FR2821122A1

FR2821122A1 - System for controlling the fuel feed of a direct fuel-injection IC engine, retards the opening of the fuel injector slightly during cold starts

Info

Publication number: FR2821122A1
Application number: FR0102266A
Authority: FR
Inventors: Jean Paul Ferrie; Poetvin Cyrille Le
Original assignee: Siemens Automotive SA
Current assignee: Continental Automotive France SAS
Priority date: 2001-02-20
Filing date: 2001-02-20
Publication date: 2002-08-23
Anticipated expiration: 2021-02-20
Also published as: FR2821122B1

Abstract

The method involves triggering the opening of the fuel injector (1) in one of the cylinders (2) at a pre-determined instant when a part of the injected fuel contacts the piston (5) surface. Immediately after a cold start, the opening of the injector is retarder in a predetermined manner to avoid condensation of fuel on the piston surface, and opening of the injector is re-established at the predetermined instant when the temperature attained by the piston ensures the vapourisation of fuel which comes into contact with it.

Description

La présente invention est relative à un procédé de commande de l'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne à injection directe du carburant dans les cylindres du moteur, du type dans lequel on déclenche normalement l'ouverture d'un injecteur de carburant dans l'un des cylindres à un instant prédéterminé tel qu'au moins une partie du carburant injecté heurte une surface d'un piston circulant dans ledit cylindre. The present invention relates to a method for controlling the supply of fuel to an internal combustion engine with direct injection of fuel into the engine cylinders, of the type in which the opening of a fuel injector is normally triggered. in one of the cylinders at a predetermined time such that at least a portion of the fuel injected strikes a surface of a piston flowing in said cylinder.

Dans un tel moteur à combustion interne à injection directe du carburant, et combustion homogène de celui-ci, on sait qu'un injecteur 1 (comme représenté à la figure 1 du dessin annexé) projette du carburant dans un cylindre 2 du moteur, juste en-dessous de la bougie d'allumage 3. Une fraction du nuage de carburant 4 émis par l'injecteur 1 vient heurter la surface d'un piston 5 qui est tournée vers la bougie 3 et l'injecteur 7, alors que ce piston s'écarte de son point mort haut, dans le sens de la flèche F, pour permettre l'admission d'air (par une ou plusieurs soupapes non représentées) et de carburant dans le cylindre. En régime établi du moteur, le carburant qui heurte cette surface est immédiatement vaporisé, la surface du cylindre étant alors très chaude. Cette disposition permet de minimiser la quantité de carburant qui ne participe pas à la combustion du mélange air/carburant contenu dans le cylindre, et donc la quantité de carburant non brûlé qui se retrouve dans les gaz d'échappement du moteur puis dans l'environnement, au détriment de celui-ci. In such an internal combustion engine with direct fuel injection, and homogeneous combustion thereof, it is known that an injector 1 (as shown in Figure 1 of the accompanying drawing) projects fuel into a cylinder 2 of the engine, just below the spark plug 3. A fraction of the fuel cloud 4 emitted by the injector 1 strikes the surface of a piston 5 which is turned towards the spark plug 3 and the injector 7, whereas this piston deviates from its top dead center, in the direction of the arrow F, to allow the admission of air (by one or more valves not shown) and fuel in the cylinder. In steady state of the engine, the fuel that strikes this surface is immediately vaporized, the surface of the cylinder then being very hot. This arrangement makes it possible to minimize the amount of fuel that does not participate in the combustion of the air / fuel mixture contained in the cylinder, and therefore the amount of unburned fuel that is found in the exhaust gases of the engine and then in the environment at the expense of it.

Il en est autrement lors d'un démarrage à froid du moteur. Une fraction 4a (voir figure 1) du nuage de carburant 4 émis par l'injecteur 1, qui heurte la surface du piston 5, se condense sur cette surface alors froide et constamment refroidie par le carburant qui la mouille. The situation is different when the engine is started cold. A fraction 4a (see FIG. 1) of the fuel cloud 4 emitted by the injector 1, which strikes the surface of the piston 5, condenses on this surface which is then cold and constantly cooled by the fuel that wets it.

Cette fraction condensée du carburant ne participe donc pas immédiatement à la combustion du mélange This condensed fraction of the fuel therefore does not participate immediately in the combustion of the mixture

air/carburant introduit dans le cylindre par l'injecteur 1 et par la ou les soupapes d'admission d'air. air / fuel introduced into the cylinder by the injector 1 and by the air intake valve or valves.

