Brevet FR2909129A1 — publié le 20080530

Procédé perfectionné de commande du fonctionnement d'un ensemble de cylindre de moteur à combustion interne La présente invention concerne un procédé de commande du fonc- tionnement d'un ensemble de cylindre de moteur à combustion interne, ledit ensemble de cylindre comprenant un cylindre et un piston associé, définissant ensemble une chambre de combustion, le piston étant monté coulissant dans le cylindre entre une position de point mort bas et une position de point mort haut, la chambre de combustion étant susceptible d'être ouverte ou fermée à l'admission par au moins une soupape d'admission, et ouverte ou fermée à l'échappement par au moins une soupape d'échappement , procédé dans lequel, durant un même cycle de fonctionnement, les phases suivantes sont réalisées : - une phase d'ouverture à l'échappement ; et - une première phase d'ouverture à l'admission. Le brevet US-B-6 705 259 décrit des procédés de commande du fonctionnement d'un ensemble de cylindre, dans lesquels on réalise durant un même cycle de fonctionnement, une phase d'ouverture à l'échappement et une phase d'ouverture à l'admission. La phase d'ouverture à l'admission commence par exemple pendant la phase d'ouverture à l'échappement, dans une phase de compression du piston, ou postérieurement à la phase d'ouverture à l'échappement, dans une phase de détente du piston. La phase d'ouverture à l'admission est par exemple réalisée par faible levée d'une soupape d'admission lorsque le moteur est froid. Lorsque le mo- teur est chaud, la levée de la soupape d'admission est importante. Cependant, la quantité d'hydrocarbures résiduels non brûlés émis dans l'atmosphère lorsque le moteur est froid, reste importante. L'invention a pour but de réduire la quantité d'hydrocarbures imbrûlés sans nuire aux performances de remplissage à l'admission ou au niveau de turbulence (ou d'aérodynamique interne ou encore swirl ) des gaz à l'intérieur de la chambre de combustion. 2909129 2 A cet effet, l'invention a pour objet un procédé du type précité, caractérisé en ce que le procédé comprend également une pré-phase d'ouverture à l'admission antérieure à la première phase d'ouverture à l'admission et dont la courbe de levée comporte une pente positive puis, sur une partie de 5 la durée de la pré-phase, une pente négative ou nulle, la pré-phase étant une phase de faible ouverture par faible levée d'au moins une des soupapes d'admission. Le procédé peut également comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons 10 techniquement possibles : - la faible levée maximale de la soupape d'admission lors de la pré-phase d'ouverture à l'admission est comprise entre 0,lmm et 1mm, de préférence entre 0,lmm et 0,5mm ; - la levée maximale lors de la première phase d'ouverture à 15 l'admission est 4 à 100 fois supérieure, de préférence 10 à 20 fois supérieure, à la faible levée maximale de la soupape d'admission lors de la pré-phase d'ouverture à l'admission ; - la pré-phase d'ouverture à l'admission commence pendant une phase de compression du piston ; 20 - la pré-phase d'ouverture à l'admission commence au passage du piston à une position comprise entre le deux tiers de sa course entre son point mort bas et son point mort haut, et son point mort haut ; - la pré-phase d'ouverture à l'admission se termine dans une phase de détente du piston ; 25 - la pré-phase d'ouverture à l'admission se termine environ au pas-sage du piston à une position de point mort haut ; - les pré-phase et première phase d'ouverture à l'admission sont réali-sées continûment, sans fermeture de la soupape d'admission ; et - le procédé comprend une phase de fermeture à l'admission, entre 30 les pré-phase et première phase d'ouverture à l'admission. 2909129 L'invention a également pour objet un moteur à combustion interne comportant au moins un ensemble de cylindre comprenant un cylindre et un piston associés définissant ensemble une chambre de combustion, l'ensemble de cylindre comprenant au moins une soupape d'admission et au moins 5 une soupape d'échappement, le moteur comprenant des moyens de commande pilotant lesdites soupapes d'admission et d'échappement de façon à ouvrir ou fermer la chambre de combustion, respectivement à l'admission et à l'échappement, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande pilotent les soupapes de façon à réaliser un procédé tel que défini ci-dessus. 