Brevet FR2918713A1 — publié le 20090116

Procédé de démarrage à froid d'un moteur à combustion interne [0001 L'invention concerne un procédé de démarrage à froid d'un moteur à combustion interne pour véhicule automobile. De façon générale, l'invention vise à réduire les émissions polluantes à la source, des moteurs à essence. 2] La qualité du carburant utilisé pour les véhicules est très variable, notamment en fonction de la zone géographique où circule le véhicule. Une propriété physique du carburant particulièrement variable est sa capacité à se vaporiser, autrement dit sa plus ou moins grande volatilité. Cette capacité est bien connue dans la littérature anglo-saxonne sous l'acronyme PVR pour Pression Vapeur Raid. Cet acronyme sera utilisé dans la suite de la 1 o description de l'invention. Pour les carburants se vaporisant bien, on parle de carburant HPVR (Haut PVR) et pour les carburants se vaporisant mal, on parle de carburant BPVR (Bas PVR). 3] Pour pouvoir démarrer correctement, un moteur à essence a besoin d'avoir un mélange d'air et d'essence proche d'un mélange stoechiométrique. 15 Cela suppose que la quantité de carburant sous forme gazeuse soit bien maîtrisée. Or, selon la volatilité du carburant, la quantité de carburant sous forme gazeuse participant à la combustion au démarrage à froid et à la mise en action du moteur varie énormément pour une même quantité de carburant injectée. 20 [0004] Afin de garantir une quantité de carburant sous forme gazeuse suffisante pour réaliser de bonnes combustions au démarrage et à la mise en action du moteur, les calibrations sont réalisés avec un carburant représentatif d'un carburant relativement peu volatil. Ensuite, des vérifications sont réalisées pour s'assurer que lorsque l'on utilise un 25 carburant plus volatil, les quantités injectées ne sont pas trop grandes et ne risquent pas d'empêcher la combustion par un excès d'essence sous forme vapeur. Le mélange ne serait alors pas inflammable. [0005] Le réglage est donc le même quelle que soit la volatilité effective du carburant utilisé. En conséquence, lorsque l'on utilise un carburant relativement très volatil, la quantité de carburant sous forme vapeur est en excès lors du démarrage et la mise en action du moteur. Cet excès ne participe pas à la combustion et se retrouve à l'échappement du moteur sous formes d'hydrocarbures imbrûlés (HC). Ceci a un impact direct sur les émissions polluantes du moteur car même si le. véhicule est équipé d'un catalyseur, celui-ci n'est pas amorcé à froid et les hydrocarbures imbrûlés s'échappent donc dans l'atmosphère. [0006] Lors de démarrage pas grand froid, lorsque la température ambiante est en dessous de -15 C, l'excès de carburant sous forme vapeur crée également des fumées noires à l'échappement. 7] On a tenté de résoudre ce problème en adaptant la quantité de carburant injectée dans un cylindre du moteur lors des phases de démarrage en fonction de la capacité du carburant à se vaporiser. La mesure directe de cette capacité étant difficile à réaliser à bord du véhicule, la capacité du carburant à se vaporiser a été estimée en fonction d'une chute de régime du moteur lors d'une réduction de quantité de carburant injecté intervenant après le démarrage du moteur. La réduction de la quantité de carburant injecté étant calibrée, la chute du régime moteur donne une information représentative de la capacité du carburant à se vaporiser. On peut calibrer cette chute en fonction de différents types de carburants ayant différentes capacités à ce vaporiser. Néanmoins, d'autres paramètres influent sur la chute du régime moteur mesurée selon cette méthode comme notamment les frottements internes du moteur. 