Brevet FR2854204A1 — publié le 20041029

La présente invention concerne un procédé pour démarrer un moteur à combustion interne sans démarreur. Un tel procédé de démarrage est désigné parfois comme démarrage instantané. Le moteur à combustion interne comporte un ou plusieurs cylindres contenant chacun un piston mobile dont un au moins se trouve à l'intérieur d'un champ de positions défini pour le procédé de démarrage. Le terme "démarrage instantané" désigne de préférence la procédure de démarrage d'un moteur à essence fonctionnant avec une injection directe de carburant sans utiliser un démarreur conventionnel. Après l'arrêt du moteur, on peut le démarrer à nouveau en injectant une certaine quantité de carburant dans un des 10 cylindres qui forme un mélange inflammable avec la quantité d'air se trouvant dans le cylindre. Ce mélange est fait exploser par un procédé d'allumage, et le couple ainsi formé fait tourner le moteur. Ce procédé est une partie essentielle d'une stratégie de marche/arrêt pour un moteur à combustion interne faisant une économie de carburant. Le démarrage instantané est utilisé par exemple en ville dans le trafic 15 discontinu (comportant des arrêts et des démarrages fréquents). Le procédé de démarrage instantané peut être exécuté essentiellement lorsque des conditions bien définies sont remplies pour le démarrage. Parmi ces conditions, il y a par exemple une température de fonctionnement du moteur suffisante ainsi que le critère que le piston de cylindre à allumer se trouve dans une 20 certaine position. Un allumage n'est en principe raisonnable que si les soupapes sont fermées et que le piston se trouve avant un mouvement descendant dans la bonne direction, à savoir que seules les positions qui se trouvent entre le point mort haut d'allumage et l'angle du vilebrequin suivant de 1800 environ entrent en ligne de compte. Ce domaine est encore limité davantage puisque les régions autour des 25 points morts ne peuvent pas être utilisées. Il faut également prendre en considération qu'il y a trop peu d'air dans le cylindre autour du point mort haut, et qu'au point mort bas, le piston ne peut plus délivrer de couple au vilebrequin. Finalement, il ne reste pour le démarrage instantané qu'une bande très étroite dans la région d'environ 90 du vilebrequin après le point mort haut d'allumage. Une autre condition décisive d'un démarrage instantané couronné de succès, hormis la bonne position du piston, et donc la bonne position angulaire du vilebrequin, est que le carburant est injecté dans le cylindre à allumer dans un état et en quantité corrects. On connaît du document DE 197 43 492 Ai que le carburant est injecté lors 35 d'un démarrage instantané du moteur à combustion interne par une première injection directement dans la chambre de combustion dont le piston associé se trouve dans la phase de travail. Il est également décrit dans le document DE 197 43 492 Ai qu'on peut utiliser différentes "stratégies" pour le démarrage instantané. Dans ces "stratégies" différentes, le carburant est injecté ou bien avec la pression du rail HP (haute pression) ou avec la pression du rail de la pompe de carburant électrique (EKP). Le document DE 197 41 294 Ai décrit un procédé pour le démarrage instantané dans lequel le vilebrequin est tourné dans la position de démarrage par un moteur électrique. Lorsque la position de démarrage du vilebrequin est atteinte, on allume le carburant injecté dans un cylindre de démarrage. Le moteur électrique peut être utilisé lors du procédé de démarrage subséquent pour appliquer un couple 10 additionnel au vilebrequin. Lorsque le moteur à combustion tourne normalement, celui-ci doit commuter à partir du fonctionnement générateur en fonctionnement moteur. Le procédé selon l'invention a pour objectif de fournir un procédé de démarrage pour le démarrage instantané d'un moteur à combustion interne qui 15 fonctionne de façon fiable avec des moyens simples et qui produit peu de gaz d'échappement avec une consommation faible d'énergie. Selon l'invention, cet objectif est atteint par un procédé pour démarrer un moteur à combustion interne sans démarreur, le moteur à combustion interne comportant un ou plusieurs cylindres dont chacun comprend un piston mobile, au 20 moins un de ces pistons étant situé à l'intérieur d'un champ de positions définies pour le processus de démarrage, caractérisé en ce qu'une commande calcule une quantité de carburant à injecter et des paramètres d'allumage en fonction des valeurs de fonctionnement dans les cylindres. Le procédé selon l'invention peut en outre présenter une ou plusieurs des 25 caractéristiques avantageuses suivantes: - la commande calcule une pression interne de cylindre dans au moins un des cylindres; - la pression interne de cylindre est calculée en fonction de la pression environnante et/ou d'une température du moteur à combustion interne; - le calcul de la pression interne de cylindre est effectué en fonction de la durée écoulée depuis l'arrêt du moteur à combustion interne; - la pression interne de cylindre est déterminée en fonction d'une position de piston actuel; - la commande calcule une température d'air dans au moins un des cylindres; 35 - la température d'air est calculée en fonction de la température de l'air environnant et/ou d'une température du moteur à combustion interne; - la pression interne de cylindre est déterminée en fonction de la durée écoulée depuis l'arrêt du moteur à combustion interne; - la commande comporte un compteur qui est incrémenté lors de chaque cycle du processus de démarrage; - la commande calcule la durée du processus d'injection; la commande transmet la durée de l'injection et, dans le cas d'une injection multiple, l'intervalle entre deux processus d'injection successifs à une commande d'injection; - les paramètres pour commander l'allumage sont calculés; - la commande reçoit une valeur de consigne de lambda du mélange air/carburant; - la commande prévoit dans chaque cycle deux processus d'injection dont un premier processus d'injection utilise un mélange légèrement appauvri, de préférence ayant un lambda d'environ 1,02 à 1,10, et un second processus d'injection suivant 15 prévoit un nuage de mélange riche directement autour de la bougie, de sorte qu'un lambda total ayant une valeur d'environ lambda = 1 est formé. Le procédé selon l'invention pour lancer un moteur à combustion interne sans démarreur est basé sur le fait qu'au moins un des pistons se trouve à l'intérieur d'un champ de position approprié à l'action de démarrage. Une commande détermine 20 dans la position de démarrage une quantité de carburant à injecter, de manière préférentielle une durée d'injection du carburant, et des paramètres d'allumage dépendant des états de fonctionnement dans les cylindres. Dans les solutions connues de l'état de la technique, en particulier du document DE 197 43 492 AI, on ne prescrit pas une stratégie rigide au procédé selon l'invention, indépendamment de 25 l'état dans la chambre de combustion. Par contre, on détermine la quantité de carburant ainsi que les paramètres d'allumage en fonction des états de marche dans la chambre de combustion du cylindre. Selon une réalisation préférée du procédé selon l'invention, la commande détermine une pression interne du cylindre dans au moins un des cylindres. La 30 pression interne du cylindre peut être modelée ou mesurée. La pression interne du cylindre permet de prendre en considération la masse d'air dans la chambre de combustion lorsqu'on détermine la quantité du carburant. On peut également tenir compte du gaz résiduel dans la chambre de combustion à l'aide d'une estimation du gaz résiduel de sorte que l'air frais réel peut être considéré lors de la détermination 35 de la quantité de carburant. La partie de la commande prévue pour calculer la pression interne du cylindre, effectue le calcul également en fonction de la pression environnante et/ou d'une température du moteur à combustion interne. La température du moteur à combustion interne peut être par exemple la température de l'huile, la température de 5 l'eau de refroidissement ou la température d'une composante. Mais il peut également être envisagé de calculer une température à partir de différentes températures et de conditions de l'environnement ou du fonctionnement, respectivement. Dans une réalisation préférée du procédé selon l'invention, le calcul de la pression interne du cylindre est effectué en fonction de la durée écoulée depuis l'arrêt 10 du moteur à combustion interne. Ceci tient compte du fait que des différences de pression s'égalisent dans le temps et que les différences de