10 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et se référant aux dessins annexés, selon lesquels : - la Figure 1 est une vue schématique partielle en coupe, dans un plan axial, d'un ensemble de cylindre de moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, d'un type adapté à la mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention ; - la Figure 2 est un diagramme représentatif de la levée des soupapes d'échappement et d'admission, en fonction de la position angulaire du vilebrequin, selon un premier mode de réalisation du procédé ; 20 - la Figure 3 est une vue agrandie d'une soupape d'admission de la Figure 1, lors d'un procédé selon l'invention ; - la Figure 4 est un diagramme analogue à la Figure 2 du procédé selon un deuxième mode de réalisation ; - la Figure 5 est un diagramme analogue aux Figures 2 et 4 du procé- 25 dé selon un troisième mode de réalisation ; - la Figure 6 est un diagramme analogue aux Figures 2, 4 et 5 du pro-cédé selon un quatrième mode de réalisation ; et - la Figure 7 est une vue schématique de dessus d'un ensemble de cylindre illustrant la mise en oeuvre du procédé selon le quatrième mode de 30 réalisation. 2909129 4 Sur la Figure 1, on a représenté en coupe une partie (ou ensemble de cylindre) d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile en phase d'injection et d'admission. Cette partie de moteur comprend essentiellement un cylindre 1, et une culasse 3 coiffant le cylindre 1, dans laquelle 5 sont formés d'une part un conduit d'admission 5, et d'autre part un conduit d'échappement 7. Un piston 9, monté coulissant à l'intérieur du cylindre 1, délimite avec la culasse 3 et les parois périphériques du cylindre 1, une chambre de combustion 11. Le piston 9 est relié par l'intermédiaire d'une bielle 12 à un vile- 10 brequin (non représenté), dont on prendra la position angulaire (en degrés) comme grandeur de référence pour suivre l'évolution des cycles de fonctionnement de l'ensemble de cylindre. Le conduit d'admission 5 et le conduit d'échappement 7 débouchent dans la chambre de combustion 11, respectivement par un orifice 15 d'admission 15 et un orifice d'échappement 17. La partie de moteur représentée comprend en outre une soupape d'admission 25 et une soupape d'échappement 27, associées au cylindre 1, et commandées par des actionneurs respectifs 29, 31 de façon à sélective-ment obturer ou libérer respectivement l'orifice d'admission 15 et l'orifice 20 d'échappement 17. La partie de moteur représentée comprend de plus un injecteur de carburant 33, agencé pour injecter du carburant de façon contrôlée électroniquement dans le conduit d'admission 5. Le pilotage des actionneurs 29, 31 et de l'injecteur 33 est assuré par 25 une unité électronique de contrôle et de commande 40. Cette unité 40 assure également la commande d'allumage dans la chambre de combustion 11, au moyen d'une bougie, non représentée. En référence à la Figure 2, on va à présent décrire un premier mode de réalisation du procédé de commande selon l'invention. Ce procédé sera 30 illustré par un diagramme montrant les phases d'ouverture et de fermeture 2909129 5 des soupapes d'admission et d'échappement, sur un cycle de fonctionne-ment de l'ensemble de cylindre. Sur le diagramme de la Figure 2, on a tracé les courbes 42, 44, 46 de levée des soupapes 25, 27 en fonction de la position angulaire du vilebrequin 5 (ou angle-vilebrequin ). L'anglevilebrequin 0 (exprimé en degrés) est porté sur l'axe des abscisses, et l'amplitude de levée des soupapes L (exprimée par exemple en mm) est portée sur l'axe des ordonnées. La référence 0 de l'angle-vilebrequin est prise par hypothèse en cor- 10 respondance avec une position de point mort haut (PMH) du piston 9, et avec le début du cycle. Un cycle de fonctionnement du cylindre 1, dans l'exemple illustré, est réalisé sur deux tours de vilebrequin, entre les angles 0 et 720 . Sur le diagramme de la Figure 2, on a également tracé la courbe 48, 15 représentative de la positon axiale du piston 9 en fonction de l'angle-vilebrequin 0, selon un deuxième axe d'ordonnées. Sur cet axe d'ordonnées, on a porté le rapport de la course C du piston sur sa course totale Cmax entre son point mort bas (PMB) et son point mort haut (PMH), la valeur 0 correspondant à la position de point mort bas (PMB), et la valeur 1 correspondant à 20 la position de point mort haut (PMH). Par convention, on désignera par phase ascendante du piston une phase de compression, c'est-à-dire de déplacement du piston 9 de sa position de point mort bas vers sa position de point mort haut. A l'inverse, on désignera par phase descendante une phase de détente, c'est-à-dire de 25 déplacement du piston de sa position de point mort haut vers sa position de point mort bas. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2, le cycle de fonctionnement du cylindre 1 comprend en premier lieu une première phase d'ouverture à l'échappement, caractérisé par la courbe de levée de soupape 30 d'échappement 42. 