Brevet FR2814202A1 — publié le 20020322

L'invention concerne un dispositif d'injection pour moteur à combustion interne, comprenant une pompe servant à acheminer le carburant, un accumulateur de pression, disposé à la suite, en aval, de la pompe et servant à accumuler le carburant à injecter, une valve pouvant être commandée, disposée entre la pompe et l'accumulateur de pression et présentant une position de passage et une position de blocage, et une unité de commande servant à la commutation alternée de la valve dans la position de passage et la position de blocage, l'unité de commande comportant une entrée de signal, destinée à recevoir un signal de demande reproduisant le besoin en carburant, et une unité de calcul servant à calculer des temps de commande pour la valve en fonction du signal de demande. L'invention concerne également un procédé de mise en oeuvre d'un tel dispositif d'injection, comportant les opérations consistant à calculer le temps de commande à partir du signal de demande reproduisant le besoin en carburant, à commuter la valve dans la position de passage pour la durée du temps de commande et, une fois le temps de commande écoulé, à commuter la valve dans la position de blocage pour le temps restant d'un intervalle de commande préfixé. On connaît ce qu'il est convenu d'appeler des dispositifs d'injection à rampe commune (common rail) dans lesquels les différents injecteurs sont alimentés en carburant par l'intermédiaire d'un accumulateur de pression commun (en anglais : common rail, signifiant rampe commune). L'acheminement du carburant à l'accumulateur de pression s'effectue au moyen d'une pompe haute pression, une valve qui peut être commandés étant disposée entre la pompe haute pression et l'accumulateur de pression, cette valve permettant un réglage de la pression voulue dans l'accumulateur de pression. Lorsque la pression voulue est franchie vers le bas, cette valve s'ouvre, de sorte que la pompe haute pression refoule du carburant dans l'accumulateur de pression, ce qui entraîne un accroissement de pression. En revanche, lorsque la pression voulue est franchie vers le haut, la valve se ferme ou est amenée dans une position de dérivation dans laquelle du carburant est renvoyé dans le trajet situé en amont, de sorte que, dans les deux cas, la pression dans l'accumulateur de pression diminue, jusqu'à de nouveau atteindre la pression voulue. La commande de la valve s'effectue en fonction du besoin en carburant, lequel peut par exemple être déterminé au moyen d'une mesure de la pression de carburant régnant dans l'accumulateur de pression. Lorsque la pression voulue de carburant dans l'accumulateur de pression est franchie vers le bas, les temps de commande, pendant lesquels la valve disposée entre la pompe haute pression et l'accumulateur de pression est ouverte, sont allongés, tandis que, par contre, les temps de commande sont diminués lorsque la pression régnant dans l'accumulateur de pression est trop élevée. Un inconvénient du dispositif d'injection connu décrit ci-dessus réside dans le fait que la valve disposée entre la pompe haute pression et l'accumulateur de pression ne permet pas une commutation aussi dynamique que l'on voudrait. Bien au contraire, la valve présente un temps mort du fait duquel les temps minimaux respectivement d'ouverture et de blocage sont limités vers le bas. C'est pourquoi l'invention a pour but de perfectionner le dispositif d'injection connu décrit ci-dessus dans une mesure telle qu'il soit tenu compte du temps mort de la valve disposée entre la pompe haute pression et l'accumulateur de pression. L'invention a en outre pour but de fournir un procédé correspondant de mise en oeuvre d'un tel dispositif d'injection. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'injection, du type générique défini en introduction, caractérisé en ce que l'unité de commande comprend une unité de comparaison, afin de comparer le temps de commande, calculé en fonction du signal de demande, à une valeur limite inférieure et/ou une valeur limite supérieure et de remplacer le temps de commande, calculé, par une valeur minimale en cas de franchissement vers le bas de la valeur limite inférieure et/ou par une valeur maximale en cas de franchissement vers le haut de la valeur limite supérieure. Dans le même but, l'invention a également pour objet un procédé, du type générique défini en introduction, caractérisé en ce que le temps de commande calculé est comparé à une valeur limite inférieure et/ou une valeur limite supérieure et le temps de commande calculé est remplacé par une valeur minimale en cas de franchissement vers le bas de la valeur limite inférieure et/ou par une valeur maximale en cas de