Brevet FR2922270A1 — publié le 20090417

PROCEDE DE COMMANDE D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un procédé de commande d'un moteur à combustion à quatre temps, comportant un circuit d'admission de mélange air/carburant et un circuit d'échappement de gaz brûlés qui communique avec une chambre de combustion d'au moins un cylindre du moteur, du type dans lequel les communications des circuits d'admission et d'échappement sont susceptibles d'être obturés chacune par au moins une soupape, respectivement d'admission et d'échappement et du type dans lequel un piston décrit un mouvement de va-et- vient dans le cylindre comprenant une course descendante du piston du point mort haut vers le point mort bas et une course ascendante du piston du point mort bas vers le point mort haut. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Un moteur à combustion interne à quatre temps comporte au moins une soupape d'admission et au moins une soupape d'échappement par cylindre. Le cycle de combustion à quatre temps comporte : - une phase d'admission s'étendant de l'ouverture à la fermeture de la soupape d'admission pendant laquelle la ou les soupapes d'admission sont ouvertes ; - une phase de compression s'étendant sur environ 180°(1/2 tour) ; une phase de combustion détente s'étendant sur environ 180°(1/2 tour) ; une phase d'échappement s'étendant de l'ouverture à la fermeture de la soupape d'échappement pendant laquelle la ou les soupapes d'échappement sont ouvertes. Pour tenir compte du profil de levée des soupapes et optimiser les performances, les phases d'admission et d'échappement ont un recouvrement partiel au voisinage du point mort haut, appelé croisement. Ce recouvrement s'étend de l'ouverture de la soupape d'admission à la fermeture de la soupape d'échappement. Pendant ce recouvrement les levées des soupapes d'admission et d'échappement ne sont pas nulles. Les moteurs modernes dits � flex fuel � sont conçus pour fonctionner en plus de l'essence classique à l'éthanol. On connaît un carburant dit E100 qui est de l'éthanol hydraté comprenant environ 94% d'éthanol et 6% d'eau. Le démarrage d'un moteur alimenté à l'éthanol E100 présente des difficultés. La raison de ces difficultés réside dans la faible volatilité et la forte chaleur latente de vaporisation de l'éthanol qui ne permettent pas d'assurer un mélange gazeux carburant plus air apte à une combustion en conditions froides, et particulièrement en phase de démarrage des moteurs. C'est pourquoi, jusqu'à présent, le démarrage de tels moteurs est en fait assuré avec une essence normale contenue dans un réservoir spécifique additionnel. Après le démarrage à froid, un enrichissement important du mélange air-carburant éthanolé, est nécessaire pour permettre le fonctionnement pendant la phase de montée en température. Cela implique une sur consommation, des émissions polluantes et se traduit également par des problèmes d'agrément (maîtrise de richesse en transitoire) et de dilution de l'huile de lubrification par le carburant. On connaît également un carburant désigné par le code E85. Il s'agit d'un mélange essence-éthanol comprenant au maximum 85% d'éthanol et 15% d'essence. La présence de 15% d'essence, avec des fractions légères plus propices à se vaporiser dans l'air, est favorable au démarrage. Néanmoins, en particulier lorsque les conditions climatiques sont sévères avec des températures extérieures très négatives, il est nécessaire de recourir à des systèmes de chauffage additionnel. Les solutions envisagées pour traiter ce problème s'appuient toutes sur des systèmes de chauffage du carburant au niveau de la rampe d'injection ou au niveau même des injecteurs. EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention a pour objet un procédé de commande d'un moteur à combustion interne amélioré et qui remédie notamment à ces inconvénients. Ces buts sont atteints conformément à l'invention, par le fait que l'on commande une ouverture supplémentaire de la soupape d'admission en début de phase de remontée du piston, afin de provoquer une recirculation d'une partie des gaz brûlés vers le circuit d'admission. Grâce à ces caractéristiques, on réchauffe le mélange carburé frais à l'admission. Le besoin en enrichissement est réduit ainsi que les émissions polluantes. La stabilité du moteur est également améliorée durant la montée en température. La phase d'échappement est alors décomposée en deux : -- une évacuation partielle vers l'admission de gaz très chauds dès la fin de la phase de détente de la combustion et qui seront introduits de nouveau dans le cylindre lors de l'admission suivante ; une évacuation principale vers les conduits d'échappement. Avantageusement, l'ouverture supplémentaire de la soupape d'admission s'étend sur environ 60° d'angle de volant du moteur à combustion interne. Lorsque le moteur comporte deux soupapes d'admission, il est possible de commander l'ouverture d'une seule soupape en début de phase de remontée du piston, l'autre soupape d'admission restant fermée. Avantageusement, l'on désactive la commande de l'ouverture de la soupape d'admission en début de phase de remontée du piston lorsque le moteur a atteint un état thermique de croisière dans lequel la température des gaz admis est suffisante pour que leur combustion puisse se faire sans apport de chaleur complémentaire. