Brevet FR2821122A1 — publié le 20020823

La présente invention est relative à un procédé de commande de l'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne à injection directe du carburant dans les cylindres du moteur, du type dans lequel on déclenche normalement l'ouverture d'un injecteur de carburant dans l'un des cylindres à un instant prédéterminé tel qu'au moins une partie du carburant injecté heurte une surface d'un piston circulant dans ledit cylindre. Dans un tel moteur à combustion interne à injection directe du carburant, et combustion homogène de celui-ci, on sait qu'un injecteur 1 (comme représenté à la figure 1 du dessin annexé) projette du carburant dans un cylindre 2 du moteur, juste en-dessous de la bougie d'allumage 3. Une fraction du nuage de carburant 4 émis par l'injecteur 1 vient heurter la surface d'un piston 5 qui est tournée vers la bougie 3 et l'injecteur 7, alors que ce piston s'écarte de son point mort haut, dans le sens de la flèche F, pour permettre l'admission d'air (par une ou plusieurs soupapes non représentées) et de carburant dans le cylindre. En régime établi du moteur, le carburant qui heurte cette surface est immédiatement vaporisé, la surface du cylindre étant alors très chaude. Cette disposition permet de minimiser la quantité de carburant qui ne participe pas à la combustion du mélange air/carburant contenu dans le cylindre, et donc la quantité de carburant non brûlé qui se retrouve dans les gaz d'échappement du moteur puis dans l'environnement, au détriment de celui-ci. Il en est autrement lors d'un démarrage à froid du moteur. Une fraction 4a (voir figure 1) du nuage de carburant 4 émis par l'injecteur 1, qui heurte la surface du piston 5, se condense sur cette surface alors froide et constamment refroidie par le carburant qui la mouille. Cette fraction condensée du carburant ne participe donc pas immédiatement à la combustion du mélange air/carburant introduit dans le cylindre par l'injecteur 1 et par la ou les soupapes d'admission d'air. La phase de fonctionnement au ralenti du moteur qui prend place après le démarrage du moteur ne permet pas au piston d'atteindre une température suffisante pour vaporiser le carburant condensé. C'est seulement à la première montée en régime du moteur que cet excédent de carburant va sortir du cylindre, sous la poussée de turbulences alors suffisantes pour ce faire. Le cylindre est donc purgé de ce carburant excédentaire, mais au prix d'une évacuation du carburant par les gaz d'échappement du moteur, et donc d'une pollution supplémentaire de l'atmosphère. Des réglementations récentes imposent que des mesures soient prises pour supprimer cette pollution supplémentaire. La présente invention a précisément pour but de fournir un procédé de commande de l'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne à injection directe, conçu pour satisfaire à ces réglementations. On atteint ce but de l'invention avec un procédé de commande du type décrit en préambule de la présente 1 description, remarquable en ce que, immédiatement après un démarrage à froid du moteur, on retarde l'instant d'ouverture de l'injecteur par rapport à un instant prédéterminé de manière à éviter une condensation du carburant sur la surface du piston et on rétablit l'ouverture de l'injecteur audit instant prédéterminé quand la température atteinte par le piston assure la vaporisation du carburant qui vient à son contact. Comme on le verra plus loin en détail, ce retard permet au piston de s'écarter de l'espace dans lequel le carburant est diffusé par l'injecteur, ce qui évite tout risque de contact du carburant et du piston, et donc toute condensation du carburant sur ce piston. Suivant une autre caractéristique du procédé selon l'invention, on rétablit l'ouverture dudit injecteur à l'instant prédéterminé quant est satisfaite au moins l'une des conditions du groupe formé par : la température ou la variation de la température d'un liquide de refroidissement du moteur dépasse un seuil prédéterminé, le débit d'air ou de carburant dans le moteur tombe audessous d'un seuil prédéterminé, le temps écoulé depuis le démarrage dudit moteur dépasse un seuil prédéterminé. 