Brevet FR2833038A1 — publié le 20030606

La présente invention concerne un procédé pour le fonctionnement d'un moteur à combustion interne à plusieurs cylindres, dans lequel on coupe une partie des cylindres en fonctionnement en charge partielle par interruption de l'alimentation en carburant du cylindre concerne et par mise à l'arrêt et fermeture de ses soupapes d'admission et de ses soupapes d'échappement, jusqu'à la remise en activité du cylindre à des charges de fonctionnement plus élevées du moteur à combustion interne. Par la mise à l'arrêt d'un cylindre ou d'une partie des cylindres, on peut nettement réduire la consommation de carburant en fonctionnement en charge partielle en particulier dans le cas de moteurs à grande cylindrée. Dans ce cas, on interrompt l'alimentation en carburant du cylindre à couper et on met à l'arrêt et on ferme les soupapes d'admission et les soupapes d'échappement du cylindre, jusqu'à la remise en activité du cylindre. On connaît du document DE 33 15 396 Al également un moteur à combustion interne à plusieurs cylindres dans lequel un dispositif de commande ferme seulement la soupape d'admission du cylindre coupé et continue à ouvrir la soupape d'échappement de ce cylindre pendant le temps d'expulsion et le temps d'aspiration. Ainsi, on doit pourvoir faire fonctionner le moteur à combustion interne de façon calme et équilibrée dans des conditions en charge partielle, car on évite une compression considérée nuisible de l'air resté dans le cylindre coupé. Cependant, il s'est avéré qu'à l'égard d'une économie de carburant aussi prononcée que possible pendant la coupure du cylindre, une mise à l'arrêt des soupapes d'échange des gaz est avantageuse. Les cylindres continuant la combustion travaillent à une compression élevée, tandis que les cylindres coupés suivent seulement avec des soupapes fermées. Lors de l'inversion du mode de fonctionnement actif des cylindres vers le mode de fonctionnement coupé et inversement, des à-coups de fonctionnement peuvent apparaître que le conducteur d'un véhicule automobile entraîné par le moteur à combustion interne ressent comme désagréable. Le potentiel d'économie de carburant dépend tout considérablement de savoir à quelle fréquence le moteur à combustion interne peut fonctionner en mode de fonctionnement à cylindres coupés. Une fréquence d'inversion élevée présuppose une très bonne qualité d'inversion entre le fonctionnement de tous les cylindres et le mode coupe afin d'obtenir le plus grand confort de circulation possible. Pour une coupure des cylindres dans le but d'économiser du carburant, le document DE 196 06 402 C2 prévoit un motif de coupure pour atteindre un meilleur équilibre du moteur à combustion interne, motif dans lequel chaque cycle de travail actif est suivi par deux"ratés"que l'on peut engendrer par coupure de l'alimentation en carburant. Pour éviter la pression d'inversion, le document DE 199 07 851 Al prévoit l'intervention de freins actionnés par voie externe. Une mesure prise en supplément pour éviter la pression d'inversion est une variation de l'angle d'allumage et une variation du papillon des gaz qui doivent être provoquées par la commande du moteur. L'objectif sous-jacent à la présente invention est de proposer un procédé pour le fonctionnement d'un moteur à combustion interne à plusieurs cylindres, dans lequel on obtient la plus grande économie de carburant possible pendant le fonctionnement coupé d'une partie des cylindres tout en assurant un comportement calme en fonctionnement du moteur à combustion interne lors de l'inversion entre un cylindre actif et un cylindre coupé. Cet objectif est atteint grâce à la présente invention. Conformément à l'invention, pendant les opérations d'inversion entre le fonctionnement actif et le fonctionnement coupé du cylindre, une ouverture de compensation de la soupape d'échappement s'effectue indépendamment de ses temps de commande pour l'échange des gaz pour le fonctionnement actif, ouverture qui a lieu en supplément à la coupure d'un cylindre. Dans ce cas, l'enseignement sous-jacent à l'invention est que lors d'une opération de coupure immédiatement après le dernier cycle de travail actif, des pertes en puissance accrues apparaissent à cause du travail de compression. Grâce à une brève ouverture de la soupape d'échappement du cylindre coupe après la dernière