Brevet FR2835286A1 — publié le 20030801

l'avance à l'allumage. DESCRIPTION La présente invention se rapporte à un dispositif et un procédé pour commander un injecteur de carburant. En particulier, l'invention se rapporte à un dispositif et un procédé pour commander la quantité et le débit du carburant à injecter dans un moteur à combustion interne. Les injecteurs de carburant utilisent habituellement un électroaimant qui commande une armature. Lorsqu'un courant est appliqué à l'électroaimant, un champ magnétique est crcé, lequel relève l'armature en s'opposant à un ressort et aux forces de pression du carburant, et permet au carburant de s'écouler. Lorsque le courant est retiré, l'armature revient à une position fermoe grâce à la sollicitation du ressort et l'écoulement du carburant est arrêté. Le temps d'ouverture et le temps de fermeture de l'injecteur de carburant sont des paramètres importants dans les stratogies d'injection de carburant. Des temps d'ouverture et de fermeture courts crcent une plage d'écoulement linéaire plus longue. Une plage d'écoulement linéaire plus longue résulte en une vitesse de ralenti inférieure, une stabilité au ralenti améliorée, des économies de carburant lors d'une décélération, une commande de carburant plus précise à de faibles charges, et une réduction des émissions d'hydrocarbures. Les procédés antérieurs de raccourcissement du temps de réponse d'un injecteur ont tenté de réduire la résistance électrique de la bobine de l'électroaimant, ou d'augmenter la tension appliquée à l'électroaimant. Une résistance inférieure pour une bobine de taille donnée, résulte cependant en une forme magnétique inférieure, ce qui réduit l'efficacité de l'électroaimant. L'augmentation de la tension impose l'utilisation d'un convertisseur continu-continu ce qui augmente les coûts. En outre, la tension supérieure crce et dissipe davantage de chaleur dans l'électronique locale. Pour cette rai son, le dispositif ne peut pas étre intégré dans d' autres dispo sitifs électroniques. D'autres dispositifs préchargeaient (ou prémagnétisaient) l'électroaimant avec un courant qui est en dessous du courant qui peut déplacer l'armature. Ce courant de précharge réduit le temps requis pour que le courant dans l'électroaimant augmente jusqu'à un niveau d'ouverture. Certains dispositifs appliquent un courant de bas niveau constant à l'électroaimant. Cette stratégie réduit le temps d'ouverture mais réduit également la force de fermeture efficace du ressort, et augmente donc la possibilité d'une fausse ouverture due à une forte contre-pression durant la combustion et une fuite. Cette stratégie impose une forte consommation d'énergie. D'autres dispositifs de précharge n'appliquent pas de courant en continu, mais appliquent à la place un courant de précharge pendant un temps limité avant une ouverture. Ces dispositifs imposent souvent des circuits coûteux pour une commande en boucle fermée du courant de précharge et ne sont pas optimisés pour minimiser l'utilisation du courant. Pour cette raison, un dispositif et un procédé économiques et rapides sont nécessaires pour minimiser le temps d'ouverture et réduire la consommation d'énergie sans certains des inconvénients décrits ci-dessus. En réponse à cette nécessité, la présente invention propose tout d'abord un système de commande d'injecteur de carburant destiné à étre utilisé dans un moteur à combustion interne d'un véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend: un électroaimant, une armature montée de façon adjacente audit électroaimant afin de commander la quantité de carburant pénétrant dans ledit moteur à combustion interne, un ressort relié de façon fonctionnelle ou opérationnelle à ladite armature qui maintient ladite armature en position fermée lorsqu'une force magnétique générce par ledit électroaimant n'est pas suffisante pour surmonter une force de sollicitation dudit ressort, un circuit électriquement relié audit électroaimant qui fournit sélectivement un courant de précharge avec une intensité nominalement en dessous d'une intensité nécessaire pour déplacer ladite armature pendant un intervalle de temps suffisant pour fai re atteindre un pal i er au nive au du co urant de pré charge, un c o urant d' ouv erture de valve ou de pointeau présentant une intensité bien au-dessus d'une intensité nécessaire pour déplacer l'armature, pendant un intervalle de temps suffisant pour assurer une pleine ouverture, et un courant de