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 un schéma d'un cylindre de moteur à combustion interne à injection directe, à combustion homogène, en phase d'admission d'air et de carburant suivant la technique antérieure, schéma décrit en préambule de la présente description, - la figure 2 est un schéma analogue à celui de la figure 1, illustrant le procédé de commande d'alimentation en carburant suivant la présente invention, - la figure 3 est un organigramme du procédé suivant la présente invention, et les figures 4A à 4C sont des graphes utiles à la description du procédé illustré par les figures 2 et 3. On se réfère aux figures 1 et 2 du dessin annexé pour décrire le procédé de commande de l'alimentation en carburant suivant l'invention. Sur ces figures des références numériques identiques repèrent des organes identiques. Comme représenté à la figure 1, dans un moteur à combustion interne à injection directe et combustion homogène, l'ouverture de l'injecteur de carburant 1 intervient normalement très tôt, au tout début de la phase d'admission du mélange air/carburant. On repère classiquement l'instant de cette ouverture par l'angle de la rotation effectué par le vilebrequin du moteur entre cet instant et celui où le piston 5 du cylindre atteint son point mort haut dit"de combustion" ou"actif". L'instant d'ouverture normal de l'injecteur correspond ainsi à un angle de 3300 environ, par exemple, en avant dudit point mort haut, dans un moteur à quatre temps dont un cycle de fonctionnement se développe sur 720 . Suivant la présente invention, au démarrage à froid du moteur, on retarde l'injection du carburant en réduisant cet angle, par exemple à 2700 environ. Avec une telle réduction de l'angle"d'avance"à l'ouverture de l'injecteur, le piston 5 du cylindre se trouve au milieu de sa course vers son point mort bas, quand intervient l'ouverture de l'injecteur (voir figure 2). Compte-tenu de l'angle au sommet moyen du cône de diffusion du carburant, à la sortie de l'injecteur 1, le piston 5 se trouve alors suffisamment écarté de ce cône pour n'être pas mouillé par lui. On évite ainsi toute condensation de carburant sur le piston encore froid. Bien entendu, les combustions du mélange air/carburant qui se succèdent dans le cylindre échauffent progressivement celui-ci de même que le piston 5, qui finit ainsi par atteindre une température suffisante pour assurer la vaporisation du carburant qui le mouillerait. Il convient alors de ramener l'instant d'ouverture de l'injecteur 1 (soit l'angle d'avance à l'ouverture correspondant) à l'instant prédéterminé pour le fonctionnement du moteur"à chaud" (angle d'avance à l'ouverture de 330 , par exemple). Suivant l'invention, le moment où le piston atteint cette température peut être détecté approximativement et indirectement en suivant l'évolution de l'un quelconque de plusieurs paramètres de fonctionnement du moteur tels que, par exemple, la température T d'un liquide de refroidissement du moteur, le débit D d'air ou de carburant entrant dans le moteur, ou encore l'intervalle de temps At qui s'est écoulé depuis la commande du recul de l'instant d'ouverture de l'injecteur. Tous ces paramètres sont connus d'un calculateur (non représenté) qui gère classiquement le fonctionnement du moteur et qui est en outre, suivant la présente invention, dûment programmé pour exécuter les tests prévus dans l'organigramme 2 à la figure 3, auquel on se réfère maintenant pour décrire en détail un mode de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. Au démarrage du moteur, le calculateur compare (étape a de l'organigramme) la température T du liquide de refroidissement du moteur à un seuil Ts choisi pour correspondre à une température Tp du piston propre à assurer la vaporisation du carburant, comme on l'a vu plus haut. Si alors T > Ts, il s'agit d'un démarrage à chaud du moteur et l'angle d'avance à l'ouverture de l'injecteur est réglé à une valeur prédéterminée, de l'ordre de 330 par exemple. Si, au contraire T C'est ainsi qu'aux étapes b) à e) de l'organigramme de la figure 3, le calculateur compare périodiquement et successivement, l'élévation AT de la température du liquide de refroidissement, le débit D d'air ou de carburant, absorbé par le moteur, l'intervalle de temps At qui s'est écoulé depuis le démarrage du moteur, à des seuils ATs, Ds et Atg, respectivement. Aussi longtemps qu'aucun de ces seuils n'est franchi, l'angle d'avance à l'ouverture de l'injecteur reste fixé à 270 . Par contre, dès que l'un d'entre eux franchit le seuil correspondant, le calculateur ramène, de préférence progressivement (étape f) cet angle à la valeur de 330 (étape g) qui convient après la sortie du moteur de sa