FR2717227A1 - Method of fuel injection for motor vehicle IC engine with controlled ignition and direct injection - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE D' INJECTION DZ CARBURANT POUR
MOTEUR A COMBUSTION INTERNE A INJECTION DIRECTE ET
ALLUMAGE COMMANDE
La présente invention concerne un procédé d'injection de carburant pour un moteur à combustion interne multicylindre à injection directe et à allumage commandé destiné notamment à équiper un véhicule automobile. L'invention concerne plus particulièrement un procédé d'injection de carburant adapté à un moteur à combustion interne par lequel l'injection de carburant est opérée en plusieurs périodes distinctes par cycle moteur.FUEL INJECTION PROCESS FOR
DIRECT INJECTION INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND
IGNITION CONTROL
The present invention relates to a fuel injection method for a multicylinder internal combustion engine with direct injection and spark ignition intended in particular for equipping a motor vehicle. The invention relates more particularly to a fuel injection method suitable for an internal combustion engine by which the fuel injection is carried out in several distinct periods per engine cycle.
On connaît notamment par les demandes de brevet français n02.650.629 et n02.650.630 déposées par la Demanderesse des exemples de moteurs à combustion interne, à injection directe et à allumage commandé. L'injection directe a lieu à l'intérieur des cylindres en aval de la ou des soupapes d'admission de l'air comburant. We know in particular from French patent applications n02,650,629 and n02,650,630 filed by the Applicant examples of internal combustion engines, direct injection and spark ignition. Direct injection takes place inside the cylinders downstream of the combustion air intake valve (s).
L'injection directe a notamment pour avantage de pouvoir s'affranchir du papillon de commande du débit d'air dans le collecteur d'admission indispensable en injection indirecte. Direct injection has the particular advantage of being able to overcome the butterfly for controlling the air flow in the intake manifold, which is essential for indirect injection.
Le couple moteur est alors directement régulé par la quantité d'essence injectée directement dans chaque cylindre, d'où une réduction importante des pertes par pompage ce qui permet donc d'améliorer sensiblement le rendement du moteur.The engine torque is then directly regulated by the amount of gasoline injected directly into each cylinder, resulting in a significant reduction in pumping losses, which therefore significantly improves the efficiency of the engine.
L'injection directe permet par ailleurs d'opérer une stratification de la charge admise dans les cylindres. L'injection qui a lieu tard dans le cycle, pendant la phase de compression permet de créer une zone riche autour de la bougie afin de démarrer la combustion qui se propagera ensuite dans un mélange plus pauvre. Cette hétérogénéité du mélange carburé présent dans les chambres de combustion permet de contrôler parfaitement la combustion notamment pour les très faibles quantités de carburant injectées, ce qui conduit à réduire la consommation en carburant et à abaisser les émissions de gaz polluants du moteur lors des fonctionnements de ce dernier à faibles charges ou charges partielles. Direct injection also allows stratification of the charge admitted into the cylinders. The injection which takes place late in the cycle, during the compression phase makes it possible to create a rich zone around the candle in order to start the combustion which will then propagate in a leaner mixture. This heterogeneity of the fuel mixture present in the combustion chambers makes it possible to perfectly control the combustion, in particular for the very small amounts of fuel injected, which leads to reducing fuel consumption and lowering the emissions of polluting gases from the engine during engine operations. the latter at low loads or partial loads.
L'injection directe actuelle présente toutefois des inconvénients au fur et à mesure où la charge augmente et donc où la quantité de carburant à injecter augmente. La Demanderesse a pu montrer que l'effet favorable de la stratification du carburant injecté décroît avec la charge et s'avère même préjudiciable au bon déroulement de la combustion à forte charge. However, current direct injection has drawbacks as the load increases and therefore the quantity of fuel to be injected increases. The Applicant has been able to show that the favorable effect of the stratification of the injected fuel decreases with the load and even turns out to be detrimental to the good progress of the combustion at high load.
Au fur et à mesure où la charge augmente, il apparat préférable, pour produire le maximum de puissance, d'utiliser au mieux l'air admis, et pour cela de rendre le mélange homogène et donc d'introduire le carburant le plus en amont possible dans le cycle pour favoriser la préparation du mélange. Toutefois, pour pouvoir fonctionner le plus longtemps possible en mélange pauvre afin de réduire les émissions de polluants, il demeure important de conserver une zone riche en carburant au voisinage de la bougie lors de l'étincelle. As the load increases, it appears preferable, to produce the maximum power, to make the best use of the admitted air, and for this to make the mixture homogeneous and therefore to introduce the fuel as far upstream possible in the cycle to promote the preparation of the mixture. However, to be able to operate as long as possible in a lean mixture in order to reduce the emission of pollutants, it remains important to keep a fuel-rich zone in the vicinity of the spark plug during the spark.
