Brevet FR2937381A1 — publié le 20100423

PROCEDE DE DEMARRAGE D'UN MOTEUR A COMBUSTION ALIMENTE PAR UN CARBURANT CONTENANT DE L'ETHANOL [0001] L'invention porte sur le domaine du démarrage des moteurs à combustion fonctionnant avec un carburant contenant de l'éthanol. Ces moteurs sont fréquemment désignés par l'appellation � Flex-Fuel �. [0002] Les moteurs pouvant fonctionner à l'éthanol ou un mélange de carburant traditionnel et d'éthanol connaissent des difficultés de démarrage à basse température. Par carburant traditionnel, on entend en particulier le carburant utilisé classiquement dans les moteurs à allumage commandé, communément appelé essence, ou supercarburant. [0003] En particulier, lorsque le moteur est froid, l'inflammation de l'éthanol étant plus difficile que celle de l'essence, le démarrage est difficile. La notion de moteur froid s'entend vis-à-vis de la température du liquide contenu dans le circuit de refroidissement du moteur. [0004] lI est connu que selon la proportion d'éthanol contenue dans le carburant, et en particulier lorsque celle-ci est élevée, les démarrages à basse température peuvent en se révéler problématique, c'est-à-dire se traduire par un démarrage plus long, voire impossible du moteur dans des conditions de températures particulièrement basses. [0005] lI est également connu un dispositif pour permettre les démarrages à froid des moteurs fonctionnant avec un mélange d'éthanol. La demande de brevet brésilienne BRP18801648 présente une variante particulière d'un tel dispositif. Ce dispositif comporte un réservoir additionnel rempli d'un second carburant, à faible teneur en éthanol. Ce carburant peut être du supercarburant classique, dit E0, mais peut également être par exemple du supercarburant comportant 22% en volume d'éthanol, dit E22, largement commercialisé sur le marché Brésilien par exemple, ou encore de l'E26 à 26% en volume d'éthanol. [0006] Lors des démarrages à froid, et en présence d'une importante concentration en éthanol dans le carburant, le dispositif de démarrage auxiliaire introduit du carburant à faible concentration en éthanol à l'admission du moteur. [0007] Cependant, si l'introduction de carburant pauvre en éthanol va permettre au véhicule de démarrer, elle entraine un temps de démarrage relativement long. En effet, le carburant étant introduit dans le conduit d'admission, l'inventeur a constaté qu'il fallait au carburant un certain temps pour arriver dans la chambre de combustion du moteur. Ceci peut se traduire par un délai de une à deux secondes pour le démarrage du moteur. [0008] Dans la présente invention, la solution à ces problèmes consiste à effectuer une pré-introduction de carburant à faible teneur en éthanol, à l'admission du moteur, avant même que la demande de démarrage du moteur ne soit effectuée. [0009] Plus précisément, l'invention concerne donc un procédé de démarrage d'un moteur à combustion alimenté par un premier carburant pouvant contenir de l'éthanol, ledit moteur étant équipé d'un système auxiliaire de démarrage à froid comportant un réservoir d'un second carburant à faible teneur en éthanol, dans lequel on détermine la température du liquide de refroidissement du moteur, on détermine la proportion d'éthanol dans le premier carburant, et caractérisé en ce que, si la température du liquide de refroidissement du moteur est inférieure à une température critique prédéterminée et si la proportion d'éthanol dans le carburant est supérieure à un seuil prédéterminé, on effectue une pré-introduction du second carburant à l'admission du moteur, en réponse à l'observation d'un événement préalable à la demande de démarrage du moteur. Ainsi, le carburant introduit à l'admission par le système auxiliaire de démarrage a physiquement le temps d'arriver à l'entrée des cylindres du moteur lorsque ce dernier reçoit l'ordre de démarrage. Le temps s'écoulant la demande de démarrage du moteur, c'est-à-dire le début de sa mise en rotation par exemple par un démarreur et l'arrivée du carburant à faible teneur en éthanol est ainsi fortement diminué, ce qui diminue d'autant le temps de démarrage du moteur, entre l'ordre de démarrage et la première combustion dans le moteur. L'invention est d'autant plus efficace que le taux d'éthanol dans le réservoir du système auxiliaire de démarrage est faible, cette donnée étant par ailleurs conditionnée à la disponibilité de carburant à faible taux d'éthanol sur un marché considéré. Au Brésil par exemple, pour les moteurs à allumage commandé, le carburant commercialisé contenant le plus faible taux d'éthanol présente tout de même 22% en