Brevet FR3044362A1 — publié le 20170602

La présente invention vise un procédé de commande pour le démarrage d'un moteur à combustion. La présente invention s'applique aux moteurs à essence, à éthanol ou utilisant un mélange essence et éthanol. La présente invention trouve une application particulièrement avantageuse 5 dans les modes de combustion en phase de démarrage moteur pour les moteurs à injection directe. Afin de démarrer un moteur à injection, il est connu de l'art antérieur d'utiliser un mode de combustion spécifique au démarrage. Ce mode de combustion spécifique contrôle un ensemble de paramètres qui diffèrent des paramètres de fonctionnement du 10 moteur en marche normale. Il est connu de l'art antérieur d'amorcer le passage d'un mode de combustion spécifique au démarrage à un mode de combustion dédié à la marche normale du moteur lorsqu'un seuil de régime moteur est atteint ou lorsqu'un laps de temps prédéterminé depuis le début du fonctionnement du moteur est atteint. 15 Un défaut de ce système est qu'il est nécessaire de calibrer la gestion du passage du mode de combustion spécifique au démarrage au mode de combustion dédié à la marche normale du véhicule en se basant sur le système considéré comme pire cas. En effet, le mode de combustion dédié au démarrage d'un véhicule ne diffère pas d'un véhicule à l'autre et ne permet pas de compenser la variabilité entre véhicules 20 due par exemple au vieillissement du système, à la dispersion de production, ou encore aux caractéristiques du carburant utilisé. La variabilité entre véhicules peut alors causer des rallongements du temps de démarrage du moteur pouvant aller jusqu'au défaut de démarrage. Aucun des systèmes actuels ne permet de répondre simultanément à tous les 25 besoins requis, à savoir d'assurer un démarrage en un temps juste nécessaire et fiable, ceci malgré les variabilités dues au véhicule et au carburant utilisé. La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients. A cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise un procédé de commande pour le démarrage d'un moteur à combustion comportant au moins un 30 cylindre, un capteur de cycle de combustion et un compteur, qui comporte : - une étape d'augmentation de la pression carburant au moyen d'un premier mode de combustion, - une étape d'augmentation de la température au moyen d'un deuxième mode de combustion qui comporte au moins un cycle de combustion, 3044362 2 - une étape de détection d'un cycle de combustion réussi par le capteur de cycle de combustion et d'enregistrement par un compteur, les étapes d'augmentation de la température et de détection d'un cycle de combustion étant répétées jusqu'à ce que le nombre de cycles de combustion enregistré par le compteur soit égal à une valeur prédéterminée et - une étape de génération de couple au moyen d'un troisième mode de combustion. Grâce à ces dispositions, la séquence de démarrage d'un moteur à injection est divisée en étapes successives comportant au moins trois modes de combustion. Dans chacun des modes de combustion, des paramètres du moteur tels que l'allumage, la position du papillon des gaz, le nombre d'injection de carburant et la fréquence des injections de carburant sont contrôlés. Un capteur de cycle de combustion permet de détecter les cycles de combustion réussis. Chaque cycle de combustion réussi est enregistré par un compteur. Le passage du deuxième mode de combustion configuré pour favoriser l'augmentation de la température dans le moteur au troisième mode de combustion configuré pour favoriser la génération de couple moteur est réalisé lorsque le nombre de cycles de combustion réussis enregistré par le compteur est supérieur à une valeur prédéterminée. Ces dispositions permettent que le moteur maintienne le deuxième mode de 20 combustion le temps juste nécessaire sur chaque système. Ainsi, le procédé objet de l'invention permet de démarrer un moteur à combustion sans longueur excessive et avec un risque réduit de défaut de démarrage. En d'autres termes, le procédé objet de l'invention amène de la robustesse au démarrage, en particulier pour les démarrages critiques, par exemple à basse 25 température. Le procédé objet de l'invention est particulièrement adapté au démarrage d'un moteur à éthanol à basses températures et au démarrage d'un moteur alimenté par des carburants essences ou mixtes à très basses températures. Le procédé objet de l'invention se distingue en particulier de l'art antérieur en ce qu'il permet d'initier le passage d'un premier mode de combustion à un second mode 30 de combustion sur la base d'un nombre de cycle de combustion réalisé sans génération de couple et de donc de régime. Dans des modes de réalisation, le procédé objet de l'invention comporte, après l'étape de génération de couple : - une étape de ralentissement et de mise en marche normale du moteur au moyen 35 d'un quatrième mode de combustion. Dans des modes de réalisation, le premier mode de combustion ne comporte pas d'injection d'essence. 