Brevet FR2709790A1 — publié le 19950317

PROCEDE D'ALIMENTATION EN CARBURANT D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE ET MOTEUR POUR SA MISE EN OEUVRE La présente invention concerne un procédé d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne destiné notamment à équiper un véhicule automobile. Elle concerne plus particulièrement un procédé d'alimentation en carburant adapté à la phase de démarrage du moteur. L'invention a également trait à un moteur à combustion interne adapté à la mise en oeuvre du procédé. Les normes concernant la pollution et la consommation des véhicules automobiles équipés de moteurs à combustion interne, se sévérisent chaque jour davantage. L'industrie automobile est donc aujourd'hui occupée à trouver des solutions techniques pour répondre à ces obligations et ce, sans trop pénaliser ni les performances des véhicules ni leur prix de revient. -2- I1 est connu de réduire la consommation et les émissions de polluants des moteurs, en opérant l'alimentation en carburant des chambres de combustion grâce à un dispositif d'injection électronique du carburant comportant un ou plusieurs électro-injecteurs disposés sur le circuit d'admission de l'air comburant, et un système électronique de contrôle qui calcule et commande le débit du ou des différents injecteurs à partir des valeurs prises par un certain nombre de paramètres de fonctionnement du moteur. Toutefois, dans certaines circonstances et notamment lors des phases de démarrage à froid, le carburant liquide injecté se mélange mal à l'air comburant et se condense sur les parois des tubulures d'admission. Il est alors nécessaire d'augmenter fortement la richesse du mélange aspiré pour assurer le démarrage du moteur, ce qui provoque une surconsommation en carburant et une forte émission de substances polluantes. Différents systèmes ont été développés pour remédier à ces inconvénients et accélérer la vaporisation du carburant lors de la phase de démarrage. On peut par exemple citer les injecteurs à manteau d'air o un jet d'air auxiliaire pulvérise le carburant à la sortie du nez d'injecteur, ou encore les résistances de chauffage de type PTC disposées dans le collecteur d'admission pour provoquer la vaporisation du carburant. Ces différents dispositifs sont toutefois coûteux, d'une maintenance délicate et difficiles à contrôler. -3 - L'objet de la présente invention est donc de proposer un procédé d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne et son dispositif de mise en oeuvre, procédé qui permet de réduire fortement la richesse du mélange aspiré en phase de démarrage et ce de manière extrêmement simple. Le principe du procédé d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne selon l'invention consiste à utiliser lors de la phase de démarrage non pas le carburant liquide contenu dans le réservoir correspondant mais des vapeurs de carburant préalablement piégées dans un système de récupération des vapeurs de carburant ou canister qui équipe par ailleurs le moteur. En effet, la lutte contre la pollution a généralisé l'équipement des moteurs à combustion interne de systèmes de récupération des vapeurs de carburant pour empêcher les évaporations à l'air du carburant transporté, évaporations qui sinon seraient la cause d'une pollution importante de l'atmosphère. De tels systèmes comprennent classiquement un filtre qui contient un matériau adsorbant les vapeurs de carburant tel que du charbon actif. Ce filtre est classiquement relié par une première canalisation à la partie supérieure du réservoir de carburant, par une deuxième canalisation au circuit d'admission d'air du moteur, et par une troisième canalisation à une source d'air de régénération du matériau adsorbant. De tels systèmes permettent ainsi de piéger les vapeurs de carburant qui proviennent du réservoir, notamment lors des phases d'arrêt du -4 moteur, lorsque le courant de gaz passe de la première canalisation vers la troisième en traversant le filtre. Le système se régénére au cours du fonctionnement du moteur, lorsqu'il est balayé à contre- courant par l'air de régénération passant de la troisième canalisation vers la seconde. Les vapeurs de carburant sont alors brûlées dans les chambres de combustion du moteur. La phase de régénération est généralement pilotée grâce à une électrovanne de purge disposée sur la seconde canalisation. Le procédé selon l'invention concerne l'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne du type multicylindre à injection de carburant commandée par un système électronique de contrôle moteur et comportant un système de récupération des vapeurs de carburant