Brevet FR2813642A1 — publié le 20020308

La présente invention est relative à un procédé de commande de la quantité de carburant injecté dans un moteur à combustion interne à injection directe. Plus particulièrement, l'invention est relative à un tel procédé mis en oeuvre à l'aide d'un injecteur alimenté par du carburant sous pression, l'ouverture dudit injecteur étant déclenchée électromagnétiquement par alimentation d'un bobinage électrique formant partie de l'injecteur avec un pic de courant de durée prédéterminée. Les injecteurs de carburant à commande électromagnétique sont bien connus, de même que le procédé de commande d'un tel injecteur évoqué ci-dessus (voir par exemple le brevet des USA 5 381 297). On sait qu'un tel injecteur comprend une aiguille mobile sous l'action d'un champ électromagnétique développé par un bobinage électrique alimenté par un courant convenable, entre une position où une extrémité de cette aiguille obture une ouverture percée dans un siège définissant un passage pour un carburant à injecter dans un cylindre de moteur à combustion interne, et une position où l'aiguille dégage cette ouverture pour permettre une telle injection. Au repos l'aiguille est chargée contre son siège par un ressort de tarage et par la pression du carburant admis dans l'injecteur. Pour surmonter cette charge, et permettre l'ouverture de l'injecteur, il est nécessaire d'alimenter transitoirement le bobinage avec un courant de forte intensité, de l'ordre d'une dizaine d'Ampères par exemple, le pic de courant ainsi appliqué étant suivi par l'application d'un courant plus faible assurant le maintien de l'ouverture de l'injecteur pendant un temps modulé en fonction de la quantité de carburant à injecter. Lorsqu'on utilise un tel injecteur pour alimenter en essence un cylindre d'un moteur à combustion interne à injection directe, on souhaite actuellement disposer d'une possibilité de réglage de cette quantité de carburant dans une large gamme. En effet, quand un tel moteur fonctionne à faible charge avec un mélange air/carburant pauvre en carburant et stratifié, la quantité d'essence à injecter doit être très faible. Par contre, à régime élevé et pleine charge, il faut injecter dans le moteur une quantité importante d'essence, dans un temps très court, inférieur à 5ms à 6000t/mn. Le rapport des débits de carburant extrêmes, ou "dynamique" de l'injecteur, doit alors être très élevé, avantageusement de l'ordre de 20. Pour se rapprocher de cette valeur on a proposé d'accroître la pression de l'essence délivrée à l'injecteur lorsque celui-ci doit débiter une grande quantité d'essence. C'est ainsi, par exemple, que l'on alimente l'injecteur avec de l'essence à la pression de 50 bars pour les faibles quantités d'essence à injecter, et de 110 bars pour les fortes quantités. On a pu ainsi obtenir une dynamique de 15, environ, considérée comme encore insuffisante. La présente invention a donc pour but de fournir un procédé de commande de la quantité de carburant injecté dans un moteur à combustion interne à injection directe, par un injecteur à dynamique élevée, typiquement de l'ordre de 20. On atteint ce but de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un procédé de commande de la quantité de carburant injectée dans un moteur à combustion interne à injection directe par un injecteur alimenté par du carburant sous pression, l'ouverture dudit injecteur étant déclenchée électromagnétiquement par alimentation d'un bobinage électrique formant partie de l'injecteur avec un pic de courant prédéterminé, ce procédé étant remarquable en ce que ladite durée dudit pic de courant est fonction croissante de ladite pression du carburant. Comme on le verra plus loin en détails, ce procédé permet d'élargir la gamme des valeurs de quantités de carburant injectées, aussi bien du côté des très faibles quantités que du côté des quantités les plus fortes. Suivant une autre caractéristique du procédé selon l'invention, la durée dudit pic de courant est aussi fonction croissante de la durée d'un temps d'ouverture prédéterminé dudit injecteur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention 'apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel - la figure 1 est un graphe montrant l'évolution temporelle 1) du courant dans le bobinage d'un injecteur commandé selon la présente invention pour régler le temps d'ouverture de l'injecteur, et 2) d'un signal logique de commande de l'injecteur, et - la figure 2 représente des graphes montrant l'évolution de la quantité de carburant débitée par l'injecteur en fonction de la durée de son temps d'ouverture, dans différentes conditions de fonctionnement de cet injecteur, ces graphes permettant d'illustrer et d'expliquer les performances du procédé de commande suivant l'invention. On se réfère à la figure 1 du dessin annexé où l'on a représenté le graphe de l'évolution de l'intensité I du courant électrique établi par le procédé suivant l'invention dans le bobinage d'un injecteur de carburant à commande électromagnétique, pour ouvrir cet injecteur et le fermer après que celui-ci ait délivré, à un cylindre de moteur à combustion interne à injection directe, une quantité Q prédéterminée d'essence. Classiquement cette quantité est déterminée par un calculateur de gestion du moteur à partir de paramètres de fonctionnement de ce moteur tels que la pression d'air à l'admission du moteur, le régime de ce moteur, etc... et de paramètres représentatifs des demandes en couple moteur formulées par le conducteur, dans un véhicule automobile propulsé par le moteur, ces demandes pouvant être déterminées par le taux d'enfoncement d'une pédale d'accélérateur, par exemple. Le profil temporel de courant I représenté à la figure 1 est commandé et calculé par un circuit de commande d'injecteur lui-même alimenté par des signaux convenables émis par un microprocesseur formant partie du calculateur. Pour ce faire le microprocesseur émet un signal logique SL (voir fig. 1) définissant la durée totale (t2-to) d'excitation du bobinage avec le courant I de commande d'ouverture de l'injecteur pendant un temps Ti prédéterminé, calculé par le calculateur en fonction de la quantité de carburant à injecter dans un cylindre du moteur. La conformation générale du profil du courant I est classique. C'est ainsi que, préférablement, au basculement (à to) du signal SL signalant au circuit de commande d'injecteur une demande d'ouverture de l'injecteur formulée par le calculateur, le circuit de commande envoie dans le bobinage de l'injecteur un courant de "précharge" permettant de stocker de l'énergie dans ce bobinage, pour faciliter l'ouverture effective ultérieure de l'injecteur, à un instant ti prédéterminé, comme on le verra plus loin. Pour ce faire, le courant dans le bobinage pendant l'intervalle (t1-to) est stabilisé à une valeur sensiblement constante, juste suffisante pour ne pas déclencher l'ouverture de l'injecteur. Le courant de précharge est établi dans ce bobinage en appliquant entre les bornes de celui-ci une tension hachée qui donne au courant le profil en dents de scie représenté à la figure 1. Une telle alimentation, décrite dans le brevet des USA 5 381 297 précité, est avantageuse en ce qu'elle tire parti du courant d'auto-induction qui se développe dans le bobinage de l'injecteur, pour limiter la puissance électrique consommée lors du pic de courant ultérieur. A l'instant t1, par l'application au bobinage d'une impulsion de tension de durée convenable, le circuit de commande d'injecteur conforme le courant admis dans la bobine selon le pic de courant, de durée Tl, représenté à la figure 1. La montée du courant dans le bobinage est avantageusement rapide, grâce à la précharge du bobinage, et culmine par exemple à une valeur de 11 Ampères environ et à une tension d'environ 70 V. Cette rapidité provoque une ouverture effective immédiate, à l'instant t1, de l'injecteur, par arrachement de l'aiguille de l'injecteur, du siège sur laquelle elle est chargée par un ressort et par la pression du carburant. La force d'arrachement est appliquée électromagnétiquement à cette aiguille à l'aide d'un flux magnétique développé dans le bobinage (sur l'axe duquel l'aiguille est placée), par la brusque