Brevet FR2858832A1 — publié le 20050218

Domaine de l'invention La présente invention concerne un dispositif et un procédé d'injection de carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne dans lequel le carburant injecté par un injecteur est allumé par l'étincelle d'une bougie d'allumage, des moyens étant prévus pour détecter l'allumage du carburant injecté par l'étincelle d'allumage. Etat de la technique Selon le document DE-199 11 023-C2 on connaît déjà un procédé d'injection directe de carburant dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne ou moteur thermique. Le carburant ainsi injecté est ensuite allumé par l'étincelle fournie par une bougie d'allumage. Le carburant est injecté pour former un jet principal et une zone de turbulences. La bougie est installée pour allumer la zone de turbulences. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un dispositif et un procédé permettant d'éviter en toute sécurité les ratés d'allumage et d'améliorer de manière significative le fonctionnement d'un moteur à combustion interne à essence à injection directe. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne un dispositif du type défini ci-dessus caractérisé en ce qu'on modifie les paramètres de l'injection lorsqu'on détecte l'absence d'allumage du carburant pour une quantité de carburant restant constante. L'invention concerne également un procédé du type défini ci-dessus caractérisé en ce qu'on détermine si l'étincelle d'allumage a allumé le carburant à injecter et si on constate que l'allumage du carburant ne s'est pas produit pour une quantité de carburant constante, on modifie les paramètres d'injection. Ainsi le dispositif et le procédé selon l'invention permettent d'éviter en toute sécurité les ratés d'allumage et d'améliorer ainsi d'une manière significative le fonctionnement d'un moteur à combustion interne à essence et injection directe. Il est particulièrement avantageux d'influencer les paramè- tres d'injection à savoir la pression d'injection, la course de l'aiguille d'injecteur ou la durée de l'injection. Le dispositif et le procédé selon l'invention conviennent tout particulièrement bien si l'injecteur injecte dans la chambre de combustion un jet principal et forme une zone de circulation ou de turbulence. Dans le jet principal d'injection, le carburant exécute un mouvement dirigé alors que dans la zone de circulation, on a un mélange air/carburant particulièrement inflammable. En influençant les paramètres d'injection on peut influencer la position de la zone de circulation par rapport à la bougie d'allumage. Il est particulièrement avantageux de détecter l'allumage du carburant injecté à l'aide d'un capteur qui effectue une mesure directe dans la chambre de combustion. Pour cela on utilise avantageusement des capteurs de pression et des capteurs de courant ionique dans la chambre de combustion. En variante on peut également exploiter la vitesse de rotation du moteur à combustion interne car l'absence d'un allumage se re- connaît par un effondrement ou une diminution de la vitesse de rotation. Dans ce type d'exploitation, en variante, à la modification des paramètres d'injection, une modification de la dose injectée peut également être la cause d'un effondrement de la vitesse de rotation et doit être examinée. C'est pourquoi on examine en outre si l'effondrement de la vi- tesse de rotation du moteur à combustion interne est occasionné par une quantité défectueuse de carburant ou par un mauvais choix des paramètres de l'injection. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus 25 détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 montre schématiquement une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne équipé d'un injecteur, d'une bougie et d'une commande de moteur; - la figure 2 montre un détail de la buse d'injection; - les figures 3 et 4 montrent l'influence de différents paramètres d'injection sur le carburant injecté ; - la figure 5 montre un ordinogramme d'un procédé selon l'invention. Description de modes de réalisation La figure 1 montre schématiquement la chambre de combustion 1 d'un moteur à combustion interne ou moteur thermique. La chambre de combustion 1 est formée par un cylindre 2 recevant un piston 3 mobile de manière habituelle. La chambre de combustion 1 est alimen- tée en carburant par un injecteur 4 qui injecte en général de l'essence. Le mélange est allumé par l'étincelle d'une bougie d'allumage 5. La combustion du carburant dans la chambre de combustion 1 y produit une forte montée en pression qui déplace le piston 3 dans le cylindre 2. La chambre de combustion représentée à la figure 1 est celle d'un moteur à essence à injection directe. Les canaux et soupapes nécessaires à l'alimentation en air ne sont pas représentés dans un but de simplification. Pour les mêmes raisons, l'injecteur 4 et la bougie 5 ne sont présentés que schématique-ment. Mais ces moyens correspondent à des réalisations habituelles. Il est également prévu un appareil de commande 6 pour commander les différents composants et en particulier l'injecteur 4 et la bougie 5 représentés à la figure 1. Les lignes de commande correspondantes ne sont pas représentées. L'injecteur 4 est réalisé et installé dans la chambre de corn- bustion 