maintien présentant une intensité nominalement au-dessus d'une intensité nocessaire pour que ladite armature revienne à ladite position ferrnée pendant un intervalle de temps suffisant pour fournir du carDurant audit moteur, un contrôleur en communication électrique avec ledit circuit pour commander le temps et la durée de l'application desdits courants par ledit circuit, et une source de tension en communication électrique avec ledit circuit afin de fournir audit circuit diverses tensions pour obtenir lesdits divers niveaux de courant à l'intérieur de la bobine de l'électroaimant. Selon une première caractéristique de l'invention, ladite source de tension fournit une tension environ égale à la tension de fonctionnement dudit véhicule ou proche de celle-ci. Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite armature est située à l'intérieur dudit électroaimant. L'invention a également pour objet un procédé de commande d'un courant dans un électroaimant pour déplacer une armature d'un injecteur de carburant entre une position d'ouverture et une position de fermeture dans un système de commande d'injecteur de carburant, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: appliquer un courant de précharge audit électroaimant à un niveau qui ne déplace pas l'armature pendant un intervalle de temps suffisant pour faire atteindre un palier au courant de précharge, appliquer un courant d'ouverture de pointeau ou de valve qui est bien supérieur audit courant de précharge et présente une limite supérieure suffisante pour déplacer complètement ladite arrnature jusqu'à une position ouverte, pendant un intervalle de temps suffisant pour assurer une pleine ouverture, appliquer un courant de maintien de pointeau ou de valve qui est inférieur audit courant d'ouverture de pointeau et audit courant de précharge pendant un intervalle de temps suffisant pour fournir du carburant audit moteur à combustion interne, supprimer le courant, en perrnettant que ladite armature revienne à ladite position de fermeture. Enfin, l'invention concerne aussi un dispositif destiné à commander un courant dans un électroaimant pour déplacer une armature d'un injecteur de carburant entre une position d'ouverture et une position de fermeture dans un système de commande d'injecteur de carburant, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend: un moyen destiné à appliquer un courant de précharge audit électroaimant à un niveau qui ne déplace pas ladite arrnature pendant un intervalle de temps suffisant pour faire atteindre un palier audit courant de précharge, un moyen destiné à appliquer un courant d'ouverture de pointeau ou de valve qui est bien supérieur audit courant de précharge et présente une limite supérieure suffisante pour déplacer complètement ladite armature jusqu'à une position ouverte, pendant un intervalle de temps suffisant pour fournir du carburant audit moteur à combustion interne, et un moyen destiné à supprimer le courant, en permettant que ladite armature revienne à ladite position de fermeture. Dans un mode de réalisation de l'invention, une source de tension est prévue. La source de tension est électriquement reliée à un circuit d'attaque destiné à limiter le courant allant de la source de tension à un électroaimant d'iniecteur. Un contrôleur de moteur est relié au circuit et impose le cadencement et la durée qu'exécute le circuit pour chaque injecteur. Le circuit détermine la forme d'onde de limitation de courant de l'électroaimant d'injecteur. Lorsque l'impulsion de tension d'attaque est émise vers la bobine de l'électroaimant, le courant commence à s'accumuler dans la bobine et crée un champ magnétique. Une armature est située à l'intérieur de l'injecteur en tant que partie du circuit magnétique de l'électroaimant et présente un mince entreter axial avec la partie restante du circuit magnétique de l'électroaimant. L'armature se déplace vers la face du pôle de sa contrepartie pour retermer l'entreter en réponse au flux magnétique. Le mouvement de l'armature impose le relèvement du pointeau de l'injecteur qui commande la quantité de carburant qui s'écoule dans le moteur à combustion interne. Lorsqu'un flux magnétique n'est pas appliqué, un ressort maintient l'armature à une position fermée, empêchant l'écoulement du carburant. Dans un second mode de réalisation de l'invention, un procédé de commande d'un courant dans une bobine d'électroaimant pour déplacer une armature dans un injecteur de