FR2899283A1 - Procede d'injection de carburant dans un moteur a combustion interne - Google Patents

Procede d'injection de carburant dans un moteur a combustion interne Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé d'injection de carburant dans un moteur à combustion interne à allumage par auto inflammation d'un mélange carburé pour un moteur associé à des moyens de détecter au moins deux seuils de vitesse de rotation du moteur, l'un au dessous duquel le régime est dit bas, l'autre au dessus duquel le régime est dit haut,caractérisé en ce que le procédé d'injection comprend une injection principale et une injection supplémentaire, l'injection supplémentaire s'effectuantsoit avant l'injection principale, à bas régime, l'injection (Q2B) principale débutant quasiment à la fin (F1B) de la combustion du carburant injecté lors de l'injection (Q1B) supplémentaire,soit après l'injection principale, à haut régime, l'injection (Q2H) supplémentaire débutant quasiment au début de la combustion du carburant injecté lors de l'injection (Q1H) principale.

Description

Système de commande de la température dans un moteur L'invention concerne
le domaine du contrôle de la combustion dans les moteurs à combustion interne à allumage par auto inflammation. L'invention concerne notamment le contrôle de l'injection de carburant et de la combustion de façon à réduire à la fois les émissions polluantes et le bruit. Dans un moteur à combustion interne à allumage par auto inflammation, pour lequel une injection de carburant a lieu dans la chambre de combustion lors de la phase de compression, le carburant subit d'abord une oxydation lente provoquant un faible dégagement d'énergie. Lorsque la température du mélange atteint la température de combustion, la combustion se produit et provoque un dégagement d'énergie important associé à un bruit de combustion. Dans les moteurs à combustion interne à allumage par auto inflammation, une commande précise du début de l'allumage permet une amélioration du rendement et donc une réduction de la pollution associée à une baisse de la consommation. Le brevet DE 195 19 663 décrit un procédé de commande d'un moteur à combustion interne avec une auto inflammation du mélange carburé comprenant une première étape d'injection d'un mélange d'air et de carburant non auto inflammable et une deuxième étape d'injection d'un mélange additionnel dans la chambre de combustion pour contrôler l'auto inflammation. Notamment, dans la deuxième étape, l'injection du mélange additionnel finement vaporisé réalise un brouillard dans lequel d'une part la proportion de carburant dans l'air n'est pas supérieure à la proportion stoechiométrique et d'autre part les conditions d'auto inflammation sont réunies. Cependant un tel procédé ne permet pas de réduire les bruits dus à la combustion. Le brevet EP 1 279 802 décrit un procédé de contrôle de la combustion pour un moteur à combustion interne permettant d'obtenir un calage de la combustion en introduisant dans la chambre de combustion, une quantité déterminée de carburant pendant la phase d'oxydation lente du mélange carburé, pour allonger la durée de cette phase d'oxydation lente. La quantité introduite est notamment inférieure à 10mm3 et introduite en une ou plusieurs injections. Cette technique permet de caler la combustion sans se rapprocher des proportions stoechiométriques pour lesquelles les éléments polluants rejetés, de type hydrocarbure et monoxyde de carbone, sont maximisés. Cependant ce procédé ne permet pas de minimiser les éléments polluant de type oxyde d'azote. De plus un tel procédé ne permet pas de réduire les bruits dus à la combustion. La demande de brevet FR 04 52371 du 19 octobre 2004, non encore ] 0 publiée, décrit un procédé de commande d'un moteur à combustion interne à allumage par auto inflammation, permettant de réduire les émissions en gaz polluants et aussi le bruit généré par la combustion. Ce procédé est caractérisé notamment par l'introduction d'une quantité totale de carburant nécessaire est en deux injections distinctes : 15 une première injection principale, débutant au voisinage du point mort haut du piston, en fin de compression, et consistant à former un mélange carburé homogène avant son auto-inflammation, - une seconde injection minime, au début de la combustion du mélange carburé homogène, pour ralentir la vitesse de combustion. 20 Cependant ce procédé permet de générer un niveau de bruit de combustion équivalent au niveau de bruit mécanique du moteur, pour les régimes moteur élevés uniquement. Pour les bas régimes du moteur, par exemple inférieurs à 2000 tours par minute, le bruit de combustion est très supérieur au bruit mécanique du moteur. 25 La présente invention a pour objet de pallier un ou plusieurs inconvénients de l'art antérieur en améliorant le procédé objet de la demande de brevet FR 04 52371 afin de permettre la réduction des émissions en gaz polluants et aussi le bruit généré par la combustion pour les bas régimes moteur, comme pour les régimes élevés. 30 Cet objectif est atteint grâce à un procédé d'injection de carburant dans un moteur à combustion interne à allumage par auto inflammation d'un mélange carburé, selon un cycle de combustion comportant au moins une période de compression, le moteur comportant au moins une chambre de combustion associée à au moins un injecteur commandé par une unité de contrôle et introduisant le carburant directement dans la chambre de combustion, au moins des moyens de mesure de la vitesse de rotation du moteur en communication avec l'unité de contrôle pour commander l'injecteur dans une position d'injection ou de non injection, à une position angulaire déterminée par rapport au cycle de combustion, et des moyens de détecter au moins deux seuils de vitesse de rotation du moteur, l'un au dessous duquel le régime est dit bas, l'autre au dessus duquel le régime est dit haut, caractérisé en ce que le procédé d'injection d'une quantité totale de carburant, au cours du cycle de combustion, comprend une injection principale durant laquelle une quantité principale déterminée de carburant est injectée et une injection supplémentaire durant laquelle une quantité supplémentaire déterminée de carburant est injectée, la quantité principale correspondant à la quantité totale de carburant diminuée de la quantité supplémentaire, l'injection supplémentaire s'effectuant soit avant l'injection principale, à bas régime, sur un premier écart angulaire appartenant à une plage angulaire déterminée autour de l'angle de fin de la période de compression, l'injection principale débutant quasiment à la fin de la combustion du carburant injecté lors de l'injection supplémentaire, soit après l'injection principale, à haut régime, l'injection supplémentaire débutant quasiment au début de la combustion du carburant injecté lors de l'injection principale, l'injection principale étant réalisée sur un deuxième écart angulaire appartenant à la plage angulaire déterminée. Selon une autre particularité, la quantité supplémentaire de carburant est inférieure ou égale à 20mm3/coup/litre. Selon une autre particularité, la plage angulaire déterminée s'étend de 25 degrés avant l'angle de fin du cycle de compression jusqu'à 25 degrés après cet angle.
