Brevet FR2939476A1 — publié le 20100611

La présente invention se rapporte à un procédé permettant de contrôler le fonctionnement d'un moteur à combustion interne du type avec désactivation d'au moins un cylindre. Cette invention s'applique plus particulièrement à un moteur fonctionnant avec un cycle selon quatre phases (ou quatre temps) avec au moins deux cylindres comportant des chambres de combustion dans lesquelles se réalise la combustion d'un mélange carburé. Elle vise notamment les moteurs à injection directe ou indirecte, de type Essence en particulier à allumage commandé, mais n'écarte en aucune manière les moteurs à injection directe de type Diesel. De manière habituelle, un moteur fonctionne avec la totalité de ses cylindres qui évoluent avec une phase d'admission, de compression, de détente (ou combustion) et d'échappement. Un tel fonctionnement a pour inconvénient, lorsque ce moteur fonctionne à faibles charges ou à charges partielles, de dégrader le rendement du moteur, notamment au niveau de sa consommation. Cette dégradation est également due au vannage à l'admission du moteur nécessaire à la régulation de la quantité d'air admise, appelée pompage. Pour éviter cela, il a déjà été proposé de ne faire fonctionner qu'une partie de ces cylindres et de rendre inactive la partie restante de ceux-ci, notamment pour un fonctionnement du moteur à faibles charges ou à charges partielles. A titre d'exemple, pour les moteurs à injection directe de carburant, il est prévu de couper l'injection de carburant pour les cylindres que l'on souhaite désactiver. Il est également prévu de maintenir en position de fermeture les soupapes d'admission et d'échappement sur toute la durée du cycle. Ceci a pour avantage de réduire la consommation de carburant de ce moteur en n'injectant le carburant nécessaire qu'aux seuls cylindres indispensables à la production d'énergie. Bien que ce type de fonctionnement du moteur soit satisfaisant, il entraîne cependant des inconvénients non négligeables. En effet, les fuites de gaz d'échappement au niveau de la segmentation du piston, plus connu sous le vocable de gaz de carter (ou "gaz de blow-by"), et les transferts thermiques qui sont générées par les phases de compression/détente du volume d'air dans le cylindre, imposent de rafraîchir fréquemment les cylindres désactivés. De plus, les fuites par blow-by et les transferts thermiques limitent la durée de fonctionnement du ou des cylindres désactivés, ce qui ne permet pas de tirer le meilleur partie de ce mode de fonctionnement . Il est alors nécessaire de faire fonctionner les cylindres désactivés en mode conventionnel avec une injection de carburant et des séquences d'ouverture/fermeture des soupapes de manière à réchauffer ces cylindres et à éliminer les gaz de blow-by qui y sont contenus. Ce changement de mode de fonctionnement est nécessaire avec une fréquence telle qu'il interdit de fonctionner au ralenti. De ce fait, cela ne permet pas de réduire de façon significative, le gain en consommation dans le cas d'une utilisation sur véhicule. La présente invention vise à remédier aux inconvénients ci-dessus mentionnés grâce à un procédé simple et économique permettant de réduire encore plus la consommation de carburant. A cet effet, la présente invention concerne un procédé pour contrôler le fonctionnement d'un moteur à combustion interne à au moins deux cylindres évoluant selon quatre phases avec la désactivation d'une partie de ces cylindres, chacun des cylindres comprenant des moyens d'admission avec au moins une soupape d'admission contrôlée par des moyens d'actionnement en ouverture/fermeture, des moyens d'échappement avec au moins une soupape d'échappement contrôlée par des moyens d'actionnement en ouverture/fermeture, et un piston coulissant à l'intérieur de ce cylindre entre une position correspondant à son point mort haut et une position correspondant à son point mort bas, caractérisé en ce que, pour le