Brevet FR3027347A1 — publié le 20160422

PROCEDE DE DETERMINATION D'UNE QUANTITE DE CARBURANT A INJECTER DANS UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE [0001] L'invention a trait au domaine des moteurs à combustion interne de véhicules automobiles et, notamment, à l'alimentation en carburant de ces moteurs. [0002] Les moteurs à combustion interne comprennent au moins un cylindre définissant une chambre de combustion pour un mélange air/carburant, cette chambre de combustion étant délimitée par une culasse, à une première extrémité du cylindre, et par un piston, monté mobile dans le cylindre, à une extrémité opposée à la culasse. [0003] La culasse comprend au moins deux conduits, à savoir un conduit d'admission d'air et un conduit d'échappement, débouchant dans la chambre de combustion et obturés chacun par une soupape mobile entre une position d'ouverture dans laquelle la soupape est écartée de la culasse pour permettre la communication entre le conduit et la chambre de combustion, et une position de fermeture dans laquelle la soupape est en contact avec la culasse et empêche la communication entre le conduit et la chambre de combustion. [0004] Enfin, la culasse comprend un injecteur par lequel le carburant est injecté directement dans la chambre de combustion, dans le cas d'une injection directe, ou dans le conduit d'admission d'air, dans le cas d'une injection indirecte. Le nombre d'injecteurs dans un moteur à combustion interne est égal au nombre de cylindres, ou au double du nombre de cylindres dans le cas d'un moteur ayant deux conduits d'admission par cylindre et une injection indirecte. [0005] Le carburant est injecté, sous pression, dans les chambres de combustion, la mise sous pression du carburant étant réalisée par une pompe haute pression. [0006] Les injecteurs utilisés sont par exemple de type électromagnétique ou piézo-électrique et sont commandés par un calculateur qui envoie un signal électrique permettant d'ouvrir ou de fermer l'injecteur. Ainsi, la quantité de carburant injectée dépend de la pression du carburant en amont de l'injecteur et de la durée d'ouverture de l'injecteur. [0007] Le démarrage d'un moteur à combustion interne est une succession d'évènements qui débute par l'activation d'un démarreur et se termine par l'obtention d'un régime de fonctionnement stabilisé du moteur, appelé régime de ralenti. Durant le démarrage, il existe deux phases principales, à savoir une phase de départ et une phase d'après-départ. [0008] Durant la phase de départ, d'une durée courte généralement comprise entre 500 millisecondes et 10 secondes, on observe une augmentation du régime de fonctionnement du moteur, depuis un régime induit par le démarreur. Durant la phase d'après-départ, d'environ 30 secondes, on observe une évolution rapide de la température des pièces constitutives du moteur et notamment des cylindres, des soupapes et des injecteurs de carburant. [0009] Durant le démarrage des moteurs et notamment dans la phase d'après-départ, des combustions incomplètes du mélange air/carburant peuvent apparaître. Ces combustions incomplètes sont dues à une quantité trop importante de carburant injecté (mélange riche) ou, au contraire, à une quantité trop faible de carburant injecté (mélange faible). [0010] Dans le cas de combustions incomplètes liées à une quantité trop faible de carburant injecté, on observe une montée en régime du moteur plus longue par rapport à un fonctionnement normal, ou, dans le pire des cas, un refus de démarrer du moteur. [0011] Dans le cas de combustions incomplètes liées à une quantité trop importante de carburant injecté, on observe un dégagement important de fumée en sortie du moteur et un encrassage voire une détérioration des éléments filtrants de la ligne d'échappement du véhicule, en particulier du filtre à particules. [0012] Ces défauts de fonctionnement du moteur entrainent une immobilisation, au moins partielle, du véhicule et peuvent engendrer des dépenses importantes de réparation pour son propriétaire. [0013] La régulation de la quantité de carburant injecté est connue du document EP 2 388 460 décrivant un véhicule automobile comprenant un calculateur déterminant une quantité de carburant à injecter dans le moteur, en fonction de paramètres tels que la vitesse du véhicule, la puissance désirée du moteur et la pression d'injection du carburant. [0014] Si cette régulation donne satisfaction lors de l'utilisation du véhicule, elle ne peut pas être appliquée au démarrage des moteurs à combustion interne. [0015] Un premier objectif est de proposer un procédé permettant de déterminer la quantité de carburant à injecter lors du démarrage du moteur. [0016] Un deuxième objectif est de proposer un calculateur, pour moteur à combustion interne, permettant de déterminer la quantité de carburant à injecter dans le moteur lors de son démarrage. [0017] Un troisième objectif est de proposer un moteur à combustion interne dont le démarrage n'est pas impacté par des combustions incomplètes. [0018] Un quatrième objectif est de proposer un véhicule automobile comprenant un moteur répondant aux objectifs précédents. [0019] A cet effet, il est proposé, en premier lieu, un procédé de détermination d'une quantité de carburant à injecter, via un injecteur, dans un cylindre d'un moteur