2909129 6 Cette phase d'ouverture à l'échappement commence vers la fin de la première phase descendante, à savoir entre 120 et 180 vilebrequin, et plus précisément aux alentours de 150 vilebrequin. Cette phase d'ouverture à l'échappement se termine au début de la phase descendante suivante, à sa- 5 voir entre 360 et 420 vilebrequin, et plus précisément entre 360 et 380 vilebrequin. Cette phase d'ouverture à l'échappement permet l'évacuation des gaz de combustion produits pendant le cycle précédent et contenus dans la chambre de combustion 11. 10 Le cycle de fonctionnement comprend en outre une pré-phase d'ouverture à l'admission, appelée phase de faible levée , qui est représentée par la courbe 44. Cette phase de faible levée commence par exemple durant la phase de fermeture de la soupape d'échappement 27, plus précisément durant la 15 fin de la phase ascendante du piston 9, plus précisément entre 300 et 360 vilebrequin, et plus précisément encore, dans l'exemple représenté, à 320 vilebrequin environ. Cette phase de faible levée se termine par exemple entre le passage du piston 9 au point mort haut de cette première phase ascendante, c'est-à- 20 dire vers le milieu du cycle, et la fin de la phase d'ouverture à l'échappement, mais peut se terminer également légèrement après. Cette phase est ainsi par exemple entièrement réalisée pendant la phase d'ouverture à l'échappement 42. Ainsi, la phase de faible levée se termine entre 360 et 380 vilebre25 quin, de préférence à une valeur d'angle vilebrequin sensiblement égale à 360 . La levée maximale de la soupape d'admission 25 pendant la phase de faible levée est par exemple comprise entre 0,1 mm et 1 mm, de préférence entre 0,1 mm et 0,5 mm. La courbe de levée 42 représentant la phase de 30 faible levée comporte une pente positive puis, sur une partie de la durée de la phase de faible levée, une pente nulle. 2909129 7 Le cycle comprend de plus une première phase d'ouverture à l'admission, dite phase principale d'admission , représentée par la courbe 46, postérieure à la phase de faible levée. Cette phase commence par exemple environ au passage du piston 9 5 à sa position de point mort haut, en fin de la phase d'ouverture à l'échappement. La fin de la phase principale d'admission est prévue pour coïncider sensiblement avec le passage du piston 9 entre une position comprise entre le tiers et la moitié de sa course entre son point mort haut et son point mort 10 bas, dans la deuxième phase descendante du piston 9. Pendant la phase principale d'admission, la levée maximale de la soupape d'admission 25 est par exemple comprise entre 2 mm et 12 mm, de préférence environ 10 mm. De façon générale, cette levée maximale est plu-sieurs fois supérieure, notamment de 4 à 100 fois supérieure, de préférence 15 10 à 20 fois supérieure, à la levée de la phase de faible levée. Dans l'exemple illustré, la phase de faible levée d'admission et la phase principale d'admission sont réalisées continûment, sans fermeture de la soupape d'admission 25. La Figure 3 illustre un effet d'atomisation d'un film liquide 50 déposé 20 en amont de la soupape d'admission 25. Cet effet d'atomisation est obtenu par la phase de faible levée, comme cela sera expliqué plus loin. Dans un deuxième mode de réalisation illustré sur la Figure 4, la phase de faible levée et la phase principale d'admission ne sont pas réalisées continûment. En effet, la soupape d'admission est fermée entre ces 25 deux phases. La phase de faible levée se termine par exemple avant le pas-sage du piston à son point mort haut, par exemple entre 340 et 360 vilebrequin, tandis que la phase principale commence après le passage du pis-ton 9 à sa position de point mort haut, par exemple à environ à 365 vilebrequin. La phase de faible levée peut cependant également se terminer juste 30 après le passage du piston à son point mort haut, par exemple entre 360 et 380 vilebrequin. 2909129 8 La Figure 5 illustre un troisième mode de réalisation dans lequel le procédé comprend en outre une deuxième phase d'ouverture à l'admission, appelée phase d'aérodynamique interne d'admission et illustrée par la courbe 52. 5 Cette phase d'aérodynamique interne d'admission est postérieure à la fin de la première phase d'ouverture à l'admission, une phase 53 de fermeture à l'admission étant prévue entre elles. La deuxième phase d'ouverture à l'admission commence par exemple au passage du piston 9 à une position comprise entre la moitié et les 2/3 de sa course entre son point mort haut et 10 son point mort bas, dans la deuxième phase descendante du piston 9, soit entre 450 et 480 vilebrequin, de préférence à environ 470 vilebrequin. Cette phase d'aérodynamique interne d'admission se termine par exemple au passage du piston 9 à une position comprise entre les 2/3 de sa course entre son point mort haut et son point mort bas, et son point mort bas, 15 dans la même phase descendante du piston 9, soit entre 480 et 540 vilebrequin, de préférence entre 480 et 510 vilebrequin, de préférence encore, environ 490 vilebrequin. La levée