carburant est fourni. Le procédé applique un courant de précharge à un niveau qui ne déplace pas l'armature pendant un intervalle de temps jusqu'à ce que le niveau du courant de précharge soit obtenu et stabilisé. Le procédé applique alors un courant d'ouverture de pointeau qui est supérieur au courant de précharge et présente une limite supérieure suff sante pour déplacer complètement ladite armature. Ensuite, un courant de maintien de pointeau est appliqué, lequel est inférieur au courant d'ouverture de pointeau et au courant de précharge mais juste suffisant pour maintenir l'armature à sa position complètement ouverte. Enfin, tout le courant est supprimé, permettant que l'armature se referme. Dans un autre mode de réalisation de cette invention, divers moyens sont prévus pour appliquer un courant de précharge, un courant d'ouverture de pointeau, et un courant de maintien pour l 'ensemble d'armature et d' électroaimant. D'autres systèmes, procédés, caractéristiques et avantages de l'invention seront ou deviendront évidents pour l'homme de l'art lors de l'examen des figures et de la description détaillée suivantes. La totalité de tels systèmes supplémentaires, procédés, caractéristiques et avantages sont prévus être inclus dans cette description, dans la portée de l'invention. L'invention peut être mieux comprise en faisant rétérence aux fgures et à la description détaillée suivantes. Les composants des figures ne sont pas nécessairement à l'échelle, l'accent étant placé sur l'illustration des principes de l'invention. En outre, des références numériques identiques sur les figures désignent des parties correspondantes sur toutes les diverses vues. La figure 1 est un schéma simplifié d'un mode de réalisation prétéré d'un dispositif destiné à précharger un électroaimant d'injecteur de carburant, conformément à la présente invention, La figure 2 est une vue latérale de l'armature d'électroaimant de la figure 1 et d'une ouverture de cylindre, conforme à la présente invention, La figure 3 illustre un organigramme du procédé utilisé pour précharger un électroaimant d'injecteur de carburant, conformément à un autre mode de réalisation de la présente invention, La figure 4 est un schéma du courant d'électroaimant durant un cycle de fonctionnement, conformément à l'invention, et La figure 5 illustre un graphe représentant le fonctionnement comparatif de l'injecteur de carburant de la présente invention et d'un injecteur de carburant utilisant une haute tension. L'invention sera décrite en liaison avec un moteur à combustion interne dans lequel un injecteur actionné par un électroaimant commande l'écoulement du carburant dans un cylindre du moteur. La figure 1 décrit un système de commande 100 pour le courant appliqué à une bobine d'électroaimant 140. La tension pour l'électroaimant 140 est fournie par une alimentation de tension 1 10. Dans le mode de réalisation prétéré, l'alimentation de tension de 14 volts 110 fournit une basse tension. Cette tension est habituellement une tension utilisée par d'autres composants du véhicule, bien que d'autres tensions puissent être utilisées. L'alimentation de tension 110 est reliée électriquement au circuit d'attaque de limitation de courant 120. Le circuit 120 est configuré pour fournir au moins trois courants différents: un courant de précharge, un courant d'ouverture de pointeau, et un courant de maintien de pointeau. Le circuit dans le mode de réalisation préféré est un circuit diviseur de courant. Le circuit 120 reçoit des signaux provenant d'un contrôleur 130. Le contrôleur 130 fait partie du module de commande du moteur. Le contrôleur détermine lorsque le courant devait être appliqué à chaque injecteur et la durée pendant laquelle le courant devrait être appliqué. Le circuit 120 applique alors le courant à l'électroaimant 140. Le courant dans l'électroaimant 140 crée alors une force magnétique pour relever l'armature. La figure 2 illustre une vue de la configuration d'électroaimant et d'armature. La bobine d'électroaimant 140 reçoit du courant du circuit d'attaque de limitation de courant (figure 1) et crée un champ magnétique à l'intérieur du circuit magnétique 210. Dans le présent mode de réalisation d' exemple, l'armature 22 0 est située à l' intérieur du circuit magnétique d'électroaimant 210 avec une petit entreDer axial 200 avec la face du pole de sa contrepartie. L'armature 220 réagit à l'accumulation du flux magnétique 205 à l'intérieur du circuit