fonctionnement du moteur avec des faibles charges ou des charges partielles avec la désactivation d'au moins un cylindre, le procédé consiste : - à fermer, durant la phase d'admission du cylindre désactivé, la soupape d'admission dudit cylindre, - à ouvrir la soupape d'échappement de ce cylindre désactivé au voisinage du point mort haut de la phase de détente et à fermer cette soupape au voisinage du point mort haut de la phase suivante. Le procédé peut consister à réaliser la séquence d'ouverture/fermeture de la soupape d'échappement symétriquement par rapport au point mort bas compris entre lesdits points morts hauts. Le procédé peut consister à modifier l'étendue de l'étalement de la soupape d'échappement dudit cylindre en débutant sa séquence d'ouverture/fermeture après le point mort haut de la phase de détente et en la terminant avant le point mort haut de la phase suivante. Le procédé peut consister à limiter la levée de la soupape d'échappement dudit cylindre. Le procédé peut consister à maintenir en position de fermeture la soupape d'admission pendant les autres phases de fonctionnement ce cylindre désactivé. Le procédé peut consister à contrôler les soupapes par des moyens d'actionnement permettant de faire varier les lois de levée de ces soupapes. Les autres caractéristiques et avantages de l'invention vont apparaître à la 30 lecture de la description qui va suivre, donnée à titre uniquement illustratif et non limitatif, et à laquelle sont annexées :25 - la figure 1 qui montre un moteur à combustion interne utilisant le procédé selon l'invention et - la figure 2 qui est un graphique illustrant les lois de levées (L) selon l'invention des soupapes en fonction des différentes positions du piston dépendante de l'angle de vilebrequin (V), ainsi qu'une courbe de pression de cylindre (P) résultant du procédé de l'invention selon les mêmes positions du piston (V). La figure 1 illustre schématiquement un moteur à combustion interne, du type à injection directe de carburant, notamment moteur de type Essence et en particulier à allumage commandé. Plus particulièrement, ce moteur est du type fonctionnant selon quatre phases (ou quatre temps) avec une phase d'admission, une phase de compression, une phase de détente (ou de combustion) et une phase d'échappement. Ce moteur comporte au moins deux cylindres, ici quatre référencés 10, 12, 14, 16, à l'intérieur desquels coulisse un piston (non représenté) dans un mouvement rectiligne alternatif. Le piston délimite avec le cylindre une chambre de combustion 18, 20, 22, 24 dans laquelle peut se réaliser la combustion d'un mélange carburé lorsque les conditions d'une telle combustion sont réunies. Ce piston coulisse donc entre une position haute, dite point mort haut (PMH), pour laquelle la chambre de combustion occupe un volume réduit et une position basse, dite point mort bas (PMB), où le volume de la chambre de combustion est le plus important. Chaque cylindre comprend des moyens d'admission 26 avec au moins une soupape d'admission 28 contrôlant une tubulure d'admission 30 et des moyens d'échappement 32 avec au moins une soupape d'échappement 34 contrôlant une tubulure d'échappement 36. Les soupapes d'admission 28 et d'échappement 34 sont commandées en ouverture et en fermeture par des moyens d'actionnement 38, respectivement 40, permettant de faire varier les lois de levée de ces soupapes, en particulier au niveau de leurs étalements et/ou de leurs levées et/ou de leurs moments d'ouverture/fermeture, et ce indépendamment les unes des autres. Ces moyens sont mieux connus sous le sigle VVT (Variable Valve Timing) ou VVL (Variable Valve Lift). Avantageusement, il sera utilisé des moyens d'actionnement des soupapes de type VVL avec deux cames embrayables. Le moteur comprend également des moyens d'alimentation en carburant 42 permettant d'introduire du carburant dans chaque chambre de combustion des cylindres. Préférentiellement, ces moyens comprennent une rampe 44 d'injection de carburant sous pression alimentant un injecteur 46 en regard de chaque chambre. Avantageusement, des moyens d'allumage, comme une bougie 48, sont placés dans chaque cylindre pour pouvoir enflammer le mélange carburé contenu dans les chambres de combustion. Les moyens d'actionnement 38 et 40 des soupapes, les moyens d'alimentation en carburant 42 ainsi que les moyens d'allumage 48 sont pilotés par une unité de contrôle (non représentée), ou calculateur-moteur, que comporte habituellement tout moteur. Ce calculateur contient des cartographies qui permettent, entre autres, de modifier les lois de levée des soupapes en fonction des conditions de fonctionnement du moteur. Ce calculateur permet également de contrôler les paramètres d'injection de carburant, notamment au niveau de l'injection ou de l'absence d'injection de ce carburant dans les chambres de combustion. Le calculateur commande aussi les paramètres de la bougie, comme son alimentation électrique. On se rapporte maintenant à la figure 2 qui illustre les lois de levée des soupapes d'admission 28 et d'échappement 34 selon l'invention entre une position de pleine fermeture (F) et une position de pleine ouverture (0) durant un cycle de fonctionnement du moteur, c'est-à-dire lors des quatre phases de fonctionnement du moteur : Phase admission (A) û Phase compression (C) û Phase détente (D) û Phase échappement (E). Lors du fonctionnement de ce moteur à faibles charges ou à charges partielles, au moins un cylindre 10, 12, 14, 16 est rendu inactif en y coupant l'injection de carburant tout en gardant au moins un des cylindres restants en activité grâce au maintien des paramètres d'injection et d'allumage. Dans le cadre de l'exemple de désactivation de cylindres qui suit, le calculateur commande la désactivation du cylindre 10 et garde les cylindres 12, 14 et 16 opérationnels. Pour cela, le calculateur coupe l'alimentation en carburant dans la chambre de combustion 18 du cylindre inactif 10. Avantageusement, le calculateur coupe également l'alimentation électrique de la bougie 48 de ce cylindre inactif, ce qui permet d'éviter de consommer inutilement de l'énergie électrique. Ce calculateur contrôle également les moyens d'actionnement 38 et 40 des soupapes d'admission 28 et d'échappement 34 de ce cylindre inactif, comme cela est mieux explicité dans la suite de la description. Comme illustré sur la figure 2, les moyens d'actionnement 38 commandent la soupape d'admission 28 de manière à ce qu'elle soit en position de fermeture durant la totalité de la phase d'admission A, entre le Point Mort Haut admission (PMHa) et le Point Mort Bas compression (PMBc), et qu'elle reste en position de fermeture pendant toute la phase de compression C, entre le PMBc et le Point Mort Haut détente (PMHd). Bien entendu, pendant ces deux phases, les moyens d'actionnement 40 contrôlent conventionnellement la soupape d'échappement 34 pour qu'elle soit en position de fermeture. Ainsi, durant les phases A et C, la pression dans le cylindre décroît d'une pression P1 (au PMHa) jusqu'à une pression négative P2 (au PMBc) en passant par une pression PO qui correspond à une pression voisine de la pression atmosphérique. Cette pression cylindre augmente ensuite de la pression P2 (au PMBc) jusqu'à la pression P1 (au PMHd). Le bilan globale énergétique de ce cylindre désactivé pendant ces deux phases est quasiment nulle et n'entraîne aucune perte, notamment de puissance, au niveau du cylindre. De plus, la fermeture de la soupape d'admission permet d'isoler l'admission du moteur de son échappement. Ceci permet d'éviter d'avoir une certaine quantité d'oxygène à l'échappement ou de gaz d'échappement à l'admission. Dans la suite du cycle de fonctionnement de ce cylindre inactif (phases D et E), les moyens d'actionnement de l'admission 38 contrôlent la soupape d'admission 28 pour qu'elle soit en position de fermeture alors que les moyens d'actionnement de l'échappement 