maximale de la soupape d'admission 25 pendant cette phase d'aérodynamique interne d'admission est sensiblement la même que pen- 20 dant la phase principale d'admission. L'exemple illustré sur la Figure 5 n'est pas limitatif, le procédé selon ce mode de réalisation pouvant par exemple, en variante, ne pas comprendre de phase de faible levée d'admission. Dans un quatrième mode de réalisation illustré sur la Figure 6, le pro- 25 cédé comprend en plus des phases décrites dans les trois modes de réalisation précédents, une deuxième phase d'ouverture à l'échappement, par exemple entièrement réalisée pendant la phase d'aérodynamique interne d'admission, et illustrée par la courbe 54. Pour que ce quatrième mode de réalisation soit possible, le moteur 30 doit comporter au moins deux soupapes d'admission 25 et au moins deux soupapes d'échappement 27. 2909129 9 La phase d'aérodynamique interne d'admission consiste alors à ouvrir une seule soupape d'admission 25, tandis que la deuxième phase d'ouverture à l'échappement, ou phase d'aérodynamique interne d'échappement consiste à ouvrir une seule soupape d'échappement 27. 5 La Figure 7 illustre une vue schématique de dessus de l'ensemble de cylindre lorsque la phase d'aérodynamique interne d'admission et la phase d'aérodynamique interne d'échappement sont mises en oeuvre. Les soupapes d'admission et d'échappement 25, 27 ouvertes pendant cette phase sont non adjacentes et diamétralement opposées. Elles ne sont 10 pas hachurées sur la Figure 7. Les soupapes d'admission et d'échappement 25, 27 fermées et les orifices 15, 17 correspondants sont grisés sur la Figure 7. De la même manière que pour le troisième mode de réalisation, le procédé selon le quatrième mode de réalisation peut ne pas comprendre de 15 phase de faible levée d'admission. Concernant les premier, deuxième et troisième modes de réalisation, lorsque le moteur comprend plusieurs soupapes d'admission 25 et/ou plu-sieurs soupapes d'échappement 27, le même procédé est par exemple appliqué à toutes les soupapes d'admission et d'échappement 25, 27. Il est 20 également possible d'appliquer le procédé à une soupape d'admission 25 et une soupape d'admission 27 tandis qu'une autre soupape d'admission 25 et une autre soupape d'échappement 27 suivent une foi de levée différente. De plus, la phase principale d'admission est par exemple réalisée sur une soupape d'admission 25 tandis que la phase d'aérodynamique interne 25 d'admission est réalisée sur une autre soupape d'admission 25. La pente de chaque levée d'admission et/ou d'échappement peut être progressive (type rampe de silence), semblable à celle d'une levée par came (pseudo-sinusoïdale) ou verticale (type créneau). Dans les exemples illustrés sur les Figures 2 et 4 à 6, les pentes des levées d'admission et de la 30 deuxième levée d'échappement sont verticales tandis que la pente de la première levée d'échappement est du type pseudo-sinusoïdale. 2909129 10 Naturellement, le cycle comprend une phase d'injection de carburant durant la phase principale d'admission, mais les caractéristiques de cette phase d'injection n'ont pas été portées sur les diagrammes, et elles ne sont pas explicitées ici. La phase d'injection peut également être réalisée pendant 5 la phase d'aérodynamique interne d'admission, par exemple de façon complémentaire à la phase d'injection effectuée pendant la phase principale d'admission. De plus, la phase de faible levée n'a pas d'intérêt dans le cas où l'injecteur est positionné à l'intérieur de la chambre de combustion, par 10 exemple pour un moteur à injection directe. Dans le cas d'un moteur à injection indirecte, la phase de faible levée sera plus efficace si le conduit d'admission 5 comporte un papillon. Le papillon crée en effet une dépression dans le conduit d'admission 5 favorisant le refoulement de gaz d'échappement dans le conduit d'admission 5 lors de la 15 phase de faible levée. La température élevée des phases d'ouverture à l'échappement permet ainsi de vaporiser le film liquide 50 de carburant dé-posé sur les parois du conduit d'admission 5. En présence ou non d'un papillon, la phase de faible levée a pour effet d'atomiser le film liquide 50 de carburant. En effet, l'ouverture étant faible 20 pendant cette phase de détente du piston 9, les gaz aspirés dans la chambre de combustion ont une vitesse importante, de sorte qu'ils atomisent un film liquide 50 de carburant, comme illustré sur la Figure 3. Réaliser continûment la phase de faible levée et la phase principale d'admission permet d'allonger la phase principale d'admission et donc 25 d'assurer un meilleur remplissage de la chambre de combustion 11. Cela permet également d'allonger la phase de faible levée et donc d'augmenter davantage la température dans le conduit d'admission 5. Réaliser une phase de fermeture d'admission entre la phase de faible levée et la phase principale d'admission permet de limiter l'augmentation de 30 température liée à la remontée de gaz d'échappement dans le conduit d'admission lors de la phase de faible levée. 