FR3022002B1 - Procede de commande d'injections multiples notamment dans un systeme d'injection de carburant d'un moteur a combustion interne - Google Patents

Abstract

Procédé de commande d'injections multiples par un système d'injection, notamment un système d'injection à rampe commune pour injecter du carburant dans un moteur à combustion interne. L'injection se fait au moins sous la forme de deux injections partielles successives dans le temps à l'aide d'un injecteur comportant une aiguille . Selon le procédé on saisit (300) l'instant de fermeture d'au moins une aiguille d'injecteur et en fonction de l'instant de fermeture saisi de l'aiguille d'injecteur on reconnaît (310) l'existence d'un état de fonctionnement pour lequel il y a un passage de carburant entre au moins deux injections partielles.

Description

Domaine de l’invention

La présente invention se rapporte à un procédé de com-mande d’injections multiples par un système d’injection, notamment unsystème d’injection à rampe commune pour injecter du carburant dansun moteur à combustion interne, l’injection se faisant au moins sous laforme de deux injections partielles successives dans le temps à l’aided’au moins un injecteur comportant une aiguille. L’invention se rapporte également à un programmed’ordinateur, à un support de données lisibles par une machine pourenregistrer le programme d’ordinateur et à un appareil de commandeélectronique pour exécuter le procédé.

Etat de la technique

Il est connu dans les systèmes d’injection à rampe com-mune servant à injecter du carburant dans un moteur à combustioninterne, de modifier l’intervalle de temps entre les différentes injectionsou encore la durée des différentes injections pour influencer les procé-dés de combustion dans les chambres de combustion du moteur.L’injection se fait de façon connue avec des injecteurs actionnés par desaiguilles.

Si l’intervalle de temps entre deux injections séparées esttrop court, on a ce qui est appelé « passage » de carburant, c’est-à-direqu’au moins deux injections séparées se rejoignent et fonctionnentcomme une seule injection plus longue. Cela se traduit par une aug-mentation pratiquement incontrôlable de la dose injectée et ainsi à unedétérioration du procédé de combustion.

Exposé et avantages de l’invention L’invention repose sur la considération qu’un tel passagede carburant a également pour conséquence que l’instant de fermeturede l’aiguille d’injecteur est retardé dans le temps ou est décalé dans lesens du retard. Cet effet est utilisé selon l’invention en quelque sorte ensens inverse en ce qu’un passage dans le cas d’injections multiples quise suivent dans le temps, notamment deux injections simples ou injec-tions partielles qui se suivent peuvent être détectées indirectement ousurveillées par la saisie de l’instant de fermeture précis d’une aiguilled’injecteur concerné. La saisie de l’instant de fermeture d’une aiguille d’injecteur peut se faire de manière connue à l’aide de capteurs de fer-meture d’injecteur.

Au cas où l’on reconnaît une variation de l’instant defermeture de l’aiguille et/ou un retard dans le temps de l’opération defermeture de l’aiguille, on conclut qu’il y a un passage de carburant liérégulièrement à une augmentation significative de la dose injectée. Onpeut remédier à un tel passage de carburant détecté, de préférence enadaptant ou en modifiant l’intervalle de temps entre les deux injectionspartielles et/ou la durée de commande d’au moins deux injections par-tielles, c’est-à-dire en neutralisant ou en terminant cet état de fonction-nement non souhaitable.

On peut ainsi augmenter l’intervalle de temps entre deuxinjections partielles lorsqu’on détecte l’état de passage avec une valeurde correction déterminée au préalable de manière empirique et/ou dediminuer la durée de commande d’au moins deux injections partielles,la valeur de correction correspondante étant déterminée empiriquementau préalable. On peut également prendre une valeur de correction ap-propriée spécifique à l’injecteur dans un tableau de valeurs de correc-tion ou un moyen analogue contenant l’enregistrement, par exemple desvaleurs de correction de tous les injecteurs d’un ou plusieurs moteurs àcombustion interne. Cela permet d’appliquer avantageusement le pro-cédé à l’ensemble du système d’injection.

