Brevet FR2927664A1 — publié le 20090821

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale le pilotage des injecteurs de carburant de moteurs à combustion interne. Elle trouve une application particulièrement avantageuse dans le pilotage des injecteurs de carburant des moteurs à combustion interne à injection directe et à allumage par compression (type Diesel). ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE Les moteurs de véhicules automobiles à injection directe et à allumage par compression comportent au moins une chambre de combustion dans laquelle débouchent un injecteur de carburant et une bougie de préchauffage. Généralement, cet injecteur de carburant comporte une buse présentant une rangée d'orifices de giclage de carburant disposés de manière à répartir uniformément le carburant dans toute la chambre de combustion. Les conditions thermodynamiques favorables à l'inflammation du mélange d'air frais et de carburant dans la chambre de combustion sont fonction de la richesse, de la température et de la pression de ce mélange. La bougie de préchauffage permet d'atteindre ces conditions thermodynamiques afin de démarrer le moteur lorsqu'il est froid. Actuellement, on cherche à diminuer le taux de compression des moteurs, c'est-à-dire la pression maximale atteinte dans la chambre de combustion, afin de diminuer la consommation de ces moteurs. Puisque la pression atteinte dans la chambre de combustion diminue, il est nécessaire de fortement augmenter la température du mélange au démarrage du moteur. Or, les bougies de préchauffage actuelles sont déjà réalisées dans des matériaux qui, pour résister à la chaleur, sont onéreux. Elles consomment en outre une énergie électrique très importante, de sorte qu'il n'est plus possible d'accroître leur puissance thermique. On se retrouve donc actuellement confronté à un problème de démarrage à froid des moteurs à taux de compression réduit. On connaît par ailleurs un injecteur de carburant dont la buse possède deux rangées d'orifices de giclage de carburant aptes à être obturés par deux organes d'obturation indépendants. Ce type d'injecteurs de carburant permet d'utiliser à bas régime une seule rangée d'orifices de giclage de manière à réduire la consommation du moteur, et d'utiliser à hauts régimes les deux rangées de 3.5 giclage de manière à accroître la puissance du moteur. On constate toutefois que l'utilisation qui est faite de ces injecteurs ne permet pas de corriger le problème de démarrage à froid des moteurs. 2 OBJET DE L'INVENTION Afin de remédier à ce problème de démarrage à froid, la présente invention propose un procédé de pilotage d'un injecteur de carburant permettant d'améliorer les interactions entre la bougie de préchauffage et le carburant injecté par l'injecteur pour mieux initier la combustion et assurer une bonne stabilité du régime du moteur à froid. Plus particulièrement, on propose un procédé de pilotage d'un injecteur de carburant d'un moteur à combustion interne, ledit injecteur de carburant s'étendant selon un axe longitudinal et comportant, d'une part, au moins deux rangées d'orifices de giclage de carburant régulièrement répartis autour dudit axe longitudinal à des niveaux axiaux différents, et, d'autre part, au moins deux organes d'obturation, chaque organe d'obturation étant associé à une rangée d'orifices de giclage et étant mobile indépendamment de l'autre organe d'obturation entre une position fermée d'obturation des orifices de giclage de la rangée associée et une position ouverte de libération des orifices de giclage de cette rangée. Selon l'invention, le procédé comporte une étape d'acquisition d'une température caractéristique de la température du moteur à combustion interne, une étape de comparaison de la température acquise avec une valeur seuil caractéristique d'un démarrage à froid du moteur à combustion interne, et, si la température acquise est inférieure à cette valeur seuil, une étape de pilotage à froid du premier desdits organes d'obturation pour qu'il reste en position fermée et du deuxième desdits organes d'obturation pour qu'il passe alternativement de la position fermée à la position ouverte. Ainsi, grâce à l'invention, lorsque la température acquise est faible et signifie que