à combustion interne, ce procédé comprenant une étape de correction de la quantité de carburant à injecter, cette correction étant réalisée au moyen d'un modèle de température de l'injecteur. [0020] Le procédé de détermination d'une quantité de carburant à injecter, via un injecteur, dans un cylindre d'un moteur à combustion interne permet de limiter le risque de combustions incomplètes lors du démarrage du moteur. [0021] Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaison : - le modèle de température de l'injecteur est calculé selon la formule suivante : Tinj= Teau + 273 + 9Kn(\/N x A) où Teau est la température de l'eau du moteur ; K est une valeur obtenue en fonction d'un régime et d'un couple moteur ; n est un indice déterminé pour chaque moteur en fonction de sa cylindrée ; N est le régime moteur, et - A est le diamètre du cylindre du moteur. le procédé comprend, en outre, une étape d'ajout d'une quantité nominale de carburant. [0022] Il est proposé, en deuxième lieu, un calculateur apte à mettre en oeuvre le procédé de détermination d'une quantité de carburant à injecter, tel que décrit précédemment. [0023] Avantageusement, le calculateur comprend un moyen de connexion filaire ou sans fil avec un moteur à combustion interne pour recevoir des informations provenant du moteur et transmettre une consigne d'injection à un injecteur du moteur. [0024] Il est proposé, en troisième lieu, un moteur à combustion interne comprenant un injecteur de carburant et un calculateur, tel que décrit précédemment, permettant de créer et transmettre une consigne d'injection à l'injecteur. [0025] Il est proposé, en quatrième lieu, un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne tel que décrit précédemment. [0026] D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description d'un mode de réalisation, faite ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue en perspective de dessus d'un véhicule automobile équipé d'un moteur à combustion interne ; la figure 2 est une vue schématique en coupe partielle d'un cylindre du moteur de la figure 1 ; - la figure 3 une courbe montrant l'évolution du régime moteur en fonction du temps, lors de la phase de démarrage du moteur ; la figure 4 est un diagramme de fonctionnement d'un procédé de détermination de la quantité de carburant à injecter dans le cylindre de la figure 2. [0027] Sur la figure 1 est représenté un véhicule 1 automobile comprenant un moteur 2 à combustion interne, en l'espèce un moteur 2 diesel, mais il pourrait s'agir d'un moteur essence. [0028] Le moteur 2 comprend un bloc moteur ayant au moins un cylindre 3, une culasse 4 recouvrant le bloc moteur et fermant le cylindre 3 à une extrémité supérieure de celui-ci, et un piston 5 monté mobile dans le cylindre 3 entre une position haute, dans laquelle le piston 5 est à proximité de la culasse 4, et une position basse écartée de la position haute. [0029] Comme on le voit sur la figure 2, le cylindre 3, la culasse 4 et le piston 5 définissent ensemble une chambre 6 de combustion. [0030] La culasse 4 comprend deux conduits 7, 8 débouchant dans le cylindre 3, à savoir un conduit 7 d'admission d'air et un conduit 8 d'échappement après combustion, les conduits 7, 8 comprenant, à leur jonction avec le cylindre 3, une soupape 9 permettant la mise en communication d'un conduit 7, 8 avec le cylindre 3 ou au contraire la séparation entre le conduit 7, 8 et le cylindre 3. [0031] En outre, la culasse 4 comprend, entre les deux soupapes 9, un injecteur 10 de carburant pour injecter, dans la chambre 6 de combustion, une quantité déterminée de carburant 11. On parle alors d'une injection directe au contraire d'une injection indirecte dans laquelle le carburant 11 est injecté dans le conduit 7 d'admission et mélangé avec l'air avant d'entrer dans la chambre 6 de combustion. [0032] Comme on le voit sur la figure 2, le moteur 2 comprend également un calculateur 12, par lequel la quantité de carburant à injecter est déterminée, et un vilebrequin 13 entrainé en rotation, via des bielles 14 par les pistons 5. Le mouvement du vilebrequin 13 est ensuite transmis aux roues 15 du véhicule 1 par l'intermédiaire de différents mécanismes. Le calculateur 12 comprend les moyens d'acquisition, de traitement et de commande requis à la mise en oeuvre du procédé de détermination d'une quantité de carburant de l'invention. [0033] Le calculateur 12 est connecté au moteur, de manière physique, c'est-à-dire au moyen de câbles, ou sans fil, par exemple par bluetooth, infrarouge ou wi-fi. [0034] Le calculateur 12 reçoit alors des informations provenant de capteurs (non représentés) analysant le fonctionnement du moteur 2 puis transmet une consigne 16 d'injection d'une quantité de carburant 11 à l'injecteur 10. La consigne 16 d'injection se présente sous la forme d'un signal électrique déterminant un temps d'ouverture de l'injecteur 10 [0035] Les moteurs 2 à combustion interne comprennent plusieurs cylindres 3. Toutefois, pour des raisons de clarté et de compréhension, la présente description et les figures auxquelles elle fait référence ne concernent qu'un unique cylindre, étant entendu que tous les cylindres d'un même moteur 2 fonctionnent de la même manière. [0036] Les moteurs 2 à combustion interne fonctionnent par succession de cycles, chaque cycle