Selon une autre particularité, le mélange carburé est formé avec un mélange d'air et de gaz brûlés recirculés ou recyclés. Un autre objectif de l'invention est de réaliser une première injection d'un mélange homogène, avant le début de sa combustion.
Selon cet objectif, la pression d'injection est supérieure ou égale à 1200 bars. Selon une autre particularité, la perméabilité de l'injecteur est supérieure ou égale à une valeur seuil "Qh" exprimée en décimètres cube et calculée selon la formule suivante: Qh=[K.Vcyi.PspeC.CSE]I[ncy~.p.d.(AP)1'2] dans laquelle : - K est une constante égale à 75, - Vcy, est la cylindrée du moteur en décimètres cube, - Pspec est la puissance maximale du moteur rapportée à sa cylindrée en kilowatts par décimètre cube, - CSE est la consommation spécifique du moteur dans les conditions produisant la puissance maximale en grammes par kilowattheure, - ncy, est le nombre de cylindres du moteur, - p est la masse volumique du carburant en grammes par décimètres cube, - d est la durée d'injection de carburant exprimée en nombre de degrés de rotation du vilebrequin, dans les conditions produisant la puissance maximale Pspec. -AP est la pression d'injection du carburant moins la pression dans le cylindre en bars dans les conditions produisant la puissance maximale Pspec. Un autre objet de l'invention est de réaliser une calibration du moteur commandé selon le procédé d'injection selon l'invention. Cet objectif est atteint par une calibration du moteur à combustion interne à allumage par auto inflammation commandé selon le procédé d'injection de carburant selon l'invention, pour l'optimisation des angles de début et de fin de chaque injection associés à au moins un couple du moteur - 5 et une vitesse de rotation du moteur, caractérisée en ce que l'optimisation est réalisée au moins pour réduire le bruit de combustion du moteur. Selon une autre particularité, l'optimisation est réalisée pour augmenter le rendement du moteur.
Selon une autre particularité, l'optimisation est réalisée pour réduire le taux d'oxyde d'azote émis par le moteur. Selon une autre particularité, l'optimisation est réalisée pour réduire le taux de composés carburés non brûlés émis par le moteur. Selon une autre particularité, l'optimisation est réalisée pour réduire le 10 taux de monoxyde de carbone émis par le moteur. L'invention, ses caractéristiques et ses avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description faite en référence aux figures référencées ci-dessous : - la figure 1 représente un graphe du dégagement d'énergie dans une 15 chambre de combustion à bas régime, en correspondance avec l'état de l'injecteur et la commande de l'injecteur, selon l'invention - la figure 2 représente un graphe du dégagement d'énergie dans une chambre de combustion à haut régime, en correspondance avec l'état de l'injecteur et la commande de l'injecteur, selon l'invention 20 - la figure 3 représente un exemple de système de commande d'injection pour la réalisation du procédé selon l'invention - la figure 4 représente un exemple de procédé de commande d'injection en deux injections à bas régime ; - la figure 5 représente un autre exemple de procédé de commande 25 d'injection en deux injections à bas régime ; - la figure 6 représente un exemple de tableau mémorisé comportant les angles de commande d'injection ; - la figure 7 représente un exemple de procédé de commande d'injection en deux injections à haut régime. 30 L'invention va à présent être décrite en référence aux figures précédemment citées. Dans un moteur à combustion interne à allumage par auto inflammation d'un mélange carburé, un contrôleur (1) du moteur commande par des moyens (P, 11), des injecteurs (2) associés à chacun à un cylindre (6) du moteur. De préférence, le carburant utilisé est du type Diesel. Chaque cylindre (6) forme avec un piston (5) et une culasse (8), une chambre (4) de combustion. Le carburant est injecté par l'injecteur (2) directement dans la chambre (4) de combustion. Le contrôleur (1) comporte par exemple une interface (11) de commande électriquement reliée à un injecteur (2) et communicant à l'injecteur, un signal (C11) électrique de commande. Le signal (C11) de commande est par exemple dans un état d'activation (AINJ) ou respectivement de désactivation (DINJ) de l'injection pour commander une position d'injection (INJ) ou respectivement de non injection (NINJ) de carburant de l'injecteur (2). Le moteur comprend une pluralité de cylindres, par exemple deux, quatre, six ou plus. Seul le premier cylindre (6) du moteur est représenté sur la figure 3. Dans chaque cylindre (6), un piston (5) coulisse entre une position de point mort bas et une position (PMH) de point mort haut, délimitant la chambre (4) de combustion qui est de volume variable. Le moteur fonctionne selon un cycle à quatre temps comportant une phase d'admission, suivie d'une phase de compression, suivie d'une phase de détente, suivie enfin d'une phase d'échappement. Le coulissement du piston (5) provoque, par l'intermédiaire d'un système bielle (7) manivelle, la rotation d'un vilebrequin du moteur. L'unité (1) de contrôle électronique est associée à des moyens (CPos) de détecter la position du vilebrequin. Dans un exemple de réalisation, un encodeur (CPos) de position communique par une liaison électrique, un signal (sync) représentatif de la position du vilebrequin, à l'unité (1) de contrôle. Le signal (sync) représentatif de la position du vilebrequin est par exemple exprimé en degré, variant de - 360 à 360 . Ce signal (sync) correspond par exemple à la position angulaire du vilebrequin par rapport au premier piston, dont l'angle de 0 correspond à la position dans laquelle le piston (5) est au point (PMH) mort haut dans le premier cylindre (6), à la fin de la phase de compression. Cette graduation