volume d'éthanol. D'une façon générale, on entend donc par � faible teneur en éthanol � une proportion d'éthanol inférieure à 40% en volume, et de préférence inférieure à 30% en volume, et de préférence inférieure ou égale à 22% en volume. [0010] De préférence, la température critique est comprise entre 15°C et 20°C, et de préférence égale à 18°C. L'inventeur a en effet constaté qu'une température inférieure à 18°C entrainait des difficultés de démarrage du moteur, en particulier s'il est alimenté avec un carburant contenant plus de 22% en volume d'éthanol. [0011] De préférence, le seuil prédéterminé pour la proportion d'éthanol dans le premier carburant est compris entre 22% et 100% en volume. En effet, un carburant contenant jusque 22% en volume d'éthanol n'est généralement pas problématique pour le démarrage du moteur. D'ailleurs, sur certain marchés comme le Brésil, le carburant dit E22, c'est-à- dire contenant 22% en volume d'éthanol est distribué à la place du carburant traditionnel sans éthanol. Dans les modèles Flex-Fuel, il est possible de réaliser des pleins de carburant successifs avec des carburants présentant des taux d'éthanol très variables, par exemple du EO (sans éthanol) ou du E22 ou du E26, puis du E85 (contenant 85% en volume d'éthanol), voire du E100 (éthanol à 100% en volume). De fait, le réservoir principal (premier réservoir) du moteur peut contenir un carburant présentant de 0 à 100% en volume d'éthanol. Des dispositifs spécifiques connus permettent d'estimer la teneur en éthanol du carburant avec une précision de l'ordre de 5% en volume. [0012] De préférence la quantité de second carburant pré-introduit est dépendante de la température du liquide de refroidissement du moteur En effet, plus la température du moteur (estimée par la température de son liquide de refroidissement) est basse, plus le démarrage est problématique [0013] De préférence la quantité de second carburant pré-introduit est dépendante de la proportion d'éthanol dans le premier carburant. En effet, plus le taux d'éthanol dans le carburant du réservoir principal est important, plus le démarrage du moteur est problématique. [0014] De préférence, on module la quantité de second carburant pré-introduit en modulant la durée de la pré-introduction. Dans le cadre d'un système de pré-introduction, un injecteur à débit sensiblement constant est un dispositif simple à mettre en oeuvre. En modulant le temps d'injection, on module simplement la quantité de carburant à faible teneur en éthanol introduit à l'admission du moteur. [0015] De préférence, on module la durée de pré-introduction selon une cartographie préétablie. [0016] De préférence, on ménage une temporisation minimale prédéfinie entre deux pré-introductions. Ainsi, si l'événement préalable au démarrage du moteur est observé plus d'une fois peu de temps avant un démarrage effectif, une seule pré-introduction sera effectuée. [0017] Dans une variante de l'invention où le procédé est appliqué à un véhicule muni de portes, l'événement observé préalable au démarrage du moteur est le déverrouillage ou l'ouverture d'au moins une porte. Cet événement traduisant l'accession au véhicule permet ainsi de supposer qu'un démarrage successif va probablement se produire, et qu'il convient d'effectuer la pré-introduction de carburant selon l'invention. On peut également surveiller en particulier l'ouverture de la porte donnant accès au poste de conduite. C'est l'événement le plus simple à détecter précédent généralement le démarrage du moteur, d'autant que les véhicules actuels sont généralement équipés de détecteurs d'ouverture des portières. [0018] Dans une autre variante de l'invention où elle est appliquée à un moteur équipant un véhicule, l'événement observé préalable au démarrage du moteur est la détection d'un transpondeur présent dans une carte de démarrage main libre ou dans une clé de contact du moteur. Si le véhicule est équipé d'un système de démarrage main libre, la détection du transpondeur d'une carte de démarrage main libre est le préalable à l'autorisation de démarrage. Cette détection est parfaitement appropriée à la commande de la pré-introduction. Dans le cas où le moteur du véhicule est démarré à l'aide d'une clé de contact, un transpondeur est généralement présent dans la clé en tant que dispositif de sécurité, empêchant le démarrage du moteur avec une copie de la clé. La détection de ce transpondeur peut servir d'évènement observé préalable au démarrage du moteur, bien que le temps s'écoulant entre la détection du transpondeur et l'ordre de démarrage du moteur (le fait de