Brevet FR2853015A1 — publié le 20041001

i Procédé de détermination de la durée minimale de l'impulsion électrique de commande d'un injecteur nécessaire à l'obtention d'une injection piliote. La présente invention a trait à un procédé de détermination de la durée minimale de l'impulsion électrique de commande d'un injecteur de carburant nécessaire à l'obtention d'une injection pilote dans le cylindre d'un moteur diesel. Le fait de procéder à des injections pilotes avant les injections 10 principales offre un certain nombre d'avantages: l'injection pilote permet essentiellement de diminuer le bruit de fonctionnement, et de réduire le délai d'inflammation de l'injection principale. Les injections pilotes, comme d'ailleurs les injections principales de combustion du moteur, sont émises par des injecteurs commandés par des 15 impulsions électriques envoyées par l'unité centrale électronique du véhicule. La maîtrise de l'injection pilote implique par conséquent le contrôle du signal impuisionnel de commande. Compte tenu des variations dimensionnelles qui peuvent exister d'un moteur à l'autre, et des changements qui interviennent dans un même cylindre au cours de la vie 20 du moteur (usure, dépôts de particules, etc.), les réglages initiaux ne peuvent être standardisés ni surtout être considérés comme définitifs. Il est donc légitime de vouloir mettre en place des procédures de test de l'existence des injections pilotes pour ajuster en cas de besoin les impulsions électriques qui sont nécessaires, en situation réelle, à les 25 générer. Compte tenu du volume de carburant qui est mis en couvre pour lesdites injections pilotes, qui se situe aux alentour de 1 mm3, la combustion générée est difficilement mesurable avec les solutions classiques. Cellesci sont par exemple basées sur l'existence de capteurs de pression disposés 30 à l'intérieur de chaque cylindre, ou sur un accéléromètre placé sur le bloc moteur, par exemple entre deux cylindres. La solution à capteur de pression est de plus onéreuse, car elle nécessite un capteur par cylindre. L'accéléromètre pèche quant à lui par son imprécision, et son usage n'est possible que dans un intervalle de fonctionnement relativement restreint, 35 dans des conditions de charge et de vitesse spécifiques et en l'absence d'un carter en aluminium léger. Plus récemment, l'emploi de la détection ionique a procuré une autre méthode de détection des combustions à l'intérieur des cylindres. Elle est considérée comme fournissant une information fiable sur l'existence d'une combustion, à condition que la distance séparant l'injecteur du capteur ionique soit optimisée. Or, à cause des tolérances de fabrication, de l'usure et du possible dépôt de particules, l'orientation de la pulvérisation émise par l'injecteur peut varier de manière significative d'un injecteur à l'autre, 5 ainsi que dans le temps, et affecter la distance qui la sépare dudit capteur. La détection des petites combustions, comme celles qui sont provoquées par les injections pilotes, est particulièrement sensible à ce paramètre. L'utilisation de cette technologie pour la mesure de la durée minimale d'impulsions électriques visant à provoquer des injections pilotes est par 10 conséquent inappropriée. La détection ionique fonctionne à l'inverse tout à fait correctement avec des combustions plus importantes, comme les combustions principales qui succèdent aux combustions initiées par les injections pilotes. Or, il s'avère que lesdites combustions principales ont lieu plus tôt en présence d'une 15 injection pilote, par comparaison avec les combustions mesurées en l'absence d'injections pilotes. Un net décalage dans le temps est observable. L'invention est basée sur cette caractéristique, qui permet de fait de conclure à l'existence d'une injection pilote en examinant le moment de l'apparition de la combustion principale. Plus précisément, l'invention concerne un procédé de détermination de la durée minimale de l'impulsion électrique de commande d'un injecteur de carburant nécessaire à l'obtention d'une injection pilote dans le cylindre d'un moteur diesel, caractérisé en ce qu'il consiste à détecter le début de la combustion principale résultant de l'injection principale successivement 25 pour des durées croissantes ou décroissantes d'impulsions électriques en vue d'obtenir deux groupes de durées d'impulsion pour chacun desquels les valeurs détectées des débuts de combustion principale sont sensiblement constantes, lesdites valeurs reflétant un décalage résultant respectivement de la présence et de l'absence d'injections pilotes, lesdits 30 groupes de durées d'impulsion étant séparés par un intervalle dans lequel est déterminée la durée minimale d'impulsion pour l'obtention d'une injection pilote. En fait, pour pouvoir obtenir deux groupes de valeurs stables, il est nécessaire d'utiliser et d'incrémenter un nombre significatif de valeurs de 35 durée