est représentée sur les figures 1 et 2. L'unité (1) de contrôle commande les injecteurs (2) en coordination avec la position angulaire du vilebrequin. Pour chaque injecteur du moteur, l'unité de contrôle fournit un signal de commande décalé ou non par rapport à la position (sync) angulaire du vilebrequin. Dans un autre exemple de réalisation, l'encodeur est disposé sur l'arbre à cames. La position de l'arbre à cames permet par exemple de déterminer une position angulaire, variant de - 360 à 360 , dont l'angle de 0 correspondant à la position dans laquelle le piston (5) est au point (PMH) mort haut dans le premier cylindre (6), à la fin de la phase de compression. L'unité de contrôle est associée à des moyens (CVit) de mesurer la vitesse de rotation du moteur. Selon un exemple de réalisation, un tachymètre (CVit) disposé en sortie du moteur, communique par une liaison électrique un signal (vit) électrique représentatif de la vitesse du moteur, à l'unité (1) de contrôle. La vitesse du moteur est par exemple exprimée en tours par minutes. L'unité (1) de contrôle commande ainsi les injecteurs (2) du moteur, en fonction de la vitesse (vit) mesurée du moteur. L'unité de contrôle (1) est associée à des moyens (CCo) de déterminer le couple moteur. Les moyens (CCo) de déterminer le couple moteur communiquent par une liaison électrique un signal (co) électrique représentatif du couple moteur, à l'unité (1) de contrôle. Le couple moteur (co) est par exemple lié à la pression dans la chambre de combustion. L'unité (1) de contrôle comporte une mémoire (M) associée à des moyens (P) de traitement. La mémoire est par exemple de type volatile et/ou non volatile et les moyens de traitement comportent par exemple un microprocesseur et/ou un microcontrôleur. La mémoire (M) comporte un espace mémoire de programme (SPI) d'injection exécuté par les moyens (P) de traitement. Le programme (SPI) d'injection comporte des pointeurs vers un espace mémoire (MINJ) comportant une pluralité de données représentatives d'angles d'injection. Les moyens de traitement accèdent à la mémoire en lecture et/ou en écriture. Des angles d'injections mémorisés à une adresse mémoire (TA) dans un tableau (T) résidant en mémoire (M) sont lus par les moyens (P) de traitement, puis inscrit comme les angles d'injection actifs dans l'espace mémoire (MINJ) pointé par le programme (SPI) d'injection. Les moyens de traitement (P) changent ainsi les paramètres angulaires du programme d'injection (SPI). De manière non limitative, un ensemble d'angles d'injection est lu et inscrit comme angles actifs, dans l'espace mémoire (MINJ) pointé par le programme (SPI) d'injection, pour chaque cycle d'injection. Les moyens de traitement (P) adaptent ainsi le type d'injection en fonction des conditions de fonctionnement du moteur. Une adresse mémoire (TA) du tableau (T) contient, de manière non limitative, un nombre d'injections et les angles de début et de fin de chaque injection. Le nombre d'injection est par exemple égal à un, deux, trois ou plus, selon le type d'injection réalisé. Un exemple de tableau (T) est représenté à la figure 6, dans lequel une ligne correspond à une vitesse donnée et une colonne correspond à un couple donné. Le tableau (T) comporte donc deux paramètres d'entrée qui sont le couple (co) et la vitesse (vit). Lors d'un réajustement des paramètres angulaires d'injection, le signal représentatif de la vitesse (vit) et le signal représentatif du couple (co) sont lus par les moyens de traitement (P) pour lire un espace mémoire (TA) pointé par ces deux entrées dans le tableau (T). Les angles d'injection lus dans cet espace mémoire (TA) du tableau (T) sont ensuite écrits dans l'espace mémoire (MINJ) des angles actifs.
Le tableau (T) représenté à la figure 6, est organisé selon trois ensembles (VB, Vint, VH) correspondant à trois types différents d'injection. De manière non limitative, les vitesses référencées VO à Vn, sont classées par ordre croissant et les couples, référencés CO, Cl à ci-1, Cj, sont classés par ordre croissant. Le premier ensemble (VB) correspond aux vitesses (VO, V1 à Vk) basses du moteur. Dans la présente invention, pour les vitesses basses du moteur, le carburant est injecté en deux injections. Ces deux injections à bas régimes sont définies dans le tableau par quatre angles qui sont : - un angle (A10) de début de première injection à bas régime, - un angle (A11) de fin de première injection à bas régime, un angle (Al2) de début de deuxième injection à bas régime, -un angle (A13) de fin de deuxième injection à bas régime.
Le deuxième ensemble (Vint) correspond aux vitesses (Vk+1 à Vm-1) intermédiaires du moteur. Le type d'injection pour les vitesses intermédiaires du moteur ne sera pas décrit mais comprend par exemple une pluralité d'injection pour injecter l'ensemble du carburant dans un cylindre au cours d'un cycle moteur. Le troisième ensemble (VH) correspond aux vitesses (Vm à Vn-1, Vn) hautes du moteur. Dans la présente invention, pour les vitesses hautes du moteur, le carburant est injecté en deux injections. Ces deux injections à haut régime sont définies dans le tableau (T) par quatre angles qui sont : - un angle (A20) de début de première injection à haut régime, un angle (A21) de fin de première injection à haut régime, - un angle (A22) de début de deuxième injection à haut régime, un angle (A23) de fin de deuxième injection à haut régime. La vitesse basse de plus forte valeur est par exemple comprise entre 1500 et 2500 tours par minute et est par exemple égale à 1900 tours par minute. La vitesse haute de plus faible valeur est par exemple comprise entre 1600 et 2600 tours par minute et est par exemple égale à 2100 tours par minute. Dans cet exemple non limitatif, les vitesses intermédiaires sont alors comprises entre 1900 et 2100 tours par minute.