40 contrôlent la soupape d'échappement 34 de manière à ce qu'elle suive une séquence d'ouverture/fermeture entre le PMHd et le point mort haut suivant, ici le PMHa. Plus précisément, cette soupape d'échappement commence sa séquence d'ouverture au voisinage PMHd et poursuit son ouverture pour que sa levée atteigne la position de pleine ouverture (0) au Point Mort Bas échappement (PMBe). A partir de cette position de pleine ouverture, la soupape commence sa séquence de fermeture pour arriver à sa position de pleine fermeture (F) au voisinage du PMHa. Ainsi, sous l'effet du mouvement du piston et de l'ouverture de la soupape d'échappement, pendant la phase D entre le PMHd et le PMBe, des gaz d'échappement chauds contenus dans la voie d'échappement du moteur (tubulures et/ou collecteur d'échappement) sont introduits dans la chambre de combustion 18 du cylindre inactif. Lors de la poursuite du fonctionnement, les gaz chauds contenus dans cette chambre sont évacués par le piston, pendant la phase échappement E entre le PMBe et le PMHa, vers la voie d'échappement au travers de la soupape d'échappement et ce jusqu'à sa fermeture. Ainsi, seuls des gaz d'échappement chauds balayent la chambre de combustion sans y générer un refroidissement. De plus, ces gaz d'échappement sont envoyés à la voie d'échappement sans que cela ne permette d'introduire aucune quantité d'oxygène supplémentaire. En se rapportant à la courbe de pression cylindre de la figure 2, pendant ces deux phases (phases D et E), la pression cylindre décroît de la pression P1 (au voisinage du PMHd) pour arriver à la pression P0, au point V1 après quelques degrés d'angle de rotation de vilebrequin après le PMHd. Cette pression cylindre PO est constante de ce point V1 jusqu'au PMBe puis de ce PMBe jusqu'au point V2 situé à quelques degrés d'angle de rotation de vilebrequin avant le PMHa. Cette pression augmente ensuite du point V2 pour atteindre la valeur P1 au PMHa. Bien entendu, pendant ce fonctionnement du cylindre désactivés, le ou les cylindres actifs suivent le déroulement classique des phases du moteur. Ainsi, préférentiellement et comme décrit plus haut, la séquence d'ouverture/fermeture de la soupape d'échappement 34 sera symétrique par rapport au PMBe et l'étalement de cette soupape s'étendra du voisinage d'un point mort haut (PMHd) jusqu'au voisinage du point mort haut suivant (PMHa) durant les phases de détente et d'échappement. De manière avantageuse, il peut être prévu de modifier, entre ces deux points morts hauts, soit la levée de la soupape d'échappement, soit l'étalement de cette soupape, soit à la fois sa levée et son étalement, comme indiqué par le double trait sur la figure 2. Cela se réalise en gardant, comme précédemment mentionné, la soupape d'admission en position de fermeture pendant toutes les phases. Ainsi, lors des phases D et E, la séquence d'ouverture/fermeture de la soupape d'échappement sera avantageusement symétrique par rapport au PMBe et débutera au point U1, qui est situé après le PMHd, et se terminera au point U2, qui est placé avant le PMHa. De ce fait, l'étalement de la séquence d'ouverture/fermeture de cette soupape sera moindre que celui décrit ci-dessus. La levée maximale de cette soupape, c'est-à-dire l'étendue de son ouverture maximale (01), sera plus petite que l'ouverture maximale (0), comme mentionné plus haut. Par cela, durant quelques degrés d'angle de rotation de vilebrequin (entre le point U1 et le PMBe), des gaz d'échappement chauds seront admis dans la chambre de combustion par la soupape d'échappement, puis expulsés par le piston (entre le PMBe et le point U2) hors de cette chambre au travers de cette soupape. De ce fait, la chambre de combustion sera réchauffée par ces gaz chauds. De plus, cela permet d'évacuer les gaz de carter (gaz de "blow-by") qui proviennent de fuites au niveau de la segmentation du piston. Ceci permet en conséquence un fonctionnement en continu et sans limitation en