Brevet FR2834000A1 — publié le 20030627

L'invention concerne un procédé pour doser la quantité d'un combustible, en particulier pour un moteur à combustion interne à injection directe comprenant plusieurs chambres de combustion, au moins une installation d'alimentation en combustible qui comporte au moins un injecteur pour chaque chambre de combustion, et une installation de commande. Les moteurs à combustion interne avec une injection directe et à allumage commandé peuvent fonctionner soit avec un mélange stratifié soit avec un mélange homogène. Le fonctionnement d'un moteur à combustion interne avec un mélange stratifié permet une consommation diminuée de combustible, en particulier à cause de la diminution des pertes lors des changements de charge et de la diminution des pertes de chaleur par les parois. Dans un fonctionnement avec un mélange stratifié, l'injection du combustible se fait au cours de la phase de compression avec, de préférence, un mélange combustible 1 air réalisé avec un excès significatif d'air, c'est-à-dire avec X > 1. Dans ce cas, le combustible est présent dans la chambre de combustion sous forme stratifiée, et le mélange combustible/air peut être allumé de manière sûre à cause de l'excès d'air. Dans le cas d'un fonctionnement avec un mélange homogène, l'injection du combustible se fait au cours de la phase d'aspiration, de sorte qu'au point d'allumage un nuage mixte homogène est présent dans la chambre de combustion. Le but des moteurs récents à allumage commandé (Otto) à une injection directe est de diminuer la consommation du combustible et la production des gaz d'échappement. Les avantages visés sont obtenus grâce à une commande spéciale des soupapes d'injection ou des injecteurs pendant le processus d'injection, qui permet d'optimiser le déroulement du processus de combustion. Cette commande permet une optimisation des caractéristiques du jet injecté. Pour la commande d'injecteurs à ouverture de course ajustable, il convient d'utiliser en particulier des piézo-actionneurs, qui permettent de transformer pratiquement sans retard un signal électrique en un mouvement mécanique. Ce mouvement peut être contrôlé de manière précise aussi bien en importance qu'en durée par l'application d'une haute tension au piézo-actionneur. Des variations de débit peuvent apparaître dans les injecteurs à commande piézo-électrique, consécutivement aux tolérances de fabrication et ceci peut entraîner un comportement à l'injection des dispositifs d'injection de combustible pourvus d'un piézo-actionneur qui diffère de celui prévisible d'après les paramètres d'injection. Ceci a pour résultat, en particulier dans le cas des moteurs à combustion à injection directe et à allumage commandé, d'augmenter la consommation de combustible. Grâce à DE 19903555 C2, on connaît un dispositif pour ajuster une alimentation en tension à plusieurs niveaux différents de tension, dont la sélection permet une commutation de l'ouverture de la soupape entre plusieurs positions différentes, ce qui permet d'avoir la pluralité nécessaire de positions d'ouverture pour les soupapes, sans entraîner des coûts additionnels au niveau de la commande. Le dispositif décrit ci-dessus ne permet pas un réglage identique des cylindres individuels, alors qu'un réglage de la quantité de combustible fournie par les injecteurs du moteur, à une valeur nominale, est nécessaire. Pour assurer cela, la présente invention fournit un procédé pour un moteur à combustion interne avec une injection directe, qui permet un réglage identique des cylindres individuels aux différentes conditions de fonctionnement du moteur. Cet objectif est atteint grâce à un procédé pour doser la quantité d'un combustible, en particulier pour un moteur à combustion interne à injection directe comprenant plusieurs chambres de combustion, au moins une installation d'alimentation en combustible qui comporte au moins un injecteur pour chaque chambre de combustion, et une installation de commande. Selon une première forme d'exécution du procédé selon l'invention, de façon caractéristique : - à un point de fonctionnement du moteur à combustion interne, une détermination est effectuée de la quantité de combustible qui est injecté dans chaque chambre de combustion, pour obtenir la quantité de combustible effectivement injecté, - les quantités de combustible effectivement injecté dans les chambres de combustion individuelles sont utilisées pour calculer une valeur moyenne, - une valeur de la différence entre la valeur moyenne calculée et la quantité de combustible de consigne conservée dans l'installation de commande pour le point de fonctionnement considéré est calculée, - ensuite, grâce