Le but du procédé objet de la présente invention est donc d'améliorer l'injection du carburant dans les cylindres en opérant une répartition de l'injection du carburant au cours du cycle moteur qui permette de prendre en compte différents besoins en préparation du mélange carburé suivant les points de fonctionnement du moteur. The aim of the process which is the subject of the present invention is therefore to improve the injection of fuel into the cylinders by operating a distribution of the injection of fuel during the engine cycle which makes it possible to take into account different needs in preparing the fuel mixture. according to the engine operating points.
Le procédé d'injection de carburant selon l'invention concerne plus particulièrement un moteur à combustion interne multicylindrique à allumage commandé et à injection directe du type comportant un électro-injecteur par cylindre alimenté en carburant sous pression et piloté par un système électronique de contrôle qui commande la durée d'injection. The fuel injection method according to the invention relates more particularly to a multicylinder internal combustion engine with spark ignition and direct injection of the type comprising an electro-injector per cylinder supplied with fuel under pressure and controlled by an electronic control system which controls the duration of injection.
Selon l'invention le procédé d'injection est caractérisé en ce que pour un injecteur et pour un cycle moteur donnés, la durée totale d'injection déterminée par le système électronique de contrôle à partir des conditions de fonctionnement du moteur est répartie en une première et une seconde périodes d'injection distinctes réparties essentiellement durant les phase d'aspiration et de compression du cycle moteur. According to the invention the injection process is characterized in that for a given injector and for a given engine cycle, the total injection time determined by the electronic control system from the engine operating conditions is divided into a first and a second separate injection periods distributed essentially during the suction and compression phases of the engine cycle.
Selon une autre caractéristique du procédé d'injection objet de l'invention, la première période d'injection est définie par son instant initial et par sa durée. According to another characteristic of the injection method which is the subject of the invention, the first injection period is defined by its initial instant and by its duration.
Selon une autre caractéristique du procédé d'injection objet de l'invention, l'instant initial de la première période d'injection coincide avec l'instant de fermeture de la soupape d'échappement. According to another characteristic of the injection method which is the subject of the invention, the initial instant of the first injection period coincides with the instant of closing of the exhaust valve.
Selon une autre caractéristique du procédé d'injection objet de l'invention, la durée de la première période d'injection croit avec la charge et le régime du moteur. According to another characteristic of the injection method which is the subject of the invention, the duration of the first injection period increases with the load and the engine speed.
Selon une autre caractéristique du procédé d'injection objet de l'invention, la seconde période d'injection est définie par son instant final et par sa durée. According to another characteristic of the injection method which is the subject of the invention, the second injection period is defined by its final instant and by its duration.
Selon une autre caractéristique du procédé d'injection objet de l'invention, l'instant final de la seconde période d'injection coïncide avec le déclenchement de l'étincelle d'allumage. According to another characteristic of the injection process which is the subject of the invention, the final instant of the second injection period coincides with the triggering of the ignition spark.
Selon une autre caractéristique du procédé d'injection objet de l'invention, la seconde période d'injection décroît avec la charge et le régime du moteur. According to another characteristic of the injection method which is the subject of the invention, the second injection period decreases with the load and the engine speed.
On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description donnée ci-après d'un mode de réalisation de l'invention appliqué à un moteur à quatre temps et à quatre cylindres, ce mode de réalisation étant donné à titre d'exemple non limitatif, en se référant au dessin annexé, dans lequel
la figure 1 est un schéma d'un moteur à combustion interne à injection directe équipé d'un système de contrôle moteur pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ;
la figure 2 est un diagramme circulaire d'injection caractéristique du procédé selon l'invention.The aims, aspects and advantages of the present invention will be better understood from the description given below of an embodiment of the invention applied to a four-stroke and four-cylinder engine, this embodiment being given by way of nonlimiting example, with reference to the appended drawing, in which
FIG. 1 is a diagram of an internal combustion engine with direct injection fitted with an engine control system for implementing the method according to the invention;
FIG. 2 is a circular injection diagram characteristic of the method according to the invention.
