Brevet FR2800801A1 — publié le 20010511

PROCEDE DE COMMANDE DU DEMARRAGE D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE ET A INJECTION DIRECTE La présente invention est relative ' un procédé de commande du démarrage d'un moteur à combustion interne, à 'ection directe d'un carburant d'alimentation délivré audit moteur par des moyens de mise en pression dudit carburant. On a représenté à la figure 1 du dessin annexé un dispositif d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne à injection directe, un type connu comprenant un réservoir 1 de carburant, une pompe electrique 2 alimentée par le réservoir 1 et associée à régulateur de pression 3 pour délivrer du carburant à une deuxième pompe, à travers un filtre 4, le carburant delivré par la pompe 2 étant porté à un premier niveau de pression supérieur à la pression atmosphérique, mais relativement bas, d'ou le nom de "pompe basse pression" donné à la pompe 2. La deuxième pompe 5, entraînée mecaniquement par le moteur, relève encore la pression du carburant, jusqu'à un deuxième niveau, supérieur au premier, convenant à l'alimentation d'injecteurs de carburant 61, 62, 63, 64 montés sur une rampe 7 d alimentation en carburant des cylindres du moteur à combustion interne à injection directe (non représenté). La pression du carburant délivré par la pompe 5, dite "pompe haute pression", est fixée par un régulateur electromécanique 8, tel qu'une électrovanne commandée par calculateur 9. Dans ce dernier cas, un capteur 10 délivre au calculateur 9 un signal représentatif de la pression P du carburant contenu dans la rampe 7, pour permettre au calculateur d'assurer la régulation de la pression du carburant dans cette rampe au niveau prédéterminé requis, de l'ordre de 50 à 100 bars. Le calculateur 9 est couramment constitué par le calculateur de gestion du fonctionnement du moteur, commandant entre autres les injecteurs 6i (i de 1 à 4 dans l'exemple représenté) et notamment les temps d'ouverture de ceux- Le carburant non débité par les injecteurs est renvoyé au réservoir par un conduit 11,12, mis à la pression atmosphérique. Suivant un procédé connu de démarrage d'un moteur à combustion interne à injection directe alimenté le dispositif représenté à la figure 1, ce démarrage 'opère avec un carburant délivré aux injecteurs 6i du moteur à pression relativement basse (4 à 5 bars), atteinte rapidement par la pompe basse pression, qui, commandée électriquement, peut être alimentée dès la mise sous tension (contact) du véhicule, avant le lancement du moteur. Dans le cas d'un moteur à combustion interne à ection directe, cependant, un démarrage à basse pression de carburant oblige à recourir à un mélange air/carburant de richesse très supérieure à celle d'un melange stoechiométrique, de l'ordre de 1 fois supérieure, la composition de ce mélange au niveau des bougies classiquement disposées dans les cylindres du moteur pour l'allumer n'étant pas optimale dans un moteur ce type, conçu pour être normalement alimenté avec du carburant à haute pression, supérieure à 50 bars. Il en resulte des temps de démarrage du moteur trop longs, notamment dans des environnements à basse ou très basse température, et une quantité importante d'hydrocarbures imbrûlés dans les gaz d'échappement du moteur, pendant le demarrage de celui-ci. La présente invention a précisément pour but de fournir un procédé de commande du démarrage d'un moteur à combustion interne à injection directe qui ne présente ces inconvénients et qui, en particulier, permette de raccourcir le temps de démarrage du moteur aux basses et très basses températures, tout en réduisant alors la production hydrocarbures imbrûlés. On atteint ce but de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaltront à la lecture de la description va suivre, avec un procédé de commande du démarrage un moteur à combustion interne, à injection directe un carburant alimentation délivré audit moteur moyens de mise en pression dudit carburant, ce procedé étant remarquable en ce que, lors dudit démarrage, on surveille température T du moteur et la pression du carburant delivré par lesdits moyens de mise en pression, b) si T inférieur à une température de seuil Tg prédéterminee, on établit un mode de démarrage du moteur avec un carburant à haute pression dès que la pression P devient supérieure à une pression de seuil Psi prédéterminee, et c) on établit un mode de démarrage du moteur avec un carburant à basse pression si T > Ts. Comme on le verra plus loin, en démarrant normalement ainsi le moteur avec du carburant à haute pression plutôt que, classiquement, à basse pression, on atteint les buts énoncés ci-dessus. Suivant une autre caractéristique du procédé selon l'invention, en mode de démarrage avec un carburant à haute pression, si la pression de carburant reste supérieure à un seuil Ps2 prédéterminé inférieur au seuil Psi, on calcule une quantité de carburant à injecter dans chaque cylindre du moteur, on en déduit une durée du temps d'ouverture de l'injecteur considéré, ainsi que l'instant d'ouverture de l'injecteur