Les moyens de traitement calculent les paramètres angulaires d'injection pour tous les couples (co) et les vitesses (vit) du moteur, d'une part en lisant un espace mémoire du tableau (T). D'autre part les moyens de traitement sont associés à des moyens d'approximation afin de déterminer les paramètres angulaires correspondant à un couple (co) moteur et à une vitesse (vit) moteur non référencés dans le tableau mais proches de paramètres dans un espace mémoire du tableau (T), correspondant à une vitesse mémorisée et/ou un couple mémorisé, proches de ceux mesurés. Les moyens de traitement réalisent une approximation par rapport à un ou plusieurs espaces mémorisés du tableau (T). Enfin les moyens de traitement sont associés à des moyens de correction, pour tenir compte de différents paramètres du moteur. Les moyens de corrections comprennent par exemple des moyens de retarder l'injection lors de la détection d'une température inférieure à une température basse déterminée, pour augmenter la chaleur des gaz d'échappement. Pour commander les injecteurs (2) du moteur, les moyens (P) de traitement exécutent par exemple, le programme (SPI) d'injection. Dans le cas où une vitesse mesurée (vit) communiquée aux moyens de traitement (P) appartient à l'ensemble (VB) de vitesse bas régime, des paramètres angulaires (Al 0, A11, Al2, A13) bas régime sont lus dans le tableau (T) et inscrits dans l'espace mémoire (MINJ) pointé par le programme d'injection (SPI). Le type d'injection réalisé est alors une injection bas régime, du type représenté à la figure 1. Dans le cas où une vitesse mesurée (vit) communiquée aux moyens de traitement (P) appartient à l'ensemble (VH) de vitesse haut régime, des paramètres angulaires (A20, A21, A22, A23) haut régime sont lus dans le tableau (T) et inscrits dans l'espace mémoire (MINJ) pointé par le programme d'injection (SPI). Le type d'injection réalisé est alors une injection haut régime, du type représenté à la figure 2. Sur les figures 1 et 2, le dégagement (DE) d'énergie est exprimé en Joule/mètre3. Le programme d'injection résidant en mémoire (SPI) pointe vers des espaces mémoires (MAO, MAI, MA2, MA3) de stockage des angles de commande d'injection. Lors de l'exécution du programme d'injection résidant en mémoire (SPI), les moyens de traitement (P) analysent le signal représentatif de la position du vilebrequin, par rapport aux angles (A10, A11, Al2, A13) de commande d'injection à bas régime mémorisés (MAO, MAI, MA2, MA3). L'exemple de procédé réalisé par le programme d'injection, représenté par la figure 4, va maintenant être décrit. Les moyens de traitement (P) exécutant le programme d'injection résidant en mémoire (SPI), exécute une première étape (ETPO1) de mise de la commande (C11) de l'injecteur à l'état (DINJ) de désactivation. Les moyens de traitement (P) fournissent un signal (P11) interne de désactivation à l'interface (11) de commande d'injecteur. L'interface (11) de commande d'injecteur recevant ce signal (Pl1) interne de désactivation, produit un signal (C11) de commande de désactivation de l'injecteur (2). L'injecteur (2) est dans une position (NINJ) de non injection. L'angle (A10) de début de première injection à bas régime est stocké (MAO) dans un espace mémoire pointé par le programme d'injection.
Lorsque le signal (sync) représentatif de la position angulaire du vilebrequin devient supérieur (sync > A10) à l'angle (Al0) de début de première injection à bas régime, les moyens de traitement (P) exécutent l'étape (ETP02) suivante de mise de la commande (C11) de l'injecteur à l'état (AINJ) d'activation. Les moyens de traitement (P) fournissent un signal (Pl1) interne d'activation à l'interface (11) de commande d'injecteur. L'interface (11) de commande d'injecteur recevant ce signal (P11) interne d'activation produit un signal (Cl 1) de commande d'activation de l'injecteur (2). L'angle (A10) de début de première injection selon l'invention, stocké en mémoire (MAO), correspond à l'activation de l'injection. La commande (C11) de l'injecteur (2) est maintenue dans son état (AINJ) d'activation jusqu'à un angle (A11) de fin de première injection à bas régime. Selon l'invention, à bas régime les angles (Al 0, A11) de début et de fin de la première injection sont compris dans un plage angulaire de 25 degrés avant et après le point mort haut (PMH) à la fin de la période de compression.
Cette plage est de -25 à 25 en référence à la figure 1. Une première quantité de carburant est injectée durant la phase (Q1 B) où l'injecteur est dans une position (INJ) d'injection. Cette première quantité est déterminée en fonction de la durée de cette première phase (Q1 B), c'est-à-dire en fonction de la vitesse (vit) du moteur et de la différence angulaire entre l'angle (A10) de début et l'angle (Al 1) de fin. Les angles de début de fin de la première injection correspondent à une première quantité de carburant inférieure à 20 mm3/coup/litre. Typiquement pour un moteur ayant une cylindrée unitaire de 0,5 litre, la quantité de la première injection est inférieure à 10mm3/coup. Cette première quantité injectée à bas régime correspond à une partie de la quantité totale de carburant injectée dans un cycle de combustion. La quantité totale de carburant correspond à la charge fournit par le moteur. La majeure quantité de carburant, complémentaire de la première quantité injectée, sera injectée lors d'une deuxième injection. La première quantité injectée est donc minime. L'angle (A11) de fin de première injection à bas régime est stocké (MAI) dans un espace mémoire pointé par le programme (SPI) d'injection.
