ceuvre d'un moteur à combustion interne (1), notamment d'un véhicule automobile, selon lequel car burant est ' 'ecté dans la chambre de combustion (4) mode stratifié pendant une phase de compression et selon lequel, dans le mode stratifié, on détermine une durée d'injection (ti) en fonction de la différence de pression (Op) entre la pression appliquée au carburant et la pression (pBr) regnant dans la chambre de combustion (4), caractérisé ce qu' on détermine pression moyenne de carburant (pm). 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé ce qu' on mesure pression moyenne de carburant (pm) à l'aide d'un capteur de pression associé à un accumulateur de carburant. 3 ) Procède selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu' on commande et/ou on régule la pression agissant sur car burant selon la pression moyenne de carburant (pm). 4 ) Procédé selon la revendication 3, caractérisé ce qu' on commande et/ou on régule la pression du carburant pour que la pression moyenne de carburant (pm) soit réalisée au ' ieu de l'injection. 5 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 a 4, caractérisé ce qu' on détermine la pression dans la chambre de combustion (pBr) sur la base d'un modèle. 6 ) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' on détermine la pression (pBr) de la chambre de combustion sur la base d'une compression polytrope. 7 ) Procédé selon l'une revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qui on détermine la pression dans la chambre de combustion (pBr) à l'aide de la pression dans la tubulure d'aspiration notam ment obtenue à l'aide un capteur de pression associé à la tubulure d'aspiration 8 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qui on détermine la durée injection (ti) en fonction de la pression moyenne de carburant (pm), de la pression (pBr) ré gnant dans la chambre combustion et d'une masse de carbu rant (m) à injecter. 9 ) Elément de commande notamment mémoire morte ou mémoire flash pour un appareil commande (18) d'un moteur à combus tion interne (1) notamment d'un véhicule automobile, conte nant un programme qui peut être déroulé dans un appareil de calculs, en particulier un microprocesseur, pour la mise en oeuvre du procédé selon l' quelconque des revendications 1 à 8. 10 ) Moteur à combustion interne (1), notamment d'un véhicule automobile, comportant chambre de combustion (4) dans laquelle on injecte du carburant en mode stratifié, pendant une phase de compression, comprenant un appareil de commande (18) pour déterminer une durée d'injection (ti) en mode stra tifié, en fonction de la différence de pression (Op) entre la pression agissant sur le carburant et la pression (pBr) ré gnant dans la chambre de combustion (4), caractérisé en ce que l'appareil de commande (18) détermine une pression moyenne de carburant (pm). 11 ) Appareil de commande (18) pour un moteur à combustion interne (1), notamment un véhicule automobile, le moteur (1) ayant une chambre de combustion (4) dans laquelle on injecte du carburant en mode stratifié pendant une phase de compres- Sion, cet appareil de commande (18) étant prévu pour détermi ner une durée d'injection (t) en mode stratifié, en fonction de la différence de pression (dp) entre la pression agissant sur le carburant et la pression (pBr) régnant dans la chambre de combustion (4), caractérisé en ce que l'appareil de commande (18) détermine une pression moyenne de carburant (pm).