La phase de fonctionnement au ralenti du moteur qui prend place après le démarrage du moteur ne permet pas au piston d'atteindre une température suffisante pour vaporiser le carburant condensé. The idling phase of the engine that takes place after engine start does not allow the piston to reach a temperature sufficient to vaporize the condensed fuel.

C'est seulement à la première montée en régime du moteur que cet excédent de carburant va sortir du cylindre, sous la poussée de turbulences alors suffisantes pour ce faire. Le cylindre est donc purgé de ce carburant excédentaire, mais au prix d'une évacuation du carburant par les gaz d'échappement du moteur, et donc d'une pollution supplémentaire de l'atmosphère. Des réglementations récentes imposent que des mesures soient prises pour supprimer cette pollution supplémentaire. It is only at the first revving of the engine that this excess fuel will come out of the cylinder, under the pressure of turbulence then sufficient to do so. The cylinder is thus purged of this excess fuel, but at the cost of an evacuation of fuel by the engine exhaust gas, and therefore an additional pollution of the atmosphere. Recent regulations require that measures be taken to eliminate this additional pollution.

La présente invention a précisément pour but de fournir un procédé de commande de l'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne à injection directe, conçu pour satisfaire à ces réglementations. The present invention is specifically intended to provide a method of controlling the fuel supply of a direct injection internal combustion engine, designed to meet these regulations.

On atteint ce but de l'invention avec un procédé de

commande du type décrit en préambule de la présente 1 description, remarquable en ce que, immédiatement après un démarrage à froid du moteur, on retarde l'instant d'ouverture de l'injecteur par rapport à un instant prédéterminé de manière à éviter une condensation du carburant sur la surface du piston et on rétablit l'ouverture de l'injecteur audit instant prédéterminé quand la température atteinte par le piston assure la vaporisation du carburant qui vient à son contact. This object of the invention is achieved with a method of

control of the type described in the preamble of the present 1 description, remarkable in that, immediately after a cold start of the engine, it delays the opening time of the injector with respect to a predetermined time so as to avoid condensation fuel on the surface of the piston and the opening of the injector is restored to said predetermined time when the temperature reached by the piston ensures the vaporization of the fuel that comes into contact with it.

Comme on le verra plus loin en détail, ce retard permet au piston de s'écarter de l'espace dans lequel le carburant est diffusé par l'injecteur, ce qui évite tout risque de contact du carburant et du piston, et donc toute condensation du carburant sur ce piston. As will be seen later in detail, this delay allows the piston to move away from the space in which the fuel is diffused by the injector, which avoids any risk of contact with the fuel and the piston, and therefore any condensation fuel on this piston.

Suivant une autre caractéristique du procédé selon l'invention, on rétablit l'ouverture dudit injecteur à According to another characteristic of the method according to the invention, the opening of said injector is restored to

l'instant prédéterminé quant est satisfaite au moins l'une des conditions du groupe formé par : la température ou la variation de la température d'un liquide de refroidissement du moteur dépasse un seuil prédéterminé, le débit d'air ou de carburant dans le moteur tombe audessous d'un seuil prédéterminé, le temps écoulé depuis le démarrage dudit moteur dépasse un seuil prédéterminé. the predetermined moment when at least one of the conditions of the group formed by: the temperature or the variation of the temperature of an engine coolant exceeds a predetermined threshold, the air or fuel flow in the motor falls below a predetermined threshold, the time elapsed since the start of said motor exceeds a predetermined threshold.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel : - la figure 1 est un schéma d'un cylindre de moteur à combustion interne à injection directe, à combustion homogène, en phase d'admission d'air et de carburant suivant la technique antérieure, schéma décrit en préambule de la présente description, - la figure 2 est un schéma analogue à celui de la figure 1, illustrant le procédé de commande d'alimentation en carburant suivant la présente invention, - la figure 3 est un organigramme du procédé suivant la présente invention, et

les figures 4A à 4C sont des graphes utiles à la description du procédé illustré par les figures 2 et 3. Other features and advantages of the present invention will appear on reading the following description and on examining the appended drawing in which: FIG. 1 is a diagram of a direct injection internal combustion engine cylinder , homogeneous combustion, air intake phase and fuel according to the prior art, scheme described in the preamble of the present description, - Figure 2 is a diagram similar to that of Figure 1, illustrating the control method in accordance with the present invention; FIG. 3 is a flowchart of the method according to the present invention, and

FIGS. 4A to 4C are graphs useful for describing the process illustrated in FIGS. 2 and 3.

