Brevet FR2924758A1 — publié le 20090612

PROCEDE ET DISPOSITIF DE COMMANDE DE L'ECOULEMENT TOURBILLONNAIRE HELICOIDAL DES GAZ DANS LE CYLINDRE D'UN MOTEUR La présente invention concerne un procédé et un dispositif de commande de l'écoulement tourbillonnaire hélicoïdal des gaz dans le cylindre d'un moteur, autour de l'axe de ce cylindre. Elle concerne également l'utilisation de ce procédé et de ce dispositif. Dans les moteurs thermiques, notamment diesel, le mélange entre l'air admis et le carburant injecté est facilité en organisant la structure d'écoulement de l'admission d'air dans le cylindre du moteur, pour que cette structure s'apparente à un tourbillon hélicoïdal dont l'axe de rotation est parallèle à l'axe du cylindre. La turbulence de cet écoulement est quantifiée par un paramètre sans dimension, appelé le nombre de swirl, le mot � swirl � désignant d'ailleurs en langue anglaise l'écoulement tourbillonnaire défini ci-dessus. Le nombre de swirl S est égal à la valeur maximale, dans le cylindre, du rapport du flux, dans la direction axiale, de la quantité de mouvement tangentielle sur le flux, dans la direction axiale, de la quantité de mouvement axiale. Certains moteurs sont équipés d'un papillon spécifique pour commander la valeur du nombre de swirl de leur(s) cylindre(s). Il est ainsi connu d'actionner ce papillon lorsque le moteur est en service, c'est-à-dire lorsqu'il tourne avec un régime suffisant pour produire une force motrice. Lorsque le papillon précité commande une augmentation de la valeur du nombre de swirl par rapport à une valeur de référence préfixée, la turbulence de l'écoulement gazeux hélicoïdal dans le moteur est augmentée. Ceci étant posé, on constate par ailleurs une grande instabilité du régime de ralenti des moteurs lors de leur démarrage à froid, à des températures ambiantes basses, c'est-à-dire inférieures à -10°C : le moteur démarre alors de façon bruyante et vibrante, son régime de ralenti ne se stabilisant qu'au bout d'une durée significative, de plusieurs dizaines de secondes, le temps que les cylindres du moteur montent en température. Pour contourner cet inconvénient, on utilise actuellement des bougies de préchauffage spéciales, notamment en céramique, qui, avant démarrage du moteur, portent la température du mélange air/carburant à une valeur plus élevée que celle obtenue grâce à des bougies de préchauffage conventionnelles. Toutefois, ces bougies spéciales sont chères et induisent des investissements coûteux pour les intégrer aux moteurs existants. Le but de la présente invention est d'améliorer de manière simple et économique la stabilité du régime de ralenti d'un moteur lors de son démarrage à froid à basse température. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de commande de l'écoulement tourbillonnaire hélicoïdal des gaz dans le cylindre d'un moteur, autour de l'axe de ce cylindre, dans lequel la valeur du nombre de swirl de cet écoulement est modifiable par rapport à une valeur de référence préfixée, en fonction du régime de service du moteur, caractérisé en ce qu'on augmente la valeur du nombre de swirl par rapport à la valeur de référence lors du démarrage à froid du moteur lorsque la température ambiante est inférieure à -10°C. L'idée à la base de l'invention est de mettre à profit la possibilité de faire varier la valeur du nombre de swirl S, tel que défini plus haut, pour augmenter la turbulence de l'écoulement gazeux hélicoïdal dans le moteur au moment de son démarrage à froid. Des essais ont ainsi mis en évidence que l'augmentation de la turbulence permet au carburant injecté de se rapprocher rapidement et massivement d'une bougie de préchauffage conventionnelle et donc d'améliorer sa combustion, ce qui stabilise le régime de ralenti du moteur succédant à son démarrage proprement dit. Pour quantifier l'effet de stabilisation obtenu par le procédé conforme à l'invention, on peut calculer l'écart type des valeurs du régime de ralenti du moteur : plus cet écart type est faible, plus le moteur est stable, tandis que, inversement, plus l'écart type du régime de ralenti est grand, plus le moteur est instable. Ainsi, par des essais, on constate que, à chaque instant des premières secondes du démarrage d'un moteur, l'écart type du régime de ralenti d'un moteur, dans lequel l'écoulement gazeux est commandé conformément à l'invention, est strictement inférieur à l'écart type du régime de ralenti du même moteur commandé de façon conventionnelle, et ce d'au moins 10%. En outre, on constate que, dans le temps, l'écart type associé à un moteur commandé selon l'invention passe nettement plus rapidement sous une valeur seuil prédéterminée. Ainsi, grâce à l'invention, on diminue l'instabilité lors des premières secondes du démarrage du moteur et on atteint plus rapidement un régime de ralenti considéré comme stable. L'effet de stabilisation obtenu par l'invention est sensible dès que la valeur du nombre de swirl S est strictement supérieure à la valeur de référence préfixée. Avantageusement, cet effet est significatif