d'impulsion. Ce procédé peut être mis en oeuvre à différents moments de fonctionnement du moteur, pour ré-estimer selon les conditions une valeur correcte de durée minimale d'impulsion donnant lieu à une injection pilote. L'unité centrale électronique gérant le moteur est chargée de mettre en oeuvre cette procédure de test, à des occurrences qui sont prévues par le programme. Les valeurs de début de combustion principale telles que détectées et les durées d'impulsion correspondantes sont d'ailleurs mémorisées par 5 ladite unité centrale électronique qui gère le moteur diesel, et qui procède à la détermination de la durée minimale d'impulsion. Dans le procédé générique tel que présenté auparavant, la détermination est relativement imprécise, puisqu'elle consiste en la sélection d'une valeur dans l'intervalle qui sépare les groupes de durées 10 donnant des valeurs stables pour le début de la combustion principale. La valeur sélectionnée est cependant a priori localisée au voisinage de la borne de l'intervalle limitant le groupe des durées d'impulsion correspondant à l'absence d'injections pilotes. On verra cependant, dans la suite, qu'il est possible d'affiner le calcul de cette valeur, et de le rendre 1 5 beaucoup plus précis. En fait, dans le procédé de l'invention, la détection du début de combustion principale est couplée à la mesure du positionnement relatif du cylindre et du piston. La mesure du positionnement constitue en réalité le moyen d'évaluer 20 sur une échelle précise (en l'occurrence de nature dimensionnelle), le début des combustions principales, et par conséquent de pouvoir observer le décalage qui existe en présence et en l'absence d'injection pilote. Plus précisément, ledit positionnement relatif du cylindre et du piston est mesuré par la position angulaire de la manivelle par rapport à une origine 25 constituée du point mort haut (PMH). Cette origine est bien entendu arbitraire, mais elle est particulièrement appropriée dans ce contexte particulier, puisque le début des combustions principales intervient pour un positionnement du piston qui est relativement proche du point mort haut. Selon l'invention, les valeurs mesurées de la position relative piston/cylindre en fonction des durées d'impulsion conduisent à une courbe à deux portions sensiblement horizontales correspondant respectivement à 0% et à 100% d'injections pilotes, reliées par une portion inclinée interpolée linéairement en une droite D, la durée d'impulsion au point 35 d'intersection avec une droite contenant la portion à 0% d'injections pilotes constituant la durée minimale d'impulsion MDP. Dans ce cas, le calcul, effectué par l'unité centrale électronique, de la valeur de la durée minimale de l'impulsion électrique de commande pour l'obtention d'une injection pilote est précis, et correspond à une valeur discrète. Dans ce mode de calcul, la pente a de la droite D interpolée (obéissant à l'équation y = ax + MDP) est calculée à partir de deux valeurs 5 intermédiaires de mesure situées sur la courbe, dans un repère o les durées d'impulsion sont mises en ordonnée et les positions relatives piston/cylindre en abscisse, la graduation des abscisses étant cette fois donnée en pourcentage d'injections pilotes et l'origine du repère étant placée à 0%. Les valeurs des abscisses sont calculées par un raisonnement de proportionnalité classique, à partir des valeurs angulaires connues. En géométrie affine, le repère ainsi posé permet d'obtenir la valeur de la durée minimale de l'impulsion électrique MDP de commande pour l'ordonnée à l'origine, le point dont l'abscisse est égale à zéro. Il s'agit 15 graphiquement de l'intersection de la droite avec l'axe des ordonnées. Comme cela a déjà été souligné, et bien que cela ne soit pas absolument nécessaire pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention, celui-ci fonctionne particulièrement bien avec l'utilisation d'une détection ionique pour les combustions principales. Dès lors que la droite interpolant la courbe intermédiaire entre les deux portions linéaires de valeurs stables correspondant respectivement à 0% et à 100% d'injections pilotes est établie et mémorisée par l'unité centrale électronique, il est possible de calculer la valeur de la durée d'impulsion minimale MDP. Pour un point connu, de durée d'impulsion d pour un pourcentage P, il vient: durée minimale d'impulsion MDP = durée d'impulsion d - a x pourcentage P Il est dès lors possible de calculer la valeur de la durée d'impulsion pour n'importe quel pourcentage désiré, par simple application de la 30 fonction correspondant à ladite droite. Ainsi, si l'unité centrale impose une valeur de 125%, la largeur ou durée de l'impulsion sera égale à cette valeur de 125% multipliée par la pente a de la droite, auquel il faudra ajouter la valeur MDP de la durée minimale d'impulsion. La formule utilisée est l'équation de la droite: durée d'impulsion = a