température s'égalisent également. Le modèle de la pression interne du cylindre prend en considération les trois mécanismes suivants de la perte de pression: perte de pression sur les soupapes, 15 perte de pression sur le passage annulaire des segments de piston, et perte de pression sur la coupure des segments de piston. La perte de pression est considérée de préférence sous forme de courant gazeux dans un passage étroit de joint. La formule suivante s'applique: dV b*Ap*h3 dt 12*,1*L Dans cette formule, dV/dt est le courant volumique s'écoulant dans le passage, b est la dimension du passage du joint perpendiculairement à la différence de pression Ap entre la chambre de combustion et l'environnement, il la viscosité de l'air et L la dimension du passage de joint parallèle à la différence de pression. Conjointement à la formule pour la densité d'un milieu m dans laquelle m est la masse, V le volume et p la densité, la perte de masse à travers ces endroits d'étranglement est prise en compte. La perte de pression sur la coupure des segments de piston peut être calculée comme phénomène d'étranglement sur un diaphragme. Ici également, les relations physiques 30 fondamentales sont utilisées pour le calcul. Des paramètres influents dont la valeur ne peut pas être prédéterminée de manière exacte, par exemple l'action d'étanchéité de l'huile entre le segment du piston et la paroi du cylindre, sont enregistrés dans des champs caractéristiques et utilisés pour les calculs. Pour la lecture des champs caractéristiques, les valeurs d'entrée qui sont à disposition sont combinées en correspondance. Dans une réalisation préférée, la pression interne du cylindre est également déterminée en fonction de la position actuelle du piston. La position actuelle du 5 piston fournit le volume de la chambre de combustion, et il est avantageux de l'utiliser afin d'améliorer les valeurs de la pression interne du cylindre. De préférence, la pression interne du cylindre est mesurée selon des procédés appropriés. À côté du modèle ci-dessus pour calculer la pression, la commande est également équipée d'un modèle pour calculer la température. La commande selon 10 l'invention calcule de préférence une température d'air de la masse d'air restante dans au moins un des cylindres. Le modèle pour calculer la température du gaz se fonde dans ce cas sur la formule de la transmission de chaleur Q = a*A*t*AT et sur la formule du réchauffement ou, respectivement, du refroidissement d'un corps Q = c*m*AT. Dans 15 ces formules, Q est l'énergie apportée ou éliminée par la chaleur, A est la dimension de la surface de transmission, a est le coefficient de transmission de chaleur, t le temps de la transmission de chaleur, AT la différence de température et c la capacité calorifique spécifique d'un corps et m la masse de celui-ci. Le calcul des valeurs nécessaires est effectué de préférence par des opérations mathématiques ou par la 20 combinaison des paramètres individuels avec des champs caractéristiques. Le calcul de la température d'air dans la chambre de combustion est effectué en fonction de la température de l'air d'admission et/ou d'une température du moteur à combustion interne. On peut se référer ici également à nouveau à une des températures de fonctionnement possibles du moteur à combustion interne, ou bien 25 on peut définir et calculer à l'aide de températures différentes et d'autres états de fonctionnement, une température appropriée à titre de remplacement de la température du moteur à combustion interne. Dans la détermination de la température de l'air environnant, on utilise de préférence également la durée qui s'est écoulée depuis l'arrêt du moteur à combustion interne. Afin de mettre à disposition de la commande selon l'invention l'information du cycle du processus de démarrage qui se trouve le moteur à combustion interne, on prévoit un compteur dans la commande qui est incrémenté lors de chaque cycle du procédé de démarrage. La commande calcule de préférence la durée du processus d'injection. La 35 commande transmet la durée de l'injection à une commande d'injection et, dans le cas d'une injection multiple, en plus des durées d'injection individuelles, le retard entre deux processus d'injection. La commande calcule également des paramètres pour l'activation de l'allumage et les