Brevet FR2961265A1 — publié le 20111216

-1- PROCEDE DE LIMITATION DES PULSATIONS DE PRESSION DANS LE CIRCUIT A CARBURANT D'UN MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE L'invention concerne le système d'injection d'un moteur à allumage commandé, et plus particulièrement un procédé visant à limiter les pulsations de pression dans le circuit d'alimentation de carburant. Sur les moteurs classiques à injection, les injecteurs de carburant sont fixés sur une rampe commune, alimentée par une pompe à carburant, qui stocke le carburant sous pression. Pour tous les points de fonctionnement du moteur, dépendant notamment du régime et de la charge, un calculateur détermine sur chaque cylindre la quantité de carburant à injecter et le phasage de l'injection principale (caractérisé, par exemple, par la durée qui sépare la fin de l'injection dans un cylindre donné du moment où le vilebrequin passe au point mort haut au début du temps de combustion / détente sur ce cylindre), en commandant électriquement les injecteurs. Ceux-ci, en s'ouvrant et en se fermant, créent des ondes de pression dans la rampe, et donc des variations de la pression instantanée autour de sa valeur moyenne. La conséquence de ces écarts de pression est que, pour un temps d'injection donné, défini par le calculateur à partir de la pression moyenne pour délivrer la quantité de carburant nécessaire pour un point de fonctionnement donné, la quantité de carburant réellement injectée présente un écart par rapport à la quantité prévue. Cette mauvaise maîtrise de la quantité de carburant injectée, c'est-à-dire de la richesse, est la cause de problèmes d'émission, de consommation, de performance, de bruit et d'agrément d'utilisation du moteur. On connaît diverses méthodes qui visent à limiter ces fluctuations de pression dans une rampe à carburant. Par exemple, la publication WO2009/059931 présente une méthode de calibration d'un moteur, applicable à un procédé d'injection présentant au moins deux étapes d'injection distinctes à chaque cycle. Par cycle, on entend, dans la suite, le cycle du moteur à quatre 2961265 -2- temps (admission, compression, combustion / détente, échappement) tel qu'il se déroule individuellement sur chaque cylindre. Par exemple, pour un moteur à quatre cylindres en ligne, les cycles se déroulent habituellement dans l'ordre successif des cylindres 1-3-4-2, et chaque cycle se répète sur un cylindre donné 5 avec un décalage d'un demi-tour de vilebrequin par rapport au cycle précédent. Dans cette publication, le réglage de chaque point de fonctionnement est optimisé en faisant varier le phasage de l'injection et/ou la durée de l'injection d'au moins une des étapes d'injection, de manière à créer des interférences destructrices entre les ondes de pression individuelles initiées par les injections 10 successives. Ces interférences permettent, pour certaines valeurs de phasage et/ou de durée d'injection, de limiter les pics de pression de l'onde résultant de la superposition des ondes de pression individuelles. De tels procédés ne permettent néanmoins pas d'éradiquer tous les problèmes de variation de pression rencontrés dans une rampe à carburant. On 15 connaît des conditions de fonctionnement particulières du moteur, notamment à un régime proche du ralenti, par grand froid et à température d'eau très basse, où l'excitation des injections du moteur rencontre la fréquence propre du système d'alimentation constitué du tuyau d'alimentation de carburant et de son carburant refroidis. 