Brevet FR2846709A1 — publié le 20040507

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de mise en oeuvre d'un moteur à combustion interne comportant au moins un cylindre avec une chambre de combustion. L'invention concerne également un appareil de commande et/ou de régulation d'un moteur à combustion interne du type défini cidessus. L'invention concerne également un programme d'ordinateur exécuté par un calculateur, notamment un microprocesseur d'un appareil 10 de commande et/ou de régulation d'un moteur à combustion interne. Etat de la technique Les moteurs thermiques ou moteurs à combustion interne actuels génèrent la puissance en allumant et en brlant un mélange air/carburant dans la chambre de combustion d'un cylindre. La masse 15 d'air nécessaire à cette combustion est fournie par la conduite d'admission de la chambre de combustion. La masse de carburant nécessaire est fournie par une conduite de carburant et un dispositif de dosage de carburant, c'est-à-dire par exemple des injecteurs qui injectent dans la conduite d'admission ou directement dans la chambre de combustion. Pour calcu20 ler et déterminer le mélange air/carburant il est avantageux de tenir compte des gaz résiduels qui subsistent dans la chambre de combustion après la combustion. Selon le document DE 199 08 401 C2 on connaît un procédé de prise en compte de ce gaz résiduel pour la détermination de la com25 position d'un mélange. En particulier après une combustion on calcule la teneur en air résiduel à partir de la pression partielle de gaz résiduels et du coefficient lambda représentant la composition du mélange de la combustion précédente. Dans le cycle de combustion suivant on diminue alors la masse d'air à fournir de la quantité d'air résiduel ainsi obtenue. Des 30 moyens sont prévus pour détecter le coefficient lambda de la composition du mélange, des moyens pour calculer la pression partielle de gaz résiduels et des moyens pour commander la masse d'air à fournir à la chambre de combustion. Pour déterminer la composition totale du mélange lors du 35 démarrage du moteur à combustion interne le procédé décrit ci-dessus ne convient pas car la grandeur servant au calcul de la pression partielle de gaz résiduels à cet instant n'est plus disponible avec certitude. Par exemple, du fait de son temps de séjour dans la chambre de combustion, à cause de défauts d'étanchéité, en particulier lorsqu'une soupape d'admission ou d'échappement est ouverte, la teneur en gaz résiduels peut diminuer. Il est toutefois important, particulièrement pour le comportement au démarrage, d'atteindre une composition prédéterminée du mé5 lange. Dans le cas d'un démarrage direct, par exemple d'un moteur à combustion interne avec injection directe, l'énergie des premiers allumages permet d'assurer le lancement à partir de la phase d'immobilisation. L'énergie des premiers allumages résulte principalement de la masse d'air qui se trouve dans les cylindres concernés. L'air qui remplace le gaz résiduel restant dans les cylindres et qui réduit ainsi le rendement énergétique influence de manière négative l'opération de démarrage. Même une faible différence par rapport à la composition idéale 15 du mélange peut se répercuter de manière négative sur le comportement au démarrage et le démarrage risque même de ne pas se faire. But de l'invention La présente invention a pour but de développer des moyens permettant de démarrer d'une manière particulièrement sre et fiable un 20 moteur à combustion interne. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'après la coupure du moteur on éjecte le gaz résiduel de la chambre de combustion en le remplaçant par du gaz frais. Comme gaz frais on utilise par exemple l'air ambiant. Les gaz frais se distinguent des gaz résiduels notamment à cause de leur plus forte teneur en oxygène. Le remplacement des teneurs en gaz résiduels par la masse d'air frais permet en première ligne d'assurer un remplissage plus important et sans gaz résiduel des cylindres. Les calculs à mettre en 30 oeuvre pour déterminer la teneur en gaz résiduels pour la composition du mélange pour une opération de démarrage après un temps d'arrêt prolongé du moteur thermique peuvent ainsi être réduits. Selon un développement avantageux de l'invention, pour expulser le gaz résiduel on active au moins un ventilateur électrique. 