à l'installation de commande, tous les injecteurs sont réglés de manière à ce que dans chaque chambre de combustion, la quantité de combustible injecté corresponde à la valeur moyenne calculée, et - ensuite, la quantité de combustible injecté dans chaque chambre de combustion est modifiée par la valeur de la différence pour que la quantité de combustible injecté dans chaque chambre de combustion corresponde à la quantité de combustible de consigne. De préférence, le réglage de la quantité de combustible injecté dans chaque chambre de combustion sur la valeur moyenne se fait lors d'un fonctionnement avec un mélange homogène ou avec un mélange stratifié. Selon une autre avantageuse disposition préférentielle, la modification de la quantité de combustible injecté dans chaque chambre de combustion est modifiée par la valeur de la différence pour que la quantité de carburant injecté coïncide avec la quantité de combustible de consigne, dans un fonctionnement avec un mélange homogène. Dans le procédé de l'invention, on prévoit que, pour le dosage de la quantité de combustible, en particulier dans le cas d'un moteur à combustion interne avec une injection directe et à allumage commandé, la quantité de combustible injecté est modifiée à une valeur de consigne. En règle générale, un moteur à combustion interne fonctionne, selon la charge, avec un mélange homogène et/ou un mélange stratifié. La quantité de combustible injecté dans une chambre de combustion est dosée ou ajustée par l'injecteur en modifiant la durée de l'injection et/ou la course de l'injecteur. Au point de fonctionnement considéré, on détermine la quantité de combustible injecté dans chaque cylindre du moteur à combustion interne. C'est la quantité de combustible effectivement injecté. Ensuite, la quantité de combustible effectivement injecté est comparée avec la quantité de combustible de consigne pour le point de fonctionnement en question, conservée dans l'installation de commande, la quantité de combustible effectivement injecté étant la moyenne des quantités de combustible effectivement injecté dans chaque cylindre. Selon l'invention, l'installation de commande agit sur les injecteurs de manière à ce que les quantités de combustible injecté correspondent à la valeur moyenne calculée à partir des quantités de combustible effectivement injecté. Des procédés connus sont utilisés pour régler les injecteurs des cylindres individuels qui font appel à une modification de la course de l'injecteur et/ou de la durée de l'injection de manière à uniformiser la quantité de combustible injecté, la quantité de combustible injecté dans chaque cylindre étant augmentée ou diminuée jusqu'à ce que la valeur moyenne soit atteinte. La correction sur la valeur moyenne peut se faire dans un fonctionnement avec un mélange homogène ou avec un mélange stratifié. Dans une opération subséquente, les injecteurs sont réglés de manière à ce que la quantité de combustible injecté dans chaque cylindre corresponde à la quantité de combustible de consigne. L'ajustement sur la quantité de combustible de consigne consiste à calculer la valeur de la différence entre la valeur moyenne déterminée et une quantité de combustible de consigne correspondant au point de fonctionnement considéré et conservée dans l'installation de commande. Après l'étape d'ajustement à la valeur moyenne, la quantité de combustible injecté dans chaque chambre de combustion est modifiée par la valeur de la différence, pour que la quantité de combustible injecté dans chaque chambre de combustion corresponde à la quantité de combustible de consigne. Conformément à l'invention, le réglage de la quantité de combustible injecté dans les différents cylindres sur la quantité de combustible de consigne s'effectue lors d'un fonctionnement avec un mélange homogène. La quantité injectée est modifiée en modifiant la course de l'injecteur et/ou la durée de l'injection au cours d'un fonctionnement avec un mélange homogène jusqu'à ce que l'erreur de réglage de la valeur lambda prenne une valeur nulle. Selon une seconde forme d'exécution du procédé selon l'invention, de façon caractéristique : - à un point de fonctionnement du moteur à combustion interne, une détermination est effectuée de la quantité de combustible qui est injecté dans chaque chambre de combustion, pour obtenir la quantité de combustible effectivement injecté, - les quantités de combustible effectivement injecté dans les chambres de combustion individuelles sont utilisées pour calculer une première valeur moyenne, - une valeur de la différence entre la première valeur moyenne et la quantité de combustible de consigne conservée dans