1 pour former un jet principal d'injection et une zone turbulente 11. Comme le montre la figure 1, le jet principal d'injection 10 est un jet d'injection de forme conique dont la pointe est issue de l'orifice d'injection de la soupape d'injection de l'injecteur 4. La base du cône ainsi formé est entourée par la zone turbulente 11. Le jet principal 10 est un jet de carbu- rant qui exécute un mouvement fortement directionnel partant de la pointe du cône en direction de la base. Le carburant se présente principalement sous la forme de petites gouttelettes. Dans la zone de turbulence 11 on a du carburant sous la forme de gouttelettes significativement plus fines ou essentiellement à l'état gazeux. Le carburant du jet d'injection principal 10 ne peut que difficilement être allumé par une étincelle d'allumage à cause de son fort mouvement et de sa présence principale- ment sous la forme de gouttelettes. En revanche, la zone de turbulence 11 peut être allumée beaucoup plus simplement par une étincelle d'allumage car dans cette zone, le carburant est à l'état de gouttelettes beaucoup plus petites ou à l'état gazeux. L'installation de la bougie d'allumage 5 dans la chambre de combustion 1 doit dans ces conditions être telle que la zone de la bougie d'allumage 5 produisant les étincelles se situe principalement dans cette zone de turbulence 11. Si dans ces conditions on allume le carburant avec des étincelles d'allumage dans la zone de turbulence 11, il se libère une quantité importante d'énergie qui permet de garantir l'allumage également du carburant du jet principal 10. Selon l'invention, les paramètres d'injection avec lesquels on commande l'injecteur 4 sont influencés pour que la zone de turbulence 11 se situe dans la zone de l'étincelle d'allumage de la bougie 5. Pour cela l'invention propose d'influencer les paramètres d'injection. La figure 2 montre une vue à échelle agrandie de l'injecteur 4. Cette vue à échelle agrandie montre un siège de soupape 21 et une ai- guille d'injecteur 22. Lorsque l'injecteur est fermé, l'aiguille 22 est poussée contre le siège de soupape 21 et ferme de manière étanche le volume intérieur 25 de l'injecteur par rapport à la chambre de combustion 1. La figure 2 montre la soupape à l'état ouvert c'est-à-dire après déplacement de l'aiguille d'injecteur 20 dans la direction de la flèche 23. L'aiguille d'injecteur 22 est ainsi écartée du siège de soupape 21 libérant un intervalle d'injection 24. Le carburant à pression élevée dans la chambre 25 de l'injecteur est alors expulsé sous une pression élevée dans la chambre de combustion 1 à travers l'intervalle d'injection 24. La course 26 est importante, c'est-à-dire le degré de déplacement de l'aiguille d'injecteur 22 c'est-à-dire la course de l'aiguille d'injecteur par rapport au siège de soupape 21. Plus la course 26 est importante et plus grande sera la section du jet d'injection 24 et plus grande sera la dose de carburant injectée par unité de temps dans la chambre de combustion 1. Dans le cas d'un tel injecteur, on peut agir sur un grand nombre de paramètres. L'un des paramètres est la pression dans la chambre intérieure 25 de l'injecteur que l'on peut augmenter. Plus la pression est élevée et plus forte sera la quantité de carburant injectée par unité de temps. On peut également influencer la course 26. Plus la course 26 est importante et plus on injectera de carburant par unité de temps. On peut également influencer la du- rée d'injection. Partant d'une certaine dose de carburant, souhaitée, qui doit être injectée pour une certaine combustion dans la chambre de combustion 1, on peut ainsi modifier dans certaines limites la pression d'injection, la course 26 et la durée d'injection. Il est par exemple possible d'utiliser des pressions d'injection différentes pour injecter une certaine quantité souhaitée; on peut également commander la dose par la durée de l'injection. Une seule et même injection peut également se faire avec une course 26 différente si l'on adapte de manière appropriée la durée d'injection. Pour développer le jet principal 10 et la zone turbulente 11 on peut également envisager d'autres géométries pour l'injecteur. La géo- métrie présentée ici n'est que l'une des géométries possibles particulière- ment avantageuses. Notamment en choisissant un plus grand nombre d'orifices d'éjection on peut donner d'autres formes au jet principal et à la zone turbulente. La figure 3 montre un premier exemple pour influencer les paramètres d'injection pour donner des géométries différentes au jet prin- cipal d'injection 10 et à la zone turbulente 11. La figure 3 montre un injecteur 4 générant un jet principal d'injection 10 en forme de cône comme cela a déjà été décrit. En fonction des paramètres d'injection, on aura différentes formes pour la zone turbulente 11. Une première zone turbulente 111 a une section beaucoup plus réduite qu'une seconde zone de turbu- lence 112. Le diamètre de la zone d'injection 112 est beaucoup plus grand que celui de la zone de turbulence 111. En outre, la zone de turbulence 112 s'étend plus loin en direction de l'injecteur 4. La zone de turbulence 112 a été obtenue avec des paramètres d'injection consistant à réduire la course 26 et en revanche en augmentant la pression