x pourcentage désiré + MDP Lors de chaque procédure de calcul initiée par l'unité centrale électronique, les nouvelles valeurs de a et de MDP calculées peuvent être lissées en utilisant une formule de filtrage, afin qu'elles restent dans la cohérence des valeurs utilisées auparavant. La présente invention va à présent être décrite plus en détail, en référence aux figures annexées, pour lesquelles: - la figure 1 montre la courbe des débuts de combustion principale en fonction des durées des impulsions électriques pour l'obtention d'injections pilotes; - la figure 2 montre cette même courbe avec les éléments de détermination de la droite D intermédiaire; - la figure 3 représente la courbe de la durée d'impulsion minimale en fonction du pourcentage des injections pilotes détectées; et - la figure 4 illustre une possibilité de détermination du pourcentage de fonctionnement désiré, fonction du niveau de bruit produit par le moteur. En référence à la figure 1, la courbe représentée sur le graphique comporte, en abscisse, la durée de l'impulsion électrique envoyée à 15 l'injecteur, en microsecondes. L'axe des ordonnées représente le degré de rotation de la manivelle entraînant le piston, la position angulaire étant comptée par rapport à la position correspondant au point mort haut. Plus précisément, l'écart angulaire étant arbitrairement fixé positivement avant l'arrivée au point mort haut, les valeurs négatives signifient que l'on a 20 dépassé ledit point. La courbe montre une transition tout à fait claire d'une situation o il y a une injection pilote stable à une situation dépourvue d'une telle injection pilote. En d'autres termes, la courbe comporte deux portions d'allure horizontale séparées par une portion inclinée opérant le lien entre lesdites 25 portions horizontales. La transition intervient dans un intervalle approximativement situé entre 100 et 140 microsecondes. Le niveau maximal d'instabilité est observé aux alentours de 120 microsecondes, mais il faut noter qu'il demeure en général assez modéré. De ce premier diagramme, on tire l'enseignement suivant: en l'absence 30 d'injection pilote, entre 0 et approximativement 100 microsecondes, la combustion principale débute dans le cylindre pour un angle de la manivelle situé un peu au-delà de 120 après sa position au point mort haut. Lorsqu'il y a dans tous les cas une injection pilote, c'est-à-dire si celle-ci est stabilisée, pour des durées impulsionnelles supérieures à 140 35 microsecondes, la combustion principale débute plus tôt, pour une position angulaire de la manivelle située aux alentours de 90 après sa position au point mort haut. Dans un intervalle situé entre 100 et 140 microsecondes, il n'y a aucune stabilité, des injections pilotes survenant cependant de manière croissante pour des durées impulsionnelles de commande situées dans l'intervalle à mesure que l'on se rapproche des 140 Ais. La figure 2 reprend la courbe de la figure 1, dans le même graphique, avec des éléments supplémentaires rendant intelligible le procédé de 5 l'invention, dont le but est de déterminer l'impulsion de commande minimale (MDP) requise pour détecter un effet de l'injection pilote sur la combustion principale. Selon cette méthode, les deux groupes de durée donnant lieu à des valeurs constantes de position angulaire de la manivelle au moment du début de la combustion principale sont identifiés 10 respectivement à 0% et 100% d'injections pilotes. Dans la région instable, sensiblement entre 100 et 140 microsecondes, la courbe d'allure inclinée est interpolée linéairement par une droite D passant par les points (2) et (3), dont l'intersection avec l'asymptote 0% donne la valeur MDP de la durée minimale d'impulsion électrique requise 15 pour détecter un effet sur la combustion principale. Sur le graphique, cette valeur est située légèrement au-delà de 100 microsecondes. En fait, le pourcentage peut être vu comme une nouvelle unité décrivant l'effet de l'injection pilote sur la combustion principale. Cette unité peut être associée, dans une table de conversion, avec une autre unité ou quantité, 20 par exemple le nombre de milligrammes de carburant correspondant à chaque pourcentage. Le but est de permettre à l'unité centrale d'effectuer un calcul de la durée d'impulsion à émettre pour n'importe quel pourcentage choisi. Comme on le verra par la suite, le choix dudit pourcentage peut être 25 effectué pour répondre à d'autres problématiques liées au fonctionnement du moteur. Les points référencés (1) et (4) donnent la position de l'asymptote respectivement 0% et 100%. Le pourcentage d'injections pilotes est l'unité utilisée en abscisse du graphique montré en figure 3, dont l'axe des ordonnées comporte la durée 30 d'impulsion, en microsecondes. On retrouve, en figure 3, exactement les éléments de la figure 2, transposés de manière à montrer plus aisément le calcul de la pente de la droite, ainsi que