Brevet FR2839343A1 — publié le 20031107

nominale. Etat de la technique La presente invention concerne un procede et un dispositif de commande d'un moteur a combustion interne ayant une charge impul sionnelle et une injection de carburant dans le canal d'echange de charge, s la charge impulsionnelle etant commandee. Selon le document DE 199 08 435 A1 on conna^t deja un procede de charge impulsionnelle d'un moteur a combustion interne a pistons. Dans ce moteur la section disponible pour le courant dans le ca nal d'echange de charge lorsque la soupape d'echange de charge est ou o verse et que le piston se trouve en phase d'aspiration, peut etre fermee par un cornposant. Le mouvement du composant dans sa position liberant la section se fait par la depression developpee en aval du composant et par le courant dans le cylindre qui se developpe a mesure que stouvre la soupape d'echange de charge. Le composant est realise en forme de voles precon i5 trains elastiquement dans le sens de la fermeture et constituent un induit d'electroaimant; en position de fermeture cet induit stapplique contre une surface polaire d'un electroaimant tournee vers la soupape d'echange de charge. I1 est prevu un appareil de commande electronique pour comman der et fournir le courant a la bobine electromagnetique. Le procede peut stutiliser pour tous les types de moteurs meme si ceux-ci ont plusieurs soupapes d'admission et d'echappement par cylindre, qu'il s'agisse d'un moteur a essence ou d'un moteur Diesel, le moteur atmospherique ou suralimente, de moteur a un ou plusieurs cylindres, etc Avantages de ['invention La presente invention concerne un procede du type defini cidessus, caracterise en ce qu'on regle la duree d'injection en fonction de la commande de la charge impulsionnelle. L'invention concerne egalement un dispositif de commande d'un moteur a combustion interne du type defini ci-dessus, caracterise par des moyens pour regler la duree d'injection suivant la commande de la charge impulsionnelle. Le procede et le dispositif selon ['invention pour la com mande d'un moteur a combustion interne tel que defini ci-dessus per mettent de regler la duree d'injection suivant la commande de la charge s impulsionnelle. Cela permet d'ameliorer la preparation du melange carbu rant-air et de reduire les emissions brutes de produits nocifs. I1 est particulierement avantageux que la commande de la charge impulsionnelle comporte une commande d'un composant pour ou vrir et fermer une section de passage du canal d'echange de charge et que la duree d'injection soit reglee suivant la commande du composant. Cela permet de realiser une relation particulierement simple entre le reglage de la duree d'injection et la commande de la charge impulsionnelle, d'une s maniere qui depend purement du temps. Cela se realise d'une maniere particulierement simple en ce que le debut de ['injection se regle en fonction de ['instant d'ouverture de la section de passage. I1 est particulierement avantageux qu'une application du o debut de ['injection se fasse en fonction de ['instant d'ouverture de la sec tion de passage suivant au moins un parametre du moteur a combustion interne, en particulier des valeurs concernant ['emission des gaz d'echappement. Cela permet d'optimiser la duree d'iniection par rapport a au moins un parametre du moteur a combustion interne et de minimiser les emissions de polluants brute. I1 est particulierement avantageux que la duree dtinjection soit reglee en fonction de la vitesse d'ecoulement dans le canal d'echange de charge influencee par la charge impulsionnelle. Cela permet d'influencer egalement la vitesse a laquelle le carburant arrive dans la o chambre de combustion. De plus, cela permet d'influencer la consistence du carburant et ainsi la combustion et la tendance au cliquetis. 11 est particulierement avantageux que le carburant soit in jecte a ['instant de la vitesse d'ecoulement la plus elevee. Le carburant ar rive alors le plus rapidement dans la chambre de combustion. Ainsi, le s carburant aura plus de temps pour se vaporiser dans la chambre de com bustion, ce qui se traduit par un effet de refroidissement et diminue la tendance au cliquetis. Du fait de la vitesse d'ecoulement elevee, dans le cas du carburant injecte, la taille des gouttelettes sera plus petite, per mettant une meilleure combustion du carburant. I1 est egalement avantageux que la duree d'iniection soit re glee en fonction de la pression mesuree dans le canal d'echange de charge. Cela constitue egalement