20 L'onde source créée par les injecteurs excite le tuyau d'alimentation de carburant, qui réfléchit l'onde en l'amplifiant, créant une résonance. Quand un ventre en dépression de l'onde résultante se forme spatialement derrière un injecteur, la quantité de carburant réellement injectée est bien inférieure à la quantité nécessaire au moteur. Les creux de richesse empêchent une montée 25 suffisamment rapide en couple et en régime du moteur. Une onde source périodique stationnaire est créée, puis entretenue, car les injections se reproduisent à l'identique (c'est-à-dire : en phasage et en durée) à chaque cycle selon les réglages définis à l'avance par la calibration. Ce défaut se traduit alors pour le conducteur par une réponse extrêmement lente du véhicule aux 2961265 -3- sollicitations de la pédale d'accélérateur lors des reprises à bas régime du moteur, ou lors d'accélérations à partir du régime de ralenti du moteur. La présente invention vise à résoudre ce problème de pulsation de pression dans la rampe à carburant du moteur, en proposant un procédé dans lequel 5 l'injection de carburant est réglée de façon différente à chaque cycle pendant le fonctionnement du moteur. Plus précisément, par une modification du phasage des injections successives de carburant cycle après cycle, le calculateur perturbe l'installation et/ou l'entretien de l'onde stationnaire de pression. Selon une première variante, les phasages sont choisis de manière aléatoire 10 par le calculateur, entre une valeur minimale et une valeur maximale compatibles avec le besoin du point de fonctionnement du moteur, préalablement définies par calibration. Selon une deuxième variante, les phasages sont modifiés d'une injection à la suivante, par un incrément régulier, entre une valeur minimale et une valeur 15 maximale. Selon une troisième variante, l'injection est fractionnée en au moins deux étapes, dont une injection principale et au moins une pré-injection. bans un mode de réalisation préféré, le phasage de l'injection principale ne varie pas pour un point de fonctionnement du moteur donné, cependant que le 20 phasage d'au moins une pré-injection est modifié d'un cycle à l'autre par le calculateur d'une manière aléatoire, entre deux valeurs minimale et maximale compatibles avec le besoin du point de fonctionnement du moteur, préalablement définies par calibration. Avantageusement, les temps d'injection des différentes étapes, c'est-à- 25 dire les quantités injectées, sont également modifiés d'un cycle à l'autre de façon aléatoire par le calculateur, la somme des quantités délivrées par ces étapes individuelles restant à chaque cycle égale à la quantité définie par calibration pour chaque point de fonctionnement du moteur. Cette répartition aléatoire des quantités injectées permet de diminuer l'amplitude de l'onde de pression. 2961265 -4- D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante de plusieurs modes de réalisation non limitatifs de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés sur lesquels, - La figure 1 est un diagramme représentant le déroulement dans le temps de l'injection de carburant dans un cylindre, présentant une seule phase d'injection, - la figure 2 représente les variations aléatoires de la fin de l'injection, cycle après cycle, obtenues grâce à l'invention, - la figure 3 représente les variations régulières de la fin de l'injection entre une valeur minimale et une valeur maximale, cycle après cycle, selon l'invention, - la figure 4 est un diagramme représentant le déroulement dans le temps de l'injection de carburant dans un cylindre, présentant deux 15 étapes d'injection distinctes, dont une injection principale et une pré- injection, selon une variante de l'invention, - la figure 5 représente les variations aléatoires de la fin de la pré-injection, selon une variante de l'invention, et - la figure 5A représente les variations aléatoires de la 20 quantité injectée lors de l'injection principale, cycle après cycle, et les variations correspondantes de l'injection complémentaire. La figure 1 représente le déroulement dans le temps de l'injection de carburant dans un cylindre, pour une injection se déroulant en une seule étape. Cette injection est définie, par exemple, par le temps d'injection TI1 qui 25 correspond à la durée entre l'ouverture et la fermeture d'un injecteur de carburant, et par le phasage de l'injection dans le cycle, c'est-à-dire, selon une définition usuelle, le moment de la fermeture de l'injecteur, qui correspond à la fin de l'injection. Ce moment peut être mesuré par le temps FI1 qui le sépare du moment de passage au point mort haut PMH qui marque le début du temps de 5 10 2961265 -5- combustion / détente du cycle considéré. Le