piloté. Selon l'invention, le dispositif est caractérisé en ce que lors de phases de fonctionnement prédéterminées du moteur, l'injection de carburant est arrêtée pendant une période donnée, tandis que les vapeurs de carburant piégées dans ledit système de récupération sont recyclées dans le circuit d'admission du moteur. Selon une autre caractéristique du procédé d'alimentation en carburant selon l'invention, ces phases de fonctionnement du moteur prédéterminées comprennent la phase de démarrage à froid du moteur et sont définies par les valeurs d'un ou plusieurs paramètres représentatifs du fonctionnement du moteur. -5 - Selon une autre caractéristique du procédé d'alimentation en carburant selon l'invention, la période donnée d'arrêt de l'injection est calculée en fonction de la quantité de vapeur de carburant présent dans le système de récupération. Selon une autre caractéristique du procédé d'alimentation en carburant selon l'invention, la préparation du mélange combustible, vapeurs de carburant et air comburant, est opérée dans le circuit principal d'admission du moteur, le système de récupération étant isolé par des moyens obturateurs de toute source de balayage en air auxiliaire. Selon une autre caractéristique du procédé d'alimentation en carburant selon l'invention, le débit des vapeurs de carburant recyclées est ajusté par des moyens de contrôle (17,20) au besoins du moteur. Selon une autre caractéristique du procédé d'alimentation en carburant selon l'invention, le recyclage des vapeurs de carburant est activé par l'utilisation de moyens de chauffage coopérant avec le système de récupération des vapeurs de carburant. L'invention concerne également un moteur à combustion interne adapté pour la mise en oeuvre du procédé d'alimentation. Le moteur selon l'invention comporte un circuit d'admission d'air comburant, au moins un injecteur de carburant piloté, un système de récupération des vapeurs de carburant connecté -6- au circuit d'admission d'air et dont les différentes canalisations sont équipées de vannes pilotées, des moyens de chauffage pilotés coopérant avec ledit système de récupération des vapeurs de carburant et un système électronique de contrôle qui commande sélectivement, suivant les valeurs prises par un ou plusieurs paramètres représentatifs du fonctionnement du moteur, la mise en oeuvre de l'injecteur, des vannes et des moyens de chauffage, de façon à autoriser l'arrêt de l'injection de carburant pendant une période donnée tandis que les vapeurs de carburant piégées dans ledit système de récupération sont recyclées dans le circuit d'admission du moteur. On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description présentée ci-après d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en se référant au dessin annexé, dans lequel: - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un moteur à combustion interne selon l'invention. La figure 1 décrit un moteur à combustion interne du type multicylindre pour un véhicule automobile ou routier. Seuls les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentés. Le moteur référencé 1, est équipé classiquement d'un circuit d'admission d'air comburant destiné au remplissage des cylindres. Ce -7 - circuit comprend un filtre à air non figuré, une conduite principale d'amenée d'air 2, un répartiteur 3 et plusieurs conduits d'admission 7 débouchant dans les différents cylindres 10 par des ouvertures commandées par des soupapes à tige 9, seuls un conduit et son cylindre associé ont été figurés. La conduite principale 2 est pourvue d'un boîtier papillon 4 et d'une conduite de dérivation équipée d'une vanne de régulation 6 pour le fonctionnement du moteur au régime ralenti. Dans le mode de réalisation figuré, l'alimentation en carburant est du type à injection électronique indirecte multipoint, chaque conduit d'admission 7 est donc muni d'un électro-injecteur de carburant 8 disposé en amont de la soupape d'admission 9. L'ouverture de chaque électro-injecteur 8 et donc l'injection du carburant, est pilotée par un système électronique de contrôle ou microcontrôleur 20, qui détermine l'instant d'injection et la quantité de carburant à injecter suivant les valeurs prises par différents paramètres agissant sur le fonctionnement du moteur 1. Dans le système de contrôle moteur 20 sont donc mémorisés des paramètres fondamentaux pour le réglage optimal du moteur, lesdits paramètres étant obtenus préalablement au banc d'essai du moteur. Ce sont par exemple les paramètres concernant la phase d'injection de carburant dans chaque cylindre du moteur, la durée d'injection de carburant qui correspond