On se réfère aux figures 1 et 2 du dessin annexé pour décrire le procédé de commande de l'alimentation en carburant suivant l'invention. Referring to Figures 1 and 2 of the accompanying drawing to describe the method of controlling the fuel supply according to the invention.

Sur ces figures des références numériques identiques repèrent des organes identiques. Comme représenté à la figure 1, dans un moteur à combustion interne à injection directe et combustion homogène, l'ouverture de l'injecteur de carburant 1 intervient normalement très tôt, au tout début de la phase d'admission du mélange air/carburant. On repère classiquement l'instant de cette ouverture par In these figures, identical reference numerals identify identical members. As shown in FIG. 1, in an internal combustion engine with direct injection and homogeneous combustion, the opening of the fuel injector 1 normally occurs very early, at the very beginning of the admission phase of the air / fuel mixture. We classically identify the moment of this opening by

l'angle de la rotation effectué par le vilebrequin du moteur entre cet instant et celui où le piston 5 du cylindre atteint son point mort haut dit"de combustion" ou"actif". L'instant d'ouverture normal de l'injecteur correspond ainsi à un angle de 3300 environ, par exemple, en avant dudit point mort haut, dans un moteur à quatre temps dont un cycle de fonctionnement se développe sur 720 . the angle of rotation made by the crankshaft of the engine between this moment and that when the piston 5 of the cylinder reaches its top dead center called "combustion" or "active". The normal opening time of the injector thus corresponds to an angle of about 3300, for example, in front of said top dead center, in a four-stroke engine whose operating cycle develops on 720.

Suivant la présente invention, au démarrage à froid

du moteur, on retarde l'injection du carburant en réduisant cet angle, par exemple à 2700 environ. According to the present invention, at cold start

of the engine, the fuel injection is delayed by reducing this angle, for example to about 2700.

Avec une telle réduction de l'angle"d'avance"à l'ouverture de l'injecteur, le piston 5 du cylindre se trouve au milieu de sa course vers son point mort bas, quand intervient l'ouverture de l'injecteur (voir figure 2). Compte-tenu de l'angle au sommet moyen du cône de diffusion du carburant, à la sortie de l'injecteur 1, le piston 5 se trouve alors suffisamment écarté de ce cône pour n'être pas mouillé par lui. On évite ainsi toute condensation de carburant sur le piston encore froid. With such a reduction in the "advance" angle at the opening of the injector, the piston 5 of the cylinder is in the middle of its stroke towards its bottom dead center, when the opening of the injector ( see Figure 2). Given the average apex angle of the fuel diffusion cone at the outlet of the injector 1, the piston 5 is then sufficiently spaced from this cone to not be wet by him. This prevents any condensation of fuel on the still cold piston.

Bien entendu, les combustions du mélange air/carburant qui se succèdent dans le cylindre échauffent progressivement celui-ci de même que le piston 5, qui finit ainsi par atteindre une température suffisante pour assurer la vaporisation du carburant qui le mouillerait. Of course, combustion of the air / fuel mixture that succeeds in the cylinder gradually heat it and the piston 5, which eventually reaches a temperature sufficient to ensure the vaporization of the fuel that wet.

Il convient alors de ramener l'instant d'ouverture de l'injecteur 1 (soit l'angle d'avance à l'ouverture correspondant) à l'instant prédéterminé pour le fonctionnement du moteur"à chaud" (angle d'avance à l'ouverture de 330 , par exemple). It is then necessary to reduce the instant of opening of the injector 1 (ie the angle of advance to the corresponding opening) at the predetermined time for the operation of the engine "hot" (advance angle to the opening of 330, for example).

Suivant l'invention, le moment où le piston atteint cette température peut être détecté approximativement et indirectement en suivant l'évolution de l'un quelconque de plusieurs paramètres de fonctionnement du moteur tels que, par exemple, la température T d'un liquide de refroidissement du moteur, le débit D d'air ou de According to the invention, the moment when the piston reaches this temperature can be detected approximately and indirectly by following the evolution of any one of several operating parameters of the engine such as, for example, the temperature T of a liquid of engine cooling, the air flow D or

carburant entrant dans le moteur, ou encore l'intervalle de temps At qui s'est écoulé depuis la commande du recul de l'instant d'ouverture de l'injecteur. Tous ces paramètres sont connus d'un calculateur (non représenté) qui gère classiquement le fonctionnement du moteur et qui est en outre, suivant la présente invention, dûment programmé pour exécuter les tests prévus dans l'organigramme 2 à la figure 3, auquel on se réfère maintenant pour décrire en détail un mode de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. fuel entering the engine, or the time interval At which has elapsed since the control of the recoil of the instant of opening of the injector. All these parameters are known from a computer (not shown) which conventionally manages the operation of the engine and which is furthermore, according to the present invention, duly programmed to execute the tests provided for in the flowchart 2 in FIG. Referring now to describe in detail an embodiment of the method according to the invention.