La saisie et l’évaluation des variations de l’installation defermeture d’aiguilles peuvent se faire avantageusement à l’aide d’unesurveillance de seuil ; un premier seuil approprié, notamment pourl’instant de fermeture de l’aiguille, retardé dans le temps, peut se dé-terminer au préalable de manière empirique. Ce n’est qu’en cas d’unretard déterminé de la fermeture de l’aiguille que l’on peut estimer aveccertitude qu’il s’agit d’un passage de carburant entre deux injections.

La détection ou surveillance précise de l’instant de ferme-ture de l’aiguille permet de plus de réaliser les plus petits intervallesd’injection possible hydrauliquement et même pendant le fonctionne-ment du système d’injection ou du moteur à combustion interne qu’ilutilise, on peut faire une adaptation précise ou une régulation / com-mande des écarts ou intervalles d’injection.

De plus, le procédé selon l’invention permet égalementpendant le fonctionnement, de compenser efficacement les éventuellestolérances de la chaîne d’actions ou les tolérances de fabrication, no-tamment les tolérances des injecteurs concernés ou des busesd’injection avec une régulation en aval (boucle de régulation) pour unecompensation efficace.

Le procédé selon l’invention peut également être exécutéseulement une fois détectée l’existence de deux injections partielles quise suivent dans le temps ce qui permet d’économiser des ressources oudes capacités du système. On peut en outre vérifier si l’intervalle ouécart de temps entre deux injections partielles passe en-dessous d’unsecond seuil prédéterminé de manière empirique. Ce n’est que lors dudépassement vers le bas de ce second seuil que l’on peut avoir un telpassage de carburant. L’invention s’applique notamment à un systèmed’injection à rampe commune mais il peut en principe s’appliquer éga-lement à d’autres systèmes d’injection dans lesquels on a des injectionsmultiples qui se suivent dans le temps, par exemple des systèmesd’injection de la solution urée-eau (solution HWL) pour le post-traitement des gaz d’échappement ou la réduction des oxydes d’azotedégagés par la combustion du carburant.

Le programme d’ordinateur selon l’invention permetd’exécuter chaque étape du procédé, notamment lorsque le programmeest exécuté par un calculateur ou un appareil de commande. Il permetd’implémenter le procédé selon l’invention suivant un appareil de com-mande électronique sans avoir à faire des modifications constructives.Le support de données lisibles par une machine contientl’enregistrement du programme d’ordinateur selon l’invention. La lec-ture du programme d’ordinateur selon l’invention sur un appareil decommande électronique permet de commander l’appareil de commandepour des injections multiples dans un système d’injection avec un pro-cédé selon l’invention.

Dessins

La présente invention sera décrite ci-après de manièreplus détaillée à l’aide d’un procédé de commande d’une injection mul- tiple dans un système d’injection représenté dans les dessins annexésdans lesquels : les figures la-c représentent schématiquement des dispositifs oudes capteurs connus selon l’état de la technique pour saisirl’instant de fermeture de l’aiguille d’un injecteur dans un systèmed’injection à rampe commune, les figures 2a-c montrent dans le cas d’un système d’injection àrampe commune, les courbes mesurées de l’alimentation del’injecteur, du taux d’injection et du mouvement de l’aiguille del’injecteur par comparaison du procédé de l’invention et de l’état dela technique, la figure 3 montre un exemple de réalisation d’un procédé selonl’invention à l’aide d’un ordinogramme.

Description d’exemples de réalisation

La figure la montre un système de capteurs connus se-lon le document EPI 961 952 Al, pour détecter la fermeture del’aiguille de l’injecteur d’un système d’injection à rampe commune dansun moteur à combustion interne. Le système de capteurs se composed’un capteur 405 pour détecter le mouvement d’ouverture et/ou lemouvement de fermeture d’une aiguille d’injecteur (non représentée),notamment pour détecter l’instant de fermeture et/ou d’ouverture del’aiguille d’injecteur. Le capteur 405 du présent exemple de réalisationest un capteur d’accélération piézoélectrique ou micromécanique ser-vant à détecter les oscillations mécaniques générées par le mouvementde l’aiguille d’injecteur.