du carburant à l'intérieur de l'injecteur 25. On peut choisir ces deux mesures pour injecter la même dose pour une même durée d'injection. La géométrie du jet principal d'injection 10 n'est pratiquement pas influencée par cela. Seule l'importance de la zone de turbulence est augmentée de manière significative par la réduction de la course et l'augmentation de la pression. La figure 4 montre un autre exemple pour influencer le jet principal d'injection 10 et la zone de turbulence 11 en fonction des para-mètres de l'injection. Selon la figure 4, on a présenté un premier jet principal d'injection 101 et la zone de turbulence 113 correspondante. On a également présenté un autre jet principal d'injection 102 et sa zone de turbulence 114. Les différentes géométries d'injection présentées ici résultent du changement de durée d'injection et de course. Pour une pression d'injection constante, on forme le jet principal d'injection 101 et la zone de turbulence 113 avec une durée d'injection plus courte et une course plus grande que le jet principal d'injection 102 et la zone de turbulence 114. En augmentant la course et en diminuant de manière correspondante la du-rée d'injection, on déplace la zone de turbulence 113 pour la rapprocher de l'injecteur 4. En choisissant de manière appropriée les paramètres d'injection on peut ainsi influencer la position relative du jet principal d'injection 10 ou de la zone de turbulence 11. On assure notamment que l'étincelle d'allumage soit toujours produite dans la zone de turbulence 11 pour garantir l'allumage du carburant introduit. A cause des différences de montage de l'injecteur 4 et de la bougie d'allumage 5 on ne peut pas toujours prédéfinir avec une précision quelconque leur position relative dans la chambre de combustion 1. On utilise fréquemment des bougies d'allumage munies de joints à écrase- ment si bien que la profondeur de pénétration de la bougie dans la chambre de combustion dépend de la force avec laquelle on a vissé la bougie. Il peut également y avoir différentes données du moteur à combustion in-terne qui changent pendant le fonctionnement par exemple à cause du dépôt de produit de combustion, de l'usure ou de phénomènes analogues qui influencent la géométrie de l'aiguille d'injection 22 ou du siège de sou-pape 21. La viscosité, la densité et les additifs du carburant peuvent également changer. L'action proposée sur les paramètres d'injection doit ainsi se faire pendant le fonctionnement lorsqu'on constate que la bougie ne se produit plus de manière appropriée dans la zone de turbulence 11. Si l'étincelle n'est plus produite dans la zone de turbulence 11 ou si les électrodes de la bougie 5 produisant les étincelles sont par exemple mouillées par le jet principal d'injection 10, cela se traduit par des ratés de combustion ou par de mauvaises combustions, incomplètes. Ces combustions peuvent être prouvées par différents procédés. Un premier procédé de dé- tection consiste à utiliser un capteur de pression 7 installé dans la chambre de combustion comme le montre schématiquement la figure 1. Un tel capteur surveille la montée en pression pendant la combustion et toute combustion ratée ou incomplète se traduit par une réduction correspondante de l'évolution de la pression pendant la rotation du vilebrequin. Un autre procédé consiste à mesurer le courant ionique produit par la combustion après l'allumage. Pour cela on applique une tension électrique par exemple directement entre les électrodes de la bougie d'allumage 5 pour mesurer un passage de courant lorsque des ions libres sont produits dans la chambre de combustion 1. Le nombre de ces ions c'est-à-dire l'intensité du passage du courant est ainsi une mesure directe de la combustion. Si avec une telle mesure directe utilisant une sonde à courant ionique ou un capteur de pression dans la chambre de combustion on constate l'absence de combustion ou une combustion in- complète, on peut alors chercher directement lors de la combustion sui- vante, à modifier les paramètres d'injection en particulier la course de pression et la durée d'injection pour influencer la zone de turbulence 11 pour avoir de nouveau une combustion complète. En variante, on peut également déterminer les ratées de combustion par un procédé n'utilisant pas de capteur supplémentaire tel qu'un capteur de pression dans la chambre de combustion 7 ou des moyens pour mesurer le courant ionique. Un tel procédé consiste à ex- ploiter la vitesse de rotation du moteur à combustion interne. L'absence de combustion dans un cylindre du moteur à combustion interne se traduit par une diminution du régime du moteur à combustion interne. En mesurant de manière précise la vitesse de rotation du moteur on peut ainsi détecter en toute sécurité un raté d'allumage ou une mauvaise combustion dans l'un des cylindres. Mais la difficulté est qu'une variation de la quantité de carburant injectée peut être associée à une augmentation ou à une diminution de la vitesse de rotation. La figure 5 montre à titre d'exemple un procédé permettant de constater ces deux causes différentes. Dans la première étape 201, on constate un effondrement de la vitesse de rotation qui se produit toujours pour un certain cylindre d'un moteur à combustion interne à