une possibilite simple de regler la duree d'injection suivant la commande de la charge impulsionnelle. Dessins 3s La presente invention sera decrite ci-apres de maniere plus detaillee a ['aide d'un exemple de realisation represente dans les dessins annexes dans lesquels: - la figure 1 est un schema par blocs d'un moteur a combustion interne a charge impulsionnelle et injection de carburant dans un canal d'echange de charge, - la figure 2 est un schema par blocs d'un dispositif selon ['invention s pour commander le moteur a combustion interne, - la figure 3 est une vue schematique du fonctionnement de la charge impulsionnelle, - la figure 4 montre un diagramme impulsionnelle explicitant le procede selon ['invention. o Description de l'exemple de realisation Selon la figure 1, un moteur a combustion interne 1 com porte plusieurs cylindres 2 equipes chacun d'un piston 4 relic par une bielle 6 a un vilebrequin 8. L'alimentation en air frais de chaque cylindre 2 se fait a travers un filtre a air 10 relic par une conduite de raccordement 12 a un collecteur d'air 14. Differents tuyaux resonant 16 partent du col lecteur pour relier la chambre de combustion 18 des cylindres 2. Selon ['invention, le tuyau oscillant 16 est muni d'un dispositif de charge impul sionnelle (remplissage impulsionnel) portent globalement la reference 26. La partie du tuyau resonant 16 comprise entre le dispositif 26 de charge o impulsionnelle et la chambre de combustion 18 sera appelee ci-apres con duite d'aspiration ou canal d'echange de charge 30. A l'endroit ou la con duite d'aspiration 30 debouche dans la chambre de combustion 18 il est prevu une soupape d'admission 20. A l'endroit ou debouche un canal d'echappement 22 dans la chambre de combustion 18 il est prevu une 2s soupape d'echappement 24. Le fonctionnement d'un tel moteur a combustion interne y compris la preparation du melange carburant-air et autres vent connus et ne necessitent pas de description detaillee. Dans le mode de realisation represente du systeme d'admission, la longueur du tuyau resonant 16 est o reglee de maniere precise sur une certaine plage de vitesse de rotation (re gime) dans laquelle on cherche une charge particulierement bonne (rem plissage). La longueur du tuyau resonant 16 peut etre modifiee par une conception appropriee de la conduite d'aspiration ou etre commutee. La figure 1 montre en outre un dispositif 50 pour comman a5 der le moteur a combustion interne. Ce dispositif sera egalement appele ci-apres unite de commande. L'unite de commande 50 permet de com mander le dispositif 26 de charge impulsionnelle. La figure 1 montre ega lement un dispositif 5 pour injecter le carburant dans le canal d'echange de charge 30. Ce dispositif est egalement commande par ['unite de com- mande 50.:EOn option, et comme cela est indique par des traits interrom- pus a la figure 1, le canal d'echange de charge 30 peut comporter un capteur de pression 55 et/ou un capteur de vitesse d'ecoulement 60; ces capteurs vent relies respectivement a ['unite de commande 50. Le canal d'echappement 22 peut comporter en option un capteur de gaz d'echappement 65 egalement relic a ['unite de commande 50. La figure 2 montre de maniere plus detaillee ['unite de commande 50. Cette unite comprend des moyens 45 pour commander le o dispositif 5 d'injection de carburant. Ce dispositif comporte en outre des moyens 70 pour commander le dispositif 26 de charge impulsionnelle. En outre, il comporte en option des moyens 75 pour recevoir la pression dans la conduite d'aspiration fournie par le capteur de pression 55. Enfin, il comporte des moyens en option 80 pour recevoir une vitesse d'ecoulement du capteur de vitesse d'ecoulement 60. En outre, il est prevu un moyen 85 en option pour recevoir une valeur d'admission de gaz d'echappement fournie par le capteur de gaz d'echappement 65. Les moyens 70, 75, 80, vent relies aux moyens 45. Comme l'indique la fgure 2, le dispositif 526 de charge im o pulsionnelle comporte un composant 35 pour ouvrir et ferme une section d'ecoulement 40 du canal d'echange de charge 30 comme cela est repre- sente schematiquement a la figure 3. A la figure 3, on a utilise les memes references pour designer les memes elements que dans les figures 1 et 2 precedentes. La commande du dispositif 26 de charge impulsionnelle par le moyen 70 se fat ainsi selon la figure 3 par la commande du composant ou la commande de ['instant d'ouverture de la section d'ecoulement 40 et de ['instant de fermeture de cette section 40 par le composant 