Le dispositif de la figure la comporte en outre un modulede capteur 400 pour fixer la quantité de carburant à injecter dans lachambre de combustion d’un moteur à combustion interne non repré-senté, à l’aide de l’injecteur. Le module de capteur 400 comporte no-tamment un capteur d’oscillations réalisé sous la forme d’un capteurd’accélération piézoélectrique 405 pour détecter l’instant de fermeturede l’aiguille de l’injecteur. Un microprocesseur 410 traite les données.Le module de capteur 400 comporte en plus un capteur de température415 pour mesurer la température du carburant dans l’injecteur ou dansla conduite de l’injecteur à proximité immédiate de l’injecteur. Une mé-moire de données 420 contient les grandeurs de compensation spéci- fiques à l’injecteur. Cette mémoire peut être interrogée par l’appareil decommande du moteur à combustion interne. Les composants électro-niques 405, 410, 415, 420 du module de capteur 400 sont installés surun support de circuit 430 en forme de plaque de circuit en céramiquedans cet exemple de réalisation.

Le document WO 2011 085 867 Al décrit une variante dedispositif ou de système de capteur pour saisir l’instant de fermetured’une aiguille d’injecteur, permettant de déterminer d’une manière par-ticulièrement précise l’instant de fermeture de l’aiguille d’injecteur etainsi les phases de fonctionnement de l’injection de carburant. Ce dis-positif repose sur le principe qu’à la fermeture ou à l’ouverture del’aiguille d’injecteur, on a des variations caractéristiques de pressionque l’on peut saisir très précisément. On utilise ainsi notamment le faitque la pression dans la chambre de commande varie de manière signifi-cative au début ou à la fin de la phase d’injection d’un injecteur de car-burant et cette pression dans la chambre de commande se détecte sousla forme d’une mesure de pression.

La figure lb est une coupe axiale partielle de l’injecteurde carburant concerné ici et correspondant au documentWO 2011 085 867 Al ; il comporte un corps d’injecteur 1 avec unechambre haute pression 2 et une chambre basse pression 3. Les deuxchambres de pression sont séparées l’une de l’autre par un élémentd’injecteur 4. La chambre haute pression 2 communique par exemplepar un canal d’alimentation 5 avec une rampe commune non représen-tée. La chambre basse pression 3 est reliée au réservoir de carburantpar une conduite de retour 21.

La chambre haute pression 2 est reliée par des injecteursnon représentés à la chambre de combustion d’un moteur à combustioninterne également non représenté. Les injecteurs sont commandés defaçon connue par l’aiguille d’injecteur dont la figure lb ne montre quel’extrémité éloignée par rapport à la buse d’injection et qui est en formede plongeur 6. Le plongeur 6 est logé de façon à coopérer dans le sensdu refoulement dans une chambre de commande 7 dans la pièced’injecteur 4. Cette chambre de commande 7 communique par un or-gane d’étranglement d’alimentation 8 avec la chambre haute pression 2et par un canal de sortie 9 de préférence étranglé avec la chambre basse pression 3 ; le canal de sortie 9 est commandé par un dispositif decommande de soupape 10. Lorsque le canal de sortie est fermé par ledispositif de commande de soupape 10 et que l’aiguille d’injecteur setrouve en position de fermeture, il s’établit dans la chambre de com-mande 7, la même haute pression que dans la chambre haute pression2 de sorte que le plongeur 6 est poussé vers le bas selon la figure lb etl’aiguille d’injecteur reliée à celui-ci, reste tenue en position de ferme-ture qui bloque l’injecteur. Lorsque le canal de sortie 9 est ouvert par ledispositif de commande de soupape 10, il s’établit dans la chambre decommande 7 une pression réduite par rapport à la haute pression ré-gnant dans la chambre à haute pression 2 et le plongeur 6 se déplaceavec l’aiguille d’injecteur dans le sens descendant selon la figure lb,c’est-à-dire que l’aiguille d’injecteur se met en position d’ouverture desorte que le carburant est alors injecté par l’injecteur dans la chambrede combustion.