3044362 3 Dans des modes de réalisation, l'étape d'augmentation de la pression carburant au moyen d'un premier mode de combustion comporte en outre une diminution de la pression dans le collecteur au moyen d'une fermeture du papillon. Grâce à ces dispositions, la pression de carburant peut être augmentée lors 5 de l'étape d'augmentation de pression. De plus, les caractéristiques du premier mode de combustion permettent de réduire le volume d'air contenu dans le cylindre. La réduction de la masse d'air contenue dans le cylindre au moyen du premier mode de combustion permet l'évaporation d'une quantité suffisante de carburant pour amorcer le démarrage. Dans des modes de réalisation, les paramètres maîtrisés dans le deuxième 10 mode de combustion sont l'allumage, la position du papillon des gaz, le nombre d'injections de carburant et la fréquence des injections de carburant. Grâce à ces dispositions, le deuxième mode de combustion permet l'augmentation de la température dans au moins un cylindre. Dans des modes de réalisation, les paramètres maitrisés dans le troisième 15 mode de combustion sont l'allumage, la position du papillon des gaz, le nombre d'injections de carburant et la fréquence des injections de carburant. Le troisième mode de combustion favorisant la génération de couple est connu de l'art antérieur à savoir, il comporte notamment une ouverture du papillon, une augmentation des masses de carburant injectées et une avance allumage permettant une 20 prise de couple optimale. Grâce à ces dispositions, le troisième mode de combustion permet de générer du couple moteur. Dans des modes de réalisation, le capteur de cycle de combustion est un capteur de signal dent. 25 Grâce à ces dispositions, la position angulaire du vilebrequin est déterminée. Le capteur mesure un signal représentatif de la position angulaire du vilebrequin. Une valeur prédéterminée de position angulaire du vilebrequin correspond à la position de point mort haut. Le capteur de pression cylindre permet de déterminer quand le cylindre est au point mort haut et ainsi de détecter les cycles de combustion du cylindre. 30 Avantageusement le capteur signal dent permet une mise en place peu coûteuse du procédé de l'invention. En effet le capteur signal dent est installé en série sur la majorité des modèles en circulation. Dans des modes de réalisation, le capteur de cycle de combustion est un capteur cliquetis. 35 Grâce à ces dispositions, le capteur mesure les vibrations émises par le cylindre. La vibration émise par le cylindre est une donnée représentative de la position 3044362 4 du piston qui permet de déterminer quand le cylindre est au point mort haut et ainsi de détecter les cycles de combustion du cylindre. Dans des modes de réalisation, le capteur de cycle de combustion est un capteur de pression cylindre. 5 Grâce à ces dispositions, la pression est mesurée dans au moins un cylindre lors des cycles de combustion. La pression mesurée est une donnée représentative de la position du cylindre et qui permet de déterminer lorsque qu'un cycle de combustion a été mené à bien. Le capteur de pression cylindre permet de déterminer quand le cylindre est au point mort haut et ainsi de détecter les cycles de combustion du cylindre. 10 Avantageusement, le capteur de pression cylindre permet une mesure précise et en temps réel de la pression permettant une détermination précise de l'occurrence d'un cycle de combustion et qualifier l'énergie résultante de cette combustion. Selon un deuxième aspect, la présente invention vise un dispositif de mise en oeuvre du procédé de commande pour le démarrage d'un moteur à combustion objet de 15 l'invention qui comporte au moins un cylindre, un capteur de cycle de combustion et un compteur. Les buts, avantages et caractéristiques particulières de ce dispositif étant similaires à ceux du procédé objet de la présente invention, ils ne sont pas rappelés ici. D'autres avantages, buts et caractéristiques particulières de la présente 20 invention ressortiront de la description non limitative qui suit d'au moins un mode de réalisation particulier des dispositifs, procédés et systèmes objets de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente, sous forme de logigramme, un mode de réalisation du procédé objet de la présente invention, 25 - la figure 2 représente, sous forme de graphique de la vitesse de rotation du moteur en fonction du temps, un mode de réalisation du procédé objet de la présente invention, - la figure 3 représente, sous forme de graphique, les variations de température dans un cylindre, sous pression absolu de 1 bar, en fonction 30 de la position angulaire du vilebrequin, - la figure 4 représente, sous forme de graphique, les variations de température dans un cylindre, sous pression absolu de 0,3 bar, en fonction de la position angulaire du vilebrequin, et - la figure 5 représente, schématiquement en vue de coupe, un mode de 35 réalisation particulier d'un dispositif de mise en oeuvre du procédé objet de l'invention. 