tourner la clé) puisse être court. [0019] Dans une autre variante de l'invention où elle est appliquée à un moteur équipant un véhicule, l'événement observé préalable au démarrage du moteur est la détection de l'enfoncement de la pédale de frein ou de la pédale d'embrayage du véhicule. Selon le véhicule équipé, l'observation de ces événements peut être particulièrement pertinente. En effet, sur un véhicule équipé d'une boîte de vitesses automatique, l'enfoncement de la pédale de frein est nécessaire au démarrage du moteur. Ainsi, sur un tel véhicule, l'enfoncement de la pédale de frein alors que le moteur est à l'arrêt traduit de façon très probable un démarrage à venir. De même, selon certaines législations, l'enfoncement de la pédale d'embrayage d'un véhicule équipé d'une boîte de vitesses manuelle peut être nécessaire à l'autorisation de démarrage du moteur. [0020] Dans une autre variante de l'invention où elle est appliquée à un moteur équipant un véhicule, l'événement observé préalable au démarrage du moteur est le bouclage de la ceinture de sécurité du conducteur ou la détection de la présence d'un conducteur. C'est un autre événement simple à détecter, avec des capteurs souvent préexistants à l'utilisation du procédé selon l'invention. [0021] L'invention est décrite plus en détail ci-après et en référence aux figures représentant schématiquement le système dans son mode de réalisation préférentiel. [0022] La figure 1 présente schématiquement l'architecture générale d'un système auxiliaire de démarrage d'un moteur de type flex fuel. [0023] La figure 2 présente pour une application donnée le temps de pré-introduction retenu en fonction de la température du moteur et du taux d'éthanol dans le carburant. [0024] Sur la figure 1, un moteur 1 de type flex fuel, c'est-à-dire pouvant être alimenté par un carburant contenant une certaine proportion d'éthanol, est alimenté en un premier carburant par un premier réservoir 2. Le taux d'éthanol présent dans le carburant peut être déterminé à l'aide d'une sonde 3, en lien avec le contrôle moteur 4. [0025] Un dispositif permet de mesurer la température du liquide circulant dans le circuit de refroidissement non représenté du moteur 1. Cette information peut être transmise au contrôle moteur. [0026] Un dispositif de démarrage auxiliaire comporte un réservoir d'un second carburant 5, et un dispositif de dosage 6 piloté par le contrôle moteur 4, et permettant l'introduction du second carburant à l'admission du moteur. Traditionnellement, cette introduction du second carburant est effectuée en aval du boîtier papillon 7, lorsque le moteur en est doté. Le second réservoir est destiné à être rempli par du carburant pour moteur à allumage commandé (� supercarburant �) contenant le plus faible taux possible d'éthanol. Selon le marché, il peut s'agir de carburant dit E0, contenant 0% d'éthanol, ou par exemple de E22 contenant 22% en volume d'éthanol, ou encore du E26 contenant 26% en volume d'éthanol. [0027] Lorsqu'un événement précédent le démarrage du moteur, pouvant être selon l'application et de façon non exhaustive l'ouverture d'une porte du véhicule équipé ou l'ouverture de la porte permettant d'accéder au poste de conduite, la détection d'une carte à transpondeur de démarrage main libre, la détection d'un transpondeur contenu dans la clé de contact, le bouclage de la ceinture du sécurité du conducteur, ou encore l'enfoncement de la pédale de frein ou d'embrayage, est détecté, le contrôle moteur 4 intègre les informations de température du liquide contenu dans le circuit de refroidissement du moteur 1 et de taux d'éthanol du premier carburant, contenu dans le premier réservoir 2. [0028] Si la température du liquide contenu dans le circuit de refroidissement du moteur 1, et qui traduit la température du moteur 1, est inférieure à un premier seuil prédéterminé, et si le taux d'éthanol du premier carburant est supérieur à un second seuil prédéterminé, le contrôle moteur va alors commander une pré-introduction du second carburant contenu dans le second réservoir 5, à l'admission du moteur via le système auxiliaire de démarrage. Le dispositif de dosage 6 va assurer l'introduction de la quantité souhaitée de second carburant à l'admission. En pratique, c'est la durée de la pré-introduction qui est modulée afin de moduler la quantité de second carburant. [0029] Pour l'application ici représentée, correspondant à un moteur à quatre cylindres de 2.0L de cylindrée et 16 soupapes, l'inventeur a empiriquement déterminé le temps optimal de pré-introduction. La figure 2 présente dans un tableau le temps