magnétique 210 en se déplaçant vers le haut pour refermer l'entrefer conformément à la règle de la main droite. L'armature est sollicitée à une position fermée par un ressort 230. Le ressort 230 retient un pointeau 250 en contact avec un siège de pointeau d'injecteur 240 pour placer le pointeau à une position fermée lorsqu'il n'y a pas de force magnétique ou qu'une force magnétique insuffisante est appliquée pour I'ouvrir. Pour cette raison, la force magnétique doit étre suffisante pour surmonter la force de pression du carburant et la précharge du ressort. La force de pression du carburant est la pression qu'exerce le carburant sur l'armature 220 et le pointeau 250, lorsque le pointeau 250 est à une position fermée. Pour cette raison, lorsque la force magnétique chute en dessous de la force de précharge du ressort, le pointeau 250 bouche 1'ouverture du siège de 1'injecteur 240 et empéche le carburant de s'écouler dans un cylindre du moteur 260. La figure 3 illustre un organigramme du procédé du mode de réalisation en fonctionnement. Sur la figure 3, le fonctionnement débute par une absence de courant dans la bobine d'électroaimant 140 (figure 1) 310. Un courant de précharge est alors appliqué en 320 lorsqu'un signal de commande d'injection est émis vers le circuit d'attaque 120 (figure 1). Le courant de précharge est légèrement en dessous du niveau de courant qui amènera l'armature 220 (figure 2) à se déplacer. Le courant de précharge doit cependant étre suffisamment en dessous du niveau pour assurer que des fausses ouvertures n'aient pas lieu. De fausses ouvertures ont lieu lorsque l'armature se déplace avant qu'un courant d'ouverture de pointeau soit appliqué. Dans le présent mode de réalisation d'exemple, un équilibre est rencontré en choisissant un courant qui est de 0,1 ampère en dessous du niveau du courant qui amènerait 1'armature 220 (figure 2) à se déplacer. La durée de la précharge devrait étre suffisamment longue pour assurer une stabilisation du courant et une ouverture cohérente. Dans le présent mode de réalisation d'exemple, pour un bobinage présentant une impédance de 0,17 ohm et une alimentation de tension de 12 volts, le courant de précharge devrait étre de 2,8 ampères et la durée de la précharge devrait être approximativement de 3 millisecondes. Un courant d'ouverture de pointeau 330 est alors appliqué au moment o l'injecteur doit injecter du carburant dans le moteur. Le courant d'ouverture de pointeau fournit suffisamment de courant pour augmenter le flux magnétique au travers de 1'entreter et engendrer une force plus grande que la force de fermeture, en permettant que l'armature se déplace, et en créant une ouverture entre le pointeau et le siège, au travers de laquelle le courant peut s'écouler. Le courant d'ouverture doit créer une force magnétique supérieure à la force de pression du carburant et à la précharge du ressort. Dans le présent mode de réalisation d'exemple, de manière à obtenir une accumulation de courant initiale rapide à l'appl icati on de la bas se tension pour l 'ouverture rapide requi se, l ' inductance de la bobine est cho i sie pour étre assez basse. Avec la faible inductance, le courant de saturation de la bobine a la capacité d'atteindre plusieurs centaines d'ampères, ce qui est sensiblement plus que le courant nécessaire pour que l'armature atteigne sa position complètement ouverte. Le courant de saturation est l'intensité maximum du courant qui peut être présent dans la bobine. Non seulement ce courant excessif ne bénéficierait pas à l'ouverture de l'injecteur, mais il aurait également pour effet négatif d'ajouter une charge thermique au système. Cette charge thermique serait susceptible de provoquer un endommagement du circuit. Pour cette raison, pour 1S empécher une consommation d'énergie excessive et un endommagement du circuit d'attaque, le circuit d'attaque limite le courant à un niveau suffisant pour ouvrir complètement l'armature. Une fois que ce courant est atteint, le courant est maintenu pendant un intervalle de temps prédéterminé, en assurant que l'injecteur est complètement ouvert, et présente un temps d'ouverture constant. Durant ce temps, le courant atteint un palier. Sans le palier, l'écoulement du carburant ne peut pas étre continuellement linéaire. En tant qu'exemple, dans le présent mode de réalisation d'exemple, le courant de pointe permis par le circuit est de 8,0 ampères et ce courant est appliqué pendant 0,4 