Le dispositif de soupape de commande 10 comporte unorgane d’obturation 11 en forme de manchon qui est poussé par unressort de fermeture 12 en forme de ressort hélicoïdal contre un siègeconcentrique à l’orifice de sortie du canal de sortie 9. L’organed’obturation 11 en forme de manchon est guidé en coulissement axialsur une tige de guidage 13 coaxiale à l’axe longitudinal 100 du corpsd’injecteur 1 ; l’intervalle annulaire entre la périphérie intérieure del’organe d’obturation 11 et la périphérie extérieure de la tige de guidage13 fonctionne comme un intervalle d’étanchéité sans fuite.

Lorsque l’organe d’obturation 11 prend la position defermeture représentée à la figure lb, la chambre de pression 14 forméedans l’organe d’obturation 11 et qui communique par le canal de sortie9 avec la chambre de commande 7 est ainsi à la même pression defluide que la chambre de commande 7 ; la chambre de pression 14 estfermée vis-à-vis de la chambre basse pression 3. L’organe d’obturation11 comporte un induit 15 en forme d’étoile d’un dispositifd’électroaimant 16 fonctionnant comme actionneur pour commander ledispositif de soupape de commande 10. Ce dispositif à électroaimant 16possède de façon connue, une bobine électromagnétique 17 installéedans un dispositif d’électroaimant concentrique à la tige de guidage 13avec un pôle extérieur annulaire 18 et un pôle intérieur annulaire 19.

Lorsque la bobine électromagnétique 17 est alimentée en courant,l’induit 15 est attiré par aimantation par les pôles 18 et 19 de sorte quel’organe de fermeture 11 se soulève de son siège contre la force exercéepar le ressort de fermeture 12 et ouvre le dispositif de soupape de com-mande 10.

Pendant la phase de fermeture de l’aiguille d’injecteur re-liée au plongeur 6, c’est-à-dire lorsque les injecteurs sont fermés, ledispositif de soupape de commande 10 est fermé et il règne la mêmepression de fluide dans la chambre de pression 14 et dans la chambrede commande 7. Immédiatement avant l’instant de fermeture del’aiguille d’injecteur, la pression chute dans la chambre de commande 7d’une part, car à ce moment la pression sous le siège de l’aiguilled’injecteur est faible et d’autre part, à cause du mouvement de ferme-ture résultant du plongeur 6 soumis à la haute pression du canald’alimentation 5. Directement après la fermeture de l’aiguilled’injecteur, comme le plongeur 6 est maintenant immobile, on aura uneforte montée de la pression dans la chambre de commande 7 si bienque la pression dans cette chambre de commande monte jusqu’à lapression du canal d’alimentation 5. La pression dans la chambre decommande 7 et ainsi la pression pratiquement identique dans lachambre de pression 14 ont ainsi un minimum accentué à l’instant defermeture de l’aiguille d’injecteur.

La figure le représente à titre d’exemple la courbe de lacourse de l’aiguille d’injecteur (diagramme A) de l’injecteur de la figurelb et la courbe de la pression dans la chambre de commande (dia-gramme B) présentée à titre d’exemple. Comme la pression de lachambre de commande 7 lorsque l’organe de fermeture 11 est fermé,règne également dans la chambre de pression 14, la tige de guidage 13sera sollicitée dans l’organe de fermeture 11, dans cette position del’injecteur, côté frontal, toujours par la pression dans la chambre decommande. La pression dans la chambre de commande est transmisenotamment par la tige de guidage 13 à un capteur de pression 20 re-présenté schématiquement à la figure lb de sorte que le circuitd’exploitation, non représenté, relié en entrée au capteur de pression 20reçoit en permanence des informations relatives à la pression régnantdans la chambre de commande 7 et il saisit ainsi notamment les ins- tants de fermeture de l’aiguille d’injecteur. Le circuit d’exploitation évo-qué ci-dessus peut être intégré dans un appareil de commande du mo-teur à combustion interne non représenté.