l'installation de commande pour le point de fonctionnement considéré est calculée, - ensuite, grâce à l'installation de commande, tous les injecteurs sont réglés de manière à ce que la quantité de combustible injecté dans chaque chambre de combustion, soit modifiée par la valeur de la différence pour qu'une seconde valeur moyenne obtenue à partir des quantités de combustible injecté corresponde à la quantité de combustible de consigne et - ensuite, tous les injecteurs sont commandés de manière à ce que la quantité de combustible injecté dans chaque chambre de combustion corresponde à la quantité de combustible de consigne. En outre, de préférence, la commande de chaque injecteur, pour modifier la quantité de combustible injecté par la valeur de la différence, se fait lors d'un fonctionnement du moteur à combustion interne avec un mélange homogène. Egalement, selon une autre avantageuse disposition préférentielle, le réglage de la quantité de combustible injecté dans chaque chambre de combustion sur la quantité de combustible de consigne se fait lors d'un fonctionnement du moteur à combustion interne avec un mélange homogène et 1 ou un mélange stratifié. Selon la seconde forme d'exécution de l'invention, à un point de fonctionnement et pour chaque cylindre du moteur à combustion interne, on détermine la quantité de combustible injecté, constituant la quantité de combustible effectivement injecté. Les quantités de combustible effectivement injecté dans les chambres de combustion individuelles sont utilisées pour calculer une première valeur moyenne. Ensuite, on détermine la valeur de la différence entre la première valeur moyenne et la quantité de combustible de consigne correspondant au point de fonctionnement considéré et conservée dans l'installation de commande. Puis, la quantité de combustible injecté dans chaque cylindre est modifiée par la valeur de la différence, jusqu'à ce qu'une seconde valeur moyenne de la quantité de combustible déterminée à partir des quantités de combustible injecté, corresponde à la quantité de combustible de consigne. En d'autres termes, les quantités de combustible injecté sont modifiées jusqu'à ce qu'une valeur moyenne soit obtenue à partir des quantités de combustible injecté qui corresponde à la seconde valeur moyenne. Ce réglage s'effectue lors d'un fonctionnement avec un mélange homogène. Selon l'invention, dans une opération finale, chaque injecteur de chaque cylindre est réglé au moyen de l'installation de commande pour que la quantité de combustible injecté corresponde à la quantité de combustible de consigne. Ce réglage de la quantité de combustible injecté dans les cylindres individuels peut se faire lors d'un fonctionnement avec un mélange homogène et/ou avec un mélange stratifié. Egalement, de façon avantageuse et préférentielle, les dispositions suivantes sont adoptées seules ou de façon continue : - la détermination de la quantité de combustible injecté dans chaque chambre de combustion se fait à partir d'une mesure du couple de rotation et/ou d'une mesure de la valeur lambda pour chaque chambre. - l'injection du combustible dans chaque chambre de combustion se fait au moyen d'un injecteur à commande piézo-électrique, - la modification dans la quantité de combustible injecté dans chaque chambre de combustion se fait grâce à une modification de la durée d'injection et/ou de la course de l'injecteur ; et - la modification de la durée de l'injection et/ou de l'ouverture de l'injecteur du moteur à combustion interne se fait à partir d'un champ de caractéristiques, conservé dans l'installation de commande. Selon l'invention, la quantité de combustible introduite dans chaque cylindre fonctionnant avec un mélange homogène est déterminée à partir de la mesure du couple de rotation et/ou de la mesure des valeurs lambda des cylindres individuels, alors que la détermination de la quantité de combustible introduite lors d'un fonctionnement avec un mélange stratifié se fait à partir de la mesure du couple de rotation. Il est préférable que l'injection du combustible dans la chambre de combustion se fasse au moyen d'un injecteur à commande piézo- électrique. La variation de la durée de l'injection et/ou de la course de l'injecteur se fait à chaque point de fonctionnement du moteur à combustion interne en utilisant un champ de caractéristiques, conservé dans l'installation de commande. Lorsqu'on utilise un piézo-injecteur, on détermine par le procédé selon l'invention et en utilisant le champ des caractéristiques d'injection, conservé dans l'installation de commande, des valeurs de correction de la tension destinée au piézo-actionneur, ce qui permet de régler les quantités