à une quantité de carburant injectée, ou -8- encore la phase d'allumage des bougies non représentées. Le système électronique 20 comprend classiquement une unité centrale CPU, une mémoire vive RAM, une mémoire morte ROM, des convertisseurs analogiques-numériques A/D, et différentes interfaces d'entrées et de sorties. Il reçoit des signaux d'entrée relatifs au fonctionnement du moteur et des organes inter-agissant avec ce dernier, effectue des opérations et génère des signaux de sortie à destination notamment des injecteurs 8. Les différentes stratégies de commande du moteur, formules et paramètres ou calibrations sont stockées dans la mémoire morte ROM. Parmi les signaux d'entrées figurent notamment ceux émis par un capteur vilebrequin 21 qui permettent le repérage du passage au point mort haut dans chacun des cylindres 10, et la détermination de la vitesse de rotation du moteur. Ces signaux permettent, couplés à ceux émis par un capteur arbres à cames non figuré, de phaser les instants d'injection avec le fonctionnement du moteur. Le moteur 1 comprend également un canister ou système de récupération des vapeurs de carburant 11 qui proviennent notamment du réservoir de carburant. Le système de récupération des vapeurs de carburant 11 comprend classiquement un filtre 14 contenant un matériau adsorbant les vapeurs de -9- carburant, tel que du charbon actif. Ce filtre 14 est classiquement relié par une première canalisation 18 à la partie supérieure du réservoir de carburant, par une deuxième canalisation 16 munie d'une électrovanne à débit variable 17 dite vanne de purge canister à une source de dépression constituée par le circuit d'admission d'air comburant du moteur, et par une troisième canalisation 12 à une source d'air de régénération du matériau adsorbant. Le filtre adsorbe dans un premier temps les vapeurs de carburant s'échappant du réservoir sous pression à travers la première canalisation 18 vers l'atmosphère via la troisième canalisation 12. Il est dans un second temps régénéré par un balayage à contre courant par de l'air passant de la troisième canalisation 12 vers la seconde 16 après ouverture de la vanne de purge 17. Les vapeurs de carburant sont alors recyclées dans le circuit d'admission et sont brûlées dans les cylindres. L'électrovanne 17 est pilotée par le système de contrôle moteur 20, afin de piloter la régénération du filtre de manière à éviter la saturation du filtre et à opérer la purge à des instants prédéterminés du fonctionnement du moteur. Le système de récupération des vapeurs de carburant 11 est complété par des moyens de chauffage électrique 15 coopérant avec le filtre 14 pour faciliter la désorption des vapeurs de carburant lors de la phase de régénération, la mise en oeuvre de ces moyens de chauffage étant pilotée par le système de contrôle moteur 20, et par deux - 10 - autres électrovannes 19, 13 également pilotées par le système de contrôle 20 et commandant la circulation des gaz à travers respectivement la première et la troisième canalisation 18, 12. Conformément à l'invention le fonctionnement du moteur selon l'invention est alors le suivant. Lors du démarrage du moteur, le système de contrôle 20 commande alors pendant une durée donnée, l'alimentation électrique des moyens de chauffage 15, la fermeture des électrovannes 19 et 13 et l'ouverture de l'électrovanne 17 et simultanément suspend la commande des électro- injecteurs 8. Le chauffage du filtre 14 provoque la désorption des vapeurs de carburant, l'augmentation de la pression dans le filtre se conjugue alors à la dépression régnant dans le circuit d'admission 2 pour provoquer la circulation des vapeurs de carburant vers les cylindres du moteur et leur mélange à l'air comburant. L'alimentation en carburant du moteur est alors uniquement opérée par les vapeurs de carburant relâchées par le filtre. Le débit des vapeurs est ajusté au besoin du moteur en réglant l'ouverture de la vanne 17 à débit variable. La période donnée étant terminée, le système de contrôle moteur 20 réactive la commande des électro-injecteurs 8, ferme l'électrovanne 17, ouvre les électrovannes 13 et 19 et coupe l'alimentation électrique des moyens de chauffage 15. L'alimentation en carburant du moteur est alors classiquement opérée par les injecteurs 8. Quant au - il - système de récupération des vapeurs de carburant 11, il est alors piloté suivant les stratégies habituelles. La période pendant laquelle l'alimentation en carburant est uniquement assuré par les vapeurs de carburant contenues dans le canister débute avec l'actionnement du démarreur et se termine à un instant déterminé par le système