comprenant quatre phases, à savoir une phase d'admission durant laquelle l'air et le carburant 11 sont injectés dans la chambre 6 de combustion, une phase de compression et de combustion du mélange air/carburant, une phase de détente et une phase d'échappement. [0037] Durant un fonctionnement à chaud du moteur 2, c'est-à-dire lorsque le moteur 2 a atteint sa température de fonctionnement nominale, la quantité de carburant 11 injectée dans la chambre 6 de combustion, lors de la phase d'admission, dépend essentiellement d'un régime moteur RM et d'un couple C demandé par le conducteur, via une pédale d'accélération du véhicule 1. [0038] Le démarrage d'un moteur 2 à combustion interne est une succession d'évènements qui débute par l'activation d'un démarreur (non représenté sur les figures) et se termine par l'obtention d'un régime de fonctionnement stabilisé du moteur 2, appelé régime de ralenti. Durant le démarrage, il existe deux phases principales, à savoir une phase 17 de départ et une phase 18 d'après-départ. [0039] Durant la phase 17 de départ, on observe une augmentation du régime de fonctionnement du moteur 2, depuis un régime induit par le démarreur. Durant la phase 18 d'après-départ, on observe une évolution rapide de la température des pièces constitutives du moteur et notamment des cylindres 3, des soupapes 9 et des injecteurs 10 de carburant 11. Le régime RM moteur ainsi que les phases 17, 18 de départ et d'après-départ sont représentés, en fonction du temps, sur le graphique de la figure 3. [0040] Lors du démarrage du moteur 1, et plus particulièrement durant la phase 18 d'après-départ, le régime RM moteur et le couple C sont sensiblement constants, seule une petite variation (due à la stabilisation) du régime moteur existe en début de phase. [0041] Cependant, durant les phases de démarrage du moteur 2, des combustions incomplètes, dans le cylindre 3, peuvent apparaître. Ces combustions incomplètes sont dues à un problème de richesse du mélange air/carburant. La richesse d'un mélange air/carburant est le ratio entre la quantité d'air et la quantité de carburant 11 injectées. On dit alors d'un mélange air/carburant qu'il a une richesse élevée lorsque la quantité de carburant 11 injectée est trop importante et, au contraire, qu'il a une faible richesse, lorsque la quantité de carburant 11 injectée est trop faible. [0042] Afin de déterminer la quantité de carburant 11 à injecter durant la phase 18 d'après-départ, le calculateur 12 met en oeuvre un procédé, illustré sur la figure 4, comprenant une étape 100 de calcul de la quantité de carburant 11 à injecter à partir de paramètres moteur tels que le régime RM moteur et le couple C moteur, et une étape 200 de correction au moyen d'un modèle de température Tinj de l'injecteur 10. [0043] En effet, comme nous l'avons vu précédemment, lorsque le moteur 2 démarre, la température de ses éléments constitutifs augmente rapidement ce qui provoque leur dilatation. [0044] Dans le cas d'une injection directe, la dilatation de l'injecteur 10 entraîne sa porosité et donc une injection supérieure de carburant 11, rendant la richesse du mélange air/carburant trop élevée. [0045] Au contraire, dans le cas d'une injection indirecte, la position de l'injecteur 10 (écarté de la chambre 6 de combustion), réduit la vitesse de sa montée en température et provoque une injection plus faible de carburant 11 ce qui rend la richesse du mélange air/carburant trop faible. [0046] L'étape 200 de correction permet alors d'apporter un facteur de correction prenant en compte l'évolution de la température de l'injecteur 10, pour que la quantité de carburant 11 injectée soit conforme au besoin du moteur 2. [0047] Pour cela, le modèle de température Tinj de l'injecteur est calculé selon la formule suivante : Ijnj Tea, + 273 + 9Kn( I\'N/ REVENDICATIONS1. Procédé de détermination d'une quantité de carburant (11) à injecter, via un injecteur (10), dans un cylindre (3) d'un moteur (2) à combustion interne, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend une étape (200) de correction de la quantité de carburant (11) à injecter, cette correction étant réalisée au moyen d'un modèle de température (Ti nj) de l'injecteur (10). 2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le modèle de température (Tinj) de l'injecteur (10) est calculé selon la formule suivante : Ijnj Tea, + 273 + 9Kn( I\'N/ 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, une étape (300) d'ajout d'une quantité (Onomi) nominale de carburant (11). 4. Calculateur (12) apte à mettre en oeuvre le procédé de détermination d'une quantité de carburant (11) à injecter, selon l'une quelconque des revendications précédentes. 5. Calculateur (12) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de connexion filaire ou sans fil avec un moteur (2) à combustion interne pour recevoir des informations provenant du moteur et transmettre une consigne (16) d'injection à un injecteur (10) du moteur (2). 6. Moteur (2) à combustion interne comprenant un injecteur (10) de carburant (11) et un calculateur (12) selon la revendication 4 ou la revendication 5 permettant créer et transmettre une consigne (16) d'injection à l'injecteur (10). 7. Véhicule (1) automobile comprenant un moteur (2) à combustion interne selon la revendication précédente. 10