35. Le composant 35 peut etre par exemple un tiroir a cylindre rotatif ou un ti- roir a mouvement lineaire ou encore un voles a commande electromagneti que. Le dispositif decrit ci-dessus fonctionne de la maniere sui- vante: On suppose que la soupape d'admission 20 est fermee et qu'il n'y a pas de courant en direction de la soupape d'admission 20 dans le tuyau resonant 16. Le composant 35 ferme completement la section de passage 40. Si lors de la course d'aspiration, la soupape d'admission 20 s'ouvre, il s'etablit dans la zone du tuyau resonant 16, en aval du compo- sant 35, une depression croissante. Suivant la charge sonhaitee ou selon d'autres parametres thermodynamiques souhaites, on commande le com posant 35 pour qutil libere au moins partiellement la section de passage 40. L'ouverture au moins partielle de la section de passage 40 se fait avantageusement de maniere brusque pour que la depression generee au s prealable produise une tres grande vitesse d'ecoulement. Cette vitesse d'ecoulement tres grande de la colonne d'air d'entree dans le tuyau reso nant 16 ou dans la conduite d'aspiration 30 aboutit notamment aux fai bles vitesses de rotation jusqu'aux vitesses de rotation moyennes du moteur a combustion interne 1 a un effet de charge complementaire signi o fic atif ave c une augmentation corre spondante de la charge (rempliss age) du cylindre 2. Si alors on ferme la soupape d'admission 20 pour la course de compression du piston 40, on commande le composant 35 pour fermer de nouveau completement la section d'ecoulement 40, si bien que le cycle decrit peut recommencer. La commande du composant 35 peut se faire avantageuse ment aussi pour que dans certains etats de charge du moteur, par exem ple aux faibles vitesses de rotation, le composant 35 ferme la section de passage 40 a la fin de la course d'aspiration avant que la soupape d'admission 20 ne ferme pour eviter en toute securite un retour de la charge nouvelle a travers la conduite resonante 16. Le dispositif 5 injecte le carburant dans la conduite d'aspiration 30, de preference lorsque la soupape d'admission 20 est ou verte. Apres ltouverture de la section de passage 40 par le composant 35, la pression dans la conduite d'aspiration 30 peut se developper notam 2s ment au niveau du dispositif 5 d'injection de carburant, ce dispositif etant par exemple realise sous la forme d'un injecteur; cette pression peut ega lement fortement varier en amont de la soupape d'admission 20, par exemple d'environ 1200 mbars. Cette forte variation de la pression dans la co nduite d 'aspiration 3 0 se traduit par l 'ouverture rapide ou brutale de la section de passage 40 comme cela a ete decrit ci-dessus. Une telle varia tion de pression a une forte influence sur la quantite de carburant injec tee. Cela signifie que pour une meme section d'ouverture de l'injecteur 5 cela rnodifie ou augmente considerablement le debit de carburant. Ia pression de carburant peut prendre par exemple 3 bars comme cela est 3s habitue! actuellement. Pour injecter une quantite de carburant predeterminee, il faut tenir compte de la variation de pression dans la conduite d'aspiration 30. Suivant la commande la piece 35, la section d'ecoulement 40 pendant la phase d'aspiration ou pendant une course d'aspiration sera fermee d'une duree differente de sorte que l'on aura une variation de pression differente ou une pression differente dans la conduite d'aspiration a l'ouverture de la section d'ecoulement 40. Cette pression dans la conduite d 'aspiration peut ainsi etre mo delisee en fonction de la co mmande du composant 35 pour regler la duree de fermeture de la section d'ecoulement 40 pendant la course d'aspiration. Suivant la pression mo- delisee de la conduite d'aspiration, on pourra regler ou corriger la duree d'injection du carburant dans la conduite d'aspiration 30. La duree de o fermeture de la section d'ecoulement 40 depend ainsi essentiellement de ['instant de l'ouverture de la section d'ecoulement 40 si ['instant de fer- meture se situe avant le debut de la course d'aspiration comme cela peut etre avantageusement le cast Ainsi, la duree dtinjection peut etre reglee en fonction de ['instant d'ouverture de la section d'ecoulement 40. is La pression dans la conduite d'aspiration se mesure a ['aide du capteur de pression 55. La pression mesuree dans la conduite d'aspiration 30 a l'ouverture de la section de passage 40 aboutit alors au reglage de la duree dtinjection selon le modele obtenu. Pour un moteur froid, ou au demarrage du