propre à permettre la fermeture dudit injecteur, en phase avec une position angulaire vilebrequin du moteur avancée d'un angle prédétermine sur celle de l'instant d'allumage du melange air/carburant. D'autres caractéristiques et avantages la présente invention apparaîtront à la lecture la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexe dans lequel - la figure 1 est un schéma d'un dispositi d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne à injection directe décrit en préambule de présente description, et - les figures 2 et 3 sont des ensembles de graphes illustrant des modes de démarrage de ce moteur à haute basse pression, respectivement, du carburant d'alimentation moteur. A la figure 2 du dessin annexé, on a représenté graphes illustrant, en phase du démarrage du moteur, 'évolution du régime N de ce moteur, de la pression P carburant délivré au moteur, de la quantité Q carburant injecté et du phasage (p de la fin d'injection carburant, dans une situation de démarrage du moteur avec un carburant à haute pression, selon la présente invention. Le calculateur 9 de gestion du fonctionnement moteur est chargé de l'exécution de la stratégie commande du démarrage de ce moteur suivant la présente invention. Il reçoit classiquement divers signaux nécessaires à la gestion du moteur et notamment le signal P délivré par le capteur 10 de pression du carburant (voir figure 1), un signal N représentatif du régime moteur et un signal T représentatif de la température moteur, normalement délivré par un capteur (non représenté) de la température de l'eau de refroidissement ce moteur. Le calculateur 9 détermine par ailleurs instants d'ouverture et de fermeture des injecteurs pour régler les quantités de carburant injecté dans cylindres du moteur ainsi que le phasage de ces 'ections de carburant et notamment celle (p de la fin de l'injection. Le calculateur 9 est dûment programmé pour exécuter la stratégie de démarrage du moteur suivant la présente invention, que l'on décrira maintenant en liaison successivement avec les graphes des figures 2 et 3. Comme représenté à la figure 2, à la mise en route du moteur à l'instant to, classiquement opérée par un démarreur électrique, le régime N du moteur passe à une valeur non nulle et la pression P du carburant commence à croître. Suivant une caractéristique importante de la présente invention si, alors, la température T du moteur est inférieure à une température de seuil prédéterminée, par exemple Tg = 40 C, significative d'un "démarrage à froid" du moteur, le calculateur 9 exécute une stratégie de démarrage du moteur en mode dit à "haute" pression de carburant. Suivant cette stratégie, dès que, à l'instant t1 la pression P de carburant franchit un seuil prédéterminé Psl tel que Psl = 30 bars par exemple, garantissant une bonne qualité de pulvérisation de ce carburant dans les 'ecteurs 6i, l'injection de carburant dans le moteur commence, la quantité injectée étant fixée à un niveau Q1 correspondant à une richesse relativement basse du melange air/carburant (de l'ordre de 5 fois la richesse stoechiométrique à T = 20 , soit une richesse moitié de celle nécessaire en basse pression) comme il convient pour l'alimentation d'un moteur à combustion interne 'ection directe de carburant à haute pression (normalement 50 bars ou plus). Le calculateur 9 continue de surveiller evolutions de la pression P de carburant après l'instant to. La stratégie appliquée à partir de l'instant t1 reste inchangée même si cette pression retombe, comme représenté en trait plein, en dessous de la valeur seuil Psl, pour autant cependant qu'elle ne descende pas en dessous d'un autre seuil prédéterminé P52 (dans la partie du graphe en trait interrompu), fixé à 10 bars par exemple. si seuil PS2 est franchi, le calculateur abandonne la strategie de démarrage à haute pression du carburant décrite ci-dessus, la haute pression nécessaire ne pouvant etre assurée, pendant la phase de démarrage considère, par les moyens de mise en pression utilisés. Une telle situation peut découler, par exemple, d'une difficulte d'amorçage de la pompe haute pression ou d'une quantité 'essence à injecter supérieure au débit de la pompe haute pression. Le calculateur 9 revient alors à une stratégie de démarrage en basse pression de carburant, qui implique un enrichissement du mélange air/carburant et donc un accroissement de la quantité Q de carburant injecté, Q1 à Q2 (voir la partie du graphe en trait interrompu). La stratégie décrite ci-dessus est spécifique à phase démarrage du moteur, de durée (t2 - ta). Apres l'instant t2, les quantités de carburant injectées et phasage de l'injection de ces quantités sont réglés commandes séquentiellement par des "cartographies" classiques, dont les grandeurs d'entrée sont, exemple, la pression d'air admis dans le moteur et régime de ce moteur. Pendant la phase de démarrage (ta, t2), le phasage des injections de carburant est déterminé comme suit. Le calculateur détermine la quantité d'essence Q1 à injecter et une durée ti d'ouverture de l'injecteur correspondant. Le