Brevet FR2786227A1 — publié le 20000526

La présente invention est relative à un procédé et à un dispositif pour améliorer les conditions de démarrage d'un moteur à combustion interne à injection directe. Les moteurs à combustion interne à injection directe, destinés à propulser notamment les véhicules automobiles, sont alimentés par du carburant sous haute pression grâce à un circuit d'alimentation comprenant une pompe haute pression interposée entre un réservoir de carburant et une rampe de distribution de carburant. Lorsque le moteur est à l'arrt et que la température du circuit de carburant est élevée, comme par exemple après une période de fonctionnement prolongée du moteur, le carburant situé dans ce circuit a tendance à se vaporiser. La vaporisation du carburant a pour effet d'une part de désamorcer la pompe haute pression, et d'autre part d'engendrer des bulles de vapeur dans la rampe de distribution de carburant, empchant ainsi un démarrage immédiat du moteur. Pour pallier cet inconvénient, il est connu de mettre en route lors du démarrage une pompe basse pression située entre le réservoir de carburant et la pompe haute pression dans une partie du circuit de carburant moins exposée aux fortes températures, et ainsi de commencer par faire fonctionner le moteur avec du carburant sous basse pression. S'il est vrai qu'elle permet un démarrage immédiat, cette méthode ne permet malheureusement pas de tirer parti des avantages de l'injection directe dès le début du fonctionnement du moteur. La présente invention a pour but d'assurer une injection directe de carburant sous haute pression dans le moteur dès le démarrage de celui-ci. On atteint ce but de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de ce qui va suivre, avec un procédé pour améliorer les conditions de démarrage d'un moteur à combustion interne à injection directe alimenté par du carburant sous haute pression grâce à un circuit d'alimentation comprenant une pompe haute pression interposée entre un réservoir de carburant et une rampe de distribution de carburant, remarquable en ce qu'on refroidit ledit carburant dans ledit circuit d'alimentation lorsque ledit moteur est à l'arrt, pour le but de le condenser ou d'éviter sa vaporisation. Suivant d'autres caractéristiques optionnelles du procédé selon l'invention, lorsqu'il est appliqué à un circuit d'alimentation en carburant comprenant en outre une pompe basse pression interposée entre ledit réservoir de carburant et ladite pompe haute pression : -on fait fonctionner ladite pompe basse pression lorsque ledit moteur est à l'arrt, pour le but de faire circuler du carburant frais provenant dudit réservoir dans ladite pompe haute pression et dans ladite rampe de distribution, -on commande ladite pompe basse pression suivant une séquence préétablie, -on commande ladite pompe basse pression en fonction de la température relevée en amont de ladite pompe haute pression, -on déclenche les moyens de commande de ladite pompe basse pression consécutivement à l'arrt dudit moteur, -on déclenche les moyens de commande de ladite pompe basse pression juste avant le démarrage dudit moteur. Grâce à ces caractéristiques, on peut alimenter le moteur avec du carburant sous haute pression dès sa mise en rotation sous 1'effet du démarreur, et ainsi obtenir un fonctionnement optimal de l'injection directe presque immédiatement. L'invention porte également sur un dispositif permettant de mettre en oeuvre ce procédé remarquable en ce qu'il comprend a) des moyens pour refroidir ledit carburant dans ledit circuit et b) des moyens pour commander sélectivement l'activation desdits moyens de refroidissement lorsque ledit moteur est à l'arrt. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé, dans lequel : -la figure 1 est une représentation schématique du circuit d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne à injection directe, -la figure 2 est un graphe représentant l'évolution temporelle de températures relevées en certains points du circuit de la figure 1, après une période de fonctionnement prolongée du moteur, lorsqu'on applique le procédé selon l'invention, -la figure 3 est un graphe représentant l'évolution temporelle de la pression du carburant dans la rampe de distribution de carburant du circuit de la figure 1, pendant la phase de démarrage du moteur, lorsqu'on applique le procédé selon l'invention, -les figures 4 et 5 sont analogues aux figures 2 et 3, à ceci près qu'elles représentent des températures relevées lorsqu'on n'applique pas le procédé selon l'invention. Sur ces figures, des références numériques identiques désignent des organes ou ensembles d'organes identiques ou analogues. On se reporte à présent à la figure 1, sur laquelle on a représenté schématiquement le circuit d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne à injection