Brevet FR2879663A1 — publié le 20060623

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé et un dispositif de commande d'un moteur à combustion interne alimenté en gaz selon lequel un réducteur de pression réduit la première pression élevée du carburant à l'état gazeux jusqu'à une seconde pression plus faible. Etat de la technique On connaît des moteurs à combustion interne alimentés en gaz, notamment en gaz naturel comprimé. Selon le modèle d'utilité allemand DE 295 20 410, on connaît une installation de préparation du mélange comportant plusieurs régulateurs de pression successifs pour réduire le carburant gazeux comprimé dans le réservoir à une pression de 100 bars jusqu'à une pression plus faible pour son injection dans le moteur à combustion interne. Ces régulateurs de pression ont toutefois une structure purement mécanique. La pression finale d'injection dans le moteur à combustion interne est fixée par un régulateur de pression commandé par la dépression dans la conduite d'admission. Exposé et avantages de l'invention L'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus caractérisée en ce que la seconde pression plus faible est réglée par un signal électrique. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé et ce dispositif étant caractérisé en ce que la pression de sortie, réduite est prédéfinie par un signal électrique. Ainsi le procédé et le dispositif selon l'invention ont l'avantage de prédéfinir la pression finale d'injection du carburant gazeux dans le moteur à combustion interne à l'aide d'un signal électrique. On pourrait également réaliser avec ce signal électrique des stratégies adaptées pour la pression de l'injection. Ainsi la pression d'injection du carburant gazeux dans le moteur à combustion interne peut se régler de manière optimale. Selon une autre caractéristique, le signal électrique de commande qui prédéfinit la seconde pression est fourni avantageuse-ment par l'appareil de commande ou de gestion électronique du moteur. Cela permet de régler la pression du carburant gazeux en fonction de la stratégie de commande du moteur. En particulier la pression peut être adaptée à la charge, au régime (vitesse de rotation) et le cas échéant également à la tension de la batterie. En fonction de la pression choisie, on règle la durée d'injection de l'injecteur. Le démarrage du moteur à combustion interne est particulièrement avantageux pour ces straté- gies, car l'actionnement du démarreur réduit la tension de batterie, ce qui ne permet pas l'ouverture de l'injecteur contre la pression antagoniste plus élevée du gaz. De façon correspondante, lors de l'arrêt du moteur à combustion interne on peut diminuer la pression de gaz, ou encore avant d'actionner le démarreur, on peut déjà effectuer des injections de carburant gazeux pour réduire la pression. Selon d'autres caractéristiques avantageuses du procédé : - le carburant gazeux à la seconde pression plus faible est stocké dans un accumulateur de pression et lorsque le moteur à combustion in- terne est arrêté, on diminue la pression dans l'accumulateur en in- jectant du carburant pendant la poursuite de fonctionnement du moteur à combustion interne, le carburant à l'état gazeux est stocké à une seconde pression faible dans un accumulateur de pression et lors du démarrage du moteur à combustion interne, on détermine la pression dans l'accumulateur de pression et si la pression dans l'accumulateur de pression est trop élevée pour le démarrage, on diminue la pression par injection de carburant avant d'actionner le démarreur du moteur à combustion interne. Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins dans lesquels: -la figure 1 montre un moteur à combustion interne et un système d'alimentation en carburant gazeux, et - la figure 2 est une vue de détail du réducteur de pression. Description d'un mode de réalisation La figure 1 montre le chambre de combustion 1 d'un moteur à combustion interne à essence. Ce moteur à combustion in-terne reçoit du carburant à l'état gazeux. Pour cela il est prévu un ré- servoir de carburant 2 contenant du carburant à l'état gazeux tel que par exemple du gaz naturel sous une pression de 20 MPa. Une conduite de gaz à haute pression 3 transfert le carburant à un réducteur de pression 4. Le réducteur de pression 4 réduit la pression du carburant gazeux d'environ 20 MPa jusqu'à une basse pression de l'ordre de 0,5- 0,8 MPa. Le carburant gazeux mis ainsi à la seconde pression, plus faible est stocké dans un volume de stockage ou accumulateur 5 en aval du réducteur de pression 4. Un ou plusieurs injecteurs 6 sont reliés à l'accumulateur 5. A titre d'exemple, seul l'injecteur 6 est représenté. Pour la majorité des moteurs à combustion interne, il y a plusieurs injecteurs, notamment quatre injecteurs en fonction du nombre de chambres de combustion alimentées en carburant gazeux. La chambre de combustion 1 n'est représentée ici que de façon très schématique. Une bougie d'allumage 7 débouche dans la chambre de combustion 1 pour allumer le mélange air/ carburant intro- duit dans la chambre de combustion 1. Cette alimentation du mélange air/carburant se fait par injection de carburant à l'état gazeux par l'injecteur 6 dans la conduite d'admission 8. La conduite d'admission 8 est traversée par un courant d'air débouchant dans la chambre de combustion 1. Des soupapes d'admission et d'échappement non repré- sentées ici dans un but de simplification commandent l'introduction du mélange air/ carburant dans la chambre de combustion 