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit, d'exemples de réalisation 5 donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées. Sur ces figures : - la figure 1 est un schéma qui illustre le fonctionnement d'un moteur conventionnel ; - la figure 2 est un schéma qui illustre le 10 fonctionnement d'un moteur conforme à la présente invention ; - la figure 3 est un schéma qui illustre le fonctionnement d'une variante à deux soupapes d'admission d'un moteur conforme à la présente 15 invention et où une seule de deux soupapes d'admission sert au refoulement des gaz brûlés vers l'admission ; - la figure 4 est un schéma qui illustre un dispositif permettant de varier le calage des lois d'admission et d'échappement. 20 EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Sur la figure 1, la courbe 2 désigne la levée de la soupape d'échappement et la courbe 3 la levée par la soupape d'admission. La levée de la soupape d'échappement commence au point OE (pour 25 ouverture de l'échappement). Le point OE se trouve situé sur l'axe X des angles de volant du moteur à combustion interne légèrement avant le point mort bas illustré en 4. Du point mort bas au point mort haut le piston 6 remonte dans le cylindre en le vidant des gaz 30 brûlés qui s'y trouvent. La soupape d'échappement se ferme au point FE (pour fermeture de l'échappement). Le point FE se trouve situé sur l'axe des x légèrement après le point mort haut et simultanément la soupape d'admission s'ouvre à partir du point OA pour ouverture de l'admission située juste en deçà du point mort haut. Il y a donc, du point OA au point FE, une période de croisement pendant laquelle la soupape d'admission et la soupape d'admission sont simultanément ouvertes. De fait, une partie des gaz brûlés reflue vers l'admission pendant la phase de croisement. Ces gaz brûlés sont ensuite réinspirés avec les gaz frais dans le cycle suivant. Ce phénomène est exploité, selon l'état de l'art, notamment pour réduire le travail de transvasement et donc abaisser la consommation en utilisant des systèmes de distribution à calage variables qui permettent de décaler les lois d'admission ou d'échappement dans le cycle et de modifier la durée angulaire du croisement OA à FE. Le renvoi partiel des gaz brûlés à l'admission permet de réduire les émissions d'hydrocarbures et contribue à l'amélioration de la préparation du mélange à froid. En effet, une partie des hydrocarbures imbrûlés du cycle de combustion N vont être ainsi rebrûlés dans le cycle N + 1 et simultanément les gaz chauds renvoyés à l'admission participent au réchauffage du mélange frais air + carburant. Du point mort haut schématisé en 8 jusqu'au point mort bas schématisé en 10, le piston descend dans le cylindre et aspire le mélange air/carburant. La soupape d'admission se ferme au point FA situé juste après le point mort bas. Après cela, la soupape d'admission et la soupape d'échappement restent fermées pendant l'étape de compression du mélange gazeux qui va du point mort bas 10 jusqu'au point mort haut 12. La soupape d'échappement et la soupape d'admission sont également fermées pendant la phase de détente qui va du point mort haut 12 au point mort bas 4 et le cycle reprend. On a représenté en traits pointillés les courbes 14 et 16 qui représentent respectivement les courbes d'échappement et d'admission obtenues à l'aide du système de distribution à calage variable qui permet de décaler les lois d'admission et ou d'échappement dans le cycle et de modifier la durée angulaire du croisement. On a représenté sur la figure 2 un schéma qui illustre le fonctionnement d'un moteur conforme à la présente invention. Ce moteur se caractérise par la présence d'une ouverture 18 de la soupape d'admission. La soupape d'admission s'ouvre au point OA situé juste avant le point mort bas 20. Elle se ferme au point de fermeture d'admission 22 situé dans la première moitié du cycle de passage du piston du point mort bas 20 au point mort haut 24. On a désigné par la référence 26 la levée de la soupape d'échappement. L'ouverture de la soupape d'échappement commence au point d'ouverture d'échappement OE 28 et se termine au point mort haut 24. On observe la présence d'un léger croisement des soupapes d'admission et d'échappement entre les points 28 et 22. La loi de levée de la soupape d'admission 18 doit avoir une durée courte, nettement