le moteur est en cours de démarrage à froid, seule une partie des orifices de giclage est utilisée pour injecter du carburant dans la chambre de combustion du moteur. L'utilisation d'une partie seulement des orifices de giclage permet d'injecter le carburant dans une partie seulement de la chambre de combustion, à proximité de la bougie de préchauffage. On s'assure ainsi que le mélange d'air et de carburant possède, à hauteur de la bougie, une richesse satisfaisante et une température suffisante pour satisfaire aux conditions thermodynamiques d'inflammation du mélange et de propagation de la flamme dans toute la chambre de combustion. Par ailleurs, puisque le débit de carburant est réduit, il est possible d'accroître la durée de chaque injection de manière que le temps de passage du 3 carburant en regard de la bougie de préchauffage est accru, ce qui facilite l'initiation de la combustion. En outre, lorsque le carburant est injecté en plusieurs phases, avec une injection pilote qui initie la combustion suivie d'une injection principale, ce faible débit de carburant évite que l'injection principale ne souffle la flamme initiée par l'injection pilote. En résumé, le procédé de pilotage selon l'invention permet de compenser la dégradation des conditions thermodynamiques résultant du faible taux de compression du moteur. Il permet en particulier de démarrer des moteurs présentant de très faibles taux de compression (inférieurs à 14) à de très basses températures (de l'ordre de -30 degrés Celsius), tout en réduisant la consommation en énergie électrique de la bougie de préchauffage et la consommation en carburant du moteur. Avantageusement, le procédé de pilotage comporte, si la température acquise est supérieure à ladite valeur seuil, une étape d'acquisition d'un point de fonctionnement du moteur à combustion interne et une étape de pilotage à chaud dudit premier organe d'obturation pour qu'au-delà d'un point de fonctionnement prédéterminé, il passe alternativement de la position fermée à la position ouverte. Ainsi, lorsque le moteur est chaud, il est possible de faire varier le nombre d'orifices de giclage utilisés afin de privilégier la consommation ou la puissance du moteur, selon le point de fonctionnement du moteur (à hauts ou à bas régimes). D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du procédé de pilotage conforme à l'invention sont les suivantes : - ledit premier organe d'obturation est l'organe d'obturation associé à la rangée la plus proche d'une extrémité libre de l'injecteur de carburant ; - ladite valeur seuil est comprise entre 5 et 15 degrés Celsius ; et - au cours de l'étape d'acquisition, on mesure la température d'un liquide de refroidissement du moteur à combustion interne. L'invention concerne également un moteur à combustion interne comportant une sonde de température de liquide de refroidissement, une culasse équipée d'au moins un injecteur de carburant tel que défini précédemment, ainsi qu'un dispositif électronique pourvu d'un logiciel de pilotage des organes d'obturation de chaque injecteur de carburant selon un tel procédé de pilotage. DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'UN EXEMPLE DE RÉALISATION La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. 4 Sur les dessins annexés : - la figure 1 est une vue en coupe d'une partie d'un bloc- moteur dans lequel sont agencés un injecteur de carburant et une bougie de préchauffage ; - les figures 2 à 4 sont des schémas de fonctionnement de l'injecteur de carburant de la figure 1 piloté suivant le procédé de pilotage conforme à l'invention. Sur la figure 1, on a représenté une partie d'un bloc-moteur 1 d'un moteur à combustion interne à allumage par compression de type Diesel et à injection directe. Ce bloc-moteur 1 comprend un cylindre 1A d'axe longitudinal Al, dans lequel coulisse un piston 2. Le bloc-moteur 1 comporte en outre une culasse qui recouvre et ferme le cylindre 1A afin de délimiter, avec la face supérieure 3 du piston 2, une chambre de combustion I B. La chambre de combustion 1B est le siège de la combustion d'un mélange de carburant injecté dans la chambre et d'air frais provenant de l'atmosphère. La face supérieure 3 du piston 2 est creusée d'un bol 4 symétrique de révolution