Brevet FR2833654A1 — publié le 20030620

Procédé de commande d'injecteur. L'invention concerne un procédé de commande d'injecteur, en particulier pour les moteurs à rampe commune sous haute pression. On connaît des injecteurs de carburant pour les moteurs, alimentés par une rampe commune sous une pression de source Ps très haute, par exemple sous 1600 bars. Dans ces injecteurs, une aiguille comporte une extrémité conique et coopère avec un siège pour obturer ou libérer le passage du carburant vers un gicleur. Dans un mode particulier de réalisation, tel que dévoilé par le document WO 00/55490, le mouvement de l'aiguille est commandé par une différence de pression axiale exercée par le carburant sur des surfaces de l'aiguille. Plus précisément, l'aiguille comporte une collerette du côté de l'extrémité conique, la collerette et une partie de l'extrémité conique de l'aiguille étant soumises à la pression du carburant avant le passage dans le gicleur. Par ailleurs, l'autre extrémité de l'aiguille est soumise à la pression du carburant régnant dans une dérivation en provenance d'un tube issu de la rampe commune pour l'amenée du carburant. La dérivation communique avec le tube par un orifice restreint. De plus, une vanne permet de relier sur commande la dérivation à une canalisation de retour du carburant. Ainsi, lorsque la vanne est ouverte, une fuite de carburant est établie entre le tube et la canalisation. Du fait de l'orifice restreint, la pression dans la dérivation chute à un niveau nettement inférieur à celle dans le tube. La force résultante de cette pression sur l'aiguille diminue donc et l'équilibre des forces sur la collerette et sur l'extrémité de l'aiguille est modifié de telle sorte que, après un délai de commutation après l'ouverture de la vanne, l'aiguille quitte le siège. Le passage du carburant est donc possible et l'injection a lieu. Lorsque la vanne se referme, la fuite est arrêtée et la pression dans la dérivation remonte et provoque le mouvement de l'aiguille contre le siège, ce qui termine l'injection de carburant. Lorsque l'on souhaite augmenter la quantité de carburant injecté, il est possible d'augmenter simplement la durée d'injection. Cependant, cette durée est limitée par des considérations sur les conditions d'injection. En effet, le carburant doit être injecté quand le piston est au point mort haut, sans trop s'étendre pendant la phase de détente. Il est alors envisageable d'augmenter la pression d'injection. Pour cela, la solution la plus évidente est d'augmenter la pression de source délivrée par la capacité de la pompe d'injection alimentant la rampe commune. Cependant, cette augmentation de capacité augmente singulièrement le coût d'un tel équipement. Il est encore envisageable d'augmenter la taille de l'orifice de l'injecteur. Cependant, la qualité de la pulvérisation du carburant dans ce cas est moins bonne et conduit à une baisse des prestations de dépollution. C'est donc un objectif de l'invention d'augmenter la quantité de carburant injecté sans modifier la pression de source délivrée par la pompe d'injection ni la durée de l'injection. Avec cet objectif en vue, l'invention a pour objet un procédé de commande d'un dispositif d'injection de carburant, le dispositif comportant un injecteur de carburant, un tube pour alimenter l'injecteur en carburant, une aiguille mobile entre une position d'ouverture et une position de fermeture de l'injecteur, une vanne commandant une fuite de carburant pour faire chuter une pression de commande de l'aiguille en dessous d'un seuil de pression de commutation, le tube étant alimenté en carburant sous une pression de source, caractérisé en ce que : en dehors des phases d'injection, on pilote de courtes ouvertures de la vanne à une fréquence d'excitation pour créer un phénomène oscillatoire de la pression dans le tube autour de la pression de source, la durée des ouvertures étant inférieure à un délai prédéterminé nécessaire pour que la pression de commande atteigne la pression de commutation, - on pilote le début de l'injection du carburant à un instant où la pression dans le tube est croissante et supérieure à la pression de source. L'ouverture de la vanne en dehors de la phase d'injection crée un débit de fuite à travers le tube et une chute de pression. Une onde est ainsi créée et se propage dans le carburant contenu dans le tube, selon la célérité caractéristique du carburant. L'onde est réfléchie au raccord du tube sur la rampe commune et revient vers l'injecteur. En excitant ces oscillations en phase avec la fréquence propre du carburant contenu dans une ligne hydraulique comprenant le tube, le phénomène oscillatoire est créé et amplifié jusqu'à une amplitude dont la limite est déterminée par la viscosité du fluide et les pertes d'énergie par amortissement du mouvement. L'injection est réalisée sur une période pendant laquelle la pression est plus souvent supérieure à la pression de source qu'inférieure, et donc la moyenne de la pression dans