Brevet FR2522365A1 — publié le 19830902

La présente invention concerne un moteur multi- cylindres à combustion interne et à cycle Otto, notamment pour véhicules automobiles, du type dit modulaire, c'est-à- dire capable de fonctionner avec un nombre de cylindres actifs variable en fonction de la puissance à fournir. Parmi les procédés adoptés par les constructeurs des moteurs à combustion interne en vue de réduire la consommation de combustible, en particulier aux faibles appels de puissance, la sélection du nombre des cylindres actifs en fonction de la puissance à fournir par le moteur s'est révélée particulièrement avantageuse. En effet, s'il est possible d'utiliser un nombre variable de cylindres en fonction de la demande de puissance, on parvient à faire fonctionner le moteur dans des meilleures conditions de rendement car on obtient un meilleur remplis- sage des cylindres tout en réduisant l'énergie d'aspiration, avec un travail utile par cycle beaucoup plus élevé Il en découle une réduction de la consommation spécifique de combustible, qui, tout en étant variable suivant le système adopté pour désactiver les cylindres, n'en demeure pas moins importante même dans le cas o la désactivation des cylin- dres serait effectuée uniquement par exclusion de l'alimen- tation du combustible aux cylindres inactifs. Il est également connu que pour réduire la consommation de combustible les constructeurs ont actuel- lement tendance à réaliser des moteurs avec des taux de compression volumétriques de plus en plus élevés Toutefois, les risques d'autoallumage, en particulier aux régimes éle- vés, imposent des limites à cette augmentation destaux de compression. A la suite des recherches de la demanderesse, il est apparu que l'on pouvait obtenir des avantages considérables au niveau de la réduction de la consommation de combustible, sans diminuer les performances, en réali- sant un moteur du type modulaire dans lequel le premier groupe de cylindres actifs, destinés à fournir une partie de la puissance maximum fournie par le moteur, est doté d'un taux de compression volumétrique élevé, supérieur à 12,5/1, tandis qu'un second groupe de cylindres inactifs, destinés à fournir la portion complémentaire de la puis- sance maximum fournie par le moteur, est doté d'un taux de compression volumétrique inférieur à celui du premier groupe de cylindres et au maximum égal à 11/1. Un moteur ainsi structuré peut fonctionner dans des conditions permettant d'assurer le meilleur compromis entre performances, consommation de combustible et marge de sécurité aux risques d'autoallumage. En particulier, les cylindres du premier groupe, c'est-à-dire ceux qui sont caractérisés par un taux de compression élevé, sont destinés à fonctionner seuls, de à celle maximum la charge minimums dans les conditions nécessitant des faibles appels de puissance au moteur et jusqu'à des valeurs de puissance liées à une courbe limite prédéterminée. Par conséquent, dans ces conditions, qui peuvent correspon- dre à l'utilisation des véhicules en ville, on parvient à obtenir une économie maximum de combustible, tout en maintenant une bonne marge de sécurité contre l'autoallumage grâce à un choix judicieux des avances à l'allumage. En revanche, dans les conditions qui obligent à des appels de puissance supérieurs à ceux de ladite courbe limite, et jusqu'à des valeurs propres à la courbe de puissance maximum du moteur, on demandera également l'activation# des cylindres du second groupe, de la charge minimum à la chargermaxinimu; caractérisés par un taux de compression inférieur à celui du premier groupe De cette façon, il est possible d'obtenir la même puissance maximum qu'avec un moteur non modulaire de même cylindrée, tout en réduisant sensiblement la consommation de combus- tible, en particulier aux conditions d'utilisation néces- sitent de faibles puissances. Dans une solution préférée, le moteur selon l'invention est caractérisé par le fait qu'il est constitué par un premier groupe de cylindres dotés d'un taux de compression volumétrique élevé, supérieur à 12,5/1, et par un second groupe de cylindres dotés d'un taux de compression volumétrique maximum de i/1 î, le premier groupe de cylindres étant relié à un premier système d'alimentation du mélange équipé de premiers moyens de dosage de cette même alimen- tation, le second groupe de cylindres étant relié à un second système d'alimentation du mélange doté de seconds moyens de dosage de cette même alimentation, le système d'alimentation du second groupe de cylindres étant égale- ment équipé de moyens d'interruption de l'alimentation, lesdits premier et second moyens de dosage étant actionnés respectivement par des premières et par des secondes com- mandes, des moyens pour le contrôle des