Au démarrage du moteur, le calculateur compare (étape a de l'organigramme) la température T du liquide de refroidissement du moteur à un seuil Ts choisi pour correspondre à une température Tp du piston propre à assurer la vaporisation du carburant, comme on l'a vu plus haut. At the start of the engine, the computer compares (step a of the flowchart) the temperature T of the engine coolant to a threshold Ts chosen to correspond to a piston temperature Tp proper to ensure the vaporization of the fuel, as it is saw above.

Si alors T > Ts, il s'agit d'un démarrage à chaud du moteur et l'angle d'avance à l'ouverture de l'injecteur est réglé à une valeur prédéterminée, de l'ordre de 330 par exemple. Si, au contraire T < Ts, il s'agit d'un démarrage à froid et, suivant l'invention, le calculateur réduit l'angle d'avance à l'ouverture de l'injecteur à 2700, par exemple, aussi longtemps que chacun de plusieurs paramètres de fonctionnement particuliers du moteur reste à l'écart d'un seuil d'une valeur prédéterminée, réglable en fonction de résultats d'essais du moteur au banc, par exemple. If then T> Ts, it is a warm start of the engine and the advance angle at the opening of the injector is set to a predetermined value, of the order of 330 for example. If, on the contrary T <Ts, it is a cold start and, according to the invention, the computer reduces the angle of advance at the opening of the injector at 2700, for example, as long that each of several particular operating parameters of the engine remains away from a threshold of a predetermined value, adjustable according to test results engine bench, for example.

C'est ainsi qu'aux étapes b) à e) de l'organigramme de la figure 3, le calculateur compare périodiquement et successivement, l'élévation AT de la température du liquide de refroidissement, le débit D d'air ou de

carburant, absorbé par le moteur, l'intervalle de temps At qui s'est écoulé depuis le démarrage du moteur, à des seuils ATs, Ds et Atg, respectivement. Thus, in steps b) to e) of the flowchart of FIG. 3, the computer compares periodically and successively the elevation AT of the coolant temperature, the air flow D or

fuel, absorbed by the engine, the time interval that has elapsed since the engine was started, at thresholds ATs, Ds and Atg, respectively.

Aussi longtemps qu'aucun de ces seuils n'est franchi, l'angle d'avance à l'ouverture de l'injecteur reste fixé à 270 . As long as none of these thresholds is crossed, the advance angle at the opening of the injector remains fixed at 270.

Par contre, dès que l'un d'entre eux franchit le seuil correspondant, le calculateur ramène, de préférence progressivement (étape f) cet angle à la valeur de 330 (étape g) qui convient après la sortie du moteur de sa phase de démarrage à froid. On the other hand, as soon as one of them crosses the corresponding threshold, the computer reduces, preferably progressively (step f), this angle to the value of 330 (step g) that is appropriate after the motor has left its phase of cold start.

On a illustré cette situation sur les graphes des figures 4A à 4C où l'on a représenté l'évolution, pendant cette phase de démarrage, du débit D d'air ou de carburant, de la température T du liquide de refroidissement du moteur, et de l'angle ainj d'avance à l'ouverture de l'injecteur, commandé par le calculateur, le temps t étant mesuré en nombre de tours/moteur, par exemple. This situation is illustrated on the graphs of FIGS. 4A to 4C, which shows the evolution, during this starting phase, of the air or fuel flow D, of the temperature T of the engine coolant, and the angle ainj in advance at the opening of the injector, controlled by the computer, the time t being measured in revolutions / motor, for example.

Dans la situation représentée aux figures 4A à 4C à titre d'exemple illustratif et non limitatif seulement, c'est le débit D qui franchit le premier (à l'instant ti) le seuil Ds, par valeur décroissante, quand le moteur revient à son régime de ralenti stabilisé. A cet instant ti, l'élévation de température AT était encore inférieure au seuil AT, et c'est donc à l'étape c, et non à l'étape b, qu'est prise la décision de relever l'angle ainj à la valeur normale de 330 . In the situation represented in FIGS. 4A to 4C by way of illustrative and nonlimiting example only, it is the flow D which passes first (at time ti) the threshold Ds, by decreasing value, when the engine returns to its steady idle speed. At this instant ti, the temperature rise AT was still below the threshold AT, and it is therefore in step c, and not in step b, that the decision to raise the angle ainj to the normal value of 330.