3044362 5 La présente description est donnée à titre non limitatif, chaque caractéristique d'un mode de réalisation pouvant être combinée à toute autre caractéristique de tout autre mode de réalisation de manière avantageuse. On note, dès à présent, que les figures ne sont pas à l'échelle. 5 On observe, en figure 1, un procédé 10 de commande pour le démarrage d'un moteur à combustion comportant au moins un cylindre, un capteur de cycle de combustion et un compteur, qui comporte : - une étape 105 d'augmentation de la pression de carburant au moyen d'un premier mode de combustion, 10 - une étape 110 d'augmentation de la température au moyen d'un deuxième mode de combustion et qui comporte au moins un cycle de combustion, - une étape 115 de détection d'un cycle de combustion réussi par le capteur de cycle de combustion et d'enregistrement par un compteur, les étapes 110 et 115 étant répétées jusqu'à ce que le nombre de cycles de 15 combustion enregistré par le compteur soit égal à une valeur prédéterminée et - une étape 120 de génération de couple au moyen d'un troisième mode de combustion. En d'autres termes, le procédé objet de la présente invention décompose le démarrage d'un moteur à injection en phases distinctes. Chacune de ces phases est 20 réalisée au moyen d'un mode de combustion spécifique. On appelle mode de combustion l'ensemble des caractéristiques contrôlées lors d'une phase de fonctionnement du moteur. Les caractéristiques contrôlées incluent l'allumage, la position du papillon des gaz, le nombre d'injections de carburant, la position des injections dans le cycle de combustion, la quantité de chaque injection et la pression 25 du carburant injecté. Lors d'une étape 105 d'augmentation de la pression, la pression de carburant est augmentée au moyen d'un premier mode de combustion. Dans des modes de réalisation, l'étape 105 d'augmentation de la pression carburant au moyen d'un premier mode de combustion comporte en outre une diminution 30 de la pression dans le collecteur au moyen d'une fermeture du papillon. La fermeture du papillon permet une obstruction de l'entrée d'air et donc une diminution de la quantité d'air dans le cylindre. Dans des modes de réalisation, la pression est augmentée jusqu'à quatre-vingts bar environ. 35 Dans des modes de réalisation préférentiels, le premier mode de combustion ne comporte pas d'injection d'essence. 3044362 6 Lors de l'étape 105 la quantité d'air piégée dans le cylindre est réduite, cette disposition permet de faciliter l'évaporation de l'essence pulvérisée lors de l'étape 110 d'augmentation de la température. Lors d'une étape 110 d'augmentation de la température, la température est 5 augmentée dans au moins un cylindre au moyen d'un deuxième mode de combustion. Dans des modes de réalisation préférentiels, les paramètres maîtrisés dans ce deuxième mode de combustion sont l'allumage, la position du papillon des gaz, le nombre d'injections de carburant et la fréquence des injections de carburant. Le deuxième mode de combustion est configuré pour générer une 10 augmentation de température sans générer de couple moteur. Lors d'une étape 115, le capteur de cycle de combustion détecte un cycle de combustion réussi. Chaque cycle de combustion réussi est comptabilisé par un compteur. Les étapes 110 d'augmentation de la température et 115 de détection et d'enregistrement d'un cycle de combustion réussi sont répétées autant de fois que nécessaire pour que le 15 compteur atteigne un nombre de cycle de combustion réussi prédéterminé. Dans des modes de réalisation, le capteur de cycle de combustion est un capteur de signal dent. Le capteur de signal dent mesure un signal représentatif de la position angulaire du vilebrequin. Une valeur prédéterminée de position angulaire du vilebrequin 20 correspond à la position de point mort haut. Dans des modes de réalisation, le capteur de cycle de combustion est un capteur cliquetis. Dans des modes de réalisation le capteur de cliquetis est un capteur piézoélectrique, le signal mesuré est une donnée représentative de la position du piston qui permet de déterminer quand le cylindre est au point mort haut et ainsi de détecter les 25 cycles de combustion du cylindre. Dans des modes de réalisation préférentiels, le capteur de cycle de combustion est un capteur de pression cylindre. Le capteur de pression cylindre mesure la pression dans au moins un cylindre lors des cycles de combustion. La pression mesurée est une donnée représentative de la position du cylindre. Le capteur de pression 30 cylindre permet de déterminer quand le cylindre est au point mort haut et ainsi de détecter les cycles de combustion du cylindre. Dans des modes de réalisation la valeur de pression relevée par le capteur de pression du cylindre est comparée à une courbe de référence. La valeur de pression dans le cylindre étant connue pour un cycle avec combustion du carburant et connue pour un 35 cycle sans combustion, la comparaison de ces valeurs de référence avec les valeurs mesurées par le capteur de pression cylindre permet de déterminer lorsque qu'un cycle du cylindre a été réalisé avec combustion du carburant. 