commandes étant reliés opérationnellement auxdites premières et secondes commandes et auxdits moyens d'interruption pour commander lesdits premiers moyens de dosage dans le sens de doser l'alimentation audit premier groupe de cylindres et pour commander lesdits moyens d'interruption dans le sens d'interrompre l'alimentation au second groupe de cylindres, en présence de certaines valeurs prédéterminées de certains paramètres de fonctionnement prédéterminés du moteur et pour des appels de puissance du moteur inférieurs aux valeurs d'une courbe limite prédéterminée, pour commander lesdits moyens d'interruption dans le sens de rétablir l'alimentation du second groupe de cylindres et pour commander lesdits premiers et lesdits seconds moyens de dosage dans le but de doser l'alimentation du groupe de cylindres respectifs, en présence d'autres valeurs préétablies desdits paramètres de fonctionnement prédé- terminés du moteur et pour des appels de puissance supérieurs à ceux de ladite courbe limite, jusqu'aux valeurs de la courbe de puissance maximum du moteur. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés à titre d'exemple non limitatif, permettra de bien comprendre comment la présente invention peut être mise en pratique. La figure 1 représente schématiquement un moteur à combustion interne, désigné dans son ensemble par la référence 10, quidans le cas présentest doté de six cylindres disposés en "V" à 60 Les références 11, 12, 13 désignent les trois cylindres du bloc de droite, dont l'ensemble est désigné par 14, lesquels cylindres sont dotés d'un taux de compression volumétrique élevé, par exemple compris entre 13/1 et 15/1 Les références 15, 16, 17 désignent les trois cylindres du bloc de gauche, dont l'ensemble est désigné par 18, ces trois derniers cylindres étant dotés d'un taux de compression volumétrique inférieur par rapport au taux de compression des cylindres 11, 12, 13, et par exemple compris entre 9/1 et 10/1. Les références 19, 20, 21 désignent d'autre part les soupapes d'admission des cylindres 11, 12, 13, tandis que les références 22, 23, 24 désignent les tubulures d'admission respectives dérivées du collecteur 25 La référence 26 désigne le papillon de dosage de l'air aspiré par le collecteur 25, tandis que la référence/désigne le filtre correspondant. Dans le cas illustré, le moteur est alimenté par injection d'essence, chaque tubulure d'admission étant dotée d'un électro-injecteur, respectivement 28, 29, 30. Ces électro-injecteurs sont alimentés par des conducteurs 31, 32, 33 venant de l'étage de puissance de l'injection, représenté schématiquement par le bloc 34, qui, à son tourzest relié opérationnellement au système de contrôle du moteur, du type à microcalculateur, désigné dans son ensemble par 35. Les références 36, 37, 38 désignent les soupapes d'admission des cylindres 15, 16, 17, tandis que les réfé- rences 39, 40, 41 désignent les tubulures d'admission respectiyes, dérivant du collecteur 42 La référence 43 désigne le papillon de dosage de l'air aspiré par le collecteur 42 et la référence 44 le filtre correspondant. Les références 45, 46, 47 désignent les électro-injecteurs qui alimentent les cylindres 15, 16, 17 en essence Ces électro-injecteurs sont eux aussi commandés par les conducteurs 48, 49, 50 par l'étage de puissance 34 qui est relié opérationnellement au système de contrôle 35. Les volets-papillons 26 et 43 sont reliés opé- rationnellement à des commandes respectives 51, 52 qui peuvent être de type hydraulique, pneumatique, électrique et u ou mixte/sont représentées schématiquement car de conception classique à^ Comme cela sera mieux décrit par la suite, ces commandes 51 et 52 sont elles aussi contrôlées par le système de contrôle 35. Les références 53, 54, 55, 56, 57, 58 désignent les bougies d'allumage des six cylindres du moteur Ces bougies sont reliées par des conducteurs respectifs 59, 60, 61, 62, 63, 64 au bloc 65 qui regroupe l'étage de puissance de l'allumage, la bobine d'allumage, le distributeur de haute tension aux bougies et qui est raccordé opérationnel- lement au système de contrôle 35. Les soupapes d'échappement des cylindres 11, 12, 13 sont désignées par 66, 67, 68 tandis que les références 69, 70, 71 désignent les tubulures d'échappement qui convergent vers un collecteur 72 doté d'un pot d'échappement 73. Par alleurslgs îsuplaes d'écbappement Ses cylin res y, $ 17 sont designées par 74, 75, 76, tandis que les références 77, 78, 79 désignent les tubulures d'échappement qui convergent vers un collecteur 80 doté d'un pot d'échappement 81. Le système de contrôle 35 est constitué par un microcalculateur comprenant une unité centrale à micro- processeur (CPU) 82, une unité d'entrée et sortie 83, une mémoire de lecture et d'entrée (RAM) 84, une mémoire morte (ROM) 85 et une unité de temporisation 86. La référence 87 désigne une ligne d'inter- connexion parallèle (bus) pour les adresses, pour les données et pour le contrôle. Les signaux en entrée dans le microcalculateur 35 se rapportent aux paramètres de fonctionnement du moteur suivants, transmis par des capteurs appropriés (non repré- sentés car classiques): vitesse de rotation du moteur et angle de calage par rapport à une référence donnée, repré- sentés par la flèche 90; angle d'ouverture du papillon de dosage 26, représenté par la flèche 91; angle du pa- pillon de dosage 43, représenté par la flèche 92; tempé- rature del'air aspiré par le moteur, représentée par la flèche 93; température de l'eau de refroidissement du moteur, représentée par la flèche 94; combustion anormale par effet d'auto-allumage représentée par la flèche 95. De plus, le microcalculateur reçoit un autre signal (également délivré par un capteur approprié) maté- rialisant la position de la pédale d'accélérateur, qui elle même représente d'appel de puissance demandé au moteur, et qui est indiquée avec la flèche 96. La référence 88 désigne dans leur ensemble les capteurs analogiques/digitaux des signaux en entrée dans le microcalculateur, tandis que la référence 89 désigne la ligne d'entrée des signaux dans ce même microcalculateur. Dans la mémoire morte (ROM) 85 sont stockés les programmes de calcul de l'unité centrale à microprocesseur (CPU) 82, les données du programme de carburation du moteur, c'est-à-dire la quantité d'essence à injecter à chaque cycle dans les cylindres actifs, en fonction de certains paramètres prédéterminés de fonctionnement du moteur (tours du moteur, angle d'ouverture des papillons de dosage de l'alimentation, température de l'air aspiré, température du fluide de refroidissement du moteur) La mémoire 85 contient également les données du programme des différents modes de fonctionnement du moteur en fonction des valeurs affichées par lesdits paramètres préfixés de fonctionnement du moteur et en fonction de la puissance demandée à celui-ci; aux faibles appels de puissance, et jusqu'à des valeurs propres à une courbe limite donnée, étant prévu d'activer uniquement les trois cylindres 11, 12, 13 et par conséquent de commander en ouverture uniquement les électro-injecteurs 28, 29, 30, tandis qu'aux appels de puissance supérieurs à ceux de ladite courbe limite il est prévu d'activer tous les six cylindres et par conséquent de commander en ouverture tous les six électro-injecteurs de 28 à 30 et de 45 à 47. A cet égard, la figure 2 montre un diagramme de la puissance N fournie par le moteur en fonction du nombre de tours du moteur n, ladite courbe limite étant désignée par A, tandis que la courbe de puissance maximum est dési- gnée par B. La mémoire 85 contient d'autre part les données du programme des avances à l'allumage par rapport au P M H. en fonction desdits paramètres prédéterminés de fonction- nement du moteur (nombre de tours, angles d'ouvertures des papillons, température du fluide de refroidissement du moteur, signal d'autoallumage éventuel),ainsi que les données du programme de fonctionnement des papillons 26 et 43, c'est-à-dire des positions angulaires que l'on doit leur faire prendre en fonction de la puissance demandée au moteur, correspondant à la position de la pédale de l'ac- célérateur, et en fonction des conditions de fonctionnement instantanées du moteur; aux faibles appels de puissance et jusqu'à des valeurs propres à la courbe limite A de la figure 2, au-dessous desquelles sont activés uniquement i uement les cylindres de Il à 13, il est prévu de faire u Polrctionner/ le papillon 26 de la charge minimum à la charge maximum,: tandis qu'aux appels de puissance supérieurs à ceux de ladite courbe limite A et jusqu'à des valeurs propres à ladite courbe de puissance maximum B de la figure 2, c'est-à-dire lorsque tous les cylindres de Il à 13 et de à 17 sont actifs, il est prévu de commander, en même temps que le fonctionnement du papillon 26, le fonctionnement du papillon 43. Lors des appels de puissance supérieurs à ceux de ladite courbe limite A, mais inférieurs à la pleine puissance, les deux blocs-cylindres 14 et 18 fournissent chacun une partie de la puissance totale demandée, ces deux parties de puissance étant réparties entre les deux blocs, en contrôlant l'ouverture simultanée des deux papil- lons 26 et 43, de manière à faire fonctionner le moteur dans des conditions de consommation minimum, par exemple en commandant l'ouverture totale du papillon 43 et en règlant l'ouverture du papillon 26 entre la valeur minimum et la valeur maximum. Les signaux qui sortent du microcalculateur à travers la ligne de sortie 110 sont constitué par la com- mande