durée du cylindre désactivé, ainsi que d'envisager de fonctionner au ralenti dans ce mode de fonctionnement. De plus, le gain par rapport au procédé de l'état de la technique est alors réalisé sur la consommation effective sur véhicule plus que sur un point de fonctionnement stabilisé. Le gain en thermique des cylindres inactifs est également avantageuse lors du passage en mode de fonctionnement conventionnel, le moteur étant à son optimum thermique du point de vue rendement. Ainsi, durant le fonctionnement de ce cylindre, pour les phases A et C, la pression dans le cylindre (indique par un double trait) décroît d'une pression P3 (au PMHa) supérieure à la pression P1 jusqu'à une pression négative P4 (au PMBc) plus faible que la pression P2 en passant par une pression P0. Cette pression cylindre augmente ensuite de la pression P4 (au PMBc) jusqu'à la pression P3 (au PMHd). Pendant les deux phases suivantes (phases D et E), la pression cylindre décroît de la pression P3 (au voisinage du PMHd) pour arriver à la pression P0, au point VI' après plusieurs degrés d'angle de rotation de vilebrequin. Cette pression cylindre PO est constante de ce point V1' jusqu'au PMBe puis de ce PMBe jusqu'au point V2' situé à plusieurs degrés d'angle de rotation de vilebrequin avant le PMHa. Cette pression augmente ensuite du point V2' pour 5 atteindre la valeur P3 au PMHa qui est supérieure à la pression P1 compte tenu du fait que le piston comprime les gaz présents dans la chambre de combustion pendant une période plus longue (du point V2' jusqu'au PMHa au lieu du point V2 jusqu'au PMHa). La présente invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit mais englobe tous équivalents ou variantes. REVENDICATIONS1) Procédé pour contrôler le fonctionnement d'un moteur à combustion interne à au moins deux cylindres évoluant selon quatre phases (A, C, D, E) avec la désactivation d'une partie de ces cylindres, chacun des cylindres comprenant des moyens d'admission (26) avec au moins une soupape d'admission (28) contrôlée par des moyens d'actionnement en ouverture/fermeture (38), des moyens d'échappement (32) avec au moins une soupape d'échappement (34) contrôlée par des moyens d'actionnement en ouverture/fermeture (40), et un piston coulissant à l'intérieur de ce cylindre entre une position correspondant à son point mort haut (PMHa, PMHd) et une position correspondant à son point mort bas (PMBc, PMBe), caractérisé en ce que, pour le fonctionnement du moteur avec des faibles charges ou des charges partielles avec la désactivation d'au moins un cylindre, le procédé consiste : - à fermer, durant la phase d'admission (A) du cylindre désactivé, la soupape d'admission (28) dudit cylindre, - à ouvrir la soupape d'échappement (34) de ce cylindre désactivé au voisinage du point mort haut (PMHd) de la phase de détente (D) et à fermer cette soupape au voisinage du point mort haut (PMHa) de la phase suivante (E). 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser la séquence d'ouverture/fermeture de la soupape d'échappement (34) symétriquement par rapport au point mort bas (PMBe) compris entre lesdits points morts hauts. 3) Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à modifier l'étendue de l'étalement de la soupape d'échappement (34) dudit cylindre en débutant sa séquence d'ouverture/fermeture après le point mort haut (PMHd) de la phase de détente (D) et en la terminant avant le point mort haut (PMHa) de la phase suivante. 4) Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à limiter la levée de la soupape d'échappement (34) dudit cylindre. 5) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à maintenir en position de fermeture la soupape d'admission (28) pendant les autres phases de fonctionnement ce cylindre désactivé. 6) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à contrôler les soupapes (28, 34) par des moyens d'actionnement (38, 40) permettant de faire varier les lois de levée de ces soupapes.