plusieurs cylindres. En réaction, dans l'étape 202 on augmente la dose injectée, c'est-à-dire que l'on allonge la durée d'injection et on maintient constants tous les autres paramètres. Dans l'étape 203 on vérifie si cette procédure a réussi. Si l'effondrement de la vitesse de rotation a disparu, on poursuit l'étape 203 par l'étape 204, c'est-à-dire que l'on termine le procédé. Si cela n'est pas le cas, on poursuit l'étape 203 par l'étape 205. Dans celle-ci on rétablit la quantité initialement injectée et par les variations des paramètres d'injection comme cela a été décrit à propos des figures 3 et 4, on cherche à déplacer la position de la zone de turbulence 11 au niveau de la bougie d'allumage 5. Dans l'étape 206, on vérifie ensuite si cette procédure a réussi. Si la diminution de la vitesse de rotation a été éliminée, on passe à l'étape 204 après l'étape 206 c'est-à-dire que l'on termine le pro-cédé. Mais si dans l'étape 206 on constate que l'effondrement de la vitesse de rotation subsiste toujours, alors on répète l'étape 205 en sélectionnant d'autres paramètres pour l'injection. En variante on peut également chercher à influencer tout d'abord les paramètres d'injection et seulement si cette tentative est sans succès, on influencera la dose injectée. On peut également chercher à éli- miner un effondrement ou une réduction de la vitesse de rotation par une modification de la quantité ou dose injectée et en poursuivant jusqu'à dépasser une limite de réglage autorisée pour la dose injectée. REVENDICATIONS 1 ) Dispositif d'injection de carburant dans la chambre de combustion (1) d'un moteur à combustion interne dans lequel le carburant injecté par un injecteur (4) est allumé par l'étincelle d'une bougie d'allumage (5), des moyens étant prévus pour détecter l'allumage du carburant injecté par l'étincelle d'allumage, caractérisé en ce qu' on modifie les paramètres de l'injection lorsqu'on détecte l'absence d'allumage du carburant pour une quantité de carburant restant cons-10 tante. 2 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le paramètre d'injection que l'on influence est la pression d'injection. 3 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le paramètre d'injection que l'on influence est la course (26) de l'aiguille d'injecteur (22). 4 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le paramètre d'injection que l'on influence est la durée d'injection. 5 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'injecteur (4) forme un jet principal d'injection (10) et une zone de turbulence (11), et l'injecteur (4) et la bougie d'allumage (5) sont installées dans la chambre de combustion (1) pour que l'étincelle d'allumage foi niée par la bougie d'allumage (5) se trouve dans la zone de turbulence (11) . 6 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par un capteur effectuant une mesure dans la chambre de combustion pour 35 détecter l'allumage du carburant injecté. 7 ) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le capteur est un capteur de pression régnant dans la chambre de combustion ou un capteur de courant ionique. 8 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que comme moyen pour détecter l'allumage du carburant injecté on exploite la vitesse de rotation du moteur à combustion interne. 9 ) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par d'autres moyens permettant de décider si un effondrement de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne est causée par une dose défectueuse de carburant ou par un mauvais choix des paramètres de l'injection. 10 ) Procédé d'injection de carburant dans la chambre de combustion (1) d'un moteur à combustion interne selon lequel on allume le carburant injecté par un injecteur (4) à l'aide d'une étincelle produite par une bougie d'allumage (5), caractérisé en ce qu' on détermine si l'étincelle d'allumage a allumé le carburant à injecter et si on constate que l'allumage du carburant ne s'est pas produit pour une quantité de carburant constante, on modifie les paramètres d'injection. 11 ) Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le paramètre d'injection que l'on influence est la pression d'injection. 12 ) Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le paramètre d'injection que l'on influence est la course (26) de l'aiguille d'injecteur (22). 13 ) Procédé selon la revendication 10, 35 caractérisé en ce que le paramètre d'injection que l'on influence est la durée d'injection. 14 ) Procédé selon la revendication 10, lo caractérisé en ce qu' on effectue une mesure dans la chambre de combustion (1) à l'aide d'un capteur (7) pour détecter l'allumage du carburant injecté. 15 ) Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le capteur utilisé est un capteur de pression de chambre de combustion (7) ou un capteur de courant ionique. 16 ) Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu' on exploite la vitesse de rotation du moteur à combustion interne pour détecter l'allumage du carburant injecté. 17 ) Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce qu' on examine en outre si l'effondrement de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne est occasionné par une quantité défectueuse de carburant ou par un mauvais choix des paramètres de l'injection.