franchissement vers le haut de la valeur limite supérieure. L'invention correspond à l'enseignement technique général consistant à vérifier, en ce qui concerne leur possibilité de réalisation technique, les temps de commande qui sont prévus pour la valve disposée entre la pompe haute pression et l'accumulateur de pression et sont calculés en fonction du besoin en carburant, afin d'avoir l'assurance que ces temps de commande calculés peuvent également être réalisés par la valve compte tenu de sa structure. Pour tenir compte du temps d'ouverture minimal de la valve, le temps de commande de la valve qui est calculé en fonction du besoin en carburant est de préférence comparé à une valeur limite inférieure préfixée et, si la valeur limite est atteinte ou franchie vers le bas, il est remplacé par une valeur minimale préfixée qui peut être techniquement réalisée par la valve. Le double du temps mort de la valve convient de préférence en tant que valeur limite inférieure, mais d'autres valeurs limites sont également possibles. Si le temps de commande calculé en fonction du besoin en carburant franchit vers le bas la valeur limite inférieure préfixée, le temps de commande est de préférence fixé à zéro, mais d'autres valeurs minimales sont également possibles. Pour tenir compte du temps de blocage minimal de la valve qui est imposé par sa structure, le temps de commande calculé en fonction du besoin en carburant est de préférence comparé à une valeur limite supérieure préfixée et, si cette valeur limite supérieure est atteinte ou franchie vers le haut, il est remplacé par une valeur maximale préfixée. La valeur limite supérieure, à laquelle on se réfère sous le nom de valeur de comparaison dans le cas de la comparaison, est de préférence égale à l'intervalle de commande entier soustraction faite du double du temps mort de la valve, mais d'autres valeurs limites sont également possibles. Si la valeur limite supérieure est franchie vers le haut ou atteinte, le temps de commande de la valve, qui est calculé en fonction du besoin en carburant, est de préférence remplacé par l'intervalle de commande entier, de sorte que la valve est ouverte d'une manière continue pendant cet intervalle de commande, ce qui entraîne un acheminement maximal de carburant. Le dispositif d'injection conforme à l'invention peut aussi présenter une ou plusieurs des particularités suivantes : - la valve présente un temps mort, la valeur limite inférieure (TMIN) dépendant du temps mort de la valve, - la valeur limite inférieure (TMIN) est sensiblement égale au double du temps mort (Ttot) de la valve, - la valeur minimale est égale à zéro, - la valve présente un temps mort, la valeur limite supérieure (T MAX) dépendant du temps mort de la valve, - la commutation de la valve a chaque fois lieu d'une manière cyclique pendant un intervalle de commande préfixé, la valeur limite supérieure (TMAX) étant sensiblement égale à l'intervalle de commande (Tsl) soustraction faite du double du temps mort (Ttot) de la valve, - la commutation de la valve a chaque fois lieu d'une manière cyclique pendant un intervalle de commande (Tsl) préfixé, la valeur maximale étant égale à l'intervalle de commande. Le procédé conforme à l'invention peut également présenter une ou plusieurs des particularités suivantes : - la valve présente un temps mort, la valeur limite inférieure dépendant du temps mort de la valve, - la valeur limite inférieure est sensiblement égale au double du temps mort de la valve, - la valeur minimale est égale à zéro, - la valve présente un temps mort, la valeur limite supérieure dépendant du temps mort de la valve, - la commutation de la valve a chaque fois lieu d'une manière cyclique pendant un intervalle de commande préfixé, la valeur limite supérieure étant sensiblement égale à l'intervalle de commande soustraction faite du double du temps mort de la valve, - la commutation de la valve a chaque fois lieu d'une manière cyclique pendant un intervalle de commande préfixé, la valeur maximale étant égale à l'intervalle de commande. D'autres développements avantageux de l'invention ressortiront de la description d'un exemple préféré de réalisation de l'invention qui est faite en regard des dessins annexés. On voit : à la figure 1, un dispositif d'injection conforme à l'invention, à la figure 2, sous forme de schéma-blocs, l'unité de commande du dispositif d'injection représenté à la figure 1, qui sert à commander la valve de dérivation, aux figures 3a, 3b, sous forme d'ordinogramme, le procédé de mise en oeuvre du dispositif d'injection représenté à la figure 1 et, à la figure 4, un graphe en fonction du temps servant à illustrer la commande de la valve. Le dispositif d'injection