de contrôle moteur en fonction de l'estimation de la quantité de carburant contenue dans le filtre déduite d'une information pression de vapeur dans le canister fournie par un capteur de pression non figuré. On peut également prévoir dans le cas ou le moteur est équipé d'une ligne d'échappement pourvu d'un pot catalytique de prévoir la réactivation des injecteurs un fois l'amorçage du catalyseur réalisé. Ainsi, le moteur selon l'invention est alimenté lors des premiers instants de fonctionnement, alors qu'il est encore froid, par un mélange combustible parfaitement homogène o la totalité du carburant est présent sous forme de vapeurs, ce qui permet d'obtenir un rendement maximal et donc une plus faible consommation et une diminution importante de l'émission de substances polluantes. Les vapeurs de carburant piégées par le filtre 14 étant essentiellement composées de substances volatiles leur vaporisation est donc extrêmement rapide, ce qui permet donc une bonne préparation du mélange air- carburant et supprime les risques de mouillage des parois encore froides -12 - que provoque habituellement l'injection de carburant liquide. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. Ainsi le mode de réalisation précédemment décrit propose la préparation du mélange combustible dans le circuit principal d'admission en interdisant par les électrovannes 19 et 13, l'admission d'air secondaire à travers les canalisations 18 et 12 et ce pour mieux contrôler la richesse du mélange. On peut toutefois envisager la préparation du mélange directement dans le filtre 14 en autorisant notamment le passage de l'air à travers la troisième canalisation 12, il convient alors de prévoir un clapet anti-retour dans cette canalisation pour éviter que les vapeurs de carburant sous pression ne refluent à l'atmosphère. -13 - REVENDICATIONS [1] Procédé d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne (1) du type multicylindre à injection de carburant commandée par un système électronique de contrôle moteur (20) et comportant un système de récupération des vapeurs de carburant piloté (11), caractérisé en ce que lors de phases de fonctionnement prédéterminées du moteur, l'injection de carburant est arrêtée pendant une période donnée, tandis que les vapeurs de carburant piégées dans ledit système de récupération (11) sont recyclées dans le circuit d'admission (2) du moteur (2). [2] Procédé d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites phases de fonctionnement du moteur comprennent la phase de démarrage à froid du moteur et sont déterminées par les valeurs d'un ou plusieurs paramètres représentatifs du fonctionnement du moteur. [3] Procédé d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que la période donnée d'arrêt de l'injection est -14 - calculée en fonction de la quantité de vapeur de carburant présent dans ledit système de récupération (11). [4] Procédé d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la préparation du mélange combustible, vapeurs de carburant et air comburant, est opéré dans le circuit principal d'admission (2) du moteur, le système de récupération (11) étant isolé par des moyens obturateurs (13,19) de toute source de balayage en air auxiliaire. [5] Procédé d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le débit des vapeurs de carburant recyclées est ajusté par des moyens de contrôle (17,20) au besoins du moteur. [6] Procédé d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le recyclage des vapeurs de carburant est activé par l'utilisation de moyens de chauffage (15) coopérant avec le système de récupération des vapeurs de carburant. [7] Moteur à combustion interne pour la mise en oeuvre de l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit d'admission d'air comburant (2), au moins un injecteur de carburant (8) piloté, un système de récupération des vapeurs de carburant (11) connecté - 15 - audit circuit d'admission d'air (2) et dont les différentes canalisations (12,16,18) sont équipées de vannes pilotées (13,17,19), des moyens de chauffage pilotés (15) coopérant avec ledit système de récupération des vapeurs de carburant (11) et un système électronique de contrôle (20) qui commande sélectivement, suivant les valeurs prises par un ou plusieurs paramètres représentatifs du fonctionnement du moteur, la mise en oeuvre de l'injecteur (8) des vannes (13,17,19) et des moyens de chauffage (15) de façon à autoriser l'arrêt de l'injection de carburant pendant une période donnée, tandis que les vapeurs de carburant piégées dans ledit système de récupération (11) sont recyclées dans le circuit d'admission (2) du moteur (2).