1. La bougie 7 allume par des étincelles le mélange air/carburant dans la chambre de combustion 1 pour le brûler et mettre en mouvement un piston non représenté. Après la combustion, les produits de combustion sont évacués de la chambre de combustion 1 par une conduite d'échappement 9. La description faite ci-dessus concerne un moteur à essence habituel, notamment un moteur à essence mais également utilisable comme moteur à gaz. L'injecteur 6 qui assure l'injection dans la conduite d'admission 8 est commandé par l'appareil de commande électronique 10 du moteur. En influençant la durée d'injection, c'est-à-dire la durée d'ouverture de l'injecteur 6 pour distribuer le carburant à l'état gazeux dans la conduite d'admission 8, on dose la quantité de carburant nécessaire à chaque combustion. Avec l'augmentation de la charge appli- quée au moteur à combustion interne, c'est-à-dire l'augmentation de la puissance que doit fournir le moteur à combustion interne, on modifie également de manière correspondante la quantité de carburant. En particulier pour une charge très élevée, c'est-à-dire lorsque le moteur à combustion interne fonctionne en mode de charge maximale, il peut ar- river que pour une pression constante dans l'accumulateur 5, le temps disponible pour l'injection ne suffit pas. C'est pourquoi l'invention pré-voit de modifier la pression de sortie du réducteur de pression 4 c'est-à-dire de la pression disponible dans le volume accumulateur 5 par l'appareil de commande 10. En augmentant la pression dans l'accumulateur 5, on pourra ainsi injecter une plus grande quantité de carburant dans la conduite d'admission 8 par unité de temps. Pour la stratégie de commande appliquée par l'appareil de commande 10, on dispose ainsi d'un degré de liberté supplémentaire permettant d'influencer la dose de carburant introduite dans la chambre de corn- bustion 1. Cela est en particulier intéressant s'il y a également d'autres équipements qui influencent la charge de la chambre de combustion 1, c'est-à-dire la quantité d'air introduite dans la chambre de combustion. En particulier, dans le cas d'un dispositif de suralimentation, notamment d'un turbocompresseur de gaz d'échappement, on peut influencer dans une plage très étendue la quantité d'air introduite dans la chambre de combustion 1. Ainsi, dans un tel cas on couvre une plage particulièrement large de doses injectées. L'appareil de commande 10 peut choisir en fonction de la quantité d'air introduite dans la chambre de combustion 1, une pression optimale dans le volume accumulateur et ainsi une durée d'injection adaptée pour l'opération de combustion. L'accumulateur 5 contient une quantité de carburant suffisante pour quelques injections. L'avantage de l'accumulateur est de compenser les faibles variations de pression du réducteur de pression 4 et que l'on ne peut éviter en pratique. Comme la pression dans l'accumulateur 5 ne diminue qu'avec les injections exécutées par la soupape d'injection 6, lorsqu'on arrête le moteur à combustion interne, la pression reste maintenue à long terme dans l'accumulateur 5. La difficulté peut résider dans le redémarrage du moteur à combustion in-terne. Les injecteurs 6 sont conçus pour qu'en l'absence de courant, ils sont fermés. Lors du démarrage du moteur à combustion interne il faut ainsi appliquer un signal de commande approprié aux injecteurs 6 pour ouvrir les vannes. Cela est très délicat pendant la phase de démarrage car le démarrage du véhicule équipé de ce moteur à combustion interne sollicite alors fortement la batterie. La forte consommation de courant par le démarreur fait chuter la tension de batterie, si bien qu'il est difficile de générer un signal de commande d'intensité appropriée pour l'injecteur 6 permettant d'ouvrir l'injecteur 6 contre la pression régnant dans l'accumulateur 5. C'est pourquoi il est avantageux pour démarrer le moteur à combustion interne qu'au départ la pression dans l'accumulateur 5 soit relativement faible. Si à l'arrêt, on dispose néanmoins d'une pression relativement élevée dans l'accumulateur 5, on ris-que que les injecteurs 6 ne puissent s'ouvrir. Une possibilité pour régler de manière appropriée la pression dans l'accumulateur pour le démarrage consiste à effectuer encore quelques injections pendant la poursuite du mouvement du moteur à combustion interne, de manière à réduire la pression dans l'accumulateur 5. La poursuite du mouvement est la phase qui suit l'ordre de coupure du moteur à combustion interne jusqu'à l'arrêt effectif du moteur à combustion interne. Par des injections appropriées pen- dant cette poursuite du mouvement, on retarde certes quelque peu la fin du mouvement du moteur à combustion interne mais ce retard est à peine perceptible du conducteur d'un véhicule équipé d'un tel moteur à combustion interne car il s'agit seulement de quelques injections, ce qui correspond sensiblement comme ordre de grandeur à une rotation du vilebrequin. Une autre possibilité, pour remédier à ces difficultés d'une pression de stockage trop élevée dans l'accumulateur 5 pour le démarrage du moteur à combustion interne, consiste à ouvrir brièvement l'injecteur 6 avant d'actionner le démarreur et de réduire une par- tie de la pression par une pré injection dans la conduite d'admission 8. Comme avant l'actionnement du démarreur, on dispose encore d'une tension de batterie suffisamment élevée, l'ouverture de l'injecteur 6 se fait sans difficultés même si la pression dans l'accumulateur 5 est importante. La quantité injectée