35 L'alimentation en gaz frais de la chambre de combustion avec un ventilateur électrique permet de manière simple de remplacer rapidement les fractions de gaz résiduels par des gaz frais d'alimentation. Selon un mode de réalisation préférentiel, pour éjecter les gaz résiduels on active un compresseur à entraînement électrique. De nombreux moteurs thermiques actuels disposent, pour la compression de la masse d'air alimentant la combustion, d'un compresseur électrique 5 sous la forme d'un turbocompresseur à entraînement électrique ou d'un compresseur. L'utilisation de cet appareil d'alimentation électrique permet de réaliser très efficacement et très simplement le procédé. Avantageusement, on expulse les gaz résiduels de la chambre de combustion par une commande variable des soupapes aboutissant 1o à une perte de rinçage (air de balayage) élevée. Les pertes de rinçage d'un moteur à combustion interne se produisent si à la fois au moins une soupape d'admission et au moins une soupape d'échappement sont ouvertes. Plus les pertes de rinçage sont élevées et mieux l'air frais comprimé pourra arriver dans le cylindre à travers la soupape d'admission ouverte et mieux 15 les parties de gaz résiduels pourront en même temps s'échapper par la soupape d'échappement ouverte. De manière préférentielle, pendant la phase de lancement du moteur à combustion interne, on expulse les gaz résiduels de la chambre de combustion et on les remplace par des gaz frais. L'éjection des gaz résiduels de la chambre de combustion se termine lorsque le régime actuel du moteur thermique passe en dessous d'un seuil prédéterminé. Par exemple, grâce à un seuil adapté à un certain type de moteur, on peut réduire la durée de branchement du ventilateur électrique et économiser ainsi de l'énergie tout en augmentant la durée de 25 vie du ventilateur. Les moyens pour détecter le régime du moteur thermique existent habituellement dans les moteurs thermiques actuels. Il s'agit par exemple d'un capteur de régime (ou de vitesse de rotation) et d'un dispositif de détection de l'angle de rotation du vilebrequin ou de l'arbre à cames. Selon un autre développement, lorsqu'on détecte l'arrêt du moteur thermique, on termine l'éjection des gaz résiduels. Cela signifie que le ventilateur activé ne fonctionne que très brièvement, ce qui, d'une part, ménage la source de courant, et, d'autre part, augmente le confort car après l'arrêt du moteur thermique le fonctionnement du ventilateur 35 peut gêner. Suivant une autre solution du problème de l'invention, partant du moteur thermique du type défini ci-dessus, le moteur comporte un ventilateur électrique commandé permettant, après l'arrêt du moteur thermique, d'expulser les gaz résiduels de la chambre de combustion pour les remplacer par des gaz frais. Les avantages d'un tel moteur thermique découlent de façon correspondante des avantages évoqués ci-dessus du procédé de l'invention. Selon un développement avantageux du moteur thermique, le ventilateur électrique est un compresseur électrique, notamment un turbocompresseur ou plus simplement un compresseur. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, le ventilateur est installé dans la conduite d'admission du moteur thermi10 que. Selon une autre solution du problème de l'invention, partant de l'appareil de commande du type défini ci-dessus, l'invention propose que l'appareil de commande après la coupure du moteur thermique produise l'éjection des gaz résiduels de la chambre de combustion et le 15 remplissage de cette chambre avec du gaz frais. Les avantages d'un tel appareil de commande découlent des avantages évoqués ci-dessus du procédé de l'invention. Selon un développement avantageux, l'appareil de commande active, pour l'éjection des gaz résiduels de la chambre de combus20 tion, au moins un ventilateur électrique. Selon un mode de réalisation préférentiel, pour éjecter les gaz résiduels de la chambre de combustion, l'appareil de commande active un compresseur d'alimentation à entraînement électrique. De façon avantageuse, après la coupure du moteur thermi25 que, l'appareil de commande agit par une commande de soupape variable sur les soupapes d'admission et/ou d'échappement pour réaliser une perte de rinçage importante. De manière préférentielle, l'appareil de commande détermine le régime actuel du moteur thermique puis compare cette valeur à 30 un seuil prédéterminé