moteur, en ge- neral on a un effet de film de paroi prononce. Cela signifie qu'une grande partie du carburant injecte se depose sur la paroi de la conduite d'aspiration. La quantite de carburant optimale pour la combustion dans la chambre de combustion 18 ne peut se determiner que de maniere im- precise. Si maintenant a ['instant de la vitesse d'air maximale dans la con s dwte d'aspiration on injecte le carburant, on aura un effet de flm de paroi plus reduit car le carburant est entraine dans la chambre de combustion 18. Grace a ['augmentation de la vitesse d'ecoulement de l'air aspire apres ltouverture de la section de passage 40, le carburant injecte arrivera non seulement plus rapidement dans la chambre de combustion 18 mais ega o lement les gouttelettes de carburant seront plus petites. Comme les gout- telettes seront plus petites, on aura une meilleure inflammation et combustion du melange carburant-air dans la chambre de combustion 18. Cela provient du fait que pour de petites gouttelettes de carburant la re- partition sera meilleure dans la chambre de combustion et par suite la ss combustion sera meilleure. Dans ces conditions, on peut retarder ['angle d'allumage, c'est-a-dire le decaler vers le retard ce qui se traduit par un chauffage plus rapide d'un catalyseur non represente a la figure 1 et place dans le canal d'echappement 22. En plus ou en variante, on aura une meilleure inflammation ou combustion du melange carburant-air du fait de ['augmentation de la vitesse d'ecoulement ainsi qu'une reduction de la quantite de carburant a iniecter et ainsi un appauvrissement du melange carburant-air; l'excedent de carburant a la combustion sera plus faible et les emissions dthydrocarbure seront reduites. Comme du fait de ['augmentation de la vitesse d'ecoulement, le carburant arrivera plus rapidement dans la chambre de combustion 18, la duree de sojour du carburant dans la chambre de com- bustion 18 est plus importante jusqu'a ce que se produise ['inflammation o et la combustion, ce qui permet une meilleure vaporisation du carburant. Cette meilleure vaporisation produit un refroidissement du melange car- burant-air dans la chambre de combustion 18 et diminue l'effet d'auto- allumage et ainsi la tendance au cliquetis. Pour beneficier de l'effet positif decrit de ['augmentation de la vitesse d'ecoulement produite par la charge impulsionnelle sur le car- burant, on prevoit en outre de regler la duree d'injection en fonction de la vitesse d'ecoulement dans la conduite d'aspiration 30 par la charge impul- sionnelle sur le carburant, on prevoit en outre de regler la duree d'injection en fonction de la vitesse d'ecoulement dans la conduite o d'aspiration 30 par la charge impulsionnelle. L'injection de carburant peut se faire notamment a ['instant de la plus grande vitesse d'ecoulement. Pour cela, le capteur de vitesse d'ecoulement 60 transmet la vitesse d 'e coulement mesuree dans la conduite d 'aspiration 3 0 par le moyen 8 0 ou moyen 45 pour commander le dispositif 5 d'injection de carburant. s Le diagramme impulsionnel de la figure 4 montre a titre d'exemple le deroulement du procede de ['invention. Ce diagramme repre sente le signal S en fonction du temps t. Un premier signal S1 montre la commande du composant 35. Jusqu'a un premier instant t, le premier signal Sl est a un niveau teas qui produit la fermeture de la section d'ecoulement 40 par le composant 35. A premier instant t, le premier si- gnal S1 passe au niveau haut et commande le composant 35 pour ouvrir au moins partiellement et brutalement la section d'ecoulement ou section de passage 40. Jusqutau premier instant t, comme decrit, on aura une depression correspondante dans la conduite d'aspiration 30 et cette de 3s pression disparait apres l'ouverture de la section de passage 40. Apres l'ouverture de la section de passage 40, la vitesse d'ecoulement diminue fortement dans la conduite d'aspiration 30 comme le montre le troisieme signal S3 represente a la figure 4. A ce second instant t, la vitesse d'ecoulement atteint une vitesse maximale. Lorsque les moyens 45 detec tent cette valeur maximale, ils produisent l'ouverture de l'injecteur 5 comme l'indique le franc positif du second signal S2 a la figure 4 pour ['instant t. Le moyen 45 produit la fermeture de l'injecteur 5 a un troi s sieme instant t3 en aval du second instant t2. La duree d'injection tE = t3 t ainsi resultante est reglee par les moyens 45 en fonction de la courbe de pression et/ou de la vitesse d'ecoulement dans la conduite d'aspiration 30 pour injecter une quantite predeterminee de carburant dans la conduite d'aspiration 30. 