combustion, le travail de compression du piston est réduit et la qualité d'inversion lors de la coupure du cylindre est ainsi améliorée. L'ouverture de compensation supplémentaire de la soupape d'échappement s'effectue au moins pendant le premier temps de travail non actif, la durée de l'ouverture de compensation étant avantageusement prédéterminée par une unité de commande en fonction de l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne et raccourcie de plus en plus pendant les temps de travail suivants. Grâce à ceci, la proportion perdue par le travail de compression est d'une part rapidement réduite et les soupapes d'échange des gaz peuvent d'autre part être amenées dans la position fermée désirée pour économiser du carburant, et ceci sans à-coups de fonctionnement. Judicieusement, l'ouverture de compensation de la soupape d'échappement s'effectue dans un intervalle temporel qui se situe à l'intérieur de la zone angulaire du vilebrequin du temps de commande à l'ouverture de la soupape d'échappement lors de l'échange des gaz pendant le fonctionnement actif. On obtient une simplification du pilotage de la soupape d'échappement lorsque l'instant d'ouverture de la soupape d'échappement lors de l'ouverture de compensation correspond à l'instant d'ouverture dans le fonctionnement actif. Avantageusement, la durée de l'ouverture de compensation est prédéterminée par définition de l'instant de fermeture de la soupape d'échappement en fonction du point de fonctionnement du moteur à combustion interne. Lors de l'inversion depuis le fonctionnement coupé vers le fonctionnement actif, on obtient, grâce à l'ouverture de compensation conforme à l'invention, un comportement calme en fonctionnement en évitant une sur-expansion des gaz enfermés dans la chambre de combustion en avant du premier cycle de travail actif. L'ouverture de compensation est prévue avantageusement à la place des temps de commande pour l'échange des gaz de la soupape d'échappement pendant le fonctionnement normal du moteur à combustion interne, ce pourquoi l'intervalle d'échappement est brièvement décalé. Grâce à ceci, on réduit considérablement les pertes de pompage qui se produisent lors de la première ouverture de la soupape d'échappement dans le cadre de l'échange des gaz, lorsque la soupape d'échappement s'ouvre dans la plage du point mort bas du mouvement du piston et qu'une dépression règne dans la chambre de combustion dans le cylindre coupe auparavant. L'ouverture de compensation qui représente la première ouverture de la soupape d'échappement après la phase coupée du cylindre s'effectue judicieusement dans une plage angulaire du vilebrequin pendant le temps de travail qui se situe à mi-course du piston. L'instant d'ouverture de la soupape d'échappement qui se situe, lors du fonctionnement en combustion, dans la plage du point mort bas est décalé par la situation de l'ouverture de compensation, de sorte que lors de la mise en service immédiate du cylindre, il se produit entre la chambre de combustion et le circuit d'échappement une différence de pression plus petite que lors de l'ouverture de la soupape d'échappement pendant le fonctionnement normal. De manière particulièrement avantageuse, l'ouverture de compensation s'effectue pendant le temps d'expulsion du piston, grâce à quoi les gaz d'échappement enfermés peuvent être expulsés immédiatement lors de l'ouverture tardive de la soupape d'échappement à mi-course du piston suite à la phase inférieure dans la chambre de combustion. Grâce à l'omission des phases transitoires entre le mode de fonctionnement actif et le mode de fonctionnement coupé, le procédé conforme à l'invention permet de connaître à l'avance exactement les pertes de puissance du moteur à combustion interne après l'opération d'inversion. Grâce à ceci, on peut procéder à une commande pilote précise des couples de rotation à émettre par les cylindres individuels. L'application de fonctions de transmission dans l'unité de commande n'est donc pas nécessaire, par exemple une variation de l'instant d'allumage pendant la phase de commutation ou des mesures similaires. Ceci permet une exploitation considérablement plus fréquente du fonctionnement avantageux à l'égard de la faible consommation du moteur à combustion interne à cylindres coupés. Un exemple de réalisation de l'invention sera expliqué plus en détail dans ce