Le système de capteur détectant l’instant de fermeture del’aiguille d’injection fournit comme signal de mesure une tension ou unevariation de tension dans une plage d’environ IV. A place du systèmede capteur piézoélectrique représenté dans les figures précédentes pourdétecter l’instant de fermeture, on peut également envisager des élé-ments piézorésistants qui utilisent l’effet piézorésistant selon lequel denombreux matériaux ont une résistance électrique spécifique qui variesous l’effet de forces de compression.

Les courbes 200, 205 présentées à la figure 2a ont un in-tervalle relativement faible entre l’alimentation pour une première injec-tion 210 et la seconde injection 215 suivante. La mesure du tauxd’injection effectuée à l’alimentation indiquée selon la figure 2b se tra-duit par deux injections 220 qui ne sont pas suffisamment séparéesdans le temps. Cette séparation temporelle non suffisante provient no-tamment de ce que les taux d’injection en cas d’alimentation selon lacourbe 200 entre les deux injections 220 ne descend pas à la valeur desortie qui est d’environ 0 mV mais reste à une valeur significativementplus élevée, égale à 70 mV.

Comme le montre également la mesure de tauxd’injection selon la figure 2b pour une plus grande distance del’alimentation entre la première injection 210 et la deuxième injection215 selon la courbe 205 on a deux injections 225 séparées de manièresignificative.

Selon l’invention, la séparation temporelle absente ounon-suffisante des deux injections 220 produit également un décalagedans le temps ou un retard de l’opération de fermeture d’aiguille. Lescourbes de mesure du mouvement de l’aiguille d’injecteur 230, 235 quel’on obtient selon la figure 2c pour une alimentation électrique selon lescourbes 200, 205 illustrent cette relation car la courbe de mesure 230résultant de l’alimentation antérieure 210 est décalée significativementdans le sens du retard par rapport à la courbe de mesure 235 qui ré-sulte de l’alimentation postérieure 205 ; dans le présent exemple de réa-lisation, il s’agit d’un décalage d’environ 0,05 ms dans le sens du retard.

Il convient de remarquer que les échelles sur les axes X etY pour les courbes de mesure des figures 2a-2c ne représentent que lesrésultats d’exemples d’essai recueillis sur un banc de mesure ou bancd’essai et ne constituent en aucun cas un élément limitant l’inventionaux valeurs de mesure concrètes présentées.

Selon l’exemple de réalisation de la figure 3 du procédéde l’invention, on saisit (300) tout d’abord l’opération de fermeture del’aiguille ou une valeur de tension électrique correspondante, c’est-à-dire l’instant et/ou le niveau de la tension. A partir du niveau de ten-sion détectée, on vérifie (305) si l’instant également saisi de la fermeturede l’aiguille est décalé plus qu’un seuil prédéfini de manière empiriquedans le sens du retard. Si cette condition n’est pas satisfaite, on saisitde nouveau une opération de fermeture de l’aiguille car si cette condi-tion 305 n’est pas remplie, on estime, selon l’invention, qu’il n’y a pasde passage prescrit de carburant avec les inconvénients cités pour laphase de combustion.

Mais si l’essai (305) montre que la condition est remplie,on suppose qu’il y a eu un passage de carburant entre les deux injec-tions et cela est détecté (310) et dans l’étape suivante (315) on adapte,et notamment on relève l’écart de temps entre les courbesd’alimentation des deux injections de façon à s’opposer au passage decarburant ou à bloquer celui-ci.