8] Une autre méthode consiste à mesurer le temps nécessaire au démarreur pour lancer le moteur. Cette durée peut être calibrée en fonction de différents types de carburants. Comme précédemment, les frottements internes du moteur influent sur le temps nécessaire au démarreur pour lancer le moteur. On peut également citer la charge de la batterie, la position de l'embrayage et l'altitude à laquelle se situe le véhicule comme paramètres influençant le temps nécessaire au démarreur pour lancer le moteur. [0009] Ces deux méthodes améliorent l'adaptation de la quantité de carburant injecté dans le moteur lors d'une opération de démarrage intervenant après l'estimation de la capacité du carburant à se vaporiser. Néanmoins, le résultat obtenu est peu fiable compte tenus des nombreux paramètres influençant les mesures effectuées. [0010] L'invention vise à proposer la mesure d'un paramètre en rapport direct avec la capacité du carburant utilisé à se vaporiser, paramètre, moins sensible que ceux précédemment mesurés. 1] A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de démarrage d'un moteur à combustion interne associé à un démarreur destiné à entraîner le moteur lors de son démarrage et à des moyens pour adapter une quantité de carburant injectée, caractérisé en ce que lors d'une première opération de démarrage, compter le nombre de tours effectués par le moteur lorsqu'il est entraîné par le démarreur et lors d'une seconde opération de démarrage, postérieure à la première opération, adapter la quantité de carburant injecté en fonction du nombre de tours compté lors de la première opération de démarrage. 2] Ainsi selon l'invention, le comptage du nombre de tours effectués sous démarreur est considéré comme représentatif de la volatilité du carburant. [0013] L'invention permet une amélioration de la robustesse de la prestation de démarrage, tout particulièremnt lors d'un démarrage à froid ou même grand froid (température extérieure inférieure à -15 C). En effet, on s'est rendu compte que le moteur ne peut démarrer que lorsque la quantité de carburant vaporisé dans un cylindre est suffisante. Par ailleurs, avant que la première explosion n'intervienne, les quantités injectées se cumulent, au moins partiellement, et augmentent donc jusqu'à atteindre la quantité suffisante. En conséquence, le nombre de tour du moteur effectué avant la première explosion est bien représentatif de la volatilité du carburant employé. 4] Le comptage du nombre de tour peut être réalisé en comptant le 1 o nombre de passage d'un piston dans un cylindre du moteur au point mort haut. 5] La mesure de vitesse de rotation du moteur est réalisée par ailleurs dans le véhicule. On peut donc compter le nombre de tours effectués par le moteur tant que le moteur n'a pas atteint une vitesse donnée. 15 [0016] D'autres paramètres peuvent être pris en compte pour la détermination de la quantité de carburant injecté lors du démarrage. Cette quantité peut être fonction d'une température mesurée du moteur lors de la seconde opération de démarrage et/ou du régime du moteur lors de la seconde opération de démarrage. 20 [0017] La quantité de carburant injectée lors d'une opération de démarrage peut prendre plusieurs valeurs discrètes. Chaque valeur discrète est associée à une fourchette de nombre de tours effectués par le moteur lorsqu'il est entraîné par le démarreur, et la valeur retenue est fonction d'une comparaison entre le nombre de tours compté et les différentes fourchettes. 25 [0018] Lors de la seconde opération de démarrage, on peut tenir compte du comptage de nombre de tours effectués par le moteur lorsqu'il est entraîné par le démarreur au cours de plusieurs premières opérations de démarrage antérieures. On peut par exemple réaliser une moyenne sur plusieurs démarrages ou encore éliminer un comptage aberrant. 9] L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre 5 d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel : 0] la figure 1 représente l'évolution du régime d'un moteur lors d'une opération de démarrage en fonction de la volatilité (PVR) du carburant employé par le moteur ; 1] la figure 2 illustre la combinaison de plusieurs paramètres intervenant 1 o dans une adaptation de la quantité de carburant injecté lors d'opérations de démarrage. 2] Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures. 15 [0023] La figure 1 représente un faisceau de courbes dans un repère dont l'abscisse exprime le nombre de tours effectués par un moteur et dont l'ordonnée exprime le régime du moteur exprimé en nombre de tours par minutes. Sur la figure 1 deux courbes 10 et 11 sont représentées. Elles représentent chacune l'évolution du régime moteur lors d'une opération de 20 démarrage du moteur. Pour la courbe 10, le carburant utilisé par le moteur est de type BPVR (basse capacité à se vaporiser) et pour la courbe 11, le carburant utilisé par le moteur est de type HPVR (haute capacité à se vaporiser). Dans l'exemple illustré, le moteur est de type alternatif. Dans un cylindre du moteur, l'injection se produit au voisinage de l'instant ou un piston 25 se déplaçant dans le cylindre atteint un point mort haut dans sa course. Sur chaque courbe 10 et 11, le régime du moteur est matérialisé à chaque tour du moteur par exemple au point mort haut, noté PMH, par un symbole particulier, losange sur la courbe 10 et carré sur la courbe 11. Une courbe en trait fort relie les symboles de chaque courbe. 4] Pour la courbe 10, le régime du moteur est constant pendant les huit premiers tours du moteur. La valeur du régime est de l'ordre de 100 tours par minute. Ce régime correspond au moment ou le moteur est entraîné par un démarreur du véhicule équipé du moteur. Au huitième tour du moteur, une explosion se produit dans le cylindre considéré, le régime du moteur augmente et le démarreur n'entraîne plus le moteur. Ensuite, le régime du 1 o moteur croit jusqu'à atteindre un maximum, de l'ordre de 1200 tours par minutes, au treizième et quatorzième tour puis décroît pour se stabiliser à partir du dix-septième tour à une valeur de 800 tours par minutes. Cette stabilisation correspond à une valeur de ralenti du moteur. 5] Pour la courbe 11, représentant l'évolution du régime d'un moteur 15 utilisant un carburant à plus haute PVR que celui utilisé par le moteur dont le régime est représenté sur la courbe 10, le régime du moteur est constant pendant les cinq premiers tours du moteur. Pendant ces cinq tours, le moteur est entraîné par le démarreur. Au cinquième tour du moteur, une explosion se produit dans le cylindre considéré, le régime du moteur augmente et le 20 démarreur n'entraîne plus le moteur. Ensuite, la courbe 11 suit une progression parallèle à celle de la courbe 10, le régime du moteur croit jusqu'à atteindre un maximum, de l'ordre de 1200 tours par minutes, au dixième et onzième tour puis décroît pour se stabiliser à partir du quatorzième tour à une valeur de 800 tours par minutes. Cette stabilisation 25 correspond à la valeur de ralenti du moteur. 6] En observant ces deux courbes, on constate, un écart 12 de trois tours, entre le cinquième et le huitième tour pour la durée pendant laquelle le démarreur entraîne le moteur. Cet écart est directement lié à la différence de PVR entre les deux carburants mis en oeuvre. Pour mesurer cet écart, ou plus généralement, le nombre de tours effectué par le moteur entre le déclenchement du démarreur et le moment où le moteur tourne sans l'aide du démarreur, on peut compter le nombre de tour effectué par le moteur en deçà d'une valeur donnée. La valeur donnée peut être choisie au-dessus de la valeur maximale à laquelle le moteur peut tourner lorsqu'il est entraîné par le démarreur. 7] D'autres méthodes sont bien entendues possibles pour compter le nombre de tours effectués par moteur entraîné du démarreur. On peut par 1 o exemple mesurer un courant électrique consommé par le démarreur. Le démarreur peut également être remplacé par un alterno-démarreur remplissant les fonctions de démarreur et d'alternateur. Le suivi de la tension aux bornes de l'alterno-démarreur peut permettre de compter le nombre de tours du moteur lorsqu'il est entraîné. 15 [0028] La figure 3 illustre le fait que la quantité de carburant à injecter pour obtenir une proportion proche de la stoechiométrie lors du démarrage du moteur est fonction de plusieurs paramètres dont la température du moteur et son régime au moment du démarrage. 