calculateur détermine ensuite les instants d'ouverture et de fermeture de l'injecteur de manière que la phase d'injection se termine avant l'excitation de la bougie d'allumage du mélange air/carburant. On sait que l'instant de cet allumage est classiquement repéré, dans un cycle moteur correspondant à une rotation de 720 du vilebrequin associe au moteur (pour un moteur à quatre cylindres) par l'angle d'avance à l'allumage a, mesuré par rapport au passage au point mort haut du piston, à la fin du temps de compression du cylindre correspondant. Dans ce repère angulaire, on détermine l'instant t1 de déclenchement de l'' 'ection en fonction de la durée Ti d'ouverture de l'injecteur de telle sorte que l'instant de fermeture celui-ci intervienne lorsque le vilebrequin atteint position en avance d'un angle (x+ (p sur celle du point mort haut. injection s'opérant, dans un moteur à combustion interne à injection directe, pendant les temps d'admission, et éventuellement, de compression du mélange air/carburant dans le cylindre considéré, on coupe l'injection, en démarrage à haute pression de carburant suivant l'invention, dans la phase de compression du mélange (p = (p1), les soupapes d'admission du cylindre étant alors fermées, et ceci aussi longtemps que la pression de carburant reste suffisante pour qu'il puisse être ' becté dans le cylindre compte tenu de la pression croissante régnant dans celui-ci, soit aussi longtemps que la pression de carburant à injecter reste supérieure à 10 bars, par exemple. En dessous de cette pression, on revient suivant l'invention à un mode de fonctionnement adapté à un carburant délivré à basse pression, comme illustré en trait interrompu sur les graphes de la figure 2, à partir de l'instant t'1. L'injection de carburant s'arrête alors plus - (p = (p2) pendant le temps d'admission du mélange air/carburant, celui-ci restant sensiblement alors à la pression atmosphérique, les soupapes étant ouvertes. Comme représenté à la figure 2, le passage de la phase à la phase (P2 se fait par paliers intermédiaires, incrémentés régulièrement lors de pas successifs de la rotation du vilebrequin du moteur, de 50 par exemple, ceci pour éviter d'amplifier la chute de la pression carburant. Le démarrage d'un moteur à combustion interne à injection directe à haute pression de carburant permet d'assurer combustions de bonne qualité grâce à la composition mélange air/carburant au voisinage de la bougie que 'on peut obtenir avec un carburant à haute pression. bonnes combustions permettent de raccourcir le temps démarrage du moteur aux basses et très basses températures, en dessous d'une à deux secondes, exemple. Elles permettent en outre de réduire la quantite d'hydrocarbures imbrûlés transportés par les d'échappement et donc la pollution de l'environnement ces gaz. La demanderesse a observé que lors d'un démarrage à froid, dès les premiers tours du moteur, la pompe haute pression 5 peut fournir une pression de carburant suffisante pour assurer une pulvérisation convenable carburant dans les cylindres du moteur, apportant avantages précités. Par contre, lors d'un démarrage à chaud (T > , les exigences des cahiers des charges sont beaucoup plus sévères sur le temps de démarrage, en requérant en général que celui-ci ait lieu en moins d'une demi- seconde. Dans ce cas, les premiers tours requis pour fourniture d'une haute pression de carburant convenable excèdent la durée autorisée. De plus, les risques génération de vapeurs de carburant à l'entrée de la pompe haute pression sont susceptibles de retarder encore démarrage. La solution classiquement employée en injection directe, qui consiste à injecter simultanément en amont de chaque cylindre une quantité prédéterminée carburant, s'avère inadaptée dans le cas d'un moteur a injection directe. En effet, l'injection de carburant s effectuant directement dans le cylindre, sans benéficier de la barrière des soupapes d'admission pour realiser une distribution adéquate, les cylindres en phase de détente ou d'échappement rejettent ce carburant à l'échappement, en générant ainsi une pollution hydrocarbures imbrûlés. Selon l'invention, on choisit alors une stratégie demarrage en basse pression dans laquelle, dès la mise sous tension (contact) du véhicule, on commande regulateur électromécanique 8 (figure 1) et la pompe basse pression 2 de manière à établir dans le circuit carburant une circulation de carburant sous la pression maximale autorisée par la pompe 2 et le régulateur pression 3. Avantageusement, dans une variante dispositif d'alimentation de la figure 1 dans laquelle conduit 11 de retour du carburant en provenance de rampe d'injecteurs est relié en amont du régulateur 3, suffit de commander le régulateur électromécanique 8 a pleine ouverture. Cette commande est représentée par le trait pointillé du graphe P de la figure 3. En parallèle, et dès la mise en rotation du moteur, à l'instant t0, le calculateur 9 détermine une quantite de carburant à injecter et la durée correspondante ouverture des injecteurs. Simultanément, on observe signaux repérant la position angulaire du moteur, c' - a-dire classiquement le signal d'un capteur repérant une singularité sur une cible reliée au vilebrequin et celui un capteur donnant la position de l'arbre à cames. 