qui suit en se rapportant aux dessins. Les figures montrent : figure 1, une vue schématique d'un moteur à combustion interne à plusieurs cylindres ; figure 2, une illustration graphique de l'évolution de la pression dans la chambre de combustion lors de l'opération de coupure du cylindre ; figure 3, une illustration graphique de l'évolution de la pression lors de l'inversion vers le fonctionnement actif avec ouverture de compensation tardive ; et figure 4, une illustration graphique de l'évolution de la pression lors de l'inversion vers le fonctionnement actif avec ouverture de compensation avancée. La figure 1 montre un moteur à combustion interne à allumage par étincelle comportant plusieurs cylindres 2 dans lesquels est agencé un piston respectif 3 mobile longitudinalement qui entraîne en rotation un vilebrequin 4 dans un mécanisme à vilebrequin. À chaque cylindre 2 est associé un injecteur 5 pour l'injection directe de carburant dans le cylindre. Dans chaque temps de travail du cylindre 2, un échange des gaz est effectué de manière connue en soi, pendant lequel des gaz frais pour la combustion du carburant sont admis par ouverture d'une soupape d'admission 6 et les gaz d'échappement brûlés sont expulsés par les pistons 3 par ouverture de la soupape d'échappement 7. Les soupapes d'échange des gaz 6,7 sont actionnées par un entraînement de soupape 8. Dans ce cas, on utilise un entraînement de soupape réglable de façon variable, au moyen duquel on peut régler dans chaque cycle de travail des temps de commande individuels de la soupape d'admission et de la soupape d'échappement, par exemple des commandes à soupapes électromagnétiques ou des commandes à soupapes électro-hydrauliques. L'entraînement de soupape 8 est réglé par une unité de commande 9 qui détermine ainsi les temps de commande de soupape. Une partie des cylindres 2 est susceptible d'être coupée à des charges de fonctionnement L faibles, et les cylindres toujours actifs continuent de travailler à une compression élevée, grâce à quoi on peut obtenir une économie de carburant. Dans ce cas, on peut couper un ou plusieurs cylindres 2, par exemple également l'un des blocs de cylindres A, B comportant plusieurs cylindres 2. Pour couper le cylindre, on interrompt l'alimentation en carburant du cylindre concerné et on met à l'arrêt et on ferme les soupapes d'admission 6 et les soupapes d'échappement 7 jusqu'à la remise en activité du cylindre 2 lors de charges de fonctionnement plus élevées du moteur à combustion interne. L'unité de commande 9 provoque ici, par des signaux de commande correspondants pour l'injecteur 5 du cylindre 2 à couper, qu'il n'y a pas de poursuite de l'injection de carburant et elle met à l'arrêt les soupapes de changement des gaz susceptibles d'être entraînées individuellement de ce cylindre 2. Lorsque l'exigence d'une charge de fonctionnement plus élevée L est communiquée à l'unité de commande, une partie des cylindres coupes 2 ou bien tous sont remis en service en correspondance de l'augmentation de l'exigence de charge L. Pour éviter des à-coups de fonctionnement du moteur à combustion interne 1 lors de la coupure d'un ou de plusieurs cylindres 2 ou lors de la remise en service, on prévoit conformément à l'invention une ouverture de compensation supplémentaire de la soupape d'échappement indépendamment de ses temps de commande pour l'échange des gaz pour le fonctionnement actif. Lors de la coupure d'un cylindre 2, la soupape d'échappement 7 est donc ouverte encore une fois après la mise à l'arrêt des soupapes d'admission. Les effets de l'ouverture de compensation conforme à l'invention seront expliqués dans ce qui suit en se rapportant à l'illustration graphique de l'évolution de pression dans la chambre de combustion de la figure 2. Dans ce cas, dans la partie avant de l'évolution de pression, on voit une pointe de pression dans la plage angulaire du vilebrequin de 360 , pointe qui est provoquée par le mouvement de compression du piston et par l'expansion des gaz par combustion. Pendant le temps de travail qui suit, la soupape d'échappement est ouverte dans la plage du point mort bas, et les gaz d'échappement brûlés sont expulsés pendant l'intervalle d'ouverture A. Ensuite, par ouverture de la soupape d'admission pendant l'intervalle d'ouverture E, on permet l'alimentation en gaz frais pour le temps de travail