Brevet FR2768466A1 — publié le 19990319

La présente invention est relative aux démarrages des moteurs thermiques à soupapes électromagnétiques. Plus particulièrement, elle propose un procédé pour la commande des soupapes électromagnétiques d'un moteur thermique pendant la phase de démarrage. Lors du démarrage d'un moteur thermique, le démarreur doit amener ledit moteur thermique de l'état de repos à une vitesse de rotation minimale, généralement voisine de 100 tours/minute, pour permettre l'apparition des premières explosions. Ensuite, le démarreur doit accompagner en régime le moteur thermique jusqu'à ce que celui-ci atteigne son régime d'autorotation situé généralement vers 300 à 400 tours minutes pour un moteur 4 cylindres. Pendant toute la phase de démarrage, les soupapes du moteur et son injection sont commandées selon les mêmes séquences qu'en régime d'autorotation du moteur. Toutefois, les démarrages des moteurs thermiques posent actuellement plusieurs problèmes. Un premier type de problème tient au fait que le démarreur doit vaincre, outre les forces de frottement internes du moteur thermique, les efforts résistant dus aux compressions des gaz dans les cylindres, ce qui se traduit par des surcharges instantanées. Ce phénomène se constate en particulier lorsque l'on enregistre le courant absorbé par les ondulations : l'intensité du courant absorbé croît pendant chaque compression et décroît lors des décompressions. Au début de la phase de décompression, le démarreur travaille en roue libre, l'accélération angulaire du démarreur étant inférieure à celle du moteur. En fin de phase de décompression, le moteur ralentit tandis que le démarreur continue d'accélérer jusqu'au ré-embrayage de la roue libre ; alors le démarreur transmet de nouveau de l'énergie au moteur. Ce mode de fonctionnement discontinu entraîne plusieurs inconvénients et notamment un rendement énergétique peu performant, une montée en régime relativement lente, ainsi qu'un bruit de fonctionnement important, dû aux rattrapages des jeux d'engrènement avec la couronne de démarrage, lors des passages des phases où le démarreur fonctionne en roue libre aux phases où le démarreur est moteur, et réciproquement. Par ailleurs, un autre problème que pose actuellement le démarrage des moteurs thermiques tient en ce que la montée en régime depuis l'état repos nécessite pour le démarreur une caractéristique de couple important à faible vitesse, ce qui va à l'encontre du besoin après les premières explosions où il faut une vitesse élevée sous faible couple pour mieux accompagner le moteur thermique jusqu'à son régime d'auto-rotation. Les moteurs électriques à aimants ne permettent pas, de ce point de vue, de réaliser des démarreurs satisfaisants; les moteurs à inducteur bobiné série présentent quant à eux une caractéristique moins critique, mais sont plus coûteux, notamment pour les démarreurs devant présenter une puissance supérieure à 1 kW. En outre, un autre problème également rencontré tient en ce que les premières explosions à basse vitesse se font dans des conditions défavorables du point de vue de la combustion, ce qui se traduit par l'émission de produits polluants en quantités importantes dans les gaz d'échappement. Le but de l'invention est de résoudre ces différents problèmes. Elle propose à cet effet un procédé de démarrage d'un moteur thermique comportant des soupapes électromagnétiques, caractérisé en ce que pendant une première période d'entraînement en rotation du moteur thermique notamment au moyen d'un démarreur, l'injection du moteur est maintenue fermée et les soupapes d'admission et d'échappement sont au moins principalement maintenues ouvertes, leur cadencement d'ouverture et de fermeture n'étant repris qu'à l'issue de cette première période. Ce procédé est avantageusement complété par lesdites caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles - la première période se termine à l'issue d'un temps prédéterminé après le début de l'alimentation du démarreur - la première période se termine lorsque l'angle dont a tourné le vilebrequin à partir du début de l'alimentation du démarreur devient supérieur à un seuil donné - la première période se termine lorsque la vitesse de rotation du vilebrequin devient supérieure à un seuil donné - la première période se termine lorsqu'une vitesse de rotation moyenne du vilebrequin devient supérieure à un seuil donné - la première période se termine lorsque laccélération du vilebrequin devient supérieure à un seuil donné - le critère qui détermine la fin de la première période est fonction de paramètre de fonctionnement du moteur thermique et en particulier de sa température ambiante - à l'issue de la première période, on remet les soupapes en action cylindre après cylindre, à chaque demi-tour de vilebrequin - pendant la première période, les soupapes sont maintenues dans une position intermédiaire d'ouverture - pendant la première période, on referme les soupapes avant le passage au point mort haut du piston qui leur correspond et on les ouvre après que ledit piston ait quitté ledit point mort haut. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit. Cette description est purement illustrative et non limitative. Elle doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 illustre schématiquement le déplacement d'un piston - les figures 2A à 2E illustrent une séquence de commande conforme à un mode de mise en oeuvre possible de l'invention - les figures 3A à 3E illustrent une séquence de commande conforme à un autre mode de mise en oeuvre possible de l'invention. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un piston 1 coulissant dans un cylindre 2. Le cycle de déplacement qu'il présente lors d'un démarrage est du type de celui illustré sur la figure 2A. Conformément à l'invention, l'injection et les soupapes électromagnétiques d'admission et d'échappement du moteur thermique sont commandées selon deux périodes de fonctionnement successives lors du démarrage. Dans une première période ( période Iu ), les soupapes restent en position ouverte. L'injection de carburant est fermée, tandis que le moteur thermique est entraîné par le démarreur. C'est ce qui est illustré sur les figures 2B à 2E sur lesquelles on a respectivement représenté les états ouverts ou fermés d'une soupape d'admission, d'une soupape d'échappement, de l'injection, ainsi que de l'interrupteur de commande du démarreur. L'allumage peut indifféremment rester actif ou être inhibé pendant toute cette première période. Etant donné que pendant cette période les soupapes sont ouvertes, tandis que l'injection est fermée, il y a absence de compression, ce qui permet d'atteindre rapidement un régime nettement supérieur au seuil requis pour que les premières explosions puissent se faire dans de bonnes conditions. A l'issue de cette première période, les soupapes et les injecteurs reprennent (période II) leur cadencement d'ouverture et de fermeture suivant les lois classiques du fonctionnement du moteur à explosion. Dans l'exemple illustré sur les figures 2A à 2E, ce cadencement est à quatre temps (AdmissionCompression-Combustion-Echappement ayant été référencés par A, Comp, Comb et E sur lesdites figures). L'allumage est rétabli s'il avait été inhibé. L'énergie cinétique acquise par l'équipage mobile du moteur thermique - à laquelle s'ajoute l'énergie propre de fonctionnement du démarreur - permet d'avoir, pour des puissances de démarreur équivalentes, des vitesses de compression élevées, ce qui supprime les instabilités des premières explosions à basse vitesse des installations de démarrage traditionnelles. I1 en résulte un démarrage plus franc, moins bruyant et moins polluant. La fin de la première période est déterminée par un des critères suivants - dépassement d'un temps minimal décompté à partir de la fermeture de l'interrupteur du démarreur, - dépassement d'un angle minimal de rotation du vilebrequin, - dépassement d'une vitesse de rotation minimale instantanée du vilebrequin, - dépassement d'une vitesse moyenne minimale du vilebrequin, laquelle vitesse moyenne est par exemple déterminée sur les périodes entre deux compressions consécutives, - passage en dessous d'une accélération minimale du vilebrequin (ce qui traduit l'approche de l'équilibre entre le couple moteur du démarreur et le couple résistant du moteur thermique hors effets inertiels de la montée en régime). Ce critère est avantageusement paramètré, en particulier en fonction de la température. Par exemple, à basse température, la première période de démarrage est prolongée de façon à laisser un temps suffisant au démarreur pour atteindre sa vitesse maximale. D'autres variantes de réalisation sont bien entendu envisageables. Notamment, au terme de la première période, plutôt que remettre en fonctionnement normal les soupapes de tous les cylindres en même temps, ce qui provoque un couple de freinage supplémentaire dû à la dépression qui apparaît dans le ou les cylindres en phase de détente, on peut remettre les soupapes en action cylindre après cylindre, à chaque demi-tour de vilebrequin, par exemple dans l'ordre de distribution du moteur thermique. On minimise ainsi le couple d'entraînement avant démarrage. En variante encore, pour éviter toute interférence mécanique entre les soupapes et le piston, les soupapes sont maintenues en position intermédiaire d'ouverture pendant toute la première période. Le maintien des soupapes dans des positions où elles sont totalement levées peut en effet produire des interférences mécaniques de fonctionnement lors du passage du piston au niveau des soupapes. Une autre solution pour résoudre ce problème d'interférence consiste à refermer les soupapes peu avant le passage du piston au point mort haut (PMH) et à les ouvrir peu après ledit point mort haut afin qu'à aucun moment il ne puisse y avoir contact entre une tête de soupape et le piston. Une séquence de fonctionnement en ce sens a été illustrée sur les figures 3A à 3E. Dans l'exemple illustré sur ces figures, la fermeture des soupapes est commandée dans la période I lorsque le piston se trouve au-delà d'une position limite (x$L prédéterminée voisine du point mort haut). Le rapport de compression consécutif à la fermeture des soupapes est, dans ces conditions, très voisin de 1, ce qui n'apporte pas de surcouple sensible dans l'entraînement du moteur. Comme on l'aura compris, les commandes de soupapes qui viennent d'être décrites permettent d'augmenter le confort du démarrage et de réduire les nuisances. Notamment, elles permettent un démarrage moins bruyant et moins instable. Elles permettent également une montée en régime plus rapide du moteur, ainsi qu'une réduction de la pollution en phase démarrage. REVENDICATIONS 1. Procédé de démarrage d'un moteur thermique comportant des soupapes électromagnétiques, caractérisé en ce que pendant une première période d'entraînement en rotation du moteur thermique notamment au moyen d'un démarreur, l'injection du moteur est maintenue fermée et les soupapes d'admission et d'échappement sont au moins principalement maintenues ouvertes, leur cadencement d'ouverture et de fermeture n'étant repris qu'à l'issue de cette première période. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première période se termine à l'issue d'un temps prédéterminé après le début de l'alimentation du démarreur. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première période se termine lorsque l'angle dont a tourné le vilebrequin à partir du début de l'alimentation du démarreur devient supérieur à un seuil donné. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première période se termine lorsque la vitesse de rotation du vilebrequin devient supérieure à un seuil donné 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première période se termine lorsqu'une vitesse de rotation moyenne du vilebrequin devient supérieure à un seuil donné 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première période se termine lorsque laccélération du vilebrequin devient supérieure à un seuil donné. 7. Procédé selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le critère qui détermine la fin de la première période est fonction de paramètre de fonctionnement du moteur thermique et en particulier de sa température ambiante. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à l'issue de la première période, on remet les soupapes en action cylindre après cylindre, à chaque demi-tour de vilebrequin. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pendant la première période, les soupapes sont maintenues dans une position intermédiaire d'ouverture. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que, pendant la première période, on referme les soupapes avant le passage au point mort haut du piston qui leur correspond et on les ouvre après que ledit piston ait quitté ledit point mort haut.