et en fonction du résultat de la comparaison il arrête l'éjection des gaz résiduels de la chambre de combustion. Il est en outre important de réaliser la présente invention sous la forme d'un programme d'ordinateur. Ce programme peut être exécuté par un calculateur, notamment un microprocesseur, d'un appareil de 35 commande et/ou de régulation d'un moteur thermique, pour l'exécution du procédé de l'invention. L'invention est également réalisée par un programme d'ordinateur qui dans ces conditions représente l'invention au même titre que le procédé en lui-même dont l'exécution est applicable sous forme d'un programme d'ordinateur. Le. programme d'ordinateur est enregistré de préférence sur un élément de mémoire. Comme élément de mémoire on peut notamment envisager une mémoire vive, une mémoire morte ou une mémoire flash. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur thermique équipé d'un appareil de commande et d'un ventilateur électrique, - la figure 2 montre un ordinogramme d'une commande du ventilateur électrique. Description des modes de réalisation La figure 1 montre un moteur thermique ou moteur à combustion interne 1 avec un cylindre 3 dont la cavité guide un piston 2 ef15 fectuant un mouvement alternatif. Du côté opposé au piston 2, le cylindre 3 comporte une soupape d'admission 5 et une soupape d'échappement 6. Ces deux soupapes disposent d'une commande variable commandée par un signal VS ou variable totalement 30. Il est également prévu un injecteur 9 commandé par un signal ED pour injecter le carburant et une bou20 gie d'allumage 10 commandée par un signal ZW pour déclencher le mélange air-carburant. Le cylindre 3 comporte une chambre de combustion 4 délimitée par la paroi intérieure non référencée du cylindre, le piston 2, la soupape d'admission 5 et la soupape d'échappement 6. Une conduite d'admission 7 débouche dans la chambre de 25 combustion 4 à travers la soupape d'admission 5. La conduite d'admission 7 est équipée d'un volet d'étranglement 11 commandé par un appareil de commande 14 à l'aide d'un signal DK. Dans des systèmes à commande totalement variable des soupapes on peut également supprimer ce volet d'étranglement 11. Un canal d'échappement 8 débouche par la soupape 30 d'échappement 6 dans la chambre de combustion 4. Une installation de nettoyage des gaz d'échappement 12 est branchée sur la conduite d'échappement 8. Le dessin montre également un ventilateur électrique 13 associé dans cet exemple de réalisation à la conduite d'admission 7 en 35 amont du volet d'étranglement 11. Le ventilateur électrique 13 pourrait également être installé en aval du volet d'étranglement 11 dans la conduite d'admission 7 ou en parallèle au volet d'étranglement 11 dans une conduite d'air distincte débouchant dans la conduite d'admission 7. En plus, le ventilateur électrique 13 peut fournir par un canal d'air de dérivation 50, de l'air frais directement à la chambre de combustion du moteur à combustion interne 1, pour accélérer l'éjection des gaz résiduels indépendamment de l'existence éventuelle d'un volet d'étranglement 11 et des 5 temps de commande prédéterminés des soupapes. Le canal d'air de dérivation 50 peut être installé pour déboucher en amont de la soupape d'admission 5 dans la conduite d'admission 7. Le ventilateur 13 peut être un compresseur électrique, par exemple un turbocompresseur, ou encore un simple compresseur. En 10 complément au ventilateur électrique on peut également prévoir un compresseur électrique en amont ou en aval du ventilateur dans la conduite d'admission 7. L'appareil de commande 14 comprend un microprocesseur 31 et un élément de stockage 32 reliés l'un à l'autre par un système de 15 bus 33. Un dispositif 40 génère, en cas de demande de coupure du moteur 1, un signal AS fourni à l'appareil de commande 14. Un capteur de vitesse de rotation 28 est prévu sur le vilebrequin 27. En fonction de la vitesse de rotation du vilebrequin 27 il génère un signal KW fourni à l'appareil de commande 14. En variante ou en 20 complément, on peut également prévoir un capteur de vitesse de rotation 61 sur l'arbre à cames 60 pour générer un signal NW en fonction de la vitesse de rotation de l'arbre à cames 60, ce signal étant également fourni à l'appareil de commande 14. Le moteur à combustion interne 1 tel que représenté fonc25 tionne dans les conditions suivantes: Lorsque