0 Le debut de ['injection au second instant t2 est retarde de la difference de temps A par rapport au premier instant t. De maniere gene rale, on aura une adaptation correspondante du second instant t anquel commence ['injection de carburant et qui sera appele ci-apres instant d'injection pour tous les points de fonctionnement par exemple egalement lorsque le moteur est chaud. Dans ['application pratique on peut utiliser un champ de caracteristiques recevant comme grandeur d'entree le regime du moteur (vitesse de rotation) et ayant la pression modelisee ou mesuree dans la conduite d'aspiration pour fournir comme grandeur de sortie ['instant d'injection ou la difference de temps A selon la figure 4. Cela o permet de regler le debut de ['injection en fonction de ['instant d'ouverture de la section de passage 40. On peut optimiser la difference de temps a ['aide d'une application en mesurant au moins un parametre du moteur a combustion interne 1 en fonction de la difference de temps A. La valeur de la difference de temps A pour laquelle au s moins un parametre prend la valeur optimale est alors enregistree dans le champ de caracteristiques comme grandeur de sortie de la pression cor respondante dans la conduite d'aspiration et pour la vitesse de rotation correspondante du moteur. A la place de la pression dans la conduite d'aspiration on peut egalement utiliser d'autres grandeurs liees a la pres sion dans la conduite d'aspiration pour realiser le champ de caracteristi ques, par exemple la vitesse d'ecoulement, la charge ou une autre grandeur caracterisant la charge. Comme parametre pour optimiser la difference de temps A on peut par exemple utiliser ['emission des gaz d'echappement ou la temperature du moteur. La difference de temps A peut alors etre optimisee pour les points de fonctionnement du champ de caracteristiques defini par la charge de la vitesse de rotation pour arriver a chaque point de fonctionnement a un minimum d'emission de gaz d'echappement par exemple a un minimum d'emission d'hydrocarbure. R E V E N D I C A T I O N S 1 ) Procede de commande d'un moteur a combustion interne (l) ayant une charge impulsionnelle (26) et une injection de carburant (5) dans le canal d'echange de charge (30), la charge impulsionnelle (26) etant commandee, caracterise en ce qu' on regle la duree d'injection en fonction de la commande de la charge im pulsionnelle (26). 2 ) Procede selon la revendication l, io caracterise en ce que la commande de la charge impulsionnelle (26) comprend la commande d'un composant (35) pour ouvrir et fermer une section de passage (40) du canal d'echange de charge (30) et on regle la duree d'injection suivant la commande du composant (35). 3 ) Procede selon la revendication 2, caracterise en ce qu' on regle le debut de ['injection en fonction de ['instant d'ouverture de la section de passage (40). 4 ) Procede selon la revendication 2 ou 3, caracterise en ce qu' on applique le debut de ['injection en fonction de ['instant d'ouverture de la section de passage (40) par l'intermediaire d'un champ de caracteristi quest ) Procede selon la revendication 4, caracterise en ce qu' on effectue ['application en fonction d'au moins un parametre du moteur a so combustion interne (1), notamment des valeurs d'emission des gaz d'echappement ou de la temperature du moteur. 6 ) Procede selon l'une des revendications 2 a 5, caracterise en ce qu' en fonction de la commande du composant (35) on modelise la pression dans le canal d'echange de charge (30) et on regle la duree d'injection sui- vant la pression modelisee. 7 ) Procede selon la revendication 1, caracterise en ce qu' on regle la duree d'injection en fonction de la vitesse d'ecoulement influen- cee par la charge impulsionnelle (26) dans le canal d'echange de charge (30) S ) Procede selon la revendication 7, caracterise en ce qu' on injecte le carburant a ['instant de la plus grande vitesse d'ecoulement. 9 ) Procede selon la revendication 1, caracterise en ce qu' on regle la duree d'injection en fonction de la pression mesuree dans le canal d'echange de charge (30). ) Dispositif (50) pour commander un moteur a combustion interne (1) avec une charge impulsionnelle (26) et une injection de carburant (5) dans un canal d'echange de charge (30), la charge impulsionnelle (26) etant commandee, . caracterse par des moyens (45) pour regler la duree d'injection suivant la commande de la charge impulsionnelle (26).