3044362 7 Dans des modes de réalisation, la température est mesurée au moyen d'un capteur de température. Dans des modes de réalisation, le passage de l'étape 110 à l'étape 115 est réalisé lorsque la température mesurée dans le cylindre est supérieure ou égale à une valeur prédéterminée. 5 Dans des modes de réalisation, le passage de l'étape 115 à l'étape 120 est réalisé lorsque la température est supérieure ou égale à un seuil prédéterminé et le nombre de cycles de combustion réussis enregistré par le compteur est supérieur ou égal à une valeur prédéterminée. Dans des modes de réalisation la température est mesurée dans le cylindre. 10 Préférentiellement, le capteur mis en place dans le procédé de l'invention est un capteur apte à mesurer la température et la pression dans le cylindre. Dans d'autres modes de réalisation au moins un capteur de température est positionné sur la paroi d'un cylindre. Dans d'autres moyens de réalisation le capteur de température est disposé au niveau de l'échappement. 15 Lors d'une étape 120 de génération de couple, du couple moteur est généré au moyen d'un troisième mode de combustion. Le troisième mode de combustion est configuré pour générer du couple moteur et pour augmenter le nombre de tours par minute du moteur. Dans des modes de réalisation, Les caractéristiques contrôlées incluent 20 l'allumage, la position du papillon des gaz, le nombre d'injection de carburant, la position des injections dans le cycle de combustion, la quantité de chaque injection et la pression du carburant injecté. Dans des modes de réalisation, le procédé 10 comporte, après l'étape 120 de génération de couple : 25 - une étape 125 de ralentissement et de mise en marche normale du moteur au moyen d'un quatrième mode de combustion. L'étape 125 correspond à la sortie de phase de démarrage du moteur pour un fonctionnement en marche normale du moteur. On observe, en figure 2, une courbe représentant un exemple particulier de 30 déroulement du procédé de commande pour le démarrage d'un moteur à combustion objet de l'invention sous forme de courbe. La courbe illustre la vitesse du moteur exprimée en nombre de rotations par minute en fonction du temps en unité de temps. Dans des modes de réalisation préférentiels, durant les étapes 105 et 110, respectivement d'augmentation de la pression et d'augmentation de la température, la 35 vitesse du moteur est sensiblement stable. Dans des modes de réalisation, lors de l'étape 120 de génération de couple, la vitesse du moteur augmente jusqu'à atteindre une valeur de vitesse prédéterminée. Le 3044362 8 passage de l'étape 120 de génération de couple à l'étape 125 de ralentissement et de mise en marche normale du moteur est réalisé lorsque la vitesse du moteur est supérieure ou égale à une vitesse prédéterminée. Dans d'autres modes de réalisation le passage de l'étape 120 de génération 5 de couple à l'étape 125 de ralentissement et de mise en marche normale du moteur est réalisé lorsqu'une valeur absolue en régime est dépassée. On observe, en figures 3 et 4, sous forme de graphique, les variations de température dans un cylindre, en fonction de la position angulaire du vilebrequin dans le procédé objet de l'invention. 10 Les figures 3 et 4 montrent la température, exprimée en degré Kelvin et figurée en ordonnée 160, en fonction de la position angulaire du vilebrequin figurée en abscisse 165. Le carburant utilisé dans le procédé illustré aux figures 3 et 4 est de l'éthanol pur, également appelé E100. On observe en figures 3 et 4 une courbe A de température 15 d'évaporation du carburant. On observe également deux courbes B et C correspondant à la température dans le cylindre lors d'un cycle de combustion dans deux configurations distinctes. La courbe B correspond à la température de l'air contenu dans le cylindre lorsqu'il y a évaporation du carburant et la courbe C correspond à la température de l'air contenu dans le cylindre lorsqu'il n'y a pas d'évaporation du carburant. La température du cylindre illustré par les courbes B et C doit être supérieure à la température d'évaporation du carburant utilisé pour permettre une évaporation du carburant. On définit une plage angulaire favorable à une injection de carburant comme l'intervalle dans lequel la température d'évaporation du carburant est inférieure à la courbe B de température du cylindre. Le cycle de combustion illustré en figure 3 est sous pression absolue de 0,3 bar. Le cycle de combustion illustré en figure 4 est sous pression absolue de 1 bar et comporte un papillon en position fermée favorisant une pression accrue. On observe que les conditions mises en oeuvre en figure 4 avec un papillon en position fermée permettent l'émergence d'une plage angulaire favorable à une injection de carburant dont les bornes situées à des angles de -39° et 22° sont mis en valeur respectivement par les deux lignes verticales pointillées 180 et 185. Ainsi les dispositions mises en places par le procédé de l'invention, illustrées 35 en figure 5 favorisent une plage angulaire favorable à une injection de carburant plus large. 