milliseconde. Après que le courant d'ouverture de pointeau est appliqué, un courant de maintien de pointeau est appliqué en 340. Le courant de maintien de pointeau crée une force qui est logèrement supérieure à la force de précharge du ressort, en maintenant ainsi l'injecteur à la position ouverte. Le courant de maintien du pointeau est cependant inférieur au courant de précharge et au courant d'ouverture de pointeau. Comme le courant de maintien de pointeau est inférieur au courant de précharge ou au courant d'ouverture de pointeau, le courant de maintien de pointeau présente comme avantages un temps de fermeture plus rapide, une consommation d'énergie inférieure, et une persistance magnétique résiduelle inférieure à la fermeture du pointeau. La persistance magnétique résiduelle a lieu lorsqu'une certaine intensité de champ magnétique subsiste durant la démagnétisation après que le courant est supprimé. Ceci tend à avoir un effet négatif sur le temps de fermeture de l'injecteur. Le niveau du courant de maintien, cependant, doit étre suffisant pour empêcher une fermeture accidentelle durant l'intervalle de temps o le courant de maintien est appliqué. Une fois encore, dans le présent mode de réalisation d'exemple, un équilibre est rencontré en choisissant un courant qui est supérieur de 0,1 ampère au courant qui permettrait à l'injecteur de se fermer. Le courant de maintien est de 1,4 ampère et la durée se situe entre 0 et 6 millisecondes suivant le signal de commande provenant du contrôleur 130 (figure 1). Enfin, le courant est rapidement et complètement éliminé en 350. La suppression immédiate du courant assure un temps de fermeture rapide. Le temps de fermeture rapide résulte en un rendement du carDurant et des émissions d'hydrocarbures diminuées. Le niveau du courant de précharge et sa durée, le niveau du courant de pointe et sa durée, le courant de maintien et sa durée sont prédéterminés et présents à 1'intérieur du circuit d'attaque de l'injecteur 120 (figure 1). Cette forme d'onde du courant d'attaque prcétablie est de prétérence réglée par le signal de commande d'impulsion d'injection provenant du module de commande du moteur 130 (figure 1). La figure 4 illustre graphiquement les courants dans l'électroaimant sur un cycle de fonctionnement. De TO à T1, l'électroaimant ne reçoit aucun courant. A l'instant T1, la tension de précharge Vp est appliquée, et le courant augmente progressivement conformément à l'inductance de l'électroaimant. Enfn, le courant de précharge Ip est atteint. De T1 à T2, le courant de précharge augmente et atteint un palier à un courant légèrement en dessous d'un niveau de courant qui déplacerait l'armature 220 (figure 2). De T2 à T3, le courant de l'électroaimant augmente jusqu'à ce qu'il atteigne le courant de pointe IM. Durant ce temps, l'armature se relève pour refermer l'entrefer, et le pointeau associé se sépare du siège de pointeau et le carburant peut s'écouler. A T3, le courant atteint le courant de pointe et parvient à un palier en raison du circuit de limitation de courant. A T4, le courant chute rapidement jusqu'à son courant de maintien de pointeau IH. De T4 à T5, le courant dans l'électroaimant est limité au courant de maintien de pointeau IH. Entre ces deux points, l'armature reste déplacce et il existe un écoulement linéaire du carburant. En T5, le courant est soudainement coupé et l'électroaimant ne reçoit pas de courant. A ce point, le ressort force le pointeau à entrer en contact avec le siège de pointeau du cylindre à la position fermée, empêchant le carburant de s'écouler. La figure 5 représente le débit de l'injecteur en fonction de la largeur d'impulsion de l'injecteur. Les deux pentes représentent le mode de réalisation actuel d'un dispositif sans précharge à une tension élevée. La pente du dispositif sans précharge chute rapidement lorsque la largeur d'impulsion de l'injecteur se rapproche de zéro. Contrairement à la pente du dispositif sans précharge, le présent mode de réalisation présente une pente qui continue à être linéaire lorsque la largeur d'impulsion se rapproche de zéro. Cet écoulement linéaire améliore les performances au ralenti et à faible charge, de méme qu'il réduit la consommation de carburant et les émissions d'hydrocarbures. Divers modes de réalisation de l'invention ont été décrits et illustrés. La description et les illustrations sont données à titre d'exemple uniquement. De nombreux S autres modes de réalisation et