l'appareil de commande 14 reçoit une demande de coupure par le signal AS, il coupe l'allumage et termine l'injection de carburant dans la chambre de combustion 4. Ces deux mesures lancent une phase de fin de rotation du moteur thermique 1 au cours de laquelle le 30 moteur thermique 1 continue de tourner de quelques tours, d'une manière caractéristique. La phase de fin de rotation se termine alors par l'arrêt du moteur thermique 1. Lorsque le moteur thermique 1 est en phase de fin de rotation, l'appareil de commande 14 détermine la vitesse de rotation actuelle 35 WO en exploitant par exemple le signal KW fourni par le capteur de vitesse de rotation 28 ou le signal NW fourni par le capteur de vitesse de rotation 61. Cette vitesse de rotation WO peut alors être comparée à un seuil prédéterminé Wl. Le seuil Wl correspond à une vitesse de rotation minimale du moteur thermique 1. Si la vitesse de rotation actuelle WO est supérieure à cette vitesse de rotation minimale Wl, l'appareil de commande 14 produit par le signal DK, l'ouverture du volet d'étranglement 1i1 et il active le ventilateur électrique 13. Ainsi, à l'aide du ventilateur 13 et par 5 l'ouverture 21, de l'air frais sera aspiré et comprimé. Cet air frais comprimé passe alors dans la conduite d'admission 7. L'appareil de commande 14 produit alors le positionnement de la soupape d'admission 5 et de la soupape d'échappement 6 par la commande variable de soupape 30 pour que le chevauchement des sou1o papes prenne une valeur aussi grande que possible. Les pertes de rinçage élevées ainsi occasionnées favorisent le rinçage du moteur thermique 4 avec de l'air frais. L'air frais comprimé passe alors de la conduite d'admission 7 dans la chambre de combustion 4 et en même temps le gaz résiduel qui s'y trouve s'échappe par la soupape d'échappement 6 ouverte 15 pour passer dans la conduite d'échappement 8. La teneur en air frais dans la chambre de combustion 4 augmente pendant que la teneur en gaz résiduels diminue. En variante, l'air frais fourni par le ventilateur 13 peut également être envoyé par la conduite d'air de dérivation 50 dans le cylindre 4 20 indépendamment de la position du volet d'étranglement. Si la conduite d'air de dérivation débouche directement dans la chambre de combustion 4, alors l'appareil de commande 14 n'assure pas avantageusement, comme indiqué ci-dessus, une optimisation du chevauchement des soupapes mais plutôt la fermeture de la soupape d'admission 5 et l'ouverture 25 de la soupape d'échappement 6. Grâce à cette mesure, d'une part, les gaz résiduels ne reviennent pas dans la conduite d'admission 7 mais s'échappent par la conduite d'échappement 8, ce qui correspond au rinçage de la chambre de combustion 4 avec de l'air frais. La phase de démarrage se termine par l'arrêt du moteur 30 thermique 1. Cet arrêt est par exemple détecté en ce que la vitesse de rotation actuelle WO du moteur thermique 1 descend en dessous d'un seuil prédéterminé W2. Les deux valeurs WO, W2 sont comparées dans l'appareil de commande 14. Si la vitesse de rotation actuelle WO est inférieure au seuil prédéterminé W2, l'appareil de commande 14 neutralise le 35 compresseur électrique 13. La neutralisation du compresseur électrique 13 pourrait également se faire par une temporisation à la fin d'un intervalle de temps donné. Lors du démarrage direct suivant, on suppose qu'à cet instant la chambre de combustion 4 contient un gaz qui ne diffère pas ou seulement très peu de l'air ambiant. Ainsi, en cas de démarrage direct, les calculs à exécuter pour former le mélange sont réduits. La figure 2 montre schématiquement un ordinogramme explicitant le procédé de l'invention pour la commande d'un compresseur électrique selon un mode de réalisation préférentiel. Ce procédé est lancé avantageusement après la coupure du moteur thermique 1 et pendant que le moteur thermique 1 termine sa rotation. Au cours d'une première étape Si on détecte un signal AS qui décrit la requête de coupure. A l'aide de la valeur obtenue on vérifie dans l'étape d'interrogation S2 si l'on est en présence d'une requête de coupure. Si cela n'est pas le cas, on revient à l'étape S1. En cas de requête de coupure, l'appareil de commande 14 coupe l'allumage et l'alimentation 15 en carburant dans l'étape S3. Dans l'étape S4 suivante on détecte la vitesse de rotation actuelle WO du vilebrequin 27 à l'aide