suivant. Après le dernier temps de travail actif et après la pointe de pression correspondante qui se situe approximativement à un angle de vilebrequin de 1080 , l'alimentation en carburant est interrompue pour couper le cylindre et les soupapes d'échange des gaz sont mises à l'arrêt. Pendant le premier temps de travail non actif, une ouverture de compensation D de la soupape d'échappement s'effectue conformément à l'invention, les gaz d'échappement pouvant être expulsés hors du cylindre. De cette manière, un état stationnaire de pointes de pression P des temps de travail suivants s'établit tout de suite, grâce à quoi on réduit considérablement les pertes de puissance par le travail de compression du piston et il n'y a pas d'influences sur la marche calme du moteur à combustion interne lors de la coupure du cylindre. L'ouverture de compensation D s'effectue au moins pendant le premier temps de travail non actif, mais il peut également être judicieux de prévoir de courts intervalles d'ouverture sur plusieurs temps de travail pour l'ouverture de compensation D. La durée de l'ouverture de compensation est déterminée par l'unité de commande en dépendance de l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne, et dans le cas de plusieurs opérations de compensation de pression, la durée temporelle de l'ouverture de compensation D est raccourcie dans les temps de travail suivants. L'ouverture de compensation D s'effectue dans un intervalle temporel qui se situe à l'intérieur de la plage angulaire du vilebrequin du temps de commande à l'ouverture de la soupape d'échappement lors du fonctionnement actif. Dans le présent exemple de réalisation, l'ouverture de compensation commence à un instant qui correspond à l'instant d'ouverture de la soupape d'échappement lors de l'ouverture d'échappement A dans le fonctionnement actif, où l'on obtient le plus petit écart possible par rapport aux temps d'ouverture de la soupape d'échappement. L'instant de fermeture de la soupape d'échappement pendant l'ouverture de compensation D est déterminé en fonction de la charge de fonctionnement du moteur à combustion interne et il est réglé de telle sorte qu'une quantité de gaz d'échappement est expulsée qui est juste exacte pour que pendant la course suivante du piston un équilibre s'établisse entre la surpression au point mort haut du mouvement du piston et la dépression au point mort bas. Dans ce cas, on obtient instantanément un état stationnaire de la pression maximale dans la chambre de combustion, et pendant les temps de travail suivants il est simplement nécessaire de compenser la modification de densité des gaz d'échappement enfermés provoquée par la réduction de la température. Cette compensation peut s'effectuer automatiquement par une fuite, et une ouverture de compensation supplémentaire peut également être judicieuse, comme déjà mentionné. La figure 3 montre l'évolution de la pression dans la chambre de combustion lors de l'opération d'inversion pour passer du fonctionnement mis à l'arrêt vers le fonctionnement actif. Pendant les temps de travail actifs, dans la partie arrière de l'illustration graphique de l'évolution de pression, on voit des pointes de pression P'plus élevées, qui se produisent dans le premier temps de travail actif entre un angle de vilebrequin de 720 et un angle de vilebrequin de 1440 en raison de l'expansion des gaz de combustion. Le temps de travail actif commence par l'ouverture E de la soupape d'admission et il se termine par la fermeture de la soupape d'échappement A. Conformément à l'invention, dans le dernier temps de travail non actif, une ouverture de compensation D de la soupape d'échappement s'effectue à une faible différence de pression entre la chambre de combustion et le circuit d'échappement, indépendamment de ses temps de commande pour l'échange des gaz. Ainsi, les pertes de pompage sont évitées par une sur-expansion des gaz enfermés dans la chambre de combustion immédiatement avant de mettre en service le cylindre. L'ouverture de compensation D commence dans le dernier temps de travail non actif du cylindre dans une plage angulaire du vilebrequin qui correspond approximativement à la moitié de la course du piston, ce pourquoi on minimise la différence de pression à surmonter par le piston entre la chambre de combustion et le circuit d'échappement. Le début de l'intervalle