transmet à une commande d'allumage. Selon une exécution préférée, la commande reçoit une valeur de consigne de lambda pour le mélange air/carburant. La commande travaille de manière préférée avec deux processus d'injection, dont un premier processus d'injection prévoit un mélange légèrement appauvri, de préférence ayant une valeur lambda d'environ 1,02 à 1,10, et un second processus suivant d'injection produisant un mélange plus riche 10 un niveau de la bougie de manière à produire un gaz d'échappement ayant une valeur lambda de 1. On explique dans ce qui suit un exemple d'exécution du procédé selon l'invention à l'aide des figures. Celles-ci représentent: la figure 1: un diagramme fonctionnel schématique de la commande selon 1 5 l'invention, les figures 2A et 2B: un schéma général du procédé de commande et la figure 3: une application du procédé selon l'invention à un moteur à combustion interne, dans une vue schématique. La figure 1 montre le procédé selon l'invention pour commander le démarrage 20 d'un moteur à combustion interne sans démarreur. Lorsque le moteur à combustion interne se trouve réchauffé par la marche précédente à une température proche de la température de fonctionnement, il est possible de redémarrer le moteur à combustion interne sans utiliser un démarreur. Dans le trafic discontinu, le démarrage instantané aide à éviter des émissions inutiles. La figure 1 montre un diagramme fonctionnel schématique dans lequel l'étape montre l'arrêt du moteur à combustion interne. Dans l'étape 12, un compteur est incrémenté qui détermine la durée (TAFTERSTOP) qui s'est écoulée depuis l'arrêt du moteur à combustion interne. En réponse à une demande de couple moteur, par exemple l'actionnement de la pédale des gaz 14, un signal de demande 16 pour un 30 redémarrage du moteur à combustion interne (LV REQ IST) est produit. A côté de l'utilisation de la pédale 14 pour déclencher le signal de demande 16, on peut également imaginer d'autres dispositifs pour déclencher le démarrage instantané. Dans une étape 18, les états de fonctionnement des cylindres sont calculés. Un modèle calcule de préférence la pression interne régnant dans le cylindre pendant 35 qu'un deuxième modèle calcule la température d'air dans le cylindre. Au cours de l'étape 18, des signaux de commande sont générés à partir des états de fonctionnement qui sont alors traduits dans une étape suivante 20 par une injection de carburant connue en soi ainsi que par une commande d'allumage également connue. Aussi longtemps qu'un état de fonctionnement stable n'est pas atteint, le procédé retourne par le chemin 22 à l'étape 18 dans laquelle la quantité de carburant 5 et les paramètres d'allumage sont de nouveau calculés. Si le moteur à combustion interne est en plein fonctionnement, le processus de démarrage est terminé et le fonctionnement normal 24 se poursuit. Les figures 2A et 2B montrent le procédé selon l'invention en détail. Un modèle 26 de la pression dans le cylindre calcule la pression régnant dans 10 la chambre de combustion du cylindre (PRSCYLIST). La pression du cylindre est calculée en fonction de la pression environnante 28 (AMP), de la température du moteur à combustion interne 30 (TEMP ENG) ainsi que de la durée 32 écoulée depuis l'arrêt du moteur à combustion interne (TAFTERSTOP). En plus des grandeurs mentionnées ci-dessus, on considère naturellement également la valeur 15 actuelle de la position du piston 34 (POSCYLISTAV) car cette valeur détermine le volume de la chambre de combustion. Au moment du début du processus de démarrage, un compteur (non représenté) est remis à zéro, ce qui a pour résultat qu'une variable de compteur 36 (CYCCPRIST) est appliquée à chacun des modules et est incrémentée avec 20 chaque cycle du processus de démarrage. En plus du modèle pour calculer la pression dans le cylindre, un modèle 38 est prévu pour calculer la température du cylindre (TEMPCYL-IST). Des valeurs d'entrée du modèle de calcul de la température sont la température de l'air d'admission 40 (TIA), une température 30 du moteur à combustion interne 25 (TEMP_ENG), la durée 32 (TAFTER_STOP) depuis l'arrêt du moteur à combustion interne, et la valeur actuelle de comptage 36 (CYC CTR IST). Les grandeurs déterminées pour les modèles 26 et 38 concernant la pression et la température