phasage peut, de la même manière, être défini alternativement par le moment de l'ouverture de l'injecteur, qui correspond au début de l'injection, ce moment pouvant être déterminé par le temps 011 le séparant du PMH. Ces deux paramètres sont reliés par la formule : 5 OI1-FI1TI1 Selon l'état de l'art, les temps d'injection TI1 et les phasages FIl ne sont pas modifiés en fonction des cycles, mais prédéfinis par calibration du moteur, par exemple au banc d'essai, en fonction des paramètres de chaque point de fonctionnement, notamment du régime moteur, de la volonté du conducteur (qui se 10 traduit par l'enfoncement de la pédale d'accélérateur), de la température de l'air environnant le moteur sous le capot du véhicule, et de la température d'eau. Au temps d'injection TI1 correspond une quantité de carburant injectée QI1. Cette quantité est figurée par la surface sous la courbe représentée sur la figure 1. Cette courbe est une représentation de la levée de l'aiguille de l'injecteur. 15 La quantité de carburant injectée QII, et donc le temps d'injection TI1, sont déterminés par le besoin du point de fonctionnement considéré du moteur, le plus souvent de manière à assurer une richesse égale à 1. Ils n'ont donc pas de possibilité de varier. En revanche, en référence à la figure 2, il est connu que sur les moteurs à 20 allumage commandé, plus particulièrement sur les moteurs à injection indirecte, le phasage de l'injection peut être réglé, pour un point de fonctionnement donné, dans une plage de temps assez large avant le PMH sans perturber les performances du moteur. Pour chaque point de fonctionnement et en fonction de la valeur du temps d'injection TI; , il est possible de modifier le moment de la fin 25 de l'injection FI; entre deux valeurs minimale FImin et maximale FImax . Ces valeurs sont prédéfinies par calibration, par exemple au banc moteur ou par calcul. Selon un premier mode de réalisation présenté par la figure 2, le calculateur fait varier le phasage FII,,, du n-ième cycle moteur après le démarrage du moteur, de manière aléatoire. Il génère à chaque cycle moteur un nombre 2961265 -6- aléatoire a' compris entre 0 et 1, et il commande électriquement l'injecteur du cylindre concerné avec un phasage FII,n égal à : FII,n = FImin + an - (Flmax - FIm;n) Avantageusement, le calculateur ne modifie le phasage de façon aléatoire 5 que dans une zone limitée de points de fonctionnement du moteur. Par exemple, le procédé n'est actif que : - en dessous d'un seuil de régime moteur Nmots , - en dessous d'un seuil de température d'air 0airs environnant le moteur sous le capot du véhicule, et 10 - en dessous d'un seuil de température d'eau eeaus . De plus, le procédé peut n'être actif que pendant une durée limitée ts qui débute lorsque le moteur est démarré, puis à chaque fois qu'il quitte son régime de ralenti, par action du conducteur sur la pédale d'accélérateur du véhicule. Lorsque l'une au moins de ces conditions n'est pas remplie, le procédé peut 15 être désactivé, et le calculateur pilote alors les injecteurs en appliquant les paramètres TII et FII prédéfinis par calibration. Cette limitation permet d'éviter des problèmes d'instabilité ou d'agrément du moteur ainsi que des problèmes d'émissions sur ces autres points de fonctionnement. La figure 3 présente un deuxième mode de réalisation de l'invention. Ce 20 deuxième mode est similaire au premier, à la différence près que le calculateur n'applique pas des variations aléatoires de phasage d'injection FII,n , mais des variations régulières et progressives entre les deux phasages extrêmes caractérisés par FImin et Flmn . Plus précisément, on commence par calibrer dans le calculateur la valeur 25 d'un entier N et d'un incrément b qui découpe la plage de réglage [ FIm;n , FImax ] en N pas identiques selon la formule : (FIm. - Flmin) / N Le calculateur pilote alors les injecteurs de manière à appliquer à l'injecteur concerné, pour chaque n-ième cycle moteur, n étant compris entre 1 et N+1 , un phasage égal à : FIl n = FIm;n + (n-1) En d'autres termes, entre les cycles de rang 1 et N+1 , le phasage augmente, par pas