Lorsque le signal (sync) représentatif de la position angulaire du vilebrequin devient supérieur (sync > A11) à l'angle (A11) de fin de première injection à bas régime, les moyens de traitement (P) exécutent l'étape (ETP03) suivante de mise de la commande (C11) de l'injecteur à l'état (DINJ) de désactivation. Les moyens de traitement (P) fournissent un signal (P11) interne de désactivation à l'interface (11) de commande d'injecteur. L'interface (11) de commande d'injecteur recevant ce signal (P11) interne de désactivation produit un signal (C11) de commande de désactivation de l'injecteur (2). L'injecteur (2) se place alors dans une position (NINJ) de non injection, qui correspond à la fin de la première phase (Q1 B) d'injection à bas régime.
La faible quantité de carburant, inférieure à 20mm3/coup/litre, est consumée lors d'une première combustion à bas régime. La première combustion à bas régime crée un premier dégagement (DE1B) d'énergie à bas régime. Ce premier dégagement (DE1B) d'énergie, représenté à la figure 1, a une faible amplitude. Ce premier dégagement (DE1B) d'énergie produit donc un bruit peut important du fait de son amplitude peu importante. L'angle (Al2) de début de deuxième injection à bas régime est stocké (MA2) dans un espace mémoire pointé par le programme d'injection (SPI). Lorsque le signal (sync) représentatif de la position angulaire du vilebrequin devient supérieur (sync > Al2) à l'angle (Al2) de début de deuxième injection à bas régime, les moyens de traitement (P) exécutent l'étape (ETPO4) suivante de mise de la commande (C11) de l'injecteur à l'état (AINJ) d'activation. Les moyens de traitement (P) fournissent un signal (Pl1) interne d'activation à l'interface (11) de commande d'injecteur. L'interface (11) de commande d'injecteur recevant ce signal (Pl1) interne d'activation produit un signal (C11) de commande d'activation de l'injecteur (2). L'angle (Al2) de début de la deuxième injection à bas régime est tel que la combustion de la deuxième quantité de carburant injectée, à bas régime, commence quasiment à la fin (F1B) de la première combustion. Ce réglage est notamment optimisé lors de la calibration du moteur. Le dégagement total d'énergie, au cours d'un cycle de combustion, est donc séparé en un premier (DE1B) et un deuxième (DE2B) dégagement d'énergie à bas régime. Cette séparation en deux pics de dégagement d'énergie permet une réduction du bruit de combustion. De plus l'injection de carburant, durant la deuxième phase (Q2B) d'injection à bas régime, débute à la fin (F1 B) de la première combustion pour ne pas accroître les émissions de fumée.
L'injecteur est dans une position (INJ) d'injection, durant une deuxième phase (Q2B) d'injection à bas régime, jusqu'à l'angle (A13) de fin de deuxième injection à bas régime. L'angle (A13) de fin d'injection est tel qu'une deuxième quantité de carburant complémentaire de la première, est injectée. Cet angle est stocké en mémoire (MA3). L'injection de la deuxième quantité de carburant, durant la deuxième phase (Q2B) d'injection produit le deuxième dégagement (DE2B) d'énergie à bas régime. Comme représenté à la figure 1, le deuxième dégagement (DE2B) est plus important que le premier. Le deuxième dégagement (DE2B) d'énergie à bas régime fournit la majeure partie de l'énergie nécessaire au moteur. Son amplitude élevée produit un bruit faible car le pic d'amplitude est éloigné du point mort haut (PMH) à 0 . Sur la figure 1, le deuxième dégagement (DE2B) d'énergie est maximum à un angle d'environ 23 degrés. Le pic maximum du deuxième dégagement (DE2B) d'énergie sera configuré par exemple entre 15 et 45 degrés.
L'angle (A13) de fin de deuxième injection à bas régime est stocké (MA3) dans un espace mémoire pointé par le programme d'injection (SPI). Lorsque le signal (sync) représentatif de la position angulaire du vilebrequin devient supérieur (sync > A13) à l'angle (A13) de fin de deuxième injection à bas régime, les moyens de traitement (P) sautent à la première étape (ETPO1) de mise de la commande (C11) de l'injecteur à l'état (DINJ)de désactivation. L'injecteur (2) bascule alors dans une position (NINJ) de non injection de carburant. Ce basculement est la fin de la deuxième phase (Q2B) d'injection à bas régime. Un autre mode de réalisation du programme (SPI) d'injection est représenté à la figure 5. Les moyens de traitement exécutant le programme (SPI) d'injection résidant en mémoire (M), exécutent une première étape (ETP10) de comparaison du signal (sync) représentatif de la position angulaire du vilebrequin avec la donnée représentative l'angle (A10) de début de la première injection à bas régime. Si cet angle (A10) est supérieur à la position (sync) du vilebrequin les moyens de traitement (P) exécutent une deuxième étape (ETP11) de comparaison, sinon les moyens de traitement (P) exécutent une étape (ETP14) de mise de la commande (C11) de l'injecteur à l'état (DINJ) de désactivation. Lors de l'exécution de la deuxième étape (ETP11) de comparaison, les moyens de traitement (P) comparent le signal (sync) représentatif de la position angulaire du vilebrequin avec la donnée représentative l'angle (A11) de fin de la première injection à bas régime. Si cet angle (A11) est supérieur à la position (sync) du vilebrequin les moyens de traitement (P) exécutent une étape (ETP15) de mise de la commande (C11) de l'injecteur à l'état (AINJ) d'activation, sinon les moyens de traitement (P) exécutent une troisième étape (ETP12) de comparaison. Lors de l'exécution de la deuxième étape (ETP12) de comparaison, les moyens de traitement (P) comparent le signal (sync) représentatif de la position angulaire du vilebrequin avec la donnée représentative l'angle (Al2) de début de la deuxième injection à bas régime. Si cet angle (Al2) est supérieur à la position (sync) du vilebrequin les moyens de traitement (P) exécutent une quatrième étape (ETP13) de comparaison, sinon les moyens de traitement (P) exécutent l'étape (ETP14) de mise de la commande (C11) de l'injecteur à l'état (DINJ) de désactivation. Lors de l'exécution de la quatrième étape (ETP13) de comparaison, les moyens de traitement (P) comparent le signal (sync) représentatif de la position angulaire du vilebrequin avec la donnée représentative l'angle (A13) de fin de la deuxième injection à bas régime. Si cet angle (A13) est supérieur à la position (sync) du vilebrequin les moyens de traitement (P) exécutent l'étape (ETP15) de mise de la commande (Cl1) de l'injecteur à l'état (AINJ) d'activation, sinon les moyens de traitement (P) exécutent l'étape (ETP14) de mise de la commande (Cl 1) de l'injecteur à l'état (DINJ) de désactivation.