Conformément à la figure 1, le moteur référencé 1, du type à combustion interne à quatre temps, à quatre cylindres en ligne, à allumage commandé et à injection directe est donc équipé d'un système électronique de commande de l'injection, encore appelé système de contrôle moteur 7. Le système électronique de commande de l'injection 7 a donc pour objet la mise en oeuvre du procédé d'injection conformément à la présente invention. In accordance with FIG. 1, the engine referenced 1, of the four-stroke internal combustion type, with four in-line cylinders, with spark ignition and with direct injection, is therefore equipped with an electronic injection control system, also called engine control system 7. The electronic injection control system 7 therefore relates to the implementation of the injection process in accordance with the present invention.
Le système électronique de commande de l'injection 7 comprend classiquement un calculateur comportant une CPU, une mémoire vive (RAN), une mémoire morte (ROM), des convertisseurs A/N (analogique-numérique), et différentes interfaces d'entrées et de sorties. The electronic injection control system 7 conventionally comprises a computer comprising a CPU, a random access memory (RAN), a read only memory (ROM), A / D converters (analog-digital), and various input interfaces and of outputs.
Ce système de commande de l'injection 7 reçoit un certain nombre de signaux d'entrée fournissant la valeur des principaux paramètres caractérisant le fonctionnement du moteur : régime, charge, pression collecteur, température d'eau, position pédale d'accélérateur ou encore la tension batterie, et une information sur la position des pistons dans les cylindres issue notamment d'un capteur de position 9 coopérant avec une cible dentée 3 solidaire du volant moteur porté par le vilebrequin. This injection control system 7 receives a certain number of input signals providing the value of the main parameters characterizing the operation of the engine: speed, load, manifold pressure, water temperature, accelerator pedal position or even the battery voltage, and information on the position of the pistons in the cylinders originating in particular from a position sensor 9 cooperating with a toothed target 3 secured to the flywheel carried by the crankshaft.
Le système électronique de commande de l'injection procède alors, à partir de ces différentes informations et selon des stratégies ou procédés d'actionnement mis en place dans la CPU, à la commande du débit des électro-injecteurs 5 en contrôlant pour chacun d'eux la phase de début d'injection ou la phase de fin d'injection et la durée d'ouverture, déterminant ainsi un débit précis de carburant pour chaque injecteur 5 qui est alimentée en carburant sous une pression sensiblement constante. The electronic injection control system then proceeds, on the basis of this different information and according to actuation strategies or methods implemented in the CPU, to control the flow rate of the electro-injectors 5 while controlling for each of them the injection start phase or the injection end phase and the opening time, thus determining a precise flow of fuel for each injector 5 which is supplied with fuel under a substantially constant pressure.
Le mode d'actionnement des injecteurs 5 est précisé conformément au motif d'injection présenté à la figure 2. The actuation mode of the injectors 5 is specified in accordance with the injection pattern presented in FIG. 2.
Le motif d'injection proposé consiste, pour un injecteur et pour un cycle moteur, à répartir la durée totale d'injection T qui est déterminée par le système électronique de contrôle moteur à partir des conditions de fonctionnement du moteur, en deux périodes d'injection distinctes T1, T2, (qui peuvent être éventuellement nulles) réparties sur les phases aspiration et compression du cycle moteur. The proposed injection pattern consists, for an injector and for an engine cycle, in dividing the total injection time T which is determined by the electronic engine control system from the engine operating conditions, into two periods of separate injections T1, T2, (which may possibly be zero) distributed over the intake and compression phases of the engine cycle.
La première période T1 est essentiellement caractérisée par son instant ou phase de début et sa durée qui dépend du point de fonctionnement moteur. Le début et la durée de la période T1 sont préférentiellement déterminés par le système de contrôle moteur 7 sous la forme d'angle de rotation du vilebrequin. L'instant initial de la période T1 est en effet choisi au début de la phase d'aspiration pour permettre l'homogénéisation du carburant injectée avec l'air frais admis. De façon préférentielle, on peut choisir de faire débuter la première période d'injection lors de l'instant de fermeture de la soupape d'échappement (repéré RFE sur la figure 2). Cet instant de fermeture de la soupape d'échappement peut évoluer avant ou après le Point Mort Haut (PMH) suivant le type de moteur. The first period T1 is essentially characterized by its instant or start phase and its duration which depends on the engine operating point. The start and duration of the period T1 are preferably determined by the engine control system 7 in the form of the angle of rotation of the crankshaft. The initial instant of the period T1 is in fact chosen at the start of the suction phase to allow the homogenization of the fuel injected with the fresh air admitted. Preferably, one can choose to start the first injection period when the exhaust valve closes (marked RFE in Figure 2). This moment of closing the exhaust valve can change before or after Top Dead Center (TDC) depending on the type of engine.