progressif, de FIm;n à FIm. . Le calculateur utilise pour ce faire un compteur dans lequel le numéro d'ordre du cycle n est stocké. Le nombre de cycles n peut provenir, par exemple, d'un signal de capteur de point mort haut PMH monté sur le moteur. Au cycle suivant, c'est-à-dire au cycle de rang N+2 , le calculateur soustrait la valeur N+1 du compteur, et il applique ainsi à l'injecteur concerné le phasage FIm;n correspondant au cycle de rang n égal à 1. Le calculateur reproduit sur les N+1 cycles compris entre le cycle de rang N+2 et le cycle de rang 2-N+2 les mêmes réglages que ceux qui sont appliqués pour les cycles compris entre le cycle de rang 1 et le cycle de rang N+1. En d'autres termes, le procédé est périodique, de période P = N+1. Le processus peut être répété jusqu'à ce qu'une des conditions de seuil indiquées précédemment cesse d'être remplie. Avantageusement, pour éviter que le réglage appliqué au cycle de rang N+2 , qui est le même que le réglage appliqué au cycle de rang 1, ne se retrouve sur le même cylindre du moteur, on peut choisir dans la calibration un entier N tel que la période P et le nombre K de cylindres du moteur soient deux nombres entiers dits premiers entre eux. En d'autres termes, il n'existe aucun nombre entier qui soit un diviseur commun à P et à K. La figure 4 introduit un troisième mode de réalisation dans lequel, sous les conditions de seuil indiquées précédemment, le calculateur fractionne le processus d'injection en au moins deux étapes individuelles, dont une injection principale et au moins une pré-injection. Le diagramme de la figure 4 présente l'exemple non-limitatif d'une seule pré-injection. Chaque étape d'injection individuelle est définie par un temps d'injection TI1 et par un phasage caractérisé caractérisé par le temps FI; séparant la fermeture de l'injecteur du point mort haut PMH de combustion (ou par le temps 7 2961265 -8- 0I; séparant l'ouverture de l'injecteur du point mort haut PMH de combustion, selon la formule : 0I; - FI; = TI; ). La pré-injection est séparée de l'injection principale par un temps de pause LTI pendant lequel l'injecteur est refermé, selon la formule : 5 iTI = FI2 - TI1 - FI1 Chaque temps d'injection individuel TI; correspond à une quantité de carburant injectée individuelle QI; , dont la somme est égale à une quantité de carburant injectée QI définie par calibration en fonction des besoins de chaque point de fonctionnement du moteur. Cette quantité totale QI, correspondant à un 10 temps d'injection total TI, ne peut donc pas varier d'un cycle à l'autre pour un point de fonctionnement donné, ce qui n'est pas le cas des différentes quantités individuelles QI; et des différents temps d'injection individuels ni . D'une manière identique aux deux premiers modes de réalisation exposés, les phasages respectifs des injections individuelles, caractérisés par FI; , peuvent 15 varier dans une large plage de temps avant le PMH du cycle moteur considéré. Selon un troisième mode de fonctionnement illustré par les figures 5 et 5A, le calculateur pilote les injections en faisant varier aléatoirement à chaque cycle le phasage de la pré-injection, caractérisé par FI2,,, , entre deux bornes FImin et FImax (figure 5). Il fait également varier aléatoirement la quantité injectée lors de 20 la pré-injection QI2,,, (figure 5A) , la quantité injectée lors de l'injection principale QII,,, s'en déduisant alors par la formule : QII,n = QI - QI2,n Ces réglages sont obtenus par la génération aléatoire dans le calculateur, à chaque cycle, de deux nombre aléatoires a' et a'n compris entre 0 et 1, et par la 25 commande des injecteurs selon les formules : FI2,n = FImin + an (FImax - FImin) QI2,n - a'n - QI Le phasage de l'injection principale, caractérisé par FI1, est défini lors de la calibration pour chaque point de fonctionnement et il n'est pas modifié d'un cycle à l'autre. Les bornes FI2n,;n et Fl2max sont définies par calibration. En particulier, la borne Fl2max est choisie de façon à assurer, pour chaque point de fonctionnement du moteur, un temps de pause LTI positif quelle que soit la quantité de carburant