Selon le procédé représenté à la figure 5, lors d'un cycle d'injection de carburant comportant deux injections, les moyens de traitement exécutent l'étape (ETP15) de mise de la commande (C11) de l'injecteur à l'état (AINJ) d'activation tant que l'injection n'est pas terminée. Cette étape (ETP15) est donc exécutée successivement tout au long d'une injection. Lors des phases de non injection l'étape (ETP14) de mise de la commande (C11) de l'injecteur à l'état (DINJ) de désactivation est de même exécutée successivement. Lorsque la vitesse (vit) mesurée appartient à l'ensemble (VH) des vitesses à haut régime, les moyens de traitement écrivent dans l'espace mémoire pointé par le programme (SPI) d'injection, des données correspondant à des angles (A20, A21, A22, A23) d'injections. La commande (Cl 1) de l'injecteur (2) est produite par les moyens de traitement (P) lors de l'exécution du programme (SPI) d'injection résidant en mémoire (M). La commande (C11) produite par l'unité de contrôle (1) est représentée à la figure 2. La différence par rapport à l'exécution précédente est que l'angle (Al0 et respectivement A11) de début et respectivement de fin de première injection à bas régime est remplacé par l'angle (A20 et respectivement A21) de début et respectivement de fin de première injection à haut régime. De même l'angle (Al2 et respectivement A13) de début et respectivement de fin de deuxième injection à bas régime est remplacé par l'angle (A22 et respectivement A23) de début et respectivement de fin de deuxième injection à haut régime. Comme dans la demande de brevet FR 04 52371, l'exécution du programme (SPI) d'injection réalise le procédé de commande à haut régime, selon l'invention. La figure 7 est un exemple de procédé d'injection à haut régime. Les moyens de traitement (P) exécutent une première étape (ETP21) de mise de la commande (C11) de l'injecteur à l'état (DINJ) de désactivation. Les moyens de traitement (P) fournissent un signal (P11) interne de désactivation à l'interface (11) de commande d'injecteur. L'interface (11) de commande d'injecteur recevant ce signal (P11) interne de désactivation, produit un signal (C11) de commande de désactivation de l'injecteur (2). L'injecteur (2) est dans une position (NINJ) de non injection. Lorsque le signal (sync) représentatif de la position angulaire du vilebrequin devient supérieur (sync > A20) à l'angle (A20) de début de première injection à haut régime, les moyens de traitement (P) exécutent l'étape (ETP22) suivante de mise de la commande (C11) de l'injecteur à l'état (AINJ) d'activation. Les moyens de traitement (P) fournissent un signal (P11) interne d'activation à l'interface (11) de commande d'injecteur (2). L'interface (11) de commande d'injecteur recevant ce signal (P11) interne d'activation produit un signal (Cl1) de commande d'activation de l'injecteur (2).
Lorsque le signal (sync) représentatif de la position angulaire du vilebrequin devient supérieur (sync > A21) à l'angle (A21) de fin de première injection à haut régime, les moyens de traitement (P) exécutent l'étape (ETP23) suivante de mise de la commande (C11) de l'injecteur à l'état (DINJ) de désactivation. Les moyens de traitement (P) fournissent un signal (P11) interne de désactivation à l'interface (11) de commande d'injecteur. L'interface (11) de commande d'injecteur recevant ce signal (Pl1) interne de désactivation produit un signal (C11) de commande de désactivation de l'injecteur (2). Ce basculement est la fin de la première phase (Q1 H) d'injection à haut régime.
Lorsque le signal (sync) représentatif de la position angulaire du vilebrequin devient supérieur (sync > A22) à l'angle (A22) de début de deuxième injection à haut régime, les moyens de traitement (P) exécutent l'étape (ETP24) suivante de mise de la commande (C11) de l'injecteur à l'état (AINJ) d'activation. Les moyens de traitement (P) fournissent un signal (P11) interne d'activation à l'interface (11) de commande d'injecteur. L'interface (11) de commande d'injecteur recevant ce signal (P11) interne d'activation produit un signal (C11) de commande d'activation de l'injecteur (2). Lorsque le signal (sync) représentatif de la position angulaire du vilebrequin devient supérieur (sync > A23) à l'angle (A23) de fin de deuxième injection à haut régime, les moyens de traitement (P) sautent à la première étape (ETP21) de mise de la commande (C11) de l'injecteur à l'état (DINJ) de désactivation. L'injecteur (2) bascule alors dans une position (NINJ) de non injection de carburant. Ce basculement est la fin de la deuxième phase (Q2H) d'injection à haut régime.