Dans d'autres circonstances, le retour à ainj = 330 pourrait être décidé aux étapes a, b ou d au premier dépassement de l'un quelconque des seuils scrutés à ces étapes. In other circumstances, the return to ainj = 330 could be decided at steps a, b, or d at the first time of any of the thresholds scanned at these steps.

Comme l'illustre le graphe de la figure 4B, le calculateur commande de préférence, à l'instant ti (étape f) une remontée progressive de l'angle de manière à éviter tout à-coup dans le couple délivré par le moteur. As illustrated by the graph of FIG. 4B, the computer preferably controls, at time ti (step f), a gradual rise in the angle so as to avoid any sudden bursts in the torque delivered by the motor.

Par contre, à l'instant to où le calculateur commande une réduction, suivant l'invention, de l'angle mini, lors d'un démarrage à froid du moteur, la réduction de cet angle est, de préférence, brusque, de manière à empêcher au plus vite toute condensation de carburant sur le piston du cylindre. On the other hand, at instant when the computer controls a reduction, according to the invention, of the minimum angle, during a cold start of the motor, the reduction of this angle is, preferably, abruptly to prevent as soon as possible any condensation of fuel on the piston of the cylinder.

Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que l'angle alnj pourrait basculer entre des valeurs différentes de 2700 et de 330 . Naturally, the invention is not limited to the embodiment described and shown which has been given only by way of example. This is how the angle alnj could switch between different values of 2700 and 330.

L'angle de 270 assure cependant un bon compromis entre la nécessité de produire un mélange air/carburant homogène grâce aux turbulences présentes en phase d'admission du cylindre et celle de supprimer toute condensation sur le piston. Dans les conditions d'un démarrage à froid du moteur, l'injection du carburant se termine alors avant que le piston n'atteigne son point mort bas (à 180'es avant du point mort haut de combustion). The angle of 270, however, provides a good compromise between the need to produce a homogeneous air / fuel mixture due to the turbulence present in the intake phase of the cylinder and that to eliminate any condensation on the piston. Under the conditions of a cold start of the engine, the injection of the fuel then ends before the piston reaches its bottom dead point (180 'before the top dead point of combustion).

De même, l'invention n'est pas limitée à sa mise en oeuvre dans un moteur à combustion interne et injection directe, à combustion homogène. L'homme de l'art reconnaîtra aisément qu'elle est aussi applicable à un moteur à combustion interne à injection directe dans lequel l'injection du carburant se fait en deux temps successifs, soit une préinjection en mélange homogène, suivie par une deuxième injection en mélange stratifié. Similarly, the invention is not limited to its implementation in an internal combustion engine and direct injection, homogeneous combustion. Those skilled in the art will readily recognize that it is also applicable to a direct injection internal combustion engine in which the injection of fuel is done in two successive stages, or a pre-injection in a homogeneous mixture, followed by a second injection in stratified mixture.

Claims

A method of controlling the supply of fuel to an internal combustion engine with direct injection of fuel into the engine cylinders, in which the opening of a fuel injector (1) is normally initiated in one engine. (2) said cylinders at a predetermined time such that at least a portion of the injected fuel strikes a surface of a piston (5) flowing in said cylinder (2), characterized in that immediately after a start at cold of said engine, it delays the opening time of said injector with respect to said predetermined time so as to avoid a condensation of fuel on said surface of said piston (5), and the opening of said injector (1) is restored to said predetermined time when the temperature reached by said piston (5) ensures the vaporization of the fuel that comes into contact with it.

2. Method according to claim 1, characterized in that it restores the opening of said injector (1) to said predetermined time when is satisfied at least one of the conditions of the group formed by: the temperature (T) or the variation (AT) the temperature of an engine coolant

exceeds a predetermined threshold (tag, ATg), the flow rate (D) of air or fuel in the engine falls below a predetermined threshold (Ds), the time elapsed since the starting of said engine exceeds a predetermined threshold ( ts).

3. Method according to any one of claims 1 and 2, characterized in that gradually restores the opening time of said injector (1) at said predetermined time.

4. Process according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the opening time of said injector (1) is delayed until around

when the piston (5) crosses the middle of its stroke, in the intake phase.

5. Method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that suddenly delays the instant of opening of said injector (1).