de carburant peut alors servir lorsque qu'on actionne le démarreur, pour la combustion dans le premier cycle, c'est-à-dire que la quantité de carburant qui a été injectée dans la con-duite d'admission est utilisée immédiatement pour les premières opérations de combustion. La figure 2 montre une vue de détail du réducteur de pression 4. La section du réducteur de pression 4 montre un piston de soupape 22 poussé par un ressort 22 muni d'un élément d'étanchéité 24 appliqué contre la surface frontale du piston 22 contre un siège de soupape 25. L'élément d'étanchéité 24 assure l'étanchéité de la conduite de haute pression 3 par rapport à la conduite basse pression 23. Le piston de soupape 22 est symétrique en rotation comme l'élément d'étanchéité et le siège de soupape, de sorte que l'on a représenté seulement une section. Le piston de soupape 22 est logé dans un boîtier 27. La face frontale du boîtier 27 voit déboucher la conduite de haute pression 3. La conduite basse pression 28 est prévue sur le côté du bol- tier 27. Cette conduite basse pression relie le réducteur de pression 4 à l'accumulateur 5. Une bobine électromagnétique 26 est installée autour du boîtier 27. La bobine est réalisée pour que les spires soient passées autour du boîtier 27. Si la bobine 26 n'est pas traversée par un courant approprié, le piston de soupape 22 composé en matière magnétique est rentré dans la bobine 26. Cela permet d'augmenter la distance entre des éléments d'étanchéité 24 et le siège 25 libérant ainsi un chemin de courant entre la conduite haute pression 3 et la conduite basse pression 23. Comme la section est relativement faible, cela se traduit par une forte réduction de pression, si bien que la conduite de faible pression 23 ne sera exposée qu'à une pression relativement réduite. Une régulation du courant électrique à travers la bobine 26 permet ainsi d'avoir une réduction de la pression à conduite basse pression 28. Pour réguler le courant électrique à travers la bobine 26, l'invention prévoit un capteur de haute pression 20 et un capteur de basse pression 21. Le capteur de haute pression 20 est relié à la con- duite de haute pression 3 et on mesure la pression. Le capteur basse pression 21 est relié à la conduite basse pression 23 et mesure la pression de cette conduite 23. Les signaux de mesure des deux capteurs 28 sont appliqués à l'appareil de commande 10 représenté à la figure 1 qui en calcule les signaux de commande correspondants pour la bobine 26. Comme le mouvement du piston de soupape 22 est commandé par l'intermédiaire de l'appareil de commande 10, on peut également régler de manière quelconque le mouvement du piston 22 par l'appareil de commande 10 permettant de régler la pression du côté basse pression dans l'accumulateur 5. Dans le cadre de la stratégie de commande globale du moteur à combustion interne, on peut également prédéfinir une pression d'injection souhaitée. En position de repos, c'est-à-dire lorsque l'appareil de commande 10 ne reçoit pas de courant en retour à travers la bobine 26, 10 la vanne se ferme du fait de la force développée par le ressort 23. REVENDICATIONS 1 ) Procédé de commande d'un moteur à combustion interne (1) alimenté en gaz selon lequel un réducteur de pression (4) réduit une première pression élevée du carburant à l'état gazeux jusqu'à une seconde pression plus faible, caractérisé en ce que la seconde pression plus faible est réglée par un signal électrique. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal électrique est fourni par l'appareil de commande électronique (10) du moteur. 3 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour un fonctionnement à charge plus faible du moteur à combustion interne (1), la seconde pression est choisie plus faible que lorsque le moteur à combustion interne (1) fonctionne à une charge plus élevée. 4 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le carburant gazeux est fourni au moteur à combustion interne (1) par un injecteur (6) et la durée d'injection pendant laquelle l'injecteur (6) est ouvert est choisie en fonction de la consommation de carburant du moteur à combustion interne (1) et de la seconde pression plus faible. 5 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression est choisie en fonction de la tension de la batterie du véhi- cule équipé du moteur à combustion interne (1). 6 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde pression est choisie en fonction du régime du moteur à corn- bustion interne. 7 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le carburant gazeux à la seconde pression plus faible est stocké dans un accumulateur de pression (5) et lorsque le moteur à combustion in- terne est arrêté, on diminue la pression dans l'accumulateur (5) en injectant du carburant pendant la poursuite de fonctionnement du moteur à combustion interne (1). 8 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le carburant à l'état gazeux est stocké à une seconde pression faible dans un accumulateur de pression (5) et lors du démarrage du moteur à combustion interne (1), on détermine la pression dans l'accumulateur de pression (5) et si la pression dans l'accumulateur de pression (5) est trop élevée pour le démarrage, on diminue la pression par injection de carburant avant d'actionner le démarreur du moteur à combustion in-terne (1). 9 ) Dispositif pour réduire la pression du gaz alimentant un moteur à combustion interne (1), caractérisé en ce que la pression de sortie réduite est prédéfinie par un signal électrique.