'apparition d'un repère sur l'un quelconque de signaux, on peut estimer quel sera le prochain cylindre en phase d'admission, et l'instant d'ouverture de soupape d'admission correspondante. En effet, il existe une relation mécanique par construction entre vilebrequin et/ou l'arbre à cames et les soupapes. commande alors l'injection dans ce cylindre à partir l'ouverture de la soupape et pendant la durée Ti. L'injection de carburant est opérée séquentiel lement, à soupape admission ouverte, dans les cylindres suivants, avec un decalage angulaire programmable (correspondant au nombre cylindres du moteur) par rapport au repère considère, pendant au moins un cycle moteur. procédé permet, observant la première occurrence signal "arbre cames" ou "vilebrequin", de réaliser une première injection avec une avance moyenne demi-tour moteur (pour un moteur à quatre cylindres rapport aux méthodes de synchronisation classiques donc de gagner environ une demi-seconde sur la durée la phase de démarrage. Un tel démarrage à chaud en basse pression de carburant est également plus rapide qu'un demarrage en haute pression, à chaud, car il permet balayer d'éventuelles vapeurs de carburant présentes dans la pompe haute pression, qui perturberaient autrement le fonctionnement de cette pompe. Le temps d'injection Ti est fonction de divers paramètres classiques : régime moteur N, pression d'air admis, température de l'eau de refroidissement, pression du carburant, et, suivant la présente invention, du mode de démarrage choisi : haute pression ou basse pression, la quantité de carburant à injecter étant avantageusement moindre en démarrage à haute pression. Suivant l'invention, on sort de la phase de démarrage, à l'instant t2 (voir figures 2 et 3) par une procédure commune à un démarrage en haute pression ou en basse pression. Cette sortie se fait ainsi sur le franchissement d'un seuil par le régime N, ou au bout d'un intervalle de temps prédéterminé. Après la sortie de la phase de démarrage, le calculateur 9 utilise des cartographies classiques pour déterminer la quantité de carburant à injecter et les instants ouverture et de fermeture des injecteurs, ces cartographies ayant comme entrées, par exemple, la pression air admis dans le moteur et le regime N de ce moteur. transition vers cette quantité carburant Q cartographiée se fait par décrémentation progressive de la quantité calculée pour la phase de démarrage. REVENDICATIONS . Procédé de commande du démarrage d'un moteur à combustion interne, à injection directe d'un carburant d'alimentation délivré audit moteur par des moyens de mise pression (2,5) dudit carburant, caractérisé en ce que, lors dudit démarrage, a) on surveille la température (T) du moteur et pression (P) du carburant délivré par lesdits moyens mise en pression, si T est inférieur à une température de seui (T5) prédéterminée, on établit un mode de démarrage moteur avec un carburant à haute pression dès que pression (P) devient supérieure à une pression de seuil (P51) prédéterminée, et on établit un mode de démarrage du moteur avec un carburant à basse pression si T > Ts. . Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que, en mode de démarrage avec un carburant à haute pression, si la pression de carburant reste supérieure à un seuil (P52) prédéterminé inférieur au seuil (P,,), on calcule une quantité de carburant (Q1) à injecter dans chaque cylindre du moteur et on en déduit une durée (Ti) du temps d'ouverture de l'injecteur considéré, ainsi que l'instant d'ouverture de l'injecteur (6i) propre à permettre la fermeture dudit injecteur ( à soupapes fermées, en phase avec une position angulaire du vilebrequin du moteur avancée d'un angle Pi) prédéterminé sur celle de l'instant d'allumage du mélange air/carburant. 3. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que, en mode de démarrage avec carburant haute pression, si la pression (P) du carburant retombe en dessous d'un seuil (Ps2) prédéterminee inférieur au seul (P51), on revient à un démarrage moteur avec un carburant à basse pression. 4. Procédé conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que, au retour au démarrage du moteur avec un carburant à basse pression, on calcule une quantité (Q2) de carburant à injecter à basse pression, on injecte séquentiellement ladite quantité dans cylindres du moteur, la durée (Ti) de ladite injection 1 instant d'ouverture de chaque injecteur étant choisis manière que la fermeture de l'injecteur intervienne a soupapes ouvertes, en phase avec une position angulaire vilebrequin du moteur avancée d'un angle ) prédéterminé sur celle de l'instant d'allumage du mélange air/carburant. 5. Procédé conforme à la revendication , caractérisé en ce que, à l'étape c), on commande une 'ection séquentielle de carburant dans les cylindres du moteur, phasée sur l'ouverture de la soupape d'admission du premier cylindre.