à rampe commune représenté à la figure 1 comprend, pour l'acheminement de carburant à partir d'un réservoir de carburant 1, une pompe basse pression 2 qui est entraînée mécaniquement par un arbre d'entraînement 3 accouplé mécaniquement au moteur à combustion interne. En variante, la pompe basse pression 2 peut également être entraînée par un moteur électrique. Pour la régulation de pression dans la zone à basse pression, il est prévu, disposé à la suite de la pompe basse pression 2, un régulateur de pression 4 qui, lorsqu'une pression maximale préfixée est franchie vers le haut ou dépassée, dérive une partie du flux de carburant refoulé par la pompe basse pression 2 et le renvoie dans le réservoir de carburant 1. Par contre, lors d'un franchissement vers le bas de la pression voulue de carburant, il n'est pas envoyé de carburant par le régulateur de pression 4 dans le réservoir de carburant 1, afin que la pression voulue soit établie le plus rapidement possible par la pompe basse pression 2. Une pompe haute pression 5 est disposée à la suite, en aval, de la pompe basse pression 2, cette pompe haute pression produisant la pression de carburant nécessaire pour l'injection du carburant dans les chambres de combustion du moteur et l'envoyant à un accumulateur de pression 8 par l'intermédiaire d'une valve de dérivation 6 et d'une valve antiretour 7. L'accumulateur de pression 8 est lui-même relié à quatre injecteurs qui ne sont représentés au dessin que schématiquement et qui injectent le carburant dans les chambres de combustion du moteur. La valve de dérivation 6 peut être manoeuvrée au choix dans une position de passage ou dans une position de blocage, le flux de carburant de la pompe haute pression 5 vers l'accumulateur de pression 8 étant libéré dans la position de passage de la valve de dérivation 6, tandis que, par contre, dans la position de blocage de la valve de dérivation, le flux de carburant refoulé par la pompe haute pression 5 est renvoyé par l'intermédiaire d'une conduite de retour 9 vers la zone de basse pression du dispositif d'injection. De cette manière, la valve de dérivation 6 permet une commande de la pression dans l'accumulateur de pression 8. Lorsque la pression voulue dans l'accumulateur de pression 8 est franchie vers le haut, la valve de dérivation 6 est commutée dans la position de blocage, afin qu'il ne soit pas refoulé plus de carburant dans l'accumulateur de pression 8, de sorte que la pression de carburant diminue. Par contre, lorsque la pression voulue de carburant est franchie vers le bas, la valve de dérivation est commutée dans la position de passage, afin que le flux de carburant puisse passer de la pompe haute pression 5 vers l'accumulateur de pression 8, de sorte que la pression de carburant croît. En variante à l'agencement représenté au dessin, la conduite de retour 9 peut également déboucher directement dans le réservoir de carburant 1. La commande de la valve de dérivation 6 s'effectue au moyen d'une unité de commande 10 qui, du côté entrée, est reliée à un capteur de pression 11 qui mesure la pression de carburant P régnant dans l'accumulateur de pression 8 pour permettre la régulation de la pression de carburant. En outre, l'unité de commande 10 est reliée à un capteur de vitesse de rotation 12 qui mesure la vitesse de rotation n de l'arbre d'entraînement 3. On va décrire ci-après, à l'aide du schéma-blocs représenté à la figure 2, le fonctionnement de l'unité de commande 10 qui est présenté sous forme d'un ordinogramme aux figures 3a et 3b. La différence AP entre la pression de carburant actuelle PIST et la pression de carburant voulue PSOLL est d'abord calculée par un soustracteur 13. Ensuite, en fonction de l'écart de pression AP, le débit de carburant voulu FSOLL est calculé par une unité de calcul 14, ce débit de carburant étant alors comparé par une unité de comparaison 15 à la valeur zéro qui est conservée en mémoire dans un élément de référence 16. Cette comparaison sert uniquement à calculer la valeur absolue du débit de carburant voulu FSOLL à l'exclusion du signe, de sorte que c'est en général le débit de carburant voulu FSOLL qui apparaît à la sortie de l'unité de comparaison 15. Par ailleurs, l'unité de commande 10 comprend un capteur de température 17 qui est relié du côté sortie à une unité de calcul 18 au moyen de laquelle le débit maximal de carburant FMA) pouvant être refoulé est calculé en fonction de la température T. Le débit voulu de carburant FSOLL apparaissant à la sortie de l'unité de comparaison 15 et le débit maximal de carburant FMA) pouvant être refoulé qui apparaît à la sortie de l'unité de calcul 18 sont l'un et l'autre envoyés à une autre unité de comparaison 19 