de combustible injecté effectivement nécessaires. Le procédé de l'invention permet de réduire l'effet des tolérances de fabrication, en particulier au niveau de l'injecteur de l'installation d'injection du combustible. Ceci est important surtout dans le cas de moteurs à combustion interne avec une injection directe et à allumage commandé, dans lesquels, pour obtenir une meilleure utilisation du combustible, il faut assurer une alimentation en combustible régulière et adaptée. Une modification de l'ouverture de la course de l'injecteur et/ ou de la durée d'injection permet une uniformisation de l'injection dans les différents injecteurs et une adaptation automatique aux conditions de fonctionnement. Les quantités de combustible injecté par les injecteurs individuels lors d'un fonctionnement avec un mélange homogène et/ou avec un mélange stratifié sont modifiées jusqu'à ce que la quantité de combustible de consigne soit atteinte par tous les injecteurs. De cette manière, on ajuste l'alimentation en combustible sur la valeur nominale pour chaque injecteur du moteur à combustion interne. Le procédé de la présente invention permet un ajustement de l'alimentation en combustible pour chaque injecteur, par un équilibrage des cylindres, à partir de la mesure du couple de rotation au niveau du vilebrequin et/ou par la mesure des valeurs lambda des cylindres individuels au moyen d'une sonde lambda, dans le circuit des gaz d'échappement. Lorsque l'on utilise uniquement la mesure de la valeur lambda des cylindres individuels, la quantité de combustible injecté est déterminée par la mesure de la valeur lambda () de chaque cylindre et de la masse d'air. Une autre possibilité consiste à faire en sorte que la quantité de combustible puisse être déterminée par une installation de mesure du combustible ou à partir de valeurs comme la durée d'ouverture et la pression de l'injecteur de combustible. Dans le cas d'une mesure du couple de rotation, on mesure le couple de rotation du vilebrequin produit par les cylindres, grâce à quoi on détermine les irrégularités dans l'injection des injecteurs individuels, alors que dans le cas de la mesure de la valeur lambda des cylindres individuels, la correction de la quantité de combustible injecté se fait à partir de la proportion d'air des cylindres individuels du moteur à combustion interne. Il est possible de déterminer avec précision la quantité de combustible injecté dans les cylindres individuels à partir de la proportion d'air de combustion. Comme la proportion d'air des cylindres individuels n'est pas toujours égale du fait des tolérances de fabrication au niveau des buses d'injection, des déviations apparaissent dans la proportion d'air des cylindres individuels. Un réglage de la valeur lambda élimine de telles déviations et il s'effectue par l'injection dans tous les cylindres de plus ou moins de combustible pour que l'on ait globalement le rapport air/combustible souhaité dans les gaz d'échappement et que l'erreur de réglage soit nulle. Toutefois, comme l'erreur de réglage ne dépend pas de la quantité de combustible de consigne, cela a pour effet que les quantités de combustible injecté calculées à partir d'un champ de caractéristiques ne correspondent pas aux quantités de combustible de consigne. Par la détermination de la valeur lambda (X) des cylindres individuels, il est possible de déterminer les erreurs de réglage de la quantité injectée du combustible. Ceci peut être réalisé, par exemple, par une résolution temporelle élevée du signal produit par une sonde de mesure de la valeur lambda. La succession des allumages du moteur à combustion interne est telle qu'il est possible de mesurer dans les gaz d'échappement avec une sonde de mesure de la valeur lambda, l'erreur de réglage pour chaque cylindre par rapport à la proportion d'air de consigne. Des exemples d'exécution préférés de l'invention sont illustrés par les dessins et seront décrits dans la suite. Dans ces dessins : La fig. 1 est un graphique avec les courbes caractéristiques des injecteurs individuels illustrant l'erreur de réglage par rapport à la courbe caractéristique de consigne, et la fig. 2 est un graphique avec les courbes caractéristiques (superposées) des injecteurs individuels après la correction de la quantité de combustible injecté par les injecteurs. Un moteur à combustion interne (non représenté) à quatre cylindres fonctionne, de préférence et de manière connue, avec un cycle à quatre temps, au cours duquel le combustible est injecté directement dans une chambre de combustion. Pour l'injection du combustible, on utilise des piézo-injecteurs. Le point d'injection et la quantité injectée sont