directe. Comme on peut le voir sur cette figure, ce circuit comporte, dans l'ordre de circulation du carburant : un réservoir de carburant 1, une pompe électrique basse pression 2, un régulateur de basse pression 3, un ensemble de tuyaux et de filtres 4, une pompe haute pression 5 entraînée par le moteur, une rampe de distribution de carburant 6 reliée à une pluralité d'injecteurs de carburant 7-, 72, 7q, 74 commandés par un calculateur électronique 8, et un régulateur de haute pression 9 disposé à la sortie de la rampe de distribution de carburant 6. Comme cela est maintenant classique, le calculateur 8 gère l'ensemble du fonctionnement du moteur. Le régulateur de haute pression 9 peut tre mécanique ou, de préférence, électrique. Dans le premier cas (non représenté), il est fermé lorsque le moteur est à l'arrt, et il est susceptible de s'ouvrir partiellement ou totalement sous 1'effet de la pression lorsque le moteur est en marche. Pour éviter la montée en pression des vapeurs de carburant lorsque le moteur est à l'arrt et encore chaud, et limiter ainsi les risques d'explosion, on peut prévoir de courtcircuiter le régulateur 9 par une électrovanne qui se trouve à l'état ouvert lorsque le moteur est à l'arrt, et à l'état fermé lorsque le moteur est en marche. Dans le second cas (représenté), le régulateur de haute pression 9 consiste en une électrovanne commandée par le calculateur 8 à partir d'informations fournies par un capteur de pression 10 placé sur la rampe de distribution de carburant 6. Pour les raisons de sécurité susmentionnées, cette électrovanne se trouve à l'état ouvert lorsque le moteur est à l'arrt. On pourrait aussi envisager d'autres modes de réalisation (non représentés) dans lesquels on s'affranchirait des risques d'explosion sans avoir à laisser ouvertes les électrovannes susmentionnées lorsque le moteur est à l'arrt. Comme on le verra par la suite, le procédé selon l'invention comprendra alors une étape supplémentaire. L'alimentation du moteur en carburant s'effectue de la manière suivante. La pompe basse pression 2 envoie du carburant sous basse pression du réservoir 1 dans l'ensemble 4 puis dans la pompe haute pression 5. Une partie du carburant retourne éventuellement vers le réservoir 1 via le régulateur de basse pression 3. La pompe haute pression 5 envoie à son tour du carburant sous haute pression dans la rampe de distribution de carburant 6, puis dans les injecteurs 7 et dans les chambres de compression du moteur (non représentées). Une partie du carburant retourne éventuellement vers le réservoir 1 via le régulateur de haute pression 9. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, on équipe le circuit décrit ci-dessus de moyens permettant de commander automatiquement la pompe basse pression 2. Ces moyens comprennent un circuit électronique avantageusement intégré au calculateur 8, ainsi qu'une ligne électrique 11 reliant ce circuit à la pompe basse pression 2. Le calculateur 8 est alors équipé de moyens d'alimentation électrique permettant de le maintenir actif à l'arrt du véhicule. Selon un premier mode de réalisation, ces moyens sont conçus pour commander la pompe basse pression 2 selon une séquence préétablie, soit consécutivement à l'arret du moteur, soit juste avant son démarrage. Dans l'hypothèse où l'on souhaite que la séquence préétablie se déroule consécutivement à l'arrt du moteur, les moyens de commande peuvent par exemple faire fonctionner la pompe basse pression 2 trois secondes toutes les cinq minutes pendant vingt minutes. Dans l'hypothèse où l'on souhaite que la séquence préétablie se déroule juste avant le démarrage du moteur, le déclenchement des moyens de commande peut tre subordonné, par exemple, à l'activation d'un système de contrôle d'accès au véhicule (verrouillage automatique des portières et/ou alarme, par exemple), ou à la mise sous contact du moteur. Selon un deuxième mode de réalisation, les moyens de commande de la pompe basse pression 2 sont conçus pour commander cette dernière en fonction de la température relevée par un capteur 12 en amont de la pompe haute pression 5, soit consécutivement à l'arrt du moteur, soit juste avant son démarrage. Dans ce cas, ces moyens de commande comparent cette température à une valeur de seuil, et font fonctionner la pompe basse pression 2 tant que cette température est au dessus de cette valeur de seuil, pour ramener ainsi le carburant en dessous de sa courbe de vaporisation. Dans les modes de réalisation où la sortie de la rampe de distribution est obturée par une électrovanne qui se trouve à l'état fermé lorsque le moteur est à l'arrt (voir ci-dessus), on prévoit des moyens permettant d'ouvrir au moins partiellement cette électrovanne de manière concomitante avec la mise en route de la pompe basse pression 2, pour le but de permettre la libre circulation