pour l'orientation du papillon 26, parvenant à la commande 51 et représentée par la flèche 97; par la commande pour l'orientation du papillon 43, parvenant à la commande 52 et représentée par la flèche 98; par la commande pour l'ouverture des électro-injecteurs, parve- nant à l'étage de puissance 34 et représentée par la flèche 99; et par la commande pour l'allumage des bougies, parvenant à l'étage de puissance 65 et représentée par la flèche 100. Les signaux de commande pour l'orientation des papillons 26 et 43 sont traités par le microcalculateur 35 en fonction des conditions de fonctionnement instantanées du moteur et de la position de la pédale de l'accélérateur, sur la base des valeurs prescrites stockées dans la mémoire 85. Le microcalculateur calcule le temps d'ouverture des électro-injecteurs en fonction des quantités d'essence à injecter à chaque cycle, mémorisées dans la mémoire 85, sur la base des paramètres de fonctionnement du moteur précédemment relevés, puis à travers les temporisations de l'unité 86, commande l'ouverture des électro-injecteurs qui doivent être en fonction, à savoir les trois électro-injecteurs de 28 à 30 ou tous les six électro- injecteurs de 28 à 30 et de 45 à 47, suivant l'ordre d'explosion des cylindres, par exemple comme décrit dans la demande de brevet français N O 80/19474 du 9 Septembre 1980. Le microcalculateur calcule d'autre part l'instant d'ignition des bougies en fonction des angles d'avance mémorisés dans la mémoire 85, sur la base des paramètres de fonctionnement du moteur précédemment relevés, puis, à travers les temporisations de l'unité 86, commande l'ignition des bougies suivant l'ordre d'explo- sion des cylindres, par exemple comme décrit dans la demande de brevet français N O 80119473 du 9 Septembre 1980. REVENDICATIONS 1. Moteur multicylindres à combustion interne et à cycle Otto, notamment pour véhicules automobiles dotés de moyens de réglage manuels permettant de contrôler la puissance demandée au moteur lui-même, ledit moteur étant doté d'un système d'alimentation du mélange air/essence comprenant des moyens de dosage de l'alimentation et des moyens d'interruption de l'alimentation reliés opération- nellement à des moyens de commande et à des moyens pour le contrôle des commandes en fonction de certains paramètres prédéterminés de fonctionnement du moteuret de la puissance demandée à celui-ci, ledit moteur étant également doté d'un système d'allumage comprenant des bougies d'allumage ( 53, 54, 55, 56; 57, 58) reliées opérationnellement à des moyens de commande et à des moyens pour le contrôle du fonction- nement de ces mêmes bougies en fonction de certains para- mètres prédéterminés de fonctionnement du moteur, ledit moteur étant d'autre part doté de capteurs desdits para- mètres de fonctionnement du moteur et de détecteurs des conditions opérationnelles desdits moyens de réglage ma- nuels, reliés opérationnellement auxdits moyens pour le contrôle des commandes desdits moyens de dosage, desdits moyens d'interruption et des bougies, ledit moteur étant caractérisé par le fait qu'il est constitué par un premier groupe de cylindres ( 11, 12, 13) dotés d'un taux de com- pression volumétrique élevé, supérieur à 12,5/1, et par un second groupe de cylindres ( 15, 16, 17) dotés d'un taux de compression volumétrique maximum de 11/1, le premier groupe de cylindres étant relié à un premier système d'alimentation du mélange doté de premiers moyens de dosage de cette même alimentation, le second groupe de cylindres ( 18) étant relié à un second système d'alimentation du mélange doté de seconds moyens de dosage de cette même alimentation, le système d'a- limentation du second groupe de cylindres étant également doté desdits moyens d'interruption de l'alimentation, lesdits premiers et seconds moyens de dosage étant action- nés respectivement par des premières et par des secondes commandes, lesdits moyens pour le contrôle du fonctionnement étant reliés opérationnellement auxdites- premières et secondes commandes ( 51, 52) et auxdits moyens d'interruption pour commander lesdits premiers moyens de dosage dans le sens de doser l'alimentation audit premier groupe de cylindres ( 14) et pour commander lesdits moyens d'interruption dans le sens de couper l'alimentation au second groupe de cylindres ( 18), en présence de valeurs prédéterminées de certains paramètres de fonctionnement du moteur et pour des appels de puissance du moteur inférieurs aux valeurs propres à une courbe limite prédé- terminée; pour commander lesdits moyens dtinterruption dans le sens de rétablir l'alimentation du second groupe de cylindres ( 18) et pour commander lesdits premiers et lesdits seconds moyens de dosage dans le sens de doser l'alimentation du groupe de cylindres respectifs, en présence d'autres valeurs prédéterminées desdits paramètres de fonctionnement du moteur et pour des appels de puissance supérieurs à ceux de ladite courbe limite, jusqu'aux valeurs de la courbe de puissance maximum du moteur (B). 