le tube est supérieure à celle qui serait présente sans le phénomène oscillatoire. Pour une durée d'injection déterminée, le débit de carburant obtenu est donc également supérieur en mettant en oeuvre le procédé de l'invention. La fréquence d'excitation est de préférence une fréquence sous-multiple de la fréquence de résonance du dispositif comprenant le tube. Avantageusement, la fréquence d'excitation est la fréquence de résonance. La mise en résonance est alors la plus rapide. De manière préférentielle, la durée d'injection s'étend sur un nombre impair de demi-périodes d'oscillation de la pression dans le tube, la pression étant supérieure à la pression de source pendant la première demi-période. Ainsi, le nombre de demi-périodes pendant lesquelles la pression est supérieure à la pression de source dépasse d'une unité le nombre de demi-périodes pendant lesquelles la pression est inférieure à la pression de source. La durée d'injection étant prédéterminée, la longueur du tube sera déterminée pour ajuster la fréquence de résonance et pour que la durée d'injection coïncide avec un nombre impair de demi-périodes. De manière plus particulière encore, la durée d'injection s'étend sur trois demi-périodes. Il s'agit d'un bon compromis entre la longueur du tube et la pression moyenne résultante. Pour obtenir que l'injection ne dure qu'une demi-période, il faut abaisser la fréquence de résonance en augmentant la longueur du tube, d'une manière qui n'est plus réaliste. Par contre, en augmentant la fréquence de résonance et le nombre de demi-périodes pendant l'injection, le gain selon le procédé est moindre. Avantageusement, on pilote les petites ouvertures de la vanne à partir d'un instant précédant l'injection d'une durée prédéterminée comportant un nombre entier de périodes pleines et augmentée d'une demi-période. Ainsi, comme la première demi-période est une phase de chute de pression, la pression est en phase de croissance et supérieure à la pression de source à l'instant de début de l'injection. Grâce à cette caractéristique, le début de l'injection a lieu à un instant choisi. L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est un diagramme temporel des commandes de la vanne et l'injection selon l'invention ; - la figure 2 est un diagramme temporel de la pression dans l'injecteur après l'établissement du phénomène oscillatoire ; la figure 3 est un diagramme temporel de la pression dans l'injecteur pendant l'injection selon l'art antérieur et selon l'invention ; la figure 4 est un diagramme temporel de la comparaison des pressions selon le diagramme de la figure 3. Le procédé de commande selon l'invention est mis en oeuvre sur un dispositif identique à celui de l'art antérieur, décrit précédemment. Seul le fonctionnement est modifié. La description du dispositif n'est pas répétée ici. Selon le procédé de l'invention, de petites ouvertures de la vanne sont commandées à une fréquence qui est la fréquence de résonance du carburant contenu dans la ligne hydraulique qui s'étend depuis le raccordement du tube sur la rampe jusqu'à l'aiguille de l'injecteur. La fuite créée laisse s'échapper du carburant, qui retourne au réservoir par la canalisation de retour. La fréquence de résonance est déterminée essentiellement par les caractéristiques géométriques de la ligne hydraulique, en particulier sa longueur, et les caractéristiques du carburant, en particulier la célérité du son dans le carburant. La durée des ouvertures est inférieure au délai de commutation, de telle sorte que l'ouverture de l'injecteur n'est pas commandée. A titre d'exemple, lorsque le moteur fonctionne à 4000 tr/min, pour un cylindre donné, une injection est réalisée à des intervalles de 30 ms. La fréquence de résonance est de l'ordre de 1000 HZ, et la durée d'ouverture est de 100 à 200 s. Ces valeurs correspondent à une géométrie et des caractéristiques classiques d'un système d'injection. La figure 1 montre un diagramme dont une courbe 1 figure l'ouverture de l'injecteur, et une courbe 2 montre l'ouverture de la vanne. A chaque ouverture de la vanne, une onde de dépression est créée dans la ligne hydraulique. Cette onde oscille dans le tube et est amplifiée à chaque ouverture de la vanne. Après 8 à 10 ouvertures de la vanne, on constate que le maximum d'amplitude des oscillations est atteint. La phase d'établissement du phénomène oscillatoire dure de l'ordre de 8 à 10 ms. Le début d'une phase d'injection est synchronisé avec les oscillations pour que l'ouverture de l'aiguille soit effectuée lorsque la pression dans le tube est croissante et supérieure à la pression de source Ps. Sur la figure 2, la pression P dans l'injecteur en aval de l'aiguille est représentée en fonction d'une échelle de temps T qui s'étend d'une période avant le début théorique de l'injection Ti et jusqu'après la fin théorique de l'injection Tf. La pression représentée par la courbe 10 est la pression qui règne dans l'injecteur en l'absence d'injection, après l'installation