D'une façon générale, lorsque la position (sync) angulaire du vilebrequin est inférieure à l'angle (A20) de début de première injection à haut régime, l'injecteur (2) est dans une position (NINJ) de non injection. Lorsque la position la position angulaire du vilebrequin, analysée selon le programme d'inejction, atteint l'angle (A20) de début de première injection à haut régime, la commande (Cl1) d'injecteur passe à l'état (AINJ) d'activation et provoque le basculement de l'injecteur (2) dans sa position (INJ) d'injection de carburant. Ce basculement débute une phase (Q1H) de première injection à haut régime. Cette phase (Q1H) de première injection s'étend jusqu'à l'angle (A21) de fin de première injection à haut régime. La différence angulaire entre le début (A20) et la fin (A21) de la première injection à haut régime est telle que la première quantité de carburant introduite correspond à la charge totale nécessaire à laquelle est retirée une quantité minoritaire de retardement. La phase (Q1H) de première injection à haut régime est déterminée par les angles (A20, A21) de début et de fin, ces angles étant compris dans une plage angulaire de 25 degrés autour du point mort haut (PMH) à la fin de la période de compression. Selon la représentation de la figure 2 la phase (Q1H) est comprise entre -25 degrés et +25 degrés. Cette plage angulaire permet de minimiser les émissions de polluants tels que les oxydes d'azote, les hydrocarbures imbrûlés, et les oxydes de carbone, tout en minimisant la consommation en carburant.
Lorsque la position la position angulaire du vilebrequin, analysée selon le programme (SPI) d'injection, atteint l'angle (A21) de fin de première injection à haut régime, la commande (C11) d'injecteur passe à l'état (DINJ) de désactivation et provoque le basculement de l'injecteur (2) dans sa position (NINJ) de non injection de carburant. Le passage de l'injecteur (2) dans sa position (NINJ) de non injection correspond ici à la fin de la phase (Q1H) de première injection à haut régime. Lorsque la position la position angulaire du vilebrequin, analysée selon le programme, atteint l'angle (A22) de début de deuxième injection à haut régime, la commande (C11) d'injecteur passe à l'état (AINJ) d'activation et provoque le basculement de l'injecteur (2) dans sa position (INJ) d'injection de carburant. Ce basculement débute une phase (Q2H) de deuxième injection à haut régime. Cette phase (Q2H) de deuxième injection s'étend jusqu'à l'angle (A23) de fin de deuxième injection à haut régime.
L'angle (A22) de début de deuxième injection à haut régime est tel que la phase (Q2H) d'injection débute au début de la combustion du carburant précédemment introduit. L'angle (A22) de début de deuxième injection à haut régime est calculé, lors de la calibration du moteur, en fonction de la vitesse (vit) du moteur, de la quantité de carburant injectée lors de la phase (Q1H) de première injection et en fonction de l'angle (A21) de fin de première injection à haut régime. En effet le carburant injecté lors de la première phase (Q1H) est d'abord vaporisé, monte ensuite en température jusqu'à la température de combustion. La combustion démarre alors, créant un premier dégagement (DE1 H) de chaleur. Le carburant injecté lors de la deuxième phase (Q2H) d'injection ralentit (REH) la combustion. Un deuxième dégagement (DE2H) d'énergie principal retardé permet de réduire le bruit de combustion. La phase (Q2H) de deuxième injection s'étend sur un écart angulaire déterminé par les angles (A22, A23) de début et de fin de deuxième injection, à haut régime. L'angle de fin de deuxième injection, par rapport à l'angle de début (A22) est tel que l'injection de carburant correspond à la quantité minoritaire de retardement. Cette quantité est de préférence inférieure à 20mm3/coup/litre. Typiquement pour un moteur ayant une cylindrée unitaire de 0,51itre, la quantité de carburant de la seconde injection est inférieure à 10mm3/coup. Lorsque la position la position angulaire du vilebrequin, analysée selon le programme (SPI) d'injection, atteint l'angle (A23) de fin de deuxième injection à haut régime, la commande (C11) d'injecteur passe à l'état (DINJ) de désactivation et provoque le basculement de l'injecteur (2) dans sa position (NINJ) de non injection de carburant. Le passage de l'injecteur (2) dans sa position (NINJ) de non injection correspond ici à la fin de la phase (Q2H) de deuxième injection à haut régime. Selon l'exemple de la figure 2, la première injection à haut régime, est déclenchée au point mort haut, à 0 degrés d'angle vilebrequin, et elle se termine environ à 7 degrés. A la fin de la première injection, on constate le début d'un dégagement d'énergie qui est diminué, à environ 10 degrés d'angle vilebrequin, par la seconde injection. La seconde injection, plus courte que la première, se termine ici environ à 13 degrés d'angle vilebrequin. A la fin de la seconde injection, la combustion du mélange carburé commence ce qui provoque un dégagement d'énergie très important illustré par le pic (DE2H) de dégagement d'énergie.
Comme dans la demande de brevet FR 04 52371, la perméabilité minimum de l'injecteur est conforme au mode de fonctionnement en haut régime. La première injection à haut régime consiste à former un mélange carburé homogène en injectant une première quantité déterminée de carburant. La pression d'injection de valeur déterminée, associée à l'injecteur de perméabilité déterminée, permet la formation d'un mélange carburé homogène avant l'auto inflammation du mélange lors de la première injection. De préférence, la pression d'injection est supérieure ou égale à 1200 bars. Selon un mode de réalisation avantageux, la perméabilité de l'injecteur est choisie supérieure ou égale à une valeur seuil Qh exprimée en décimètres cube. Cette perméabilité normalisée correspond au volume de carburant dispensée par l'injecteur lorsqu'il fonctionne à une pression d'injection de 100 bars pendant une durée de 30 secondes. La valeur seuil Qh de perméabilité est déterminée selon le calcul suivant : Qh=[K.Vcyi. PSpec.CSE1/[ncyi.p.d.(AP)1n] Dans la présente invention, le mélange carburé est formé de préférence avec de l'air mélangé avec des gaz brûlés recirculés ou recyclés, de manière à minimiser les émissions d'oxydes d'azote. Par exemple, le mélange carburé formé après la seconde injection à haut régime contient un taux de gaz brûlés recirculés ou recyclés supérieur ou égal à 50 pourcents. Le taux de gaz recirculés est commandé par des moyens de régulation du contre balayage, pour contrôler les gaz brûlés remontant de la chambre de combustion vers le conduit d'admission ou restant dans la chambre de combustion. Le taux de gaz recyclés est commandé par des moyens de commande d'un circuit de refroidissement et de réinjection des gaz d'échappement vers le circuit d'admission.