inférieure à 180° pour que la masse de gaz brûlé renvoyé à l'admission soit faible. On a désigné par référence 28 la loi de levée de la soupape d'admission après le point mort haut 24. L'ouverture de la soupape d'admission commence au point mort haut 24 et se termine au point 30 légèrement après le point mort bas 32. Après cela, le cycle se poursuit de manière conventionnelle. On observera que les lois principales d'admission et d'échappement 26, 28 ont une période de croisement réduite au point mort haut 24 pour ne pas générer une recirculation supplémentaire des gaz brûlés. En effet, selon l'invention, on ne cherche pas à accroître le taux (la proportion) de gaz recirculé, mais à effectuer ce transfert de gaz au moment où ils sont les plus chauds. Ainsi, l'apport de calories dans le conduit d'admission favorisera la vaporisation du carburant dans les situations où la préparation du mélange est la plus difficile : démarrage et montée en température du moteur et particulièrement, mais de manière non limitative, lorsque le carburant est un mélange à forte teneur en éthanol. Selon un mode de mise en oeuvre de la présente invention, la levée 18 de la soupape d'admission, destinée à accroître l'apport de calories du côté admission peut être désactivée lorsque le moteur a atteint un état thermique tel que la préparation du mélange carburé s'opère sans apports de chaleur complémentaires. Cm a représenté sur la figure 3 une variante de réalisation du procédé de l'invention adapté à un moteur à deux soupapes d'admission par cylindre. La loi spécifique destinée à vidanger partiellement les gaz brûlés vers l'admission est appliquée à une seule des deux soupapes. Le schéma illustrant le fonctionnement de la première soupape qui comporte une admission de gaz brûlés vers l'admission a été représentée sur la partie haute de la figure 3. Le fonctionnement des soupapes d'admission et d'échappement dans ce mode de mise en oeuvre est identique à ce qui a été décrit en référence à la figure 2. La description ne sera par conséquent pas reprise. Au bas de la figure 3 le fonctionnement de la deuxième soupape d'admission se distingue par l'absence de la levée 18 de la soupape d'admission. En conséquence entre le point mort bas 20 et le point mort haut 24 seule la soupape d'échappement est ouverte à partir du point 28 jusqu'au point mort haut 24. La suite du cycle se poursuit de manière identique à ce qui a été décrit précédemment. On connaît, dans l'état de l'art, des dispositifs permettant de varier le calage des lois pour optimiser le fonctionnement. Ces dispositifs ont été mentionnés en référence à la figure 1 qui concerne l'art antérieur. Toutefois, il va de soi qu'ils peuvent également être utilisés dans le cadre de la présente invention. On a représenté en traits pointillés sur la figure 4 la variation 36 de la loi 18. On a désigné par la référence 38 la variation de la loi d'ouverture de la soupape d'échappement 26 et on a désigné par la référence 40 la variation de la loi de la soupape d'admission 28.30 REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un moteur à combustion interne à quatre temps, comportant un circuit d'admission de mélange air/carburant et un circuit d'échappement de gaz brûlés qui communique avec une chambre de combustion d'au moins un cylindre du moteur, du type dans lequel les communications des circuits d'admission et d'échappement sont susceptibles d'être obturées chacune par au moins une soupape, respectivement une soupape d'admission et une soupape d'échappement, et du type dans lequel un piston décrit un mouvement de va-et-vient dans le cylindre comprenant une course descendante du piston du point mort haut vers le point bas et une course ascendante du piston du point mort bas vers le point mort haut, caractérisé en ce que l'on commande une ouverture supplémentaire de la soupape d'admission (18) en début de phase de remontée du piston afin de provoquer une recirculation d'une partie des gaz brûlés vers le circuit d'admission. 2. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ouverture de la soupape d'admission (18) s'étend sur environ 60° d'angle de volant du moteur à combustion interne. 3. Procédé de commande d'un moteur à combustion interne selon la revendication 1 ou la revendication 2 dans lequel le moteur comporte deux soupapes d'admission, caractérisé en ce l'on commande l'ouverture d'une seule soupape (18) en début de phase de remontée du piston, l'autre soupape d'admission restant fermée. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'on désactive la commande de l'ouverture de la soupape d'admission en début de phase de remontée du piston (18) lorsque le moteur a atteint un état thermique de croisière dans lequel la température des gaz admis est suffisante pour que leur combustion puisse se faire sans apport de chaleur complémentaire.10