du phénomène oscillatoire. Un segment 11 s'étend de l'instant Ti à l'instant Tf pour symboliser la durée Di de l'injection. On remarque que le segment 11 s'étend sur trois demi-périodes du phénomène oscillatoire de la pression P. Avec les valeurs numériques citées précédemment, cette durée est de l'ordre de 1,5 ms. Le graphique de la figure 3 permet de mettre en évidence les pressions P dans l'injecteur avec ou sans le phénomène oscillatoire. La courbe 22 montre la pression P présente classiquement sans le phénomène oscillatoire, tandis que la courbe 20 montre la pression avec la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La courbe 22 présente un palier 220 à la pression de source Ps, par exemple 1600 bars, jusqu'à un instant Tv où la vanne de commande s'ouvre. La pression P chute légèrement jusqu'à l'instant Ti où l'aiguille passe de la position de fermeture à la position d'ouverture et permet l'injection de carburant. Le délai de commutation est donc la différence Ti-Tv. L'injection se poursuit jusqu'à l'instant Tf où l'aiguille passe de la position d'ouverture à la position de fermeture pour arrêter l'injection de carburant. La pression dans le tube remonte au-dessus de la pression de source Ps à cause du coup de bélier qui se produit à la fermeture de l'injecteur par l'aiguille. Par comparaison, la courbe 20 présente une oscillation avant que l'aiguille ne passe en position d'ouverture à l'instant Ti. A cet instant, la pression P est en phase de croissance et atteint la pression de source Ps. La pression chute également pendant l'injection de carburant, mais moins rapidement que dans le cas précédent. L'aiguille repasse en position de fermeture également à l'instant Tf. La comparaison entre les courbes 20 et 22 est mise en évidence sur le graphique de la figure 4, sur lequel on a représenté la courbe 30 représentant la différence DP entre la courbe 20 et la courbe 22. Des oscillations apparaissent jusqu'à l'instant Ti. Pendant la phase d'injection, représentée par le segment 11, la différence de pression DP présente également des oscillations sur trois demi-périodes, même si ces oscillations sont plus faibles que celles présentes avant le début de l'injection Ti. Sur la période d'injection, on constate que la valeur moyenne de la différence de pression DP est positive. En effet, celle-ci est liée à la différence entre les surfaces 31,33 comprises entre la courbe 30 et audessus l'axe des abscisses, et la surface 32 comprise entre la courbe 30 et au-dessous l'axe des abscisses. La somme des surfaces 31 et 33 est nettement plus importante que la surface 32. On en conclut aisément que la pression moyenne pendant la phase d'injection est supérieure dans le cas de l'application du procédé qu'en son absence. La quantité de carburant injectée est donc supérieure. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un dispositif d'injection de carburant, le dispositif comportant un injecteur de carburant, un tube pour alimenter l'injecteur en carburant, une aiguille mobile entre une position d'ouverture et une position de fermeture de l'injecteur, une vanne commandant une fuite de carburant pour faire chuter une pression de commande de l'aiguille en dessous d'un seuil de pression de commutation, le tube étant alimenté en carburant sous une pression de source (Ps), caractérisé en ce que : en dehors des phases d'injection, on pilote de courtes ouvertures de la vanne à une fréquence d'excitation pour créer un phénomène oscillatoire de la pression dans le tube autour de la pression de source (PS), la durée des ouvertures étant inférieure à un délai prédéterminé nécessaire pour que la pression de commande atteigne la pression de commutation, on pilote le début de l'injection du carburant à un instant (Ti) où la pression dans le tube est croissante et supérieure à la pression de source (Ps). 2. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fréquence d'excitation est une fréquence sous-multiple de la fréquence de résonance du dispositif comprenant le tube. 3. Procédé de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fréquence d'excitation est la fréquence de résonance. 4. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que la durée d'injection (Di) s'étend sur un nombre impair de demi-périodes d'oscillation de la pression dans le tube, la pression étant supérieure à la pression de source (Ps) pendant la première demi-période. 5. Procédé de commande selon la revendication 4, caractérisé en ce que la durée d'injection (Di) s'étend sur trois demi-périodes. 6. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on pilote les ouvertures de la vanne à partir d'un instant précédant l'injection d'une durée prédéterminée comportant un nombre entier de périodes pleines et augmentée d'une demi-période. 7. Dispositif d'injection de carburant comportant au moins un injecteur et une unité de commande des injecteurs, l'unité de commande comportant des moyens pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 6.