9] Au cadre 20, une courbe 21 représente une quantité Q1 de carburant 20 à injecter en fonction d'une température 0 mesurée à l'intérieur du moteur. Au cadre 22, une courbe 23 représente une quantité correctrice Q2 à ajouter ou retrancher à Q1 en fonction du régime du moteur RPM. Ces deux paramètres peuvent être définis empiriquement et sont indépendants de la qualité du carburant utilisé. Ces deux paramètres sont combinés pour obtenir 25 une quantité Q3 de carburant à injecter en fonction de la température 0 et du régime du moteur RPM. La combinaison est schématisée par un opérateur 24. Au cadre 25, une courbe 26 représente une quantité correctrice Q4 de carburant qui a été appliquée lors d'un précédent démarrage ,en fonction du nombre de tour PMH du moteur entraîné par le démarreur lors de l'avant dernier démarrage. Les courbes 21, 23 et 26 représentées dans les cadres 20, 22 et 25 ne sont données que pour illustrer le fait qu'on peut définir une quantité de carburant en fonction d'un paramètre. Selon l'invention, on pondère la quantité Q3 en fonction de cette quantité Q4 pour obtenir une quantité Q de carburant à injecter pour obtenir un démarrage optimal. Cette pondération est schématisée par un opérateur 27. 0] Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre dans toutes les situations de démarrage ou seulement si la température ambiante est 1 o inférieure à un certain seuil de température, par exemple inférieure à 10 C, ou éventuellement seulement par situation de grand froid. 1] La présente invention s'applique tout particulièrement aux moteurs à allumage commandé (moteurs essence ), et plus particulièrement à ceux d'entre eux capables de fonctionner avec des carburants relativement 15 différents, notamment les moteurs dits FLEXFUEL, qui sont alimentés soit avec de l'essence, soit avec des mélanges plus ou moins riches en éthanol ou autre produit d'origine végétale. 20 REVENDICATIONS 1. Procédé de démarrage d'un moteur à combustion interne associé à un démarreur destiné à entraîner le moteur lors de son démarrage et à des moyens pour adapter une quantité de carburant injectée, caractérisé en ce qu'il comporte les opérations suivantes : • lors d'une première opération de démarrage, compter le nombre de tours (PMH) effectués par le moteur lorsqu'il est entraîné par le démarreur ; • lors d'une seconde opération de démarrage, postérieure à la première opération, adapter la quantité (Q) de carburant injecté en fonction du nombre de tours compté (PMH) lors de la première opération de 1 o démarrage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le comptage du nombre de tour (PMH) est réalisé en comptant le nombre de passage d'un piston dans un cylindre du moteur au point mort haut. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on compte le nombre de tours (PMH) effectués par le moteur tant que le moteur n'a pas atteint une vitesse donnée. 20 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la quantité (Q) de carburant injecté est fonction d'une température (8) mesurée du moteur lors de la seconde opération de démarrage. 25 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la quantité (Q) de carburant injecté est fonction du régime du moteur (RPM) lors de la seconde opération de démarrage. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, 30 caractérisé en ce que la quantité (Q) de carburant injecté lors d'une opération de démarrage peut prendre plusieurs valeurs discrètes, en ce que chaque valeur discrète est associée à une fourchette de nombre de tours (PMH) effectués par le moteur lorsqu'il est entraîné par le démarreur, et en 15ce que la valeur retenue est fonction d'une comparaison entre le nombre de tours (PMH) compté et les différentes fourchettes. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lors de la seconde opération de démarrage, on tient compte du comptage de nombre de tours (PMH) effectués par le moteur lorsqu'il est entraîné par le démarreur au cours de plusieurs premières opérations de démarrage antérieures. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre seulement si la température ambiante est inférieure à un certain seuil de température. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, appliqué à 15 un moteur à allumage commandé. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, appliqué à un moteur de type FLEXFUEL.