du capteur de vitesse de rotation 28 et on compare cette valeur à un seuil prédéterminé Wl au cours d'une étape d'interrogation S5. Si la vitesse de rotation actuelle WO est inférieure 20 au seuil Wl, le procédé se termine car on suppose alors qu'une tentative de démarrage précédente a réussi et que l'on n'a pas atteint ainsi une vitesse de rotation déterminée. Si la vitesse de rotation actuelle est toutefois supérieure au seuil Wl, on active dans l'étape S6, le ventilateur électrique à l'aide du si25 gnal DK. On renouvelle dans l'étape S7 la détermination de la vitesse de rotation actuelle WO et on la compare dans l'étape S8 au seuil prédéterminé W2 jusqu'à ce que l'on a WO ≤ W2. De façon caractéristique, W2 correspond à une vitesse de rotation très faible qui peut par exemple décrire également l'arrêt du moteur thermique (W2 = O). Si la vitesse de rotation 30 actuelle WO est finalement inférieure ou égale au seuil W2, on quitte la boucle contenant les étapes de programme S7, S8 et dans l'étape S9 on neutralise le ventilateur électrique 13 et on termine le procédé. REVEND I CATI ONS ) Procédé de mise en oeuvre d'un moteur à combustion interne (1) comportant au moins un cylindre (3) avec une chambre de combustion (4), caractérisé en ce qu' après la coupure du moteur (1) on éjecte le gaz résiduel de la chambre de combustion (4) en le remplaçant par du gaz frais. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour éjecter le gaz résiduel on utilise au moins un ventilateur électrique. ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour éjecter le gaz résiduel on active un compresseur électrique. 15 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pendant l'éjection du gaz résiduel de la chambre de combustion (4) on réalise une perte de rinçage élevée par une commande de soupape (30), 20 variable. ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on éjecte le gaz résiduel pendant la phase de lancement du moteur à com25 bustion interne (1). ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on termine l'éjection du gaz résiduel de la chambre de combustion (4) 30 lorsque la vitesse de rotation actuelle (WO) du moteur à combustion interne (1) passe en dessous d'un seuil prédéterminé (W2). ) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que lorsqu'on détecte l'arrêt du moteur à combustion interne (1) on termine l'éjection du gaz résiduel. ) Moteur à combustion interne (1), ayant au moins un cylindre (3) avec une chambre de combustion (4), caractérisé en ce que le moteur à combustion interne (1) comporte un ventilateur (13) électri5 que, commandé, pour qu'après la coupure du moteur (1) il éjecte les gaz résiduels de la chambre de combustion (4) pour les remplacer par des gaz frais. ) Moteur à combustion interne (1) selon la revendication 8, 10 caractérisé en ce que le ventilateur (13) est un compresseur électrique. ) Moteur à combustion interne (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que le ventilateur (13) est installé dans la conduite d'admission (7) du moteur à combustion interne (1). 11 ) Appareil de commande (14) pour commander et/ou réguler un moteur à combustion interne (1), caractérisé en ce qu' après la coupure du moteur à combustion interne (1), l'appareil de commande produit l'éjection des gaz résiduels de la chambre de combustion (4) et leur remplissage avec du gaz frais. 120) Appareil de commande (14) selon la revendication 11, caractérisé en ce que pour éjecter les gaz résiduels de la chambre de combustion (4) il active au moins un ventilateur électrique (13). 13 ) Appareil de commande (14) selon la revendication 11, caractérisé en ce que pour éjecter les gaz résiduels de la chambre de combustion (4) il active un compresseur électrique. 14 ) Appareil de commande (14) selon la revendication i1, caractérisé en ce qu' après la coupure du moteur à combustion interne (1), l'appareil commande les soupapes d'admission (5) et/ou d'échappement (6) par une commande de soupape variable (30) pour réaliser une perte de rinçage importante. ) Appareil de commande (14) selon la revendication 11, caractérisé en ce qu' il détermine la vitesse de rotation actuelle (WO) du moteur à combustion interne (1), compare cette vitesse à un seuil prédéterminé (W2) et à l'aide du résultat de la comparaison il termine l'éjection des gaz résiduels de la chambre de combustion (4). 10