Brevet FR2928973A3 — publié le 20090925

FR 2928973 A3 20090925 FR 0851763 A 20080319 DISPOSITIF DE PILOTAGE D'UN SYSTEME D'INJECTION DE MOTEUR DESCRIPTION Le sujet de cette invention est un dispositif de pilotage d'un système d'injection de moteur d'automobile apte à fonctionner avec un mélange variable d'essence et d'éthanol. Elle s'applique aux moteurs à allumage commandé, à injection directe ou indirecte de carburant et compatibles à l'éthanol. On recourra de plus en plus à l'éthanol en subsitution à l'essence, ou aux mélanges entre eux. Un même moteur pourra être amené à fonctionner avec du carburant à taux d'éthanol variable. Tant pour maîtriser la quantité de carburant et optimiser la combustion que pour limiter les émissions polluantes, il sera alors nécessaire de régler les caractéristiques injection d'après le taux d'éthanol. La présente invention offre quelques dispositifs pour cela, qui peuvent être utilisés dans plusieurs dispositifs déjà connus. Elle peut être appliquée à un appareillage comprenant des injecteurs additionnels ou un dispositif de contrôle actif de la pression du carburant au niveau des injecteurs. Elle peut être utilisée quels que soient le nombre de cylindres et leur disposition. Des injecteurs additionnels et des dispositifs de contrôle actif de la pression du carburant au niveau des injecteurs font partie en soi de l'état de la technique, mais en étant commandés d'autres façons qui ne font pas intervenir le taux d'éthanol dans le carburant. Sous une forme générale, l'invention est relative à un dispositif de pilotage d'un moteur d'automobile comprenant des injecteurs de carburant, une ou plusieurs pompes pour alimenter les injecteurs en carburant sous pression, un pilote de base commandé par un contrôleur de base pour faire varier des premiers paramètres d'injection en fonction de premiers paramètres de conduite de l'automobile, le dispositif comprenant en outre un pilote additionnel commandé par un contrôleur additionnel pour faire varier des seconds paramètres d'injection en fonction de seconds paramètres de conduite de l'automobile comprenant un taux d'éthanol dans le carburant. D'une façon générale, les contrôleurs sont des dispositifs qui reçoivent certaines informations (paramètres de conduite) de différents capteurs et comprennent des moyens tels que des calculateurs ou des cartes pour appliquer une stratégie et faire une synthèse de ces informations sous forme d'un signal de commande de leur pilote. Les pilotes sont des dispositifs qui convertissent ce signal de commande en impulsions électroniques pour commander directement le fonctionnement d'équipements électro-mécaniques tels que les injecteurs, les pompes ou des électrovannes. Les paramètres de conduite envisagés ici se rapportent soit à l'état du moteur, soit à la conduite de l'automobile par le conducteur à proprement parler, soit à des paramètres de l'environnement extérieur concernant par exemple la route ou l'atmosphère. Les paramètres d'injection sont ceux dont dépend le débit du carburant consommé par le moteur et parmi lesquels on peut citer des phases ou des durées d'ouverture des injecteurs, et la pression d'alimentation du carburant donnée par la pompe et éventuellement des électrovannes en amont des injecteurs. Le taux d'éthanol dans le carburant peut être mesuré directement, dans le réservoir ou le moteur ; il peut aussi être estimé d'une autre façon ou instauré par un réglage fait par le constructeur, un professionnel ou le conducteur. Il est vivement conseillé que les seconds paramètres d'injection, qui sont déterminés par un autre contrôleur que les premiers paramètres, soient complètement différents d'eux afin qu'une cohérence de la stratégie d'ensemble de l'injection soit maintenue. Dans le cas d'injecteurs additionnels, les seconds paramètres d'injection peuvent s'appliquer à eux, les premiers paramètres d'injection s'appliquant aux injecteurs de base. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les seconds paramètres d'injection peuvent s'appliquer à une pompe d'alimentation en carburant ou à des électrovannes, les premiers paramètres d'injection concernant les injecteurs eux-mêmes. Les premiers et seconds paramètres de conduite peuvent par contre être partiellement les mêmes sans inconvénient : cela concerne aussi bien le taux d'éthanol dans le carburant que les paramètres classiques pour piloter l'injection. Il est possible de distinguer plusieurs familles de procédés de mise en oeuvre de l'invention, qu'on peut en général appliquer à chacun des dispositifs principaux de réalisation : dans une première de ces familles, la stratégie du contrôleur de base ne dépend pas du taux