qui calcule la valeur minimale kr à partir de ces deux valeurs. La valeur minimale ki est envoyée à une unité de calcul 20 qui est reliée du côté entrée à l'unité de calcul 18 et calcule le quotient k2 de la valeur minimale ki et du débit maximal de carburant FMAX pouvant être refoulé. L'unité de commande 10 comprend en outre une unité de calcul 21 qui est reliée du côté entrée au capteur de vitesse de rotation 12 et calcule ce qu'il est convenu d'appeler le pas de temps TSEG en fonction de la vitesse de rotation n. Par ailleurs, le temps mort Ttot de la valve de dérivation 6 qui est imposé par sa structure est conservé en mémoire dans l'unité de commande 10 dans un élément de référence 22, ce temps mort Ttot et le pas de temps TSEG étant envoyés à une unité de calcul 23 qui calcule le quotient k3 du temps mort Ttot et du pas de temps TSEG et l'envoie à une unité de comparaison 24. Du côté sortie, l'unité de calcul 23 est reliée à un soustracteur 25 qui calcule la différence k4 de la valeur de référence 1, conservée en mémoire dans un élément de référence 26, et du quotient k3 et l'envoie en tant que valeur k4 à une unité de comparaison 27. L'unité de comparaison 27 vérifie donc si la grandeur du temps de commande de la valve de dérivation 6 est ou non telle que le temps de blocage de cette valve qui subsiste dans l'intervalle de commande Ts ! ne peut plus être réalisé par celle-ci du fait de sa structure. Cela est le cas lorsque la valeur k2 est inférieure à la valeur k4. Dans ce cas, l'unité de comparaison 27 commande un commutateur 28, disposé à la suite, de manière que celui-ci délivre du côté sortie le débit maximal de carburant FMAX qui est appliqué du côté entrée au commutateur. Contrairement à cela, l'unité de comparaison 24 vérifie si le temps de passage (temps de commande) de la valve de dérivation 6 qui est calculé en fonction du besoin en carburant franchit ou non vers le bas le temps de passage minimal imposé par sa structure. A cet effet, l'unité de comparaison 24 compare la valeur k2 appliquée du côté entrée à la valeur k3 également appliquée du côté entrée et, si la valeur de k2 est supérieure à la valeur de k3, cette unité de comparaison 24 commande un commutateur 29, disposé à la suite, d'une manière telle que celui-ci sélectionne la valeur zéro appliquée du côté entrée et conservée en mémoire dans un élément de référence 30 et la fournit du côté sortie. On décrit ensuite d'abord le cas dans lequel le commutateur 28 sélectionne le débit maximal de carburant FMAX pouvant être refoulé, tandis que, par contre, le commutateur 29 sélectionne le signal de sortie de ce commutateur 28. Dans ce cas, le débit de carburant maximal FMAX pouvant être refoulé, la valeur 100 conservée en mémoire dans un élément de référence 32 ainsi que le débit maximal de carburant FMAX pouvant être refoulé sont appliqués à la première entrée d'une unité de calcul 31 connectée à la suite, de sorte que l'unité de calcul forme le produit du débit maximal de carburant FMAX pouvant être refoulé et de la valeur 100, puis le divise par le débit maximal de carburant FMA) pouvant être refoulé, si bien que la valeur r = 100 apparaît à la sortie de l'unité de calcul 31. Ceci signifie que le temps de commande de la valve de dérivation 6 vaut 100% de la durée de l'intervalle de commande T SI, c'est-à-dire que cette valve 6 est ouverte d'une manière continue. On décrit ci-après le cas dans lequel le commutateur 29 sélectionne du côté entrée l'élément de référence 30, de sorte que r = 0 apparaît à la sortie de l'unité de calcul 31, ce qui signifie que la valve de dérivation 6 est fermée pendant tout l'intervalle de commande Tsl. Des états de transition quelconques sont possibles entre les deux valeurs précédemment décrites, états de transition qui résultent de la relation existant entre le débit de carburant voulu FSOLL et le débit maximal de carburant FMA) pouvant être refoulé et qui entraînent des valeurs différentes de r. La commande proprement dite de la valve de dérivation 6 s'effectue au moyen d'un générateur d'impulsions 33 connecté à la suite qui, dans chaque intervalle de commande Ts ; et d'une manière correspondant à la valeur de r, produit chaque fois un niveau bas ou haut et commute ainsi la valve de dérivation 6 soit dans la position de passage, soit dans la position de blocage, ainsi que cela ressort du graphe en fonction du temps représenté à la figure 4 qui est présenté à titre d'exemple. L'invention ne se limite pas, dans sa réalisation, aux exemples préférés de réalisation indiqués précédemment. Bien au contraire, il est possible d'imaginer un certain nombre de variantes qui utilisent également la solution représentée dans le cas de réalisations d'une autre nature dans le principe. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'injection, pour moteur à combustion interne, comprenant : une pompe (5), servant à acheminer le carburant, un accumulateur de pression (8), disposé à la suite, en aval, de la pompe (5) et servant à accumuler le carburant à injecter, une valve (6) pouvant être commandée, disposée entre la pompe (5) et l'accumulateur de pression (8) et présentant une position de passage et une position de blocage, et une unité de commande (10) servant à la commutation alternée de la valve (6) dans la position de passage et la position de blocage, l'unité de commande (10) comportant une entrée de signal, destinée à recevoir un signal de demande (ist) reproduisant le besoin en carburant, et une unité de calcul servant à calculer des temps de commande (r) pour la valve (6) en fonction du signal de demande, caractérisé en ce que l'unité de commande (10) comprend une unité de comparaison (24,27), afin de comparer le temps de commande, calculé en fonction du signal de demande (PIST), à une valeur limite inférieure et/ou une valeur limite supérieure et de remplacer le temps de commande calculé, par une valeur minimale (TMIN) en cas de franchissement vers le bas de la valeur limite inférieure et/ou par une valeur maximale (TMAX) en cas de franchissement vers le haut de la valeur limite supérieure. 2. Dispositif d'injection suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la valve (6) présente un temps mort, la valeur limite inférieure (IMIN) dépendant du temps mort de la valve. 3. Dispositif d'injection suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la valeur limite inférieure (TMIN) est sensiblement égale au double du temps mort (Ttot) de la valve (6). 4. Dispositif d'injection suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la valeur minimale est égale à zéro. 5. Dispositif d'injection suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la valve (6) présente un temps mort, la valeur limite supérieure (T MAX) dépendant du temps mort de la valve (6). 6. Dispositif d'injection suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la commutation de la valve (6) a chaque fois lieu d'une manière cyclique pendant un intervalle de commande préfixé, la valeur limite supérieure (TMAX) étant sensiblement égale à l'intervalle de commande (Tsi) soustraction faite du double du temps mort (Ttot) de la valve (6). 7. Dispositif d'injection suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la commutation de la valve (6) a chaque fois lieu d'une manière cyclique pendant un intervalle de commande (TSI) préfixé, la valeur maximale étant égale à l'intervalle de commande. 8. Procédé de mise en oeuvre d'un dispositif d'injection suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, comportant les opérations consistant : à calculer le temps de commande à partir du signal de demande reproduisant le besoin en carburant, à commuter la valve (6) dans la position de passage pour la durée du temps de commande et, une fois le temps de commande écoulé, à commuter la valve (6) dans la position de blocage pour le temps restant d'un intervalle de commande préfixé, caractérisé en ce que le temps de commande calculé est comparé à une valeur limite inférieure et/ou une valeur limite supérieure et le temps de commande calculé est remplacé par une valeur minimale en cas de franchissement vers le bas de la valeur limite inférieure et/ou par une valeur maximale en cas de franchissement vers le haut de la valeur limite supérieure. 9. Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que la valve (6) présente un temps mort, la valeur limite inférieure dépendant du temps mort de la valve. 10. Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que la valeur limite inférieure est sensiblement egale au double du temps mort de la valve (6). 11. Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce que la valeur minimale est égale à zéro. 12. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que la valve (6) présente un temps mort, la valeur limite supérieure dépendant du temps mort de la valve (6). 13. Procédé suivant la revendication 12, caractérisé en ce que la commutation de la valve (6) a chaque fois lieu d'une manière cyclique pendant un intervalle de commande préfixé, la valeur limite supérieure étant sensiblement égale à l'intervalle de commande soustraction faite du double du temps mort de la valve (6). 14. Procédé d'injection suivant l'une quelconque des revendications 8 à 13, caractérisé en ce que la commutation de la valve (6) a chaque fois lieu d'une manière cyclique pendant un intervalle de commande préfixé, la valeur maximale étant égale à l'intervalle de commande.