2 Moteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit premier et ledit second systèmes d'alimentation sont constitués chacun par un collecteur d'alimentation de l'air aspiré par les cylindres ( 25 et 42) doté d'un papillon ( 26 et 43) de dosage de ce même air et par différentes tubulures d'alimentation dotées d'électroinjecteurs, le papillon de dosage du premier collecteur d'alimentation étant connecté avec lesdites premières commandes, le papillon de dosage du second collecteur ( 43) d'alimentation étant connecté avec lesdites secondes commandes, les électro-injecteurs des deux groupes de cylindres ( 34 et 65) étant reliés oeération- nellement à des troisièmes moyens pour le contrôle du fonctionnement, les électro-injecteurs du second groupe de cylindres ( 45, 46, 47) étant également reliés opération- nellement auxdits moyens d'interruption pour être com- mandés par lesdits moyens de contrôle du fonctionnement dans le sens d'interrompre l'injection de l'essence dans ce même second groupe de cylindres lorsque les appels de 11. puissance du moteur sont inférieurs aux valeurs de ladite courbe limite. 3. Moteur selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que lesdits moyens de contrôle du fonctionnement sont constitués par un microcalculateur ( 83) programmé auquel parviennent les signaux constitués par lesdits paramètres prédéterminés de fonctionnement du moteur, provenant desdits capteurs ( 88), et le signal matérialisant la demande de puissance au moteur provenant desdits moyens de réglage manuels, le microcalculateur étant doté d'une unité centrale à microprocesseur (UPU) ( 82), d'une mémoire de lecture et d'écriture (RAM) ( 84), d'une unité de temporisation ( 86) et d'une seconde mémoire morte (ROM) ( 85) contenant les programmes de calcul de ladite unité centrale à microprocesseur, les données du plan de fonctionnement desdits papillons de dosage ( 26 et 43) de leur ouverture minimum à leur ouverture maximum en fonction desdits paramètres de fonctionnement du moteur et en fonction de la puissance demandée au moteur, les données du programme de carburation du moteur, c'est-à-dire les quantités d'essence à injecter à chaque cycle dans les cylindres actifs en fonction desdits paramètres pré- déterminés de fonctionnement du moteur, les données des différents modes de fonctionnement du moteur en fonction des valeurs affichées par lesdits paramètres prédéterminés de fonctionnement du moteur et en fonction de la puissance demandée au moteur, les données du programme des avances à l'allumage par rapport au P M H en fonction desdits paramètres prédéterminés de fonctionnement du moteur, ledit microcalculateur étant programmé pour calculer les signaux de commande desdites premières et secondes com- mandes des papillons de dosage ( 26 et 43) en fonction des signaux provenant desdits capteurs des paramètres du moteur et en fonction des données du programme de fonction- nement des papillons stockées dans ladite mémoire morte pour calculer les signaux de commande en ouverture desdits électro-injecteurs ( 34 et 65) en fonction des signaux provenant desdits capteurs ( 88) des paramètres de fonctionnement du moteur et en fonction des données du programme de carburation stockées dans ladite mémoire ( 85) morte/; pour calculer les signaux de commande pour l'in- terruption des électro-injecteurs de second groupe de cylindres ( 45, 46, 47) en fonction des signaux provenant desdits capteurs des paramètres ( 88) de fonctionnement du moteur, en fonction du signal provenant desdits moyens de réglage manuels de la puissance et en fonction des données des différents modes de fonctionnement du moteur stockées dans ladite mémoire morte ( 85); pour calculer les signaux de commande de l'allumage des bougies en fonc- tion des signaux provenant desdits capteurs des paramètres de fonctionnement du moteur et en fonction-des données du programme des avances à l'allumage stockées dans ladite mémoire morte ( 85), le microcalculateur étant d'autre part programmé pour envoyer lesdits signaux de commande ainsi calculés auxdites premières et secondes commandes des papillons de dosage, auxdits moyens d'interruption des électro-injecteurs du second groupe de cylindres ( 45, 46 et 47) et, à travers lesdites temporisations, auxdites troisièmes commandes des électro-injecteurs ( 45, 46, 47, 28, 29, 30), suivant l'ordre d'explosion des cylindres, et auxdits moyens d'alimentation desdites bougies d'al- lumage ( 53 à 58), suivant ce même ordre d'explosion des cylindres.