phase de démarrage à froid. On a illustré cette situation sur les graphes des figures 4A à 4C où l'on a représenté l'évolution, pendant cette phase de démarrage, du débit D d'air ou de carburant, de la température T du liquide de refroidissement du moteur, et de l'angle ainj d'avance à l'ouverture de l'injecteur, commandé par le calculateur, le temps t étant mesuré en nombre de tours/moteur, par exemple. Dans la situation représentée aux figures 4A à 4C à titre d'exemple illustratif et non limitatif seulement, c'est le débit D qui franchit le premier (à l'instant ti) le seuil Ds, par valeur décroissante, quand le moteur revient à son régime de ralenti stabilisé. A cet instant ti, l'élévation de température AT était encore inférieure au seuil AT, et c'est donc à l'étape c, et non à l'étape b, qu'est prise la décision de relever l'angle ainj à la valeur normale de 330 . Dans d'autres circonstances, le retour à ainj = 330 pourrait être décidé aux étapes a, b ou d au premier dépassement de l'un quelconque des seuils scrutés à ces étapes. Comme l'illustre le graphe de la figure 4B, le calculateur commande de préférence, à l'instant ti (étape f) une remontée progressive de l'angle de manière à éviter tout à-coup dans le couple délivré par le moteur. Par contre, à l'instant to où le calculateur commande une réduction, suivant l'invention, de l'angle mini, lors d'un démarrage à froid du moteur, la réduction de cet angle est, de préférence, brusque, de manière à empêcher au plus vite toute condensation de carburant sur le piston du cylindre. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que l'angle alnj pourrait basculer entre des valeurs différentes de 2700 et de 330 . L'angle de 270 assure cependant un bon compromis entre la nécessité de produire un mélange air/carburant homogène grâce aux turbulences présentes en phase d'admission du cylindre et celle de supprimer toute condensation sur le piston. Dans les conditions d'un démarrage à froid du moteur, l'injection du carburant se termine alors avant que le piston n'atteigne son point mort bas (à 180'es avant du point mort haut de combustion). De même, l'invention n'est pas limitée à sa mise en oeuvre dans un moteur à combustion interne et injection directe, à combustion homogène. L'homme de l'art reconnaîtra aisément qu'elle est aussi applicable à un moteur à combustion interne à injection directe dans lequel l'injection du carburant se fait en deux temps successifs, soit une préinjection en mélange homogène, suivie par une deuxième injection en mélange stratifié. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande de l'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne à injection directe du carburant dans les cylindres du moteur, suivant lequel on déclenche normalement l'ouverture d'un injecteur (1) de carburant dans l'un (2) desdits cylindres à un instant prédéterminé tel qu'au moins une partie du carburant injecté heurte une surface d'un piston (5) circulant dans ledit cylindre (2), ce procédé étant caractérisé en ce que, immédiatement après un démarrage à froid dudit moteur, on retarde l'instant d'ouverture dudit injecteur par rapport audit instant prédéterminé de manière à éviter une condensation de carburant sur ladite surface dudit piston (5), et on rétablit l'ouverture dudit injecteur (1) audit instant prédéterminé quand la température atteinte par ledit piston (5) assure la vaporisation du carburant qui vient à son contact. 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on rétablit l'ouverture dudit injecteur (1) audit instant prédéterminé quant est satisfaite au moins l'une des conditions du groupe formé par : la température (T) ou la variation (AT) de la température d'un liquide de refroidissement du moteur dépasse un seuil prédéterminé (tag, ATg), le débit (D) d'air ou de carburant dans le moteur tombe en-dessous d'un seuil prédéterminé (Ds), le temps écoulé depuis le démarrage dudit moteur dépasse un seuil prédéterminé (ts). 3. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on rétablit progressivement l'instant d'ouverture dudit injecteur (1) audit instant prédéterminé. 4. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on retarde l'instant d'ouverture dudit injecteur (1) jusqu'autour du moment où le piston (5) franchit le milieu de sa course, en phase d'admission. 5. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on retarde brusquement l'instant d'ouverture dudit injecteur (1).