d'éthanol, mais reste identique à celle qu'on trouve pour un carburant classique pur, seuls les seconds paramètres d'injection étant modifiés pour appliquer le supplément de débit de carburant nécessaire ; dans une autre famille, on observe l'inverse, c'est-à-dire que les seconds paramètres d'injection restent invariables autant que possible, et ce sont les premiers paramètres d'injection qui sont modifiés par le contrôleur de base pour délivrer le débit supplémentaire ; dans une troisième famille, il est prévu que les premiers comme les seconds paramètres d'injection sont normalement modifiés en fonction du taux d'éthanol. Des seuils peuvent d'ailleurs être appliqués pour passer d'un mode de fonctionnement à un autre : les premiers paramètres d'injection peuvent ainsi connaître une limite (c'est notamment vrai pour les durées des phases d'ouverture des injecteurs), de sorte que quand le débit supplémentaire devient trop important, ils doivent être maintenus à cette limite et le dispositif se repose seulement sur les modifications des seconds paramètres d'injection pour appliquer la totalité du débit supplémentaire, en commençant l'activité du contrôleur additionnel dans la seconde famille de procédés, ou en continuant cette activité dans la troisième famille de procédés. Selon une réalisation particulière, le dispositif peut comprendre une sonde de richesse du carburant placée dans le moteur pour estimer le taux d'éthanol, ou encore une sonde de mesure du taux d'éthanol dans un réservoir du carburant. L'invention sera décrite à l'aide de quelques réalisations. La figure 1 représente un premier dispositif de réalisation général de l'invention, les figures 2a et 2b un mode de fonctionnement de ce dispositif de réalisation, et les figures 3a et 3b un deuxième dispositif de réalisation général de l'invention. Diverses variantes de fonctionnement de ces dispositifs de réalisation généraux seront décrites d'après ces figures, ainsi que d'autres aspects de l'invention. Le moteur 1 de la figure 1 comprend des injecteurs de base 2 (2.1, 2.2, 2.3 et 2.4), alimentés par une rampe commune 3, et au moins un injecteur additionnel 4. La technologie ou le principe d'implantation du au moins un injecteur additionnel 4 pourra être similaire à celui des injecteurs de base 2. Les injecteurs 2 et 4 sont alimentés en carburant de façon classique par des dispositifs de pompage non représentés. Le taux d'éthanol du carburant est évalué par une sonde de richesse 5 du carburant située dans le moteur 1, une sonde 16 placée dans le réservoir de carburant 11 ou un autre moyen. Les injecteurs de base 2 sont commandés par impulsions électriques par un pilote de base 6 d'après un contrôleur de base 7 du moteur ; le contrôleur de base 7 est conçu pour appliquer une stratégie qui est fonction de premiers paramètres de conduite qui sont des variables de l'état du moteur, comme le régime, la charge, la température ou d'autres variables, comme la pression sur la pédale d'accélération, la température de l'air extérieur, la richesse du mélange air carburant, etc. et pour délivrer une information de commande au pilote de base 6. Dans ce mode de réalisation, le contrôleur de base 7 est capable d'ajuster le temps d'injection des injecteurs de base 2 en fonction du taux d'éthanol jusqu'à un seuil déterminé d'un ou plusieurs paramètres d'injection de base, par exemple le taux d'éthanol ou une durée maximale du temps d'injection. Quand ce taux de seuil est atteint, un contrôleur additionnel 8 du moteur est mis en service et dirige un pilote additionnel 9 de l'injecteur additionnel 4. Le contrôleur additionnel 8 calcule d'abord la quantité de carburant Qinj à injecter par les systèmes des injecteurs de base 2 et de l'injecteur additionnel 4 en fonction du taux d'éthanol dans le carburant, par exemple en considérant une relation linéaire entre cette quantité et le taux d'éthanol, jusqu'à 85% d'éthanol dans le carburant, la relation étant généralement non linéaire au-delà. On peut aussi déterminer la quantité de carburant Qinj à injecter par lecture dans une table d'interpolation à partir du taux d'éthanol. Le contrôleur additionnel 8 calcule alors la quantité dQini de carburant à injecter par l'injecteur additionnel 4 en faisant la différence entre le débit Qinj calculé précédemment et le débit injecté par le dispositif des injecteurs de base 2. L'injecteur additionnel 4 reçoit alors des commandes électriques d'ouverture et de fermeture qui dépendent du taux d'éthanol pour lui faire délivrer un débit de carburant supplémentaire et qui peuvent être exprimées de plusieurs façons. Le seuil dont on vient de parler peut être à une valeur quelconque, mais