Il est à remarquer que la routine présentée à la figure 3est démarrée de préférence seulement lorsqu’on détecte qu’il y a deuxinjections qui se suivent dans le temps.

Le procédé décrit peut être réalisé sous la forme d’unprogramme de commande d’un appareil de commande électroniquepour commander un moteur à combustion interne ou sous la formed’une ou plusieurs unités de commandes électroniques (unité ECU).

NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX I Corps d’injecteur de chambre haute-pression 3 Chambre basse-pression 4 Pièce d’injecteur 5 Canal d’alimentation 6 Plongeur 7 Chambre de commande 8 Organe d’étranglement d’alimentation 9 Canal de sortie 10 Dispositif de commande de soupape II Organe d’obturation 12 Ressort de fermeture 13 Tige de guidage 14 Chambre de pression 15 Induit 16 Dispositif d’électroaimant 17 Bobine électromagnétique 18 Pôle annulaire extérieur 19 Pôle annulaire intérieur 20 Capteur de pression 21 Conduite de retour 100 Axe longitudinal 200, 205 Courbe 210 Première injection 215 Seconde injection 220 Injection séparée 225 Injection séparée 230, 235 Mouvement de l’aiguille d’injecteur 300-315 Etapes du procédé / étape de l’ordinogramme 400 Module de capteur 405 Capteur 410 Microprocesseur 415 Capteur de température 420 Mémoire 430 Support de circuit

Claims (9)

1. REVENDICATIONS 1°) Procédé de commande d’injections multiples par un systèmed’injection, notamment un système d’injection à rampe commune pourinjecter du carburant dans un moteur à combustion interne, l’injectionse faisant au moins sous la forme de deux injections partielles succes-sives dans le temps à l’aide d’au moins un injecteur comportant uneaiguille, procédé caractérisé en ce que l’on saisit (300) l’instant de fermeture d’au moins une aiguilled’injecteur à l’aide d’un système de capteur de fermeture d’aiguille cons-titué par un capteur de pression, et en fonction de l’instant de fermeture saisi, de l’aiguille d’injecteur onreconnaît (310) l’existence d’un état de fonctionnement pour lequel il y aun passage de carburant entre au moins deux injections partielles.
2. 2°) Procédé selon la revendication 1,caractérisé en ce que l’on compare (305) l’instant de fermeture saisi à un premier seuil et cen’est que s’il y a dépassement du premier seuil que l’on conclut (310) àl’existence d’un état de passage entre au moins deux injections par-tielles.
3. 3°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que si l’état de passage est détecté entre au moins deux injections partielles,on modifie l’écart de temps de la commande des deux injections par-tielles et notamment on augmente (315) cet écart et/ou on modifie ladurée de commande d’au moins deux injections partielles et notammenton diminue ces durées de commande.
4. 4°) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que on augmente tout d’abord l’intervalle de temps de la commande d’aumoins deux injections partielles d’une première valeur de correction dé-terminée empiriquement, et/ou on diminue la durée de commande d’au moins deux injections partiellesd’une seconde valeur de correction déterminée empiriquement au préa-lable.
5. 5°) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l’on prévoit un tableau de valeurs de correction contenantl’enregistrement de valeurs de correction spécifiques à un injecteur eton appelle une valeur de correction dans le tableau des valeurs de cor-rection.
6. 6°) Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5,caractérisé en ce que l’on exécute les étapes susmentionnées seulement lors de la détectionde deux injections partielles qui se suivent dans le temps.
7. 7°) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l’on compare l’intervalle de temps entre les deux injections partielles àun second seuil et on effectue les étapes indiquées seulement en cas dedépassement vers le bas du second seuil.
8. 8°) Programme d’ordinateur conçu pour exécuter les étapes du procédéselon l’une quelconque des revendications 1 à 7.
9. 9°) Appareil de commande électronique permettant de commander lesinjections multiples dans un système d’injection par un procédé selonl’une quelconque des revendications 1 à 7.