dans la chambre de combustion, sont appliquées conjointement à la position du cylindre à un modèle de masse d'air 42. Une estimation de gaz résiduel qui considère la fraction du gaz résiduel provenant du recyclage interne et externe peut être utilisée en plus pour une détermination plus exacte de la masse d'air qui se trouve dans la chambre de combustion. Dans un autre module, la valeur de consigne du mélange air/carburant est 35 déterminée. Cette valeur de consigne dépend de la pression interne du cylindre 46 (PRSCYL_IST), calculée dans le modèle 26, ainsi que de la température de cylindre 48 (TEMPCYL IST) calculée dans le modèle 38. La valeur de consigne de lambda dépend d'ailleurs de la position actuelle du piston 34. Afin de déterminer la valeur de consigne de lambda en fonction de la durée du processus de démarrage déjà consommée, la valeur de compteur 36 (CYCCTRIST) est également appliquée au modèle 44. Dans le modèle 44, le nombre des processus d'injection 50 nécessaires (NRINJIST) est déterminé. Une valeur lambda de consigne 52 est associée à chacun des processus d'injection ainsi déterminés. On travaille de préférence avec deux processus d'injection, le premier processus utilisant un mélange légèrement 10 appauvri et le second processus d'injection prévoyant un mélange riche au voisinage de la bougie, de sorte qu'un lambda total proche de lambda = 1 est obtenu. De cette façon, on peut amener une explosion produisant un couple sans l'utilisation d'une quantité augmentée de carburant dans toute la chambre de combustion. La durée d'injection 54 (TlIn) pour chacun des processus d'injection 50 est 15 calculée dans le module 56. Des valeurs d'entrée pour ce calcul sont, hormis la pression interne du cylindre 46 (PRSCYL IST), la température de gaz dans le cylindre 48 (TEMPCYL IST), ainsi que la valeur ou les valeurs de lambda 52 (LAMB-SPn), ainsi que le nombre de processus d'injection 50 (NR-INJIST). Pour calculer la durée d'injection, on a encore besoin de valeurs de la pression de 20 carburant 58 (FUP) et de la température du carburant 60 (TEMPFUEL). La durée calculée d'injection 54 est transmise à une commande d'injection 62. En même temps, la valeur de la durée d'injection est présente à un module de commande de démarrage 64. Le module de commande de démarrage est également dénommé programmeur de démarrage instantané. Le module de 25 commande de démarrage 64 calcule l'intervalle de temps 66 entre deux processus d'injection successifs (T_DLYIST_TI_n_n+1). La valeur de l'intervalle de temps entre deux processus d'injection successifs est déterminée ici individuellement pour une durée d'injection. En plus, le module de commande 64 détermine un jeu de paramètres d'allumage 68 (IGCOPARAMETER). La variable de compteur 36 est 30 également incrémentée et retournée vers le début du procédé. Le calcul des paramètres d'allumage 68 et l'intervalle entre deux processus d'injection successifs 66 est déterminé en fonction de la température de cylindre 48 (TEMP CYL IST), de la pression de cylindre 46 (PRS CYL IST), de la valeur effective de la masse d'air dans le cylindre 70, calculée dans l'étape 42 (MASS AIRCYLISTAV) ainsi qu'une 35 valeur minimale 72 de la masse d'air (MASSAIRCYLISTIMIN). En plus, les durées d'injection 54 (Tl_n) ainsi que le nombre des processus d'injection 50 (NRINJIST) sont mis à disposition du dispositif de commande 64. Le calcul est déclenché par un signal de demande 74 (LV REQIST), les modules 26, 38, 42 et 44 calculant en continu leurs valeurs. La figure 3 montre un exemple d'application du procédé selon l'invention dans un moteur à combustion interne, représenté schématiquement. Pour plus de clarté, on n'a représenté qu'un seul cylindre 76 comportant un piston 78. Le piston 78 est relié par une bielle 80 à un vilebrequin 82. Un capteur 84 détermine la position du vilebrequin et donc également la position du piston 78. Cette position est transmise à 10 une commande de moteur 86 pour connaître si les conditions nécessaires au démarrage instantané sont présentes. La chambre de combustion du cylindre 76 est alimentée en air frais par l'entrée 88. Après le processus de combustion dans le cylindre, les gaz de combustion sont éliminés par la sortie 90. On n'a pas représenté en vue d'une plus grande clarté les soupapes de changement de gaz du cylindre. 