autour de l'axe longitudinal Al, dans lequel s'initie la combustion. La culasse du bloc-moteur 1 est équipée d'une bougie de préchauffage 5 dont une extrémité libre chauffante 6 pénètre faiblement dans la chambre de combustion 1B pour ne pas perturber les flux de gaz circulant dans la chambre de combustion. Cette culasse présente par ailleurs un puits axial 9, d'axe confondu avec l'axe longitudinal Al du cylindre 1A, qui débouche dans la chambre de combustion I B. Cette culasse est équipée d'un injecteur de carburant 10 engagé dans le puits axial 9 et maintenue dans ce puits axial 9 par une bride (non visible sur les figures), de telle manière que son extrémité libre 10A débouche dans la chambre de combustion I B. Un joint d'étanchéité 8 interposé entre le fond du puits axial 9 et l'injecteur de carburant 10 évite les remontées de gaz dans ce puits axial 9. Bien entendu, on pourra en variante prévoir d'utiliser un injecteur de carburant dont l'axe est décalé et/ou incliné par rapport à l'axe longitudinal Al du cylindre 1A. L'injecteur de carburant 10 comporte un corps principal 16, cylindrique de révolution autour de l'axe longitudinal Al, positionné dans le puits d'insertion 9 et prolongé par un nez d'extrémité 17. Le nez d'extrémité 17 de l'injecteur de carburant 10 est creux et est terminé par une buse 19, également creuse, située à l'intérieur de la chambre de combustion I B. La buse 19 présente ici une forme conique de révolution autour de l'axe longitudinal Al et est percée d'au moins deux rangées 14, 15 d'orifices de giclage 14A, 15A de carburant. Ici, tel que représentée sur les figures 2 à 4, la buse comporte deux 5 rangées 14, 15 d'orifices de giclage 14A, 15A de carburant régulièrement répartis tout autour de l'axe longitudinal Al, sur l'ensemble de la périphérie de la buse 19. Elle comporte plus précisément une première rangée 14 d'orifices de giclage, appelés orifices de giclage primaires 14A, située à une première distance axiale de l'extrémité libre 10A de l'injecteur de carburant 10. Elle comporte également une seconde rangée 15 d'orifices de giclage, appelés orifices de giclage secondaires 15A, située à une distance axiale de l'extrémité libre 10A de l'injecteur de carburant 10 qui est strictement supérieure à ladite première distance. Les orifices de giclage primaires 14A sont sensiblement cylindriques de révolution autour d'axes A2. Ces axes A2 sont ici inclinés par rapport à l'axe longitudinal Al d'un premier angle d'inclinaison B2, environ égal à 75 degrés (voir figure 2). Les orifices de giclage secondaires 15A sont également sensiblement cylindriques de révolution autour d'axes A3. Ces axes A3 sont ici inclinés par rapport à l'axe longitudinal Al d'un second angle d'inclinaison B3 égal au premier angle d'inclinaison B2. En variante, les angles d'inclinaison B2, B3 précités pourront être légèrement différents, de manière que les orifices de giclage des deux rangées 14, 15 convergent les uns vers les autres. A titre d'exemple, l'angle B2 pourra être égal à 80 degrés tandis que l'angle B3 sera égal à 70 degrés. L'injecteur de carburant 10 comprend par ailleurs, à l'intérieur de son nez d'extrémité 17, deux organes d'obturation 12, 13 distincts, mobiles en translation et destinés à obturer ou à libérer, suivant l'état de fonctionnement du moteur, les différents orifices de giclage 14A, 15A présents sur la buse 19 de l'injecteur de carburant 10. II comporte plus particulièrement un premier organe d'obturation 12 se présentant sous la forme d'une aiguille dont le corps allongé s'étend selon l'axe longitudinal Al de l'injecteur et dont !'extrémité libre est biseautée pour épouser la forme intérieure de la buse 19. II comporte en outre un second organe d'obturation 13 se présentant sous la forme d'une aiguille creuse enfilée sur le premier organe d'obturation 12 et dont l'extrémité libre est également biseautée pour épouser la forme intérieure de la buse 19. 