d'ouverture A de la soupape d'échappement pendant l'échange des gaz se situe habituellement dans la plage du point mort bas et il est décalé, dans le cadre de l'ouverture de compensation précédente, jusque dans la plage de la moitié de la course de piston. Dans l'exemple de réalisation du procédé conforme à l'invention selon la figure 3, le début de l'ouverture de compensation D est décalé dans le sens d'une"ouverture tardive"et il s'effectue donc lors du mouvement ascendant du piston. Ainsi, les gaz d'échappement situes dans le cylindre peuvent être expulsés immédiatement hors du cylindre. La figure 4 montre une variante du procédé de la figure 3, l'ouverture de compensation D commençant également à un instant auquel le piston se trouve à mi-course. Dans ce cas, le début d'ouverture pendant l'ouverture de compensation D par rapport à l'instant d'ouverture pendant l'ouverture A pour l'échange des gaz de la soupape de compensation est décalé dans le sens"avance"et il s'effectue pendant le mouvement descendant du piston. Lorsque la soupape d'échappement est ouverte pendant l'ouverture de compensation D, les gaz d'échappement sont tout d'abord aspirés hors du circuit d'échappement jusque dans le cylindre, et uniquement après ceci ils sont de nouveau expulsés pendant le mouvement ascendant. En raison de la réduction des différences de pression, cet échange des gaz qui s'effectue sans combustion a lieu à des vitesses d'écoulement faibles, ce pourquoi on réduit la proportion représentée par les pertes de pompage dans le travail du piston. 113Revendications 1. Procédé pour le fonctionnement d'un moteur à combustion interne à plusieurs cylindres, dans lequel on coupe une partie des cylindres (2) en fonctionnement en charge partielle par interruption de l'alimentation en carburant du cylindre concerné (2) et par mise à l'arrêt et fermeture de ses soupapes d'admission (6) et de ses soupapes d'échappement (7), jusqu'à la remise en activité du cylindre (2) à des charges de fonctionnement plus élevées (L) du moteur à combustion interne (1), caractérisé en ce que pendant les opérations d'inversion entre le fonctionnement actif et le fonctionnement coupé du cylindre (2), une ouverture de compensation (D) de la soupape d'échappement (7) s'effectue indépendamment de ses temps de commande pour l'échange des gaz pour le fonctionnement actif. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lors de la coupure du cylindre (2) l'ouverture de compensation (D) est prévue au moins pendant le premier cycle de travail non actif, la durée de l'ouverture de compensation étant déterminée par une unité de commande (9) en fonction de l'état de fonctionnement (L) du moteur à combustion interne (1). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la durée de l'ouverture de compensation (D) est de plus en plus raccourcie dans les cycles de travail suivants. 4. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'ouverture de compensation (D) de la soupape d'échappement s'effectue dans un intervalle temporel qui se situe à l'intérieur de la zone angulaire du vilebrequin correspondant au temps de commande à l'ouverture de la soupape d'échappement (7) pendant le fonctionnement actif. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'instant d'ouverture de la soupape d'échappement (7) lors de l'ouverture de compensation (D) correspond à l'instant d'ouverture dans le fonctionnement actif. 6. Procédé selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l'instant de fermeture de la soupape d'échappement (7) lors de l'ouverture de compensation (D) est prédéterminé en fonction de la charge de fonctionnement (L) du moteur à combustion interne (1). 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lors de l'inversion depuis le fonctionnement coupé vers le fonctionnement actif, l'ouverture de compensation (D) s'effectue dans une plage angulaire de vilebrequin pendant le cycle de travail qui se situe approximativement à mi-course d'un piston (3) mobile longitudinalement dans le cylindre (2). 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'ouverture de compensation (D) est prévue pendant le cycle d'expulsion. 9. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que l'ouverture de compensation (D) est prévue à la place des temps de commande pour l'échange des gaz de la soupape d'échappement (7) en fonctionnement normal.