injectée lors de l'injection principale Qll,,, c'est- à-dire au maximum quand celle-ci est égale à la quantité de carburant QI, et pour le phasage FIl qui a été calibré. En résumé, l'invention propose un nouveau procédé de commande, consistant à faire modifier par le calculateur le phasage d'injection FI; d'au moins une étape d'injection à chaque cycle pendant le fonctionnement du moteur, par rapport au phasage calibré au préalable pour un point de fonctionnement donné du moteur. Il s'applique à tout moteur à allumage commandé comprenant une rampe d'injection commune aux injecteurs de chaque cylindre et des injecteurs pilotés par un calculateur, calibré pour chacun de ses points de fonctionnement par le réglage d'au moins une étape d'injection par cycle définie par au moins un temps d'injection TI; et un phasage d'injection FI; . Un tel procédé présente de nombreux avantages. La modification des paramètres d'injection du moteur, en empêchant l'installation et/ou l'entretien d'une onde de pression stationnaire dans le circuit à carburant du moteur, permet de résoudre des problèmes de richesse et d'agrément du moteur dans certaines conditions de fonctionnement, notamment par grand froid. Ce procédé n'a pas d'impact sur la performance du moteur. De plus, il n'a pas d'impact sur les autres prestations du moteur, telles que les émissions, dans la mesure où sa mise en oeuvre peut être restreinte aux seules conditions de fonctionnement dans lesquelles le problème de richesse et d'agrément sont rencontrés.25 REVENDICATIONS1. Procédé de limitation des pulsations de pression dans le circuit à carburant d'un moteur à allumage commandé comprenant une rampe d'injection commune aux injecteurs de chaque cylindre et des injecteurs de carburant dont l'ouverture et la fermeture sont pilotées par un calculateur, calibré pour chacun de ses points de fonctionnement par le réglage d'au moins une étape d'injection par cycle définie par au moins un temps d'injection ( TI; ) et un phasage d'injection ( FI; ), caractérisé en ce qu'à chaque cycle, le calculateur modifie le phasage d'injection ( FI; ) d'au moins une étape d'injection. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le phasage d'injection ( FI;) est modifié dans une plage de temps comprise entre deux valeurs de phasage ( Flm;n ) et ( Flmax ) antérieures au point mort haut ( PMH ) du cycle de combustion concerné, entre lesquelles la performance du moteur n'est pas altérée. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le phasage d'injection est modifié seulement quand le régime moteur, la température d'air environnant le moteur sous le capot du véhicule, et la température d'eau sont respectivement inférieures à des seuils Nmots , ea;rs , et eeaus . 4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le phasage d'injection est modifié seulement pendant une durée limitée ts qui débute lorsque le moteur est démarré, puis à chaque fois qu'il quitte son régime de ralenti, par action du conducteur sur la pédale d'accélérateur du véhicule. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la modification du phasage d'injection ( FIi ) est aléatoire. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la modification du phasage d'injection ( FI; ) est périodique sur un nombre de 2961265 - 11 - cycles (P). 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisée en ce que la période (P ) et le nombre de cylindres ( K) du moteur sont deux nombres entiers premiers entre eux. 5 8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'au premier cycle de la période le phasage d'injection ( FI; ) est égal à ( FIm;n ), qu'au dernier cycle de la période il est égal à ( FIm. ), et qu'entre ces deux cycles il augmente d'un incrément constant () à chaque cycle intermédiaire. 9. Procédé selon l'une des revendications (1) à (5), caractérisé en ce que le 10 phasage d'injection ( FI;) modifié à chaque cycle ne porte que sur une étape de pré-injection ( FI2 ). 10. Procédé selon la revendication (9), caractérisé en ce que le temps d'injection ( TI; ) d'au moins une étape d'injection est modifié de façon aléatoire à chaque cycle. 15