6 Le premier organe d'obturation 12 est ainsi adapté à obturer ou à ouvrir les orifices de giclage primaires 14A de la buse 19 tandis que le second organe d'obturation 13 est adapté à obturer ou à ouvrir les orifices de giclage secondaires 15A de cette buse 19. Les premier et second organes d'obturation 12, 13 sont à cet effet aptes à coulisser l'un dans l'autre de manière à prendre, indépendamment l'un de l'autre, une position fermée dans laquelle ils obturent les orifices de giclage 14A, 15A correspondants et une position ouverte dans laquelle ils libèrent ces orifices de giclage. De cette manière, comme le montre la figure 2, lorsque les deux organes d'obturation 12, 13 sont en position fermée, le carburant reste bloqué à l'intérieur de l'injecteur de carburant 10. Comme le montre la figure 3, lorsque le premier organe d'obturation 12 est en position fermée et que le second organe d'obturation 13 est en position ouverte, le carburant peut être injecté dans la partie haute de la chambre de combustion 1B par les orifices de giclage secondaires 15A. Enfin, comme le montre la figure 4, lorsque les deux organes d'obturation 12, 13 sont en position ouverte, le carburant peut être injecté uniformément dans toute la chambre de combustion 1B par l'ensemble des orifices de giclage 14A, 15A de la buse 19. Selon une variante de réalisation non représentée de l'injecteur de carburant, la buse pourra comporter un nombre plus important de rangées d'orifices de giclage, par exemple trois rangées. Dans cette variante, l'injecteur pourra être équipé de trois organes d'obturation chacun adaptés à ouvrir ou à obturer les orifices de giclage d'une rangée. Selon ce mode de réalisation, il pourra également ne comporter que deux organes d'obturation, dont un premier organe d'obturation apte à ouvrir ou obturer les orifices de giclage des deux rangées les plus proches de l'extrémité libre de l'injecteur et un second organe d'obturation apte à ouvrir ou obturer les orifices de giclage de la rangée la plus proche de la culasse. Quoi qu'il en soit, le moteur à combustion interne est par ailleurs équipé de moyens d'acquisition aptes, d'une part, à relever une température T caractéristique de la température du moteur, et, d'autre part, à relever des données caractéristiques du point de fonctionnement du moteur. Ces données sont ici choisies pour permettre le calcul de la charge instantanée PME du moteur. Cette charge PME correspond au rapport du travail fourni par le moteur à un instant et à un régime donnés, sur le travail maximal que peut développer le moteur pour ce régime donné. Elle peut être quantifiée à l'aide 7 d'une pression moyenne effective PME dont le calcul est classique pour l'homme du métier. Les moyens d'acquisition comportent en particulier un capteur de température adapté à relever la température T d'un liquide de refroidissement circulant dans le bloc-moteur 1. Le moteur à combustion interne est par ailleurs doté d'un dispositif électronique de pilotage des positions axiales des organes d'obturation 12, 13 de l'injecteur de carburant 10. Ce dispositif électronique comporte une mémoire vive et une mémoire de masse permanente. La mémoire vive est prévue pour calculer et mémoriser, en temps réel, les valeurs de la température T du liquide de refroidissement et de la charge PME du moteur. La mémoire de masse est quant à elle prévue pour mémoriser deux valeurs seuil Ts, PMEs et pour héberger un logiciel de pilotage en position des organes d'obturation 12, 13 de l'injecteur de carburant 10. Une première valeur seuil Ts enregistrée dans la mémoire de masse correspond à la température du liquide de refroidissement en deçà de laquelle on considère que le moteur démarre à froid. Cette valeur seuil est comprise entre 5 et 15 degrés Celsius et est ici choisie égale à 10 degrés Celsius. Une seconde valeur seuil PMEs enregistrée dans la mémoire de masse correspond à la charge PME du moteur au-delà de laquelle, étant données la pression du carburant dans l'injecteur 10 et la taille des orifices de giclage secondaires 15A, il est nécessaire d'ouvrir les orifices de giclage primaires 14A pour que le moteur puisse injecter la quantité souhaitée de carburant dans la chambre de combustion 1 B, dans un laps de temps restreint. Au démarrage du moteur à combustion interne, le logiciel de pilotage commande l'alimentation en courant électrique de la bougie de préchauffage 5 pour augmenter la température des gaz présents dans la chambre de combustion I B. Lorsque la température du mélange dans la chambre de combustion 1B atteint une valeur suffisante, le logiciel de pilotage commande, d'une part, le démarrage du moteur par un moteur électrique auxiliaire ad hoc, et, d'autre part, les organes d'obturation 12, 13 de l'injecteur de carburant 10 pour injecter du carburant dans la chambre de combustion 1B selon un procédé de pilotage déterminé. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, ce procédé de pilotage comporte une première étape d'acquisition de la température 8 T du liquide de refroidissement, une seconde étape de comparaison de cette température T avec la première valeur seuil Ts, et, si la température T acquise est inférieure à cette valeur seuil Ts (ce qui signifie que le moteur démarre à froid), une troisième étape de pilotage à froid du premier organe d'obturation 12 pour qu'il reste en position fermée et du deuxième organe d'obturation 13 pour qu'il passe alternativement de la position fermée à la position ouverte (figures 2 et 3). Lors de cette étape de démarrage à froid, le premier organe d'obturation 12 est en particulier piloté indépendamment du régime et de la charge PME du moteur à combustion interne. Plus précisément, au cours de la première étape d'acquisition, la mémoire vive acquiert et mémorise la température T du liquide de refroidissement et la charge PME du moteur. Bien sûr, en variante, la mémoire vive pourra acquérir non pas la température du liquide de refroidissement, mais une autre température caractéristique de la température du moteur (par exemple la température de l'huile de lubrification du moteur). Au cours de la deuxième étape, le logiciel de pilotage compare la valeur seuil Ts mémorisée dans la mémoire de masse avec la température T mémorisée par la mémoire vive. Enfin, au cours de la troisième étape, le logiciel de pilotage pilote les deux organes d'obturation 12, 13 de manière qu'au cours de chaque phase d'admission d'air frais (lors de la remontée du piston 2 dans le cylindre 1A), l'injecteur de carburant 10 injecte le carburant dans la chambre de combustion 1B via les seuls orifices de giclage secondaires 15A de la buse 19. Ici, l'injecteur est piloté pour faire jaillir le carburant en au moins trois injections successives, dont une injection pilote qui initie la combustion, une injection principale et une injection de post-combustion. On comprend que lors du démarrage à froid du moteur, la température de la chambre de combustion 1B est basse et pénalise l'inflammation du mélange d'air et de carburant. L'ouverture de ces seuls orifices de giclage secondaires 15A permet au carburant de jaillir dans la partie supérieure de la chambre de combustion, en partie vers l'extrémité libre chauffante 6 de la bougie de préchauffage 5. Le mélange de gaz possède alors, à proximité de la bougie 5, une richesse satisfaisante et une température suffisante pour satisfaire aux conditions thermodynamiques d'inflammation du mélange de gaz. Le moteur à combustion interne peut ainsi démarrer en consommant une quantité de carburant et une puissance électrique réduites. Il peut en particulier 9 démarrer malgré un taux de compression et une température ambiante faibles. Préférentiellement, lors du démarrage à froid du moteur (le régime du moteur étant inférieur à 1000 tours par minute), le logiciel de pilotage pilote les organes d'obturation 12, 13 de manière à prolonger la durée des injections de carburant. La vitesse d'injection du carburant dans la chambre de combustion 1B est ainsi réduite, ce qui évite que l'injection principale de carburant ne souffle la flamme initiée par l'injection pilote. Suite à ce démarrage à froid, la température T du moteur augmente rapidement. Lorsque cette température T dépasse la première valeur seuil Ts, le moteur est considéré chaud. Le logiciel de pilotage commande alors l'arrêt de l'alimentation en courant de la bougie de préchauffage 5 et pilote les organes d'obturation 12, 13 en fonction de la charge PME du moteur. Plus particulièrement, le logiciel de pilotage compare la seconde valeur seuil PMEs mémorisée dans la mémoire de masse avec la charge PME instantanée mémorisée par la mémoire vive. Si la charge PME instantanée est inférieure à cette valeur seuil PMEs, le logiciel de pilotage pilote le premier organe d'obturation 12 pour qu'il