du carburant dans le circuit d'alimentation. Par ailleurs, on peut avantageusement prévoir des moyens permettant d'interdire la mise en route de la pompe basse pression 2 lorsqu'on remplit le réservoir 1 de carburant dans une station service, afin de prévenir tout risque d'explosion déclenchée par une étincelle électrique du moteur de pompe. Ces moyens peuvent comprendre, par exemple, un palpeur 13 permettant de détecter l'état d'une trappe d'accès au réservoir de carburant (non représentée) et envoyant des informations sur cet état au calculateur 8. Si la trappe est ouverte, le calculateur 8 interdit la mise en route de la pompe ; si la trappe est fermée, le calculateur 8 autorise cette mise en route. Une autre solution pour prévenir les risques d'explosion peut consister, plus classiquement, à utiliser un moteur de pompe équipé d'une protection antiétincelles. Pour comprendre l'intért et les avantages de l'invention, on se reporte à présent aux figures 2 à 5. On a représenté sur la figure 2 l'évolution temporelle (temps t en minutes) de températures T (en C) relevées en quatre points du circuit de la figure 1, après une période de fonctionnement prolongée du moteur, lorsqu'on commande la pompe basse pression 2 suivant la séquence préétablie fournie ci-dessus à titre d'exemple. Sur cette figure, T1 est la température relevée dans le réservoir 1, T2 celle relevée à la sortie de l'ensemble de tuyaux et de filtres 4, T3 celle relevée à l'entrée de la pompe haute pression 5, et T4 celle relevée à la sortie de la rampe de distribution de carburant 6. Les pics 20,21,22 visibles sur les courbes T2 et T3 correspondent aux périodes de fonctionnement de la pompe basse pression 2 : trois secondes toutes les cinq minutes. Comme on peut le voir, la température T3 à l'entrée de la pompe haute pression 5 commence par augmenter à partir de l'arrt du moteur, ceci car le moteur est encore très chaud (environ 100 C) et qu'il n'y a plus d'apport en carburant frais (environ 55 C) en provenance du réservoir 1. La première période de fonctionnement 20 de la pompe basse pression 2 a pour effet d'arrter la progression de la température T3 et de maintenir celle-ci en dessous de 75 C, ceci grâce au refroidissement procuré par l'apport en carburant. A cette température, et avec une pression de l'ordre de 3 bars (pression de fonctionnement de la pompe basse pression 2), le carburant reste à l'état liquide. Les périodes suivantes de fonctionnement 21,22 de la pompe basse pression 2 ont pour effet de diminuer encore la température à l'entrée de la pompe haute pression 5, pour l'amener en dessous de 70 C au bout d'un quart d'heure. On a représenté sur la figure 3 l'évolution temporelle (temps t en secondes) de la pression P (en bars) du carburant dans la rampe de distribution de carburant 6 pendant une phase de démarrage du moteur succédant à la séquence de commande de la pompe basse pression 2 décrite ci-dessus. Comme on peut le voir sur cette figure, cette pression P passe d'environ 3 bars à 50 bars en moins de deux secondes, ce qui est extrmement rapide. Ceci permet de rendre l'injection directe opérationnelle pour ainsi dire dès la mise en rotation du moteur sous 1'effet du démarreur. Cette rapidité est liée à l'absence de vapeurs de carburant en amont de la pompe haute pression 5 et dans la rampe de distribution 6 lors du démarrage du moteur, rendue possible grâce à la séquence de commande décrite ci-dessus. Cette absence de vapeurs permet un amorçage quasi immédiat de la pompe haute pression 5, et une montée en pression dans la rampe de distribution dès les premiers tours du moteur (bien entendu, le régulateur de haute pression 9 est fermé pendant la phase de démarrage). A titre de comparaison avec l'état actuel de la technique, on peut se reporter à présent aux figures 4 et 5, analogues respectivement aux figures 2 et 3 lorsqu'on ne met pas en oeuvre les préceptes de l'invention. Comme on peut le voir sur la figure 4, la température T3 à l'entrée de la pompe haute pression 5 ne cesse d'augmenter à partir de l'arrt du moteur, pour atteindre 80 C au bout d'environ dix huit minutes. A cette température, et avec une pression de l'ordre de 3 bars, le carburant se vaporise, ce qui a pour effet de désamorcer la pompe haute pression 5, et d'engendrer des bulles de vapeur dans la rampe de distribution de carburant 6. Comme on peut le voir sur la figure 5, il en résulte une montée en pression tardive dans la rampe de distribution de carburant 6, lors du démarrage : il faut attendre environ onze secondes pour atteindre les 50 bars nécessaires au bon fonctionnement de l'injection directe. Comme on peut le comprendre à présent, le procédé selon l'invention permet, dans l'hypothèse où l'on fait fonctionner la pompe basse pression 2 consécutivement à l'arrt du moteur, d'éviter la vaporisation du carburant en amont de la pompe haute pression 5 et dans la rampe de distribution 6. Dans l'hypothèse où l'on fait fonctionner la pompe basse pression 2 juste avant le démarrage du moteur, on condense les éventuelles vapeurs de carburant situées en amont de la pompe haute pression 5 et dans la rampe de distribution 6. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, fournis à titre d'exemples illustratifs et non limitatifs. REVENDICATIONS 1. Procédé pour améliorer les conditions de démarrage d'un moteur à combustion interne à injection directe alimenté par du carburant sous haute pression grâce à un circuit d'alimentation comprenant une pompe haute pression (5) interposée entre un réservoir de carburant (1) et une rampe de distribution de carburant (6), caractérisé en ce qu'on refroidit ledit carburant dans ledit circuit d'alimentation lorsque ledit moteur est à l'arrt, pour le but de le condenser ou d'éviter sa vaporisation. 2. Procédé selon la revendication 1, appliqué à un circuit d'alimentation en carburant comprenant en outre une pompe basse pression (2) interposée entre ledit réservoir de carburant (1) et ladite pompe haute pression (5), caractérisé en ce qu'on fait fonctionner ladite pompe basse pression (2) lorsque ledit moteur est à l'arrt, pour le but de faire circuler du carburant frais provenant dudit réservoir (1) dans ladite pompe haute pression (5) et dans ladite rampe de distribution (6). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on commande ladite pompe basse pression (2) suivant une séquence préétablie. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on commande ladite pompe basse pression (2) en fonction de la température relevée en amont de ladite pompe haute pression (5). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'on déclenche les moyens de commande de ladite pompe basse pression (2) consécutivement à l'arrt dudit moteur. 6. Procédé selon la revendication 5 lorsqu'elle dépend de la revendication 3, caractérisé en ce qu'on fait fonctionner ladite pompe basse pression (2) trois secondes toutes les cinq minutes pendant vingt minutes. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'on déclenche les moyens de commande de ladite pompe basse pression (2) juste avant le démarrage dudit moteur. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on déclenche les moyens de commande de ladite pompe basse pression (2) en actionnant un système de contrôle d'accès. 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on déclenche les moyens de commande de ladite pompe basse pression (2) en mettant ledit moteur sous contact. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, appliqué à un circuit d'alimentation en carburant dans lequel la sortie de ladite rampe de distribution (6) est obturée par une électrovanne qui se trouve à l'état fermé lorsque ledit moteur est à l'arrt, caractérisé en ce qu'on ouvre au moins partiellement ladite électrovanne de manière concomitante avec la mise en route de ladite pompe basse pression (2), pour le but de permettre la libre circulation du carburant dans ledit circuit d'alimentation. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 10, caractérisé en ce qu'on subordonne la mise en route de ladite pompe basse pression (2) à l'état d'ouverture ou de fermeture d'une trappe d'accès audit réservoir de carburant (1). 12. Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend a) des moyens pour refroidir ledit carburant dans ledit circuit et b) des moyens (8,11,12,13) pour commander sélectivement l'activation desdits moyens de refroidissement lorsque ledit moteur est à l'arrt. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande comprennent un circuit électronique intégré à un calculateur électronique (8) gérant l'ensemble du fonctionnement dudit moteur. 14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour maintenir ledit calculateur (8) actif pendant l'arrt dudit moteur. 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 13 ou 14 pour la mise en oeuvre d'un procédé conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande comprennent un capteur de température (12) placé en amont de ladite pompe haute pression (5). 16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 13 à 15 pour la mise en oeuvre d'un procédé conforme à la revendication 11, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande comprennent un palpeur (13) délivrant audit calculateur (8) un signal représentatif de l'état d'ouverture ou de fermeture d'une trappe d'accès à un réservoir de carburant (1) alimentant ledit moteur, ledit calculateur (8) interdisant la mise en route de ladite pompe basse pression (2) quand ladite trappe est ouverte. 17. Véhicule automobile propulsé par un moteur à combustion interne à injection directe équipé d'un dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 12 à 16.