modifiés en fonction de la charge. Il est également envisageable que la quantité totale de combustible injecté, soit injectée dans la chambre de combustion en plusieurs doses partielles. Les courbes caractéristiques de la fig. 1 montrent la différence entre les courbes caractéristiques des injecteurs individuels et la courbe de consigne. Les courbes caractéristiques illustrent le comportement à l'injection de chaque injecteur et montrent la manière dont la quantité effective du combustible diffère de la valeur de consigne, conservée dans une commande du moteur. Les injecteurs utilisés sont commandés par un piézo-actionneur et une source de tension fournit la tension nécessaire pour le réglage de l'ouverture de l'injecteur. Une installation de commande fournit l'information nécessaire à la source de tension et le piézo-actionneur assure le réglage de l'ouverture de la course de l'injecteur. Du fait des tolérances de fabrication, on obtient des débits de combustible dans l'injecteur qui diffèrent de la valeur de consigne pour l'ouverture considérée. Sur la fig. 1, par exemple dans le cas de l'injecteur 4, on observe pour un réglage à 50 % du débit maximum, un débit correspondant à 60 % du débit maximum. Selon l'invention et comme représenté sur la fig. 1, on détermine en un point de fonctionnement et pour chaque cylindre du moteur à combustion interne, la quantité de combustible injecté, qui représente la quantité de combustible effectivement injecté. Cette valeur est comparée dans l'installation de commande avec la valeur de consigne de la quantité de combustible au point de fonctionnement considéré, ce qui permet de connaître le comportement en injection de chaque injecteur. Les quantités de combustible effectivement injecté par chaque injecteur sont utilisées pour calculer leur moyenne. A ce moment, l'unité de commande agit sur les injecteurs de manière à ce que la quantité de combustible injecté corresponde à la valeur moyenne obtenue à partir des quantités de combustible effectivement injecté. Les injecteurs ont à ce moment le comportement illustré sur la fig. 2, en l'occurrence les courbes des injecteurs 1 à 4 se superposent. Selon l'invention, le réglage de la quantité de combustible fourni par chaque injecteur est assuré par un équilibrage des cylindres à partir de la mesure du couple de rotation sur le vilebrequin et/ou par la mesure de la valeur lambda pour chaque cylindre, par une sonde (Â) dans le circuit des gaz d'échappement. Le réglage de la course de l'injecteur ou/et de la durée d'injection lors d'un fonctionnement avec un mélange homogène, est modifié pour chaque injecteur jusqu'à ce que l'erreur de réglage de la valeur lambda atteigne une valeur nulle. Le champ des caractéristiques d'injection conservé dans une unité de commande permet, conformément au procédé de l'invention, de produire et d'utiliser des valeurs de correction pour le réglage nécessaire des quantités de combustible effectivement injecté. Dans une opération subséquente, une correction finale est effectuée pour tous les quatre injecteurs par la valeur de la différence entre la valeur moyenne et la valeur de consigne, pour que l'on obtienne l'injection, par tous les injecteurs, de la quantité de combustible correspondant à la quantité de combustible de consigne. On obtient ainsi l'injection de la quantité du combustible souhaitée permettant d'assurer un fonctionnement correct de tous les injecteurs. On assure ainsi une égalisation de la quantité de combustible injecté par chacun des quatre injecteurs, à la valeur nominale. Dans une autre variante, l'installation de commande peut produire une modification de la durée d'injection tout en maintenant inchangée l'ouverture pour le combustible injecté afin d'atteindre le débit voulu. Pour cela, la tension à appliquer au piézo-actionneur est déterminée par l'unité de commande à partir de courbes de tension conservées dans un champ de caractéristiques, puis elle est appliquée au piézo-actionneur pendant la durée appropriée. Dans le moteur à combustion interne, de petites déviations apparaissent dans la quantité de l'air admis, à cause de la manière dont sont montés les cylindres, par rapport à la conduite d'admission de l'air, mais ceci est ensuite corrigé, lors d'un fonctionnement avec un mélange stratifié, par le réglage des injecteurs assuré par une modification de l'ouverture/la course de l'injecteur et/ou la durée de l'injection. REVENDICATIONS 1. Procédé pour doser la quantité d'un combustible pour un moteur à combustion interne à injection directe comprenant plusieurs chambres de combustion, au moins une installation d'alimentation en combustible qui comporte au moins un