reste en position fermée et le second organe d'obturation 13 pour qu'il passe alternativement de la position fermée à la position ouverte (figures 2 et 3). Ainsi, la consommation en carburant et les émissions polluantes du moteur sont réduites. En revanche, si la charge PME instantanée est supérieure à cette valeur seuil PMEs, le logiciel de pilotage pilote ensemble les deux organes d'obturation 12, 13, pour qu'ils passent alternativement de la position fermée à la position ouverte (figures 2 et 4). Ainsi, le débit de carburant injecté est accru, ce qui permet d'augmenter la puissance délivrée par le moteur. La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. REVENDICATIONS 1. Procédé de pilotage d'un injecteur de carburant (10) d'un moteur à combustion interne, ledit injecteur de carburant (10) s'étendant selon un axe longitudinal (Al) et comportant, d'une part, au moins deux rangées (14, 15) d'orifices de giclage (14A, 15A) de carburant régulièrement répartis autour dudit axe longitudinal (Al) à des niveaux axiaux différents, et, d'autre part, au moins deux organes d'obturation (12, 13), chaque organe d'obturation (12, 13) étant associé à une rangée (14, 15) d'orifices de giclage (14A, 15A) et étant mobile indépendamment de l'autre organe d'obturation (12, 13) entre une position fermée d'obturation des orifices de giclage (14A, 15A) de la rangée (14, 15) associée et une position ouverte de libération des orifices de giclage (14A, 15A) de la rangée (14, 15) associée, caractérisé en ce qu'il comporte : a) une étape d'acquisition d'une température (T) caractéristique de la température du moteur à combustion interne, b) une étape de comparaison de la température (T) acquise avec une valeur seuil (Ts) caractéristique d'un démarrage à froid du moteur à combustion interne, et, si la température (T) acquise est inférieure à cette valeur seuil (Ts), c) une étape de pilotage à froid du premier desdits organes d'obturation (12) pour qu'il reste en position fermée et du second desdits organes d'obturation (13) pour qu'il passe alternativement de la position fermée à la position ouverte. 2. Procédé de pilotage selon l'une des revendications précédentes, comportant, si la température (T) acquise est supérieure à ladite valeur seuil (Ts), une étape d'acquisition d'un point de fonctionnement (PME) du moteur à combustion interne et une étape de pilotage à chaud dudit premier organe d'obturation (12) pour qu'au-delà d'un point de fonctionnement (PMEs) prédéterminé, il passe alternativement de la position fermée à la position ouverte. 3. Procédé de pilotage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit premier organe d'obturation (12) est l'organe d'obturation associé à la rangée (14) la plus proche d'une extrémité libre (10A) de l'injecteur de carburant (10). 4. Procédé de pilotage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite valeur seuil (Ts) est comprise entre 5 et 15 degrés Celsius. 5. Procédé de pilotage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, à l'étape a), on mesure la température (T) d'un liquide de refroidissement 11 du moteur à combustion interne. 6. Moteur à combustion interne comportant une sonde de température de liquide de refroidissement et une culasse équipée d'au moins un injecteur de carburant (10), cet injecteur de carburant (10) s'étendant selon un axe longitudinal (Al) et comportant, d'une part, au moins deux rangées (14, 15) d'orifices de giclage (14A, 15A) de carburant régulièrement répartis autour dudit axe longitudinal (Al) à des niveaux axiaux différents, et, d'autre part, au moins deux organes d'obturation (12, 13), chaque organe d'obturation (12, 13) étant associé à une rangée (14, 15) d'orifices de giclage (14A, 15A) et étant mobile indépendamment de l'autre organe d'obturation (12, 13) entre une position fermée d'obturation des orifices de giclage (14A, 15A) de la rangée (14, 15) associée et une position ouverte de libération des orifices de giclage (14A, 15A) de la rangée (14, 15) associée, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif électronique pourvu d'un logiciel de pilotage des organes d'obturation (12, 13) de chaque injecteur de carburant (10) suivant un procédé de pilotage selon l'une des revendications précédentes.