lorsqu'on augmente la valeur du nombre de swirl S d'au moins 25%. De préférence, cet effet est décuplé lorsqu'on augmente la valeur du nombre de swirl S d'au moins 50%. En pratique, la valeur du nombre de swirl est commandée par un papillon spécifique qu'on actionne pour augmenter cette valeur. L'invention a également pour objet un dispositif de commande de l'écoulement tourbillonnaire hélicoïdal des gaz dans le cylindre d'un moteur, autour de l'axe de ce cylindre, comportant un papillon spécifique de commande de la valeur du nombre de swirl par rapport à une valeur de référence préfixée, et des moyens d'actionnement de ce papillon, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un capteur de mesure de la température ambiante et en ce que les moyens d'actionnement sont adaptés pour fermer le papillon lors du démarrage à froid du moteur lorsque la température mesurée par le capteur est inférieure à -10°C. Ce dispositif permet de mettre en oeuvre le procédé tel que défini plus haut. Ce dispositif est particulièrement économique, dans le sens où l'adaptation des moyens d'actionnement qu'il nécessite est facile à réaliser à partir des dispositifs à papillon existants. L'invention a en outre pour objet une utilisation du procédé ou du dispositif tel que défini ci-dessus, pour commander l'écoulement tourbillonnaire hélicoïdal des gaz dans un cylindre d'un moteur d'entraînement des roues motrices d'un véhicule automobile. L'invention sera mieux comprise à la lumière d'un exemple de mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, illustré par le diagramme de la figure 1. Selon cet exemple, on calcule, en fonction du temps, l'écart type de la valeur du régime d'un moteur diesel de véhicule automobile, lors de son démarrage à froid, avec une température ambiante de -18°C. Sur le diagramme de la figure 1, les calculs d'écart type sont exprimés en tours/minutes (tr/min), tandis que le temps est exprimé en seconde (s). Deux séries de calcul sont successivement réalisées : - une première série de calculs, illustrée par la courbe constituée de traits mixtes, est réalisée alors que le nombre de swirl S du moteur vaut 2 ; et - une seconde série de calculs, illustrée par la courbe constituée de traits pointillés, est réalisée alors que le nombre de swirl S vaut 3,2. En pratique, les deux séries de calculs sont réalisées lors du démarrage du moteur avec, pour la première série de calculs, son papillon de commande de la valeur du nombre de swirl S qui est totalement ouvert, tandis que, pour la seconde série de calculs, ce papillon est totalement fermé. On constate sur le diagramme de la figure 1 que, à chaque instant suivant l'instant 0 qui correspond à l'instant de démarrage proprement dit du moteur, l'écart type du régime de ralenti est plus faible avec le nombre de swirl S valant 3,2. En particulier, dès la troisième seconde après l'instant 0, l'écart type est inférieur à 15 tr/min, ce qui correspond à une valeur représentative d'un régime communément qualifié de stable dans le domaine automobile. Divers aménagements et variantes au procédé et au dispositif conformes à l'invention sont par ailleurs envisageables. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande de l'écoulement tourbillonnaire hélicoïdal des gaz dans le cylindre d'un moteur, autour de l'axe de ce cylindre, dans lequel la valeur du nombre de swirl (S) de cet écoulement est modifiable par rapport à une valeur de référence préfixée, en fonction du régime de service du moteur, caractérisé en ce qu'on augmente la valeur du nombre de swirl par rapport à la valeur de référence lors du démarrage à froid du moteur lorsque la température ambiante est inférieure à -10°C. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on augmente la valeur du nombre de swirl (S) d'au moins 25% par rapport à la valeur de référence. 3. Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on augmente la valeur du nombre de swirl (S) d'au moins 50% par rapport à la valeur de référence. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la valeur du nombre de swirl (S) est commandée par un papillon spécifique qu'on actionne pour augmenter la valeur du nombre de swirl. 5. Dispositif de commande de l'écoulement tourbillonnaire hélicoïdal des gaz dans le cylindre d'un moteur, autour de l'axe de ce cylindre, comportant un papillon spécifique de commande de la valeur du nombre de swirl (S) par rapport à une valeur de référence préfixée, et des moyens d'actionnement de ce papillon, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un capteur de mesure de la température ambiante et en ce que les moyens d'actionnement sont adaptés pour fermer le papillon lors du démarrage à froid du moteur lorsque la température mesurée par le capteur est inférieure à -10°C. 6. Utilisation du procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4 ou du dispositif conforme à la revendication 5, pour commander l'écoulement tourbillonnaire hélicoïdal des gaz dans un cylindre d'un moteur d'entraînement des roues motrices d'un véhicule automobile.