injecteur pour chaque chambre de combustion, et une installation de commande, dans lequel - à un point de fonctionnement du moteur à combustion interne, une détermination est effectuée de la quantité de combustible qui est injecté dans chaque chambre de combustion, pour obtenir la quantité de combustible effectivement injecté, - les quantités de combustible effectivement injecté dans les chambres de combustion individuelles sont utilisées pour calculer une valeur moyenne, - une valeur de la différence entre la valeur moyenne calculée et la quantité de combustible de consigne conservée dans l'installation de commande pour le point de fonctionnement considéré est calculée, - ensuite, grâce à l'installation de commande, tous les injecteurs sont réglés de manière à ce que dans chaque chambre de combustion, la quantité de combustible injecté corresponde à la valeur moyenne calculée, et - ensuite, la quantité de combustible injecté dans chaque chambre de combustion est modifiée par la valeur de la différence pour que la quantité de combustible injecté dans chaque chambre de combustion corresponde à la quantité de combustible de consigne. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réglage de la quantité de combustible injecté dans chaque chambre de combustion sur la valeur moyenne se fait lors d'un fonctionnement avec un mélange homogène ou avec un mélange stratifié. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la modification de la quantité de combustible injecté dans chaque chambre de combustion est modifiée par la valeur de la différence pour que la quantité de carburant injecté coïncide avec la quantité de combustible de consigne, dans un fonctionnement avec un mélange homogène. 4. Procédé pour doser la quantité d'un combustible pour un moteur à combustion interne à injection directe comprenant plusieurs chambres de combustion, au moins une installation d'alimentation en combustible qui comporte au moins un injecteur pour chaque chambre de combustion et une installation de commande, dans lequel - à un point de fonctionnement du moteur à combustion interne, une détermination est effectuée de la quantité de combustible qui est injecté dans chaque chambre de combustion, pour obtenir la quantité de combustible effectivement injecté, - les quantités de combustible effectivement injecté dans les chambres de combustion individuelles sont utilisées pour calculer une première valeur moyenne, - une valeur de la différence entre la première valeur moyenne et la quantité de combustible de consigne conservée dans l'installation de commande pour le point de fonctionnement considéré est calculée, - ensuite, grâce à l'installation de commande, tous les injecteurs sont réglés de manière à ce que la quantité de combustible injecté dans chaque chambre de combustion, soit modifiée par la valeur de la différence pour qu'une seconde valeur moyenne obtenue à partir des quantités de combustible injecté corresponde à la quantité de combustible de consigne et - ensuite, tous les injecteurs sont commandés de manière à ce que la quantité de combustible injecté dans chaque chambre de combustion corresponde à la quantité de combustible de consigne. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la commande de chaque injecteur, pour modifier la quantité de combustible injecté par la valeur de la différence, se fait lors d'un fonctionnement du moteur à combustion interne avec un mélange homogène. 6. Procédé selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que le réglage de la quantité de combustible injecté dans chaque chambre de combustion sur la quantité de combustible de consigne se fait lors d'un fonctionnement du moteur à combustion interne avec un mélange homogène et/ou un mélange stratifié. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la détermination de la quantité de combustible injecté dans chaque chambre de combustion se fait à partir d'une mesure du couple de rotation et/ou d'une mesure de la valeur lambda pour chaque chambre de combustion. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'injection du combustible dans chaque chambre de combustion se fait au moyen d'un injecteur à commande piézo-électrique. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la modification dans la quantité de combustible injecté dans chaque chambre de combustion se fait grâce à une modification de la durée d'injection et/ou de la course de l'injecteur. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la modification de la durée de l'injection et/ou de la course de l'injecteur du moteur à combustion interne se fait à partir d'un champ de caractéristiques, conservé dans l'installation de commande.