il peut aussi être à une valeur nulle. La figure 2 est une illustration, donnée à titre non limitatif, de la commande en tension des injecteurs de base 2 et d'un unique injecteur additionnel 4 dans le cas d'un moteur à quatre cylindres. Les figures 2a et 2b représentent en regard les courbes d'injection C2-2, C2-2, C2-2, C2-4 et C4 des injecteurs de base 2-1, 2-2, 2-3 et 2-4 et de l'injecteur additionnel 4, données en tension électrique de commande V d'après l'angle de vilebrequin O. La figure 2a illustre que les ouvertures et les fermetures de l'injecteur additionnel 4 se répètent à intervalles réguliers, sans synchronisation avec les ouvertures et fermetures de l'un ou l'autre des injecteurs de base 2. Les temps d'injection de l'injecteur additionnel 4 sont appelés Ton, et les interruptions entre injections consécutives Toff. La consigne appliquée par le contrôleur additionnel 8 peut s'exprimer par un taux de service compris entre 0 et 1 et égal à Ton/(Ton+Toff). L'une de ces deux durées peut être fixe et l'autre est variable d'après le taux d'éthanol ; sinon, on peut travailler à fréquence fixe, c'est-à-dire que Ton+Toff est invariable, et Ton et Toff varient tous deux de durées opposées pour donner le taux de service demandé d'après le taux d'éthanol. On a représenté à la figure 2b, toujours dans un exemple non limitatif à un unique injecteur additionnel 4, un procédé comprenant une injection additionnelle phasée d'un temps p par rapport à chaque point mort haut de chaque cylindre du moteur (PMH1 à PMH4 pour un moteur à quatre cylindres). Cette situation n'est donc pas obligatoire, mais elle se prête à un pilotage d'un genre différent où les instants de commutation de l'injecteur additionnel 4 peuvent être exprimés en angles de vilebrequin, ou en temps physiques une fois connue la vitesse de rotation du moteur et les instants de passage sur un point de référence du cycle moteur. Il en irait de même si plusieurs injections étaient prévues entre deux points morts hauts. Dans le cas où le nombre d'injecteurs additionnels 4 est égal au nombre d'injecteurs de base 2, on pourra avantageusement synchroniser l'injection d'un injecteur additionnel 4 avec l'injection correspondante de l'injecteur de base 2 apte à injecter dans un même cylindre moteur. Plusieurs variantes de ce mode de réalisation sont possibles en ce qui concerne la répartition du débit entre les deux catégories d'injecteurs 2 et 4. Dans l'une d'entre elles, le contrôleur de base 7 applique une stratégie indépendante du taux d'éthanol, de sorte que le débit de carburant délivré par chacun des injecteurs de base 2 est indépendant de ce taux et que l'injecteur additionnel 4 doit délivrer tout le carburant supplémentaire nécessité par ce taux. Dans une autre variante, les injecteurs de base 2 sont pilotés de façon variable d'après le taux d'éthanol du carburant et notamment avec des temps d'injection variables en fonction de ce taux. C'est seulement si la capacité d'injection des injecteurs de base 2 atteint une limite, c'est-à-dire s'ils injectent pendant tout l'intervalle de phases autorisé, que l'injecteur additionnel 4 est mis en service pour compléter le débit de carburant requis. L'utilisation de l'injecteur additionnel 4 offre l'intérêt qu'il peut être construit avec des dimensions différentes des injecteurs de base 2, ce qui lui permet d'injecter un débit de carburant beaucoup plus important qu'eux le cas échéant. Un deuxième mode de réalisation de l'invention sera maintenant décrit à l'aide des figures 3a et 3b. La figure 3a illustre le cas particulier d'un moteur à injection de carburant en amont des 20 soupapes d'admission d'air. Il n'y a pas ici d'injecteur additionnel ni de moyens pour le piloter. Le réglage de l'injection se fait désormais par l'intermédiaire des injecteurs de base 2 et d'une pompe à carburant 10 pilotée électriquement et immergée dans 25 le réservoir à carburant 11. Sur une canalisation 12 reliant la pompe à carburant 10 à la rampe d'injection 3, ou sur la rampe d'injection 3, peut se trouver un capteur de pression 13, la pompe à carburant 10 délivrant une pression qui est une fonction croissante 30 de la puissance électrique qu'elle consomme et une fonction décroissante du débit de carburant qu'elle 15 délivre. La pompe à carburant 10 peut alternativement avoir une consommation électrique constante et être munie d'un dispositif tel que des électrovannes permettant de faire varier sa pression de sortie. La pompe à carburant 10 est gouvernée par un pilote additionnel 14, qui peut aussi recueillir la mesure du capteur de pression 13 pour vérifier que la commande qu'il émet donne un effet satisfaisant et