2909129 11 Le fait d'initier la phase d'aérodynamique interne d'admission après la position de mi-course du piston 9 permet d'optimiser le niveau de turbulence des gaz à l'intérieur de la chambre de combustion 11, en profitant d'une vitesse importante du piston 9. Cette aérodynamique permet d'accélérer la 5 vitesse de combustion et d'augmenter notamment la dégradation d'avance à l'allumage, ce qui est favorable à la réduction des émissions d'hydrocarbures imbrûlés Lorsque la phase d'aérodynamique interne d'admission est combinée à une phase d'injection, elle permet également un remplissage complémentaire de la chambre de combustion 11. Quant au quatrième mode de réalisation du procédé, il permet d'assurer un niveau de turbulence des gaz à l'intérieur de la chambre de combustion 11 plus important que les procédés des trois modes de réalisation précédents. Les soupapes ouvertes 25, 27 étant opposées, les gaz issus 15 des conduits d'admission et d'échappement 5, 7 impriment un mouvement tourbillonnaire aux gaz présents dans la chambre de combustion 11, dans un même sens, comme illustré sur la figure 7. REVENDICATIONS 1.- Procédé de commande du fonctionnement d'un ensemble de cylindre de moteur à combustion interne, ledit ensemble de cylindre comprenant un cylindre (1) et un piston (9) associé, définissant ensemble une chambre de combustion (11), le piston (9) étant monté coulissant dans le cylindre (1) entre une position de point mort bas et une position de point mort haut, la chambre de combustion (11) étant susceptible d'être ouverte ou fermée à l'admission par au moins une soupape d'admission (25), et ouverte ou fermée à l'échappement par au moins une soupape d'échappement (27), procédé dans lequel, durant un même cycle de fonctionnement, les phases suivantes sont réalisées : - une phase d'ouverture à l'échappement ; et -une première phase d'ouverture à l'admission ; caractérisé en ce que le procédé comprend également une pré-phase d'ouverture à l'admission antérieure à la première phase d'ouverture à l'admission et dont la courbe de levée comporte une pente positive puis, sur une partie de la durée de la pré-phase, une pente négative ou nulle, la pré-phase étant une phase de faible ouverture par faible levée d'au moins une des soupapes d'admission (25). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la faible levée maximale de la soupape d'admission (25) lors de la pré-phase d'ouverture à l'admission est comprise entre 0,1mm et 1mm, de préférence entre 0,lmm et 0,5mm. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la le- vée maximale lors de la première phase d'ouverture à l'admission est 4 à 100 fois supérieure, de préférence 10 à 20 fois supérieure, à la faible levée maximale de la soupape d'admission (25) lors de la pré-phase d'ouverture à l'admission. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pré-phase d'ouverture à l'admission commence pendant une phase de compression du piston (9). 2909129 13 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la pré-phase d'ouverture à l'admission commence au passage du piston (9) à une position comprise entre le deux tiers de sa course entre son point mort bas et son point mort haut, et son point mort haut. 5 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pré-phase d'ouverture à l'admission se termine dans une phase de détente du piston (9). 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la pré-phase d'ouverture à l'admission se termine environ au passage du piston à 10 une position de point mort haut. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les pré-phase et première phase d'ouverture à l'admission sont réalisées continûment, sans fermeture de la soupape d'admission (25). 15 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend une phase de fermeture à l'admission, entre les pré-phase et première phase d'ouverture à l'admission. 10. Moteur à combustion interne comportant au moins un ensemble de cylindre comprenant un cylindre (1) et un piston (9) associés définissant 20 ensemble une chambre de combustion (11), l'ensemble de cylindre comprenant au moins une soupape d'admission (25) et au moins une soupape d'échappement (27), le moteur comprenant des moyens de commande (29, 31, 40) pilotant lesdites soupapes d'admission (25) et d'échappement (27) de façon à ouvrir ou fermer la chambre de combustion (11), respectivement à 25 l'admission et à l'échappement, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande (29, 31, 40) pilotent les soupapes (25, 27) de façon à réaliser un procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 9.