Les angles de début et de fin de première et de deuxième injection sont calculés lors de la calibration du moteur et sont stockés dans le tableau (T). La quantité de carburant injectée est calculée par exemple en fonction du couple du moteur. Un point de fonctionnement est déterminé au moins par une vitesse de rotation du moteur et par un couple du moteur. Des optimisations des angles de début et de fin de la première et de la deuxième injection, sont réalisées pour chaque point de fonctionnement. L'optimisation des angles de début et de fin des injections est réalisée pour les régimes moteurs bas, haut ou intermédiaires. L'optimisation consiste à tester des angles de début et de fin d'injection, pour un moteur réel, tout en mesurant de nombreux paramètres comme le bruit produit, le rendement du moteur ou les émissions de gaz polluants. Pour les régimes intermédiaires, de manière non limitative, le nombre d'injections est aussi optimisé. L'optimisation est réalisée selon différents paramètres comme par exemple, le rendement du moteur et le bruit de combustion. D'autres exemples de paramètres d'optimisation sont aussi les émissions polluantes en hydrocarbure non consumé, le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone ou les oxydes d'azote. Ce tableau comportant tous les points de fonctionnement optimisés, est mémorisé par les moyens (M) de mémorisation, lors de la configuration et/ou la fabrication du moteur. Des points de fonctionnement, correspondant à une vitesse et un couple du moteur, non compris dans le tableau, seront calculés, par les moyens de traitement, en fonction du ou des points de fonctionnement voisins compris dans le tableau. Il doit être évident pour les personnes versées dans l'art que la présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans l'éloigner du domaine d'application de l'invention comme revendiqué. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, mais peuvent être modifiés dans le domaine défini par la portée des revendications jointes, et l'invention ne doit pas être limitée aux détails donnés ci-dessus.

Claims (6)

REVENDICATIONS
1. Procédé d'injection de carburant dans un moteur à combustion interne à allumage par auto inflammation d'un mélange carburé, selon un cycle de combustion comportant au moins une période de compression, le moteur comportant au moins une chambre (4) de combustion associée à au moins un injecteur (2) commandé par une unité de contrôle (1) et introduisant le carburant directement dans la chambre (4) de combustion, au moins des moyens (CVit) de mesure de la vitesse de rotation du moteur en communication avec l'unité (1) de contrôle pour commander l'injecteur (2) dans une position d'injection (INJ) ou de non injection (NINJ), à une position angulaire (sync) déterminée par rapport au cycle de combustion, et des moyens de détecter au moins deux seuils de vitesse de rotation du moteur, l'un au dessous duquel le régime est dit bas, l'autre au dessus duquel le régime est dit haut, caractérisé en ce que le procédé d'injection d'une quantité totale de carburant, au cours du cycle de combustion, comprend une injection principale durant laquelle une quantité principale déterminée de carburant est injectée et une injection supplémentaire durant laquelle une quantité supplémentaire déterminée de carburant est injectée, la quantité principale correspondant à la quantité totale de carburant diminuée de la quantité supplémentaire, l'injection supplémentaire s'effectuant soit avant l'injection principale, à bas régime, sur un premier écart angulaire (Al 0, A11) appartenant à une plage angulaire déterminée autour de l'angle (PMH) de fin de la période de compression, l'injection (Q2B) principale débutant quasiment à la fin (F1B) de la combustion du carburant injecté lors de l'injection (Q1 B) supplémentaire, soit après l'injection principale, à haut régime, l'injection (Q2H) supplémentaire débutant quasiment au début de la combustion du carburant 30 injecté lors de l'injection (Q1H) principale, l'injection (Q1H) principale étantréalisée sur un deuxième écart angulaire (A20, A21) appartenant à la plage angulaire déterminée.
2. Procédé d'injection selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité supplémentaire de carburant est inférieure ou égale à 20mm3/coup/litre.
3. Procédé d'injection selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la plage angulaire déterminée s'étend de 25 degrés avant l'angle (PMH) de fin du cycle de compression jusqu'à 25 degrés après cet angle (PMH).
4. Procédé selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le mélange carburé est formé avec un mélange d'air et de gaz brûlés recirculés ou recyclés.
5. Procédé d'injection selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, la pression d'injection est supérieure ou égale à 1200 bars.
6. Procédé d'injection selon la revendication 5, caractérisé en ce que la perméabilité de l'injecteur est supérieure ou égale à une valeur seuil "Qh" exprimée en décimètres cube et calculée selon la formule suivante: Qh=[K.Vcyi.PSpeC.CSE]/[.p.d.(AP)1'2] dans laquelle : - K est une constante égale à 75, - Vcy, est la cylindrée du moteur en décimètres cube, - Pspec est la puissance maximale du moteur rapportée à sa cylindrée en kilowatts par décimètre cube, - CSE est la consommation spécifique du moteur dans les conditions produisant la puissance maximale en grammes par kilowattheure, - ncyi est le nombre de cylindres du moteur, - p est la masse volumique du carburant en grammes par décimètres cube,-24- - d est la durée d'injection de carburant exprimée en nombre de degrés de rotation du vilebrequin, dans les conditions produisant la puissance maximale Pspec. - AP est la pression d'injection du carburant moins la pression dans le 5 cylindre en bars dans les conditions produisant la puissance maximale Pspec.
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