la corriger sinon. Le pilote additionnel 14 est gouverné par un contrôleur additionnel 15 qui est un module de calcul du besoin de carburant d'après le contrôleur de base 7, des variables d'état du moteur et du taux d'éthanol. On va décrire le contrôleur additionnel 15. Dans une première variante de réalisation, le contrôleur de base 7 ne possède pas de stratégie de compensation du taux d'éthanol dans le carburant, par exemple par l'augmentation du temps d'injection. Le temps d'injection est calculé en fonction des premiers paramètres de conduite pour une application à l'essence pure en considérant une pression de carburant constante. Le contrôleur additionnel 15 calcule alors, en fonction du taux d'éthanol présent dans le carburant, l'élévation de la pression de carburant dans la rampe 3 nécessaire pour faire passer le débit du carburant nécessaire par les injecteurs 2 sans modifier leur durée de commande. La relation liant le débit injecté à la pression du carburant à l'entrée des injecteurs 2 est approximativement la suivante : K.T./Parburant ùPepartiteur où Qini est la quantité de carburant injectée, Ti un temps efficace d'injection, P carburant la pression du carburant à l'entrée des injecteurs 2, Prépartiteur la pression dans le répartiteur d'admission et K un coefficient de débit propre à l'injecteur. Le contrôleur additionnel 15 calcule d'abord la quantité de carburant supplémentaire dQin à injecter en fonction du taux d'éthanol dans le carburant selon le même principe que celui décrit dans la première réalisation, c'est-à-dire en considérant une relation linéaire entre cette quantité et le taux d'éthanol, jusqu'à 85% d'éthanol dans le carburant, la relation étant non linéaire au-delà. Une lecture dans une table d'interpolation peut aussi être faite. En notant Po la pression du carburant de référence utilisée dans la commande de base du moteur et Qo le débit de carburant commandé par le dispositf de référence en considérant cette pression de référence, la pression de carburant de consigne Pcarburant doit vérifier 1 + uQinj _ Pcarburant ù l répartiteur Q0 PO ù Prépartiteur /1 + da nj Q o carburant répartiteur + (PO ù Prépartiteur ) soit Le contrôleur additionnel 15 peut calculer directement la pression Pcarburant par cette formule ou 25 l'obtenir d'une carte donnant soit directement cette pression, soit le rapport Pcarburant Prépartiteur PO ù Prépartiteur Dans une variante de ce deuxième mode de réalisation, le contrôleur de base 7 est capable d'ajuster le temps d'injection des injecteurs 2 en fonction du taux d'éthanol et de la pression de carburant. Le dispositif de la figure 3 continue à être employé. La commande de pression, qui est encore établie par le contrôleur additionnel 15, se présente alors sous l'aspect d'une carte indiquant la valeur de pression en fonction des divers paramètres du moteur et du taux d'éthanol. La pression peut ainsi être définie à une valeur constante pour une plage de fonctionnement donnée, ce qui peut introduire des discontinuités de fonctionnement ou des difficultés de réglage moteur. C'est pourquoi on préférera un fonctionnement d'après lequel la valeur de pression carburant cible est interpolée continûment sur la plage de fonctionnement moteur, par exemple, par interpolation sur une certaine durée déterminée, jusqu'à ce que la nouvelle pression de consigne soit atteinte. Dans une autre variante de ce deuxième mode de réalisation, les injecteurs 2 sont commandés avec un temps d'injection variable en fonction du taux d'éthanol et des autres paramètres du moteur, et la pression du carburant est alors constante, le pilote additionnel 14 restant inactif, pour tous les points de fonctionnement où l'un des paramètres de conduite ou l'un des paramètres d'injection principaux reste en deçà d'une limite. Mais quand cette limite est atteinte, par exemple lorsque les temps d'ouverture des injecteurs 2 atteignent un maximum, le pilote additionnel 14 est mis en service pour calculer le surcroît de pression nécessaire pour compléter le débit de carburant demandé. Le contrôleur additionnel 15 peut alors calculer la différence entre la quantité de carburant requise et la quantité injectée à la pression ordinaire, et appliquer un calcul analogue à celui de la première variante pour déterminer le surcroît de pression à appliquer. La figure 3b représente un principe de réalisation semblable à celui exposé à la figure 3a dans le cas d'un moteur à injection de carburant directement dans les cylindres du moteur. La rampe d'injection 3 est mise en pression par un module de pompage 18 généralement entraîné mécaniquement. La pression de carburant dans la rampe d'injection 3 est