réalisations sont possibles en restant dans la portée de cette invention et seront évidents pour l'homme de l' art. Pour cette raison, l'invention n'est pas limitée aux détails spécifiques, aux modes de réalisation représentatifs, et aux exemples illustrés de cette description. REVENDICATIONS 1. Système de commande d'injecteur de carburant destiné à étre utilisé dans un moteur à combustion interne d'un véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend: un électroaimant (140), une armature (220) montée de façon adjacente audit électroaimant (140) afin de commander la quantité de carburant pénétrant dans ledit moteur à combustion interne, un ressort (230) relié de façon fonctionnelle ou opérationnelle à ladite armature qui maintient ladite armature en position fermée lorsqu'une force magnétique générée par ledit électroaimant (140) n'est pas suffisante pour surmonter une force de sollicitation dudit ressort (230), un circuit (120) électriquement relié audit électroaimant (140) qui fournit sélectivement un courant de précharge avec une intensité nominalement en dessous d'une intensité nécessaire pour déplacer ladite armature pendant un intervalle de temps suffisant pour faire atteindre un palier au niveau du courant de précharge, un courant d'ouverture de valve ou de pointeau présentant une intensité bien au-dessus d'une intensité nécessaire pour déplacer l'armature, pendant un intervalle de temps suffisant pour assurer une pleine ouverture, et un courant de maintien présentant une intensité nominalement au-dessus d'une intensité nécessaire pour que ladite armature revienne à ladite position fermée pendant un intervalle de temps suffisant pour fournir du carburant audit moteur, un contrôleur (130) en communication électrique avec ledit circuit pour commander le temps et la durée de l'application desdits courants par ledit circuit, et une source de tension (110) en communication électrique avec ledit circuit afin de fournir audit circuit diverses tensions pour obtenir lesdits divers niveaux de courant à l'intérieur de la bobine de l'électroaimant. 2. Système de commande d'injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite source de tension fournit une tension environ égale à la tension de fonctionnement dudit véhicule ou proche de celle-ci. 3. Système d'injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite armature est située à l'intérieur dudit électroaimant. 4. Procédé de commande d'un courant dans un électroaimant pour déplacer une armature d'un injecteur de carburant entre une position d'ouverture et une position de fermeture dans un système de commande d'injecteur de carburant, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: Sappliquer un courant de précharge audit électroaimant à un niveau qui ne déplace pas l'armature pendant un intervalle de temps suffisant pour faire atteindre un palier au courant de précharge, appliquer un courant d'ouverture de pointeau ou de valve qui est bien supérieur audit courant de précharge et présente une limite supérieure suffisante pour déplacer complètement ladite armature jusqu'à une position ouverte, pendant un intervalle de temps suffisant pour assurer une pleine ouverture, appliquer un courant de maintien de pointeau ou de valve qui est inférieur audit courant d'ouverture de pointeau et audit courant de précharge pendant un intervalle de temps suffisant pour fournir du carburant audit moteur à combustion interne, supprimer le courant, en permettant que ladite armature revienne à ladite position de fermeture. 5. Dispositif destiné à commander un courant dans un électroaimant pour déplacer une armature d'un injecteur de carburant entre une position d'ouverture et une position de fermeture dans un système de commande d'injecteur de carburant, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend: un moyen destiné à appliquer un courant de précharge audit électroaimant à un niveau qui ne déplace pas ladite armature pendant un intervalle de temps suffisant pour faire atteindre un palier audit courant de précharge, un moyen destiné à appliquer un courant d'ouverture de pointeau ou de valve qui est bien supérieur audit courant de précharge et présente une limite supérieure suffisante pour déplacer complètement ladite armature jusqu'à une position ouverte, pendant un intervalle de temps suffisant pour fournir du carburant audit moteur à combustion interne, et un moyen destiné à supprimer le courant, en permettant que ladite armature