de son ordonnée à l'origine, identifiée à l'impulsion minimum de commande MDP de l'injecteur pour détecter un effet d'une injection pilote sur la combustion principale. Les 35 abscisses des points de la courbe de la figure 2 sont transformées d'un angle en un pourcentage de la manière suivante: en prenant l'exemple du point (3) de la figure 2, sa valeur dans la nouvelle échelle basée sur le pourcentage vaut: angle mesuré (3) - angle mesuré (1) angle mesuré (4) - angle mesuré (1) On peut ainsi calculer les abscisses de chacun des points de la courbe de la figure 3. Le calcul de la pente a de la droite D est alors classiquement obtenu par soustraction des ordonnées par exemple des points (3) et (2) 5 divisée par la soustraction de leurs abscisses. La connaissance des coordonnées de l'un des points (2) ou (3) permet ensuite le calcul de la durée minimale d'impulsion, en posant l'équation de la droite durée d'impulsion = a x pourcentage + MDP d'o il résulte: durée d'impulsion minimale = durée d'impulsion - a x pourcentage pour un point donné. D'un test à l'autre, la pente a et la durée minimale d'impulsion MDP sont lissées par une formule de filtrage classique de la manière suivante a (nouveau) = k x a (mesuré) + (1 - k) x a (ancien) 15 MDP (nouveau) = k x MDP (mesuré) + (1 - k) x MDP (ancien) o le coefficient k de calibration est compris entre 0 et 1, et est obtenu et ajusté par des essais permettant d'optimiser le rapport signal/bruit. Cette formule de filtrage permet de conserver, d'un test à l'autre, une certaine cohérence. L'invention a été précédemment décrite au moyen d'un exemple de mise en oeuvre qui n'est pas limitatif. Elle englobe au contraire les variantes qui sont à la portée de l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination de la durée minimale de l'impulsion électrique de commande d'un injecteur de carburant nécessaire à l'obtention d'une 5 injection pilote dans le cylindre d'un moteur diesel, caractérisé en ce qu'il consiste à détecter le début de la combustion principale résultant de l'injection principale successivement pour des durées croissantes ou décroissantes d'impulsions en vue d'obtenir deux groupes de durées d'impulsion pour chacun desquels les valeurs de début de combustion 10 principale détectées sont sensiblement constantes, lesdites valeurs reflétant un décalage résultant respectivement de la présence et de l'absence d'injections pilotes, lesdits groupes de durées d'impulsion étant séparés par un intervalle dans lequel est déterminée la durée minimale d'impulsion pour l'obtention d'une injection pilote. 2. Procédé de détermination selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les valeurs de début de combustion principale détectées et les durées d'impulsion correspondantes sont mémorisées par une unité centrale électronique qui gère le moteur diesel, laquelle procède à la détermination de la durée minimale d'impulsion. 3. Procédé de détermination selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la détection du début de combustion principale est couplée à la mesure du positionnement relatif du cylindre et du piston. 4. Procédé de détermination selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le positionnement relatif du cylindre et du piston est mesuré 25 par la position angulaire de la manivelle par rapport à une origine constituée du point mort haut (PMH). 5. Procédé de détermination selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les valeurs mesurées de la position relative piston/cylindre en fonction des durées d'impulsion conduisent à une 30 courbe à deux portions sensiblement horizontales correspondant respectivement à 0% et à 100% d'injections pilotes, reliées par une portion inclinée interpolée linéairement en une droite D, la durée d'impulsion au point d'intersection de D avec une droite contenant la portion à 0% d'injections pilotes constituant la durée minimale 35 d'impulsion MDP. 6. Procédé de détermination selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la pente a de la droite D interpolée est calculée à partir de deux valeurs intermédiaires de mesure situées sur la courbe, dans un repère o les durées d'impulsion sont mises en ordonnée et les positions relatives piston/cylindre en abscisse, la graduation des abscisses étant cependant donnée en pourcentage d'injections pilotes et l'origine du repère étant placée à 0%. 7. Procédé de détermination selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la durée minimale d'impulsion MDP pour obtenir au moins une injection pilote est obtenue à partir de l'équation donnée par l'équation de la droite D, pour un point de coordonnées connues (durée 10 d'impulsion d, pourcentage P): durée minimale d'impulsion MDP = durée d'impulsion d a x pourcentage P 8. Procédé de détermination selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les combustions principales sont détectées par détection ionique.