optimal de pré-introduction pour l'application considérée, en fonction de la température du liquide de refroidissement du circuit de refroidissement du moteur, et du taux d'éthanol dans le premier carburant. Dans le cas de figure considéré, le second carburant est de l'E22 à 22% en volume d'éthanol. Les températures (en colonnes) sont exprimées en degrés Celsius (°C). Le taux d'éthanol est rapporté à un rapport air/carburant ou NF (en lignes) ; en effet la stoechiométrie étant différente pour le supercarburant EO (rapport A/F=14,7) et pour l'éthanol à 100% E100 (rapport A/F=9,0), le rapport NF à la stoechiométrie traduit le taux d'éthanol présent dans le carburant. [0030] On constate sur la figure 2 que le temps de pré-introduction, et donc la quantité de second carburant pré-introduit, est d'autant plus important que la température du moteur est basse et que le taux d'éthanol dans le premier carburant est importante. On assure cependant, au prix d'une pré-introduction durant 1,2 seconde, un démarrage rapide à -10°C avec un premier carburant contenant 100% d'éthanol. [0031] A contrario, la pré-introduction est toujours inutile, pour l'application considérée, dès que la température du liquide de refroidissement du moteur égale ou dépasse 18°C ou que le rapport A/F à la stoechiométrie du premier carburant égale ou dépasse 12,0. [0032] Ainsi, à l'aide d'une pré-introduction adaptée à la situation de démarrage, il est possible de démarrer presque instantanément, c'est-à-dire dès l'ordre de démarrage du moteur, un moteur fonctionnant avec un carburant pouvant contenir jusque 100% d'éthanol, à des températures basses et notamment de l'ordre de -10°C. Revendications: 1. Procédé de démarrage d'un moteur à combustion (1) alimenté par un premier carburant pouvant contenir de l'éthanol, ledit moteur étant équipé d'un système auxiliaire de démarrage à froid comportant un réservoir (5) d'un second carburant à faible teneur en éthanol, dans lequel on détermine la température du liquide de refroidissement du moteur, on détermine la proportion d'éthanol dans le premier carburant, et caractérisé en ce que, si la température du liquide de refroidissement du moteur (1) est inférieure à une température critique prédéterminée et si la proportion d'éthanol dans le carburant est supérieure à un seuil prédéterminé, on effectue une pré-introduction du second carburant à l'admission du moteur (1), en réponse à l'observation d'un événement préalable à la demande de démarrage du moteur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température critique est comprise entre 15°C et 20°C, et de préférence égale à 18°C. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le seuil prédéterminé est compris entre 22% et 100% en volume. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la quantité de second carburant pré-introduit est dépendante de la température du liquide de refroidissement du moteur (1). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la quantité de second carburant pré-introduit est dépendante du taux d'éthanol dans le premier carburant. 6. Procédé selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce qu'on module la quantité de second carburant pré-introduit en modulant la durée de la pré-introduction. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'on module la durée de pré-introduction selon une cartographie préétablie. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par une temporisation minimale prédéfinie entre deux pré-introductions. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, appliqué à un moteur (1) équipant un véhicule muni de portes, caractérisé en ce que l'événementobservé préalable au démarrage du moteur est le déverrouillage ou l'ouverture d'au moins une porte. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, appliqué à un moteur (1) équipant un véhicule, caractérisé en ce que l'événement observé préalable au démarrage du moteur est la détection d'un transpondeur d'une carte de démarrage main libre ou présente dans une clé de contact du moteur. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, appliqué à un moteur équipant un véhicule, caractérisé en ce que l'événement observé préalable au démarrage du moteur est la détection de l'enfoncement de la pédale de frein ou de la pédale d'embrayage du véhicule. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, appliqué à un moteur (1) équipant un véhicule, caractérisé en ce que l'événement observé préalable au démarrage du moteur est le bouclage de la ceinture de sécurité du conducteur, ou la détection de la présence d'un conducteur.15