15 Les gaz d'échappement sont mesurés dans un régulateur lambda 92 en vue de polluants individuels, et les valeurs lambda sont transmises à la commande de moteur 86. Un recyclage de gaz d'échappement 94 est représenté schématiquement sans la commande. Pour la commande de moteur 86, les capteurs 96, 98 mesurent la pression extérieure 28 (AMP) et la température 30 (TEMP ENG) du moteur à 20 combustion interne. Une horloge 100 détermine la durée écoulée depuis l'arrêt du moteur à combustion interne. Dans la commande de moteur 86, on prévoit un modèle de pression 102 et un modèle de température 104 pour l'intérieur du cylindre. À l'aide de ces deux modèles, la durée d'injection 108 et les paramètres d'allumage 110 (IGC-PARAMETER) sont calculés de manière continue pour une valeur de 25 lambda prédéterminée 106, et le résultat est transmis à des commandes 112 connues en soi. La commande 112 déclenche le processus d'injection par un injecteur 114 ainsi que le processus d'allumage par une bougie 116. Après un arrêt du moteur à combustion interne, le démarrage instantané est déclenché par l'actionnement de la pédale des gaz 118 ou par une autre demande de couple du 30 moteur à combustion interne. REVENDICATIONS 1. Procédé pour démarrer un moteur à combustion interne sans démarreur, le moteur à combustion interne comportant un ou plusieurs cylindres dont chacun comprend un piston mobile, au moins un de ces pistons étant situé à l'intérieur d'un champ de positions définies pour le processus de démarrage, caractérisé en ce qu'une commande (86) calcule une quantité de carburant à injecter (108) et des paramètres d'allumage (110) en fonction des valeurs de fonctionnement (102, 104) dans les cylindres. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la commande 10 calcule une pression interne de cylindre (PRSCYLIST) (46) dans au moins un des cylindres. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pression interne de cylindre (46) est calculée en fonction de la pression environnante (AMP) (28) et/ou d'une température (TEMP ENG) (30) du moteur à combustion interne. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le calcul de la pression interne de cylindre (46) est effectué en fonction de la durée (TAFTERSTOP) (32) écoulée depuis l'arrêt du moteur à combustion interne. 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la pression interne de cylindre (46) est déterminée en fonction d'une position de piston actuel 20 (POSCYLISTAV) (34). 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la commande calcule une température d'air (TEMP_CYL IST) (48) dans au moins un des cylindres. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la température 25 d'air (48) est calculée en fonction de la température de l'air environnant (TIA) (40) et/ou d'une température du moteur à combustion interne (30). 8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la pression interne de cylindre est déterminée en fonction de la durée écoulée depuis l'arrêt du moteur à combustion interne (TAFTERSTOP). 9. Procédé selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que la commande comporte un compteur (CYCCTRIST) qui est incrémenté lors de chaque cycle du processus de démarrage. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la commande calcule la durée (TI) du processus d'injection. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la commande transmet la durée de l'injection (Tl_n) (54) et, dans le cas d'une injection multiple, l'intervalle entre deux processus d'injection successifs (TDLY IST_TI_nn+1) (66) à une commande d'injection. 12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les paramètres pour commander l'allumage (IGCPARAMÈTRE) sont calculés. 13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la commande reçoit une valeur de consigne de lambda du mélange air/carburant (LAMB SP n) (52). 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la commande prévoit dans chaque cycle deux processus d'injection dont un premier processus 10 d'injection utilise un mélange légèrement appauvri, de préférence ayant un lambda d'environ 1,02 à 1,10, et qu'un second processus d'injection suivant prévoit un nuage de mélange riche directement autour de la bougie, de sorte qu'un lambda total ayant une valeur d'environ lambda = 1 est formé.