montée du courant dans ce bobinage à l'instant t1. Le temps d'ouverture Ti, calculé préalablement par le calculateur, est alors décompté par le circuit de commande à compter de l'instant t1, jusqu'à l'instant t2 tel que t2=tl+Ti, instant auquel l'injecteur doit se refermer pour que la quantité de carburant injectée pendant l'intervalle de temps (t2-tl) soit conforme à celle établie par le calculateur. Pour assurer une fermeture brusque et précise de l'injecteur à l'instant t2, il convient que le courant passant alors dans le bobinage soit aussi faible que possible. C'est pourquoi, après le pic de courant de durée Tl, le courant est ramené, par une étape de décroissance rapide de durée T2 à une valeur plus basse, de quelques Ampères, suffisante néanmoins pour maintenir l'injecteur ouvert pendant un temps prédéterminé. Le courant Im, sensiblement constant, "de maintien" est établi lui aussi par application au bobinage de l'injecteur d'une tension hachée. Le temps T2 est fonction de Tl et de la tension de la source d'énergie électrique qui alimente l'injecteur, soit la tension de la batterie dans le cas d'un moteur monté dans un véhicule automobile. La durée T1 du courant de pic est, de manière connue, fonction du temps d'ouverture Ti de l'injecteur, prédéterminé par le calculateur, ou "temps d'injection". Suivant une caractéristique de la présente invention, cette durée Ti est, aussi, fonction croissante de la pression du carburant alimentant l'injecteur. On se réfère aux graphes de la figure 2 du dessin annexé pour expliquer et justifier cette caractéristique du procédé selon la présente invention. On a représenté en A le graphe (en trait plein) de l'évolution de la quantité de carburant Q (mesurée en milligrammes par exemple) débitée par l'injecteur, en fonction de la durée Ti du temps d'ouverture de cet injecteur, dans le cas classique où la pression P,arb du carburant est fixe, de l'ordre de 50 bars et où la durée T, du pic de courant d'ouverture de l'injecteur est fixe aussi, de l'ordre de 400 gs, alors que le courant de maintien I, est de 3,5A. Ce graphe présente une partie linéaire dans laquelle on peut régler la quantité Q1 de carburant avec une dynamique Q1max@Qlmin de l'ordre de 10, au maximum, comme on l'a vu plus haut. Comme on l'a vu plus haut, aussi, en relevant la pression du carburant, par exemple à 110 bars (graphe B) on peut relever la quantité de carburant maximale injectée aux fortes charges, à haut régime (Ti est alors de l'ordre de Sms). La dynamique atteinte est alors de l'ordre de 15. Suivant la présente invention, on propose de faire varier la pression de carburant et la durée T1 du pic de courant en fonction de la charge du moteur. Aux faibles charges on utilise alors une pression de carburant modérée, de l'ordre de 50 bars par exemple et un pic de courant de durée raccourcie, 200 gs par exemple, avec un courant de maintien de 3,5 A par exemple. Ces conditions correspondent au graphe C (en trait interrompu) de la figure 2. Le tarage du ressort qui charge l'aiguille de l'injecteur est réalisé de manière à régler au plus bas la valeur Q2mi" de la plus petite quantité de carburant injectable, de manière à accroître la dynamique du réglage de la quantité de carburant, cette valeur Q2,i" étant nettement inférieure à la valeur correspondante Ql,ni" obtenue quand le tarage du ressort est réalisé avec T1=400 gs. On peut encore abaisser la quantité minimum de carburant délivrée jusqu'à une valeur Q3mi" En fixant ainsi la valeur du courant de maintien lorsque la pression de carburant est relativement basse (50 bars) à une valeur plus faible que lorsque cette pression est relativement haute (200 bars), soit en faisant croître la valeur du courant avec la pression de carburant, on accroit encore la dynamique de réglage de la quantité de carburant débitée, conformément au but poursuivi par la présente invention. Aux fortes charges (ou Ti-5ms) on délivre à l'injecteur du carburant à forte pression, par exemple 120 bars, et on relève la durée du pic de courant à T1 = 400 #ts, le courant de maintien étant réglé à 3,5 A. La caractéristique