La durée de la première période T1 est donc ajustée suivant le point de fonctionnement du moteur. Les valeurs sont par exemple stockées dans une cartographie prédéterminée en fonction de la charge et du régime de rotation moteur. La durée de la période T1 croit directement avec la charge et le régime. En général, la première période T1 s'achève avant la fin de la phase d'aspiration au
Point Mort Bas (PMB).The duration of the first period T1 is therefore adjusted according to the operating point of the engine. The values are for example stored in a predetermined map as a function of the load and the engine rotation speed. The duration of the T1 period increases directly with the load and the regime. In general, the first T1 period ends before the end of the aspiration phase at
Bottom dead center (PMB).
La seconde période T2 est elle, essentiellement caractérisée par son instant ou phase de fin et sa durée qui dépend du point de fonctionnement moteur. La fin de la période T2 est en effet choisie en fin de la phase de compression pour permettre la formation d'une zone riche en carburant au voisinage de la bougie. De façon préférentielle, on peut choisir de faire se terminer la seconde période d'injection T2 au moment de l'étincelle d'allumage (repéré OE sur la figure 2). Cet instant de déclenchement de l'étincelle d'allumage peut évoluer plus ou moins avant le Point Mort Haut (PMH) suivant les conditions de fonctionnement du moteur. The second period T2 is it, essentially characterized by its instant or end phase and its duration which depends on the engine operating point. The end of the period T2 is in fact chosen at the end of the compression phase to allow the formation of a fuel-rich zone in the vicinity of the spark plug. Preferably, it is possible to choose to have the second injection period T2 terminate at the time of the ignition spark (marked OE in FIG. 2). This instant of triggering of the ignition spark can evolve more or less before Top Dead Center (TDC) depending on the engine operating conditions.
La durée de la seconde période T2 est donc ajustée suivant le point de fonctionnement du moteur. Les valeurs sont par exemple stockées dans une cartographie prédéterminée en fonction de la charge et du régime de rotation moteur. La durée de la période T2 décroit elle directement avec la charge et le régime. The duration of the second period T2 is therefore adjusted according to the operating point of the engine. The values are for example stored in a predetermined map as a function of the load and the engine rotation speed. The duration of the T2 period decreases directly with the load and the regime.
Les périodes d'injection sont donc opérées, dans les conditions de fonctionnement à charge partielle en deux périodes distinctes T1 et T2 durant les phase d'aspiration et de compression du cycle moteur défini par la rotation de 1800 d'angle vilebrequin à partir du Point Mort Haut admission. The injection periods are therefore operated, under the partial load operating conditions in two distinct periods T1 and T2 during the suction and compression phases of the engine cycle defined by the rotation of 1800 crankshaft angle from the Point Death High admission.
La première injection permet d'obtenir un mélange pauvre homogène tandis que la seconde injection génère une zone riche en carburant autour de la bougie au moment de l'allumage. Cette combinaison permet de maîtriser parfaitement la combustion et la propagation de la flamme et ainsi d'assurer de très faibles émissions d'oxydes d'azote NOx. The first injection makes it possible to obtain a homogeneous lean mixture while the second injection generates a fuel-rich zone around the spark plug at the time of ignition. This combination makes it possible to perfectly control the combustion and propagation of the flame and thus to ensure very low emissions of nitrogen oxides NOx.
La charge et la richesse peuvent être, dans une variante de réalisation, régulées également à partir du contrôle du débit d'air frais admis dans les chambres de combustion grâce à un papillon des gaz disposé dans le conduit d'admission en amont des chambres de combustion. The load and the richness can be, in an alternative embodiment, also regulated by controlling the flow of fresh air admitted into the combustion chambers by means of a throttle valve arranged in the intake duct upstream of the combustion chambers. combustion.
Le procédé selon l'invention est extrêmement simple à mettre en oeuvre puisqu'il ne nécessite aucun dispositif supplémentaire que les injecteurs haute pression 5 débouchant directement dans les chambres de combustion et leur système électronique de pilotage 7. The method according to the invention is extremely simple to implement since it requires no additional device than the high pressure injectors 5 opening directly into the combustion chambers and their electronic control system 7.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu' titre d'exemple. Of course, the invention is in no way limited to the embodiment described and illustrated, which has been given only by way of example.
Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. On the contrary, the invention includes all the technical equivalents of the means described and their combinations if these are carried out according to the spirit.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TP | Transmission of property | ||
ST | Notification of lapse |
Effective date: 20131129 |