commandée par le contrôleur de base 7 par l'intermédiaire d'un pilote de base 6 qui gouverne entre autres des électrovannes usuellement intégrées dans le module de pompage 18 et corrige cette commande en temps réel à l'aide de l'information de pression de carburant communiquée par un capteur de pression 13. Le contrôleur additionnel 15 calcule alors un écart de pression par rapport à la pression cible imposée par le contrôleur de base 7 à partir des paramètres de conduite parmi lesquels figurent la pression de carburant requise par le contrôleur de base 7 et le taux d'éthanol selon les mêmes principes que décrits précédemment. Le pilote de base 6 reçoit alors les informations de pression cible transmise par le contrôleur de base 7 et la correction de pression cible transmise par le contrôleur additionnel 15. Alternativement, un contrôleur intermédiaire 17 peut faire la somme de l'information de pression du contrôleur de base 7 et de la correction de pression du contrôleur additionnel 15 afin de commander directement au pilote de base 6 une pression de carburant cible.10 REVENDICATIONS 1. Dispositif de pilotage d'un moteur d'automobile comprenant des injecteurs (2) de carburant, une pompe (10,18) pour alimenter les injecteurs en carburant, et un pilote de base (6) commandé par un contrôleur de base (7) pour faire varier des premiers paramètres d'injection en fonction de premiers paramètres de conduite de l'automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un pilote additionnel (9, 14) commandé par un contrôleur additionnel (8, 15) pour faire varier des seconds paramètres d'injection en fonction de seconds paramètres de conduite de l'automobile comprenant un taux d'éthanol dans le carburant. 2. Dispositif de pilotage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les seconds paramètres d'injection sont différents des premiers paramètres d'injection. 3. Dispositif de pilotage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les premiers paramètres d'injection se rapportent à des injecteurs de base (2), et les seconds paramètres d'injection se rapportent à au moins un injecteur additionnel (4). 4. Dispositif de pilotage selon la revendication 3, caractérisé en ce que les seconds paramètres d'injection consistent en un taux temporeld'injection de carburant par l'injecteur additionnel (4). 5. Dispositif de pilotage selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'injection de carburant par l'injecteur additionnel (4) comprend un nombre entier et uniforme de périodes d'injection par cycle moteur. 6. Dispositif de pilotage selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les seconds paramètres d'injection comprennent des temps ou des phases d'ouverture des injecteurs. 7. Dispositif de pilotage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les seconds paramètres d'injection comprennent une pression du carburant en amont des injecteurs, et les premiers paramètres d'injection comprennent des temps ou des phases d'ouverture des injecteurs. 8. Dispositif de pilotage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les premiers paramètres d'injection comprennent une pression du carburant et les seconds paramètres d'injection consistent en une correction de cette pression. 9. Dispositif de pilotage selon la revendication 7 à 8, caractérisé en ce que les premiers paramètres de conduite ne comprennent pas le taux d'éthanol, et le contrôleur additionnel (15) est conçu pour calculer un débit supplémentaire de carburantd'après le taux d'éthanol pour déduire la pression de carburant ou la correction de pression du carburant d'après le débit supplémentaire de carburant. 10. Dispositif de pilotage selon la revendication 7 à 8, caractérisé en ce que les premiers paramètres de conduite comprennent le taux d'éthanol, et en ce que le contrôleur de base (7) et le contrôleur additionnel (15) sont conçus pour faire varier les premiers et les seconds paramètres d'injection à tous débits de carburant nécessaires. 11. Dispositif de pilotage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le contrôleur additionnel (15) comprend une carte pour déduire les seconds paramètres d'injection, et en ce que le pilote additionnel (14) est conçu pour appliquer des variations des seconds paramètres d'injection de façon progressive sur une durée déterminée. 12. Dispositif de pilotage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les premiers paramètres de conduite comprennent le taux d'éthanol, et en ce que le contrôleur additionnel (15) est conçu pour faire varier les seconds paramètres d'injection seulement au-delà d'un seuil déterminé en fonction de limites des premiers paramètres d'injection.30