Q = f (Ti) alors obtenue correspond au graphe' D de la figure 2. Sur ce graphe il apparaît que la quantité maximale de carburant Q2,,,,,, délivrable par injecteur en est fortement relevée, par rapport à celles données par les graphes des figures A, B et C. Cette quantité maximale de carburant Q2,ax pourrait être encore plus fortement relevée en poussant la durée du pic de courant à T1 = 600 lis par exemple. On remarquera que l'abaissement du tarage du ressort mentionné ci-dessus permet de relever encore la pression de carburant délivrable à l'injecteur (de 110 à 120 bars par exemple), voir graphes B et D) et autorisant cependant l'ouverture de celui-ci, ce qui est favorable à l'accroissement de la dynamique du réglage de la quantité de carburant à injecter. Ainsi, en combinant les caractéristiques d'injection définies par les graphes C ou E aux basses charges du moteur, avec celles définies par le graphe D aux fortes charges du moteur, on arrive à régler la quantité de carburant à injecter avec la dynamique recherchée, de l'ordre de 20, conformément au but annoncé en préambule de la présente description. Le calculateur de gestion du moteur calcule en fonction de la charge du moteur, les valeurs de la pression de carburant 'à établir et des temps T1 et Tz applicables à chaque injection de carburant. Ces valeurs T1 et Tz sont transmises, par des liaisons du type SPI ou CAN par exemple, au circuit de commande d'injecteur qui conforme en conséquence le profil temporel du courant à appliquer à l'injecteur. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que la précharge, avantageuse, du bobinage préalable à l'application du pic de courant, n'est cependant pas indispensable, l'invention s'appliquant ainsi également à un injecteur alimenté par un courant dont le profil est dépourvu de cette précharge. De même, l'invention est applicable à des injecteurs alimentés par du carburant à pression variable comme à des injecteurs alimentés à pression constante. Dans le cas d'une panne de régulation de la pression de carburant, la valeur haute de celle-ci se trouve normalement limitée par le tarage d'une soupape de sécurité. La croissance, suivant l'invention, de la durée du pic de courant avec celle de la pression du carburant jusqu'à cette valeur haute, établit alors un fonctionnement en "mode dégradé" de l'alimentation en carburants des injecteurs. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande de la quantité de carburant (Q) injecté dans un moteur à combustion interne à injection directe par un injecteur alimenté par du carburant sous pression (Pcarb)i l'ouverture dudit injecteur étant déclenchée électromagnétiquement par alimentation d'un bobinage électrique formant partie de l'injecteur avec un pic de courant de durée prédéterminée (T1) , ce procédé étant caractérisé en ce que ladite durée (T1) dudit pic de courant est fonction croissante de ladite pression (Pcarb) du carburant. 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que ladite durée (T1) dudit pic de courant est aussi fonction de la durée d'un temps d'ouverture (Ti) prédéterminé dudit injecteur. 3. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la durée (T1) dudit pic de courant passe de 200 gs environ pour une pression de carburant (Pcarb) de 50 bars environ, à 600 gs environ pour une pression de carburant (Pcarb) de 120 bars environ. 4. Procédé conforme à la revendication 2, caractérisé en ce qu'on commande une décroissance rapide de l'intensité du courant dans ledit bobinage après ledit pic de courant, la durée (T2) de ladite décroissance étant fonction de ladite durée (T,) et de la tension de la source d'énergie électrique qui alimente ledit injecteur. 5. Procédé conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que, après ladite décroissance rapide du courant, on stabilise celui-ci pendant un temps de maintien prédéterminé, à une valeur sensiblement constante fonction croissante de la pression de carburant (Pcarb)- 6. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on commande une précharge dudit bobinage, préalable à l'application dudit pic de courant.