3044362 9 On observe, en figure 5 un dispositif 20 de mise en oeuvre du procédé 10 de commande pour le démarrage d'un moteur à combustion, le procédé objet de l'invention, qui comporte au moins un cylindre 205, un capteur 210 de cycle de combustion et un compteur 215. 5 Le dispositif 20 comporte en outre un injecteur 260, une arrivée d'air 265 et un départ des gaz d'échappement 270. Dans des modes de réalisation préférentiels le compteur 215 est intégré au processeur 225. Dans des modes de réalisation le dispositif 20 comporte au moins l'un des 10 capteurs suivants : capteur de signal dent 230, capteur cliquetis 235, capteur de pression cylindre 240, et capteur de température 250. Dans des modes de réalisation, un processeur 225 collecte et traite les données mesurées par au moins un capteur. Le traitement des données peut comporter un ou plusieurs calculs mathématiques ou la mise en oeuvre d'un algorithme. 15 En d'autres termes le processeur 225 peut être appelé unité de contrôle moteur. Dans des modes de réalisation, le processeur 225 compare une donnée mesurée par un capteur à une valeur prédéterminée stockée dans une mémoire 220. Dans des modes de réalisation, le processeur 225 détermine une valeur 20 secondaire à partir d'une valeur primaire mesurée par un capteur. Dans des modes de réalisation, la position d'un piston 255 dans le cylindre 205 est déterminée par le processeur à partir d'au moins une donnée mesurée par au moins un capteur. Dans des modes de réalisation au moins une donnée enregistrée par au moins un des capteurs 210, 230, 235, 240, 250 est enregistré dans la mémoire 220. REVENDICATIONS1. Procédé (10) de commande pour le démarrage d'un moteur à combustion comportant au moins un cylindre, un capteur de cycle de combustion et un compteur, caractérisé en ce qu'il comporte : - une étape (105) d'augmentation de la pression carburant au moyen d'un premier mode de combustion, - une étape (110) d'augmentation de la température au moyen d'un deuxième mode de combustion et qui comporte au moins un cycle de combustion, - une étape (115) de détection d'un cycle de combustion réussi par le capteur de cycle de combustion et d'enregistrement par un compteur, les étapes (110) d'augmentation de la température et (115) de détection d'un cycle de combustion réussi étant répétées jusqu'à ce que le nombre de cycle de combustion enregistré par le compteur soit égal à une valeur prédéterminée, et - une étape (120) de génération de couple au moyen d'un troisième mode de combustion. 2. Procédé (10) selon la revendication 1, qui comporte, après l'étape (120) de génération de couple : - une étape (125) de ralentissement et de mise en marche normale du moteur au moyen d'un quatrième mode de combustion. 3. Procédé (10) selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel le premier mode de combustion ne comporte pas d'injection d'essence. 4. Procédé (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'étape (105) d'augmentation de la pression carburant au moyen d'un premier mode de combustion comporte en outre une diminution de la pression dans le collecteur au moyen d'une fermeture du papillon. 5. Procédé (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, Les caractéristiques contrôlées dans le deuxième mode de combustion incluent l'allumage, la position du papillon des gaz, le nombre d'injection de carburant, la position des injections dans le cycle de combustion, la quantité de chaque injection et la pression du carburant injecté. 6. Procédé (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, Les caractéristiques contrôlées dans le troisième mode de combustion incluent l'allumage, la position du papillon des gaz, le nombre d'injection de carburant, la position des injections dans le cycle de combustion, la quantité de chaque injection et la pression du carburant injecté. 7. Procédé (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le capteur de cycle de combustion est un capteur de signal dent. 3044362 11 8. Procédé (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le capteur de cycle de combustion est un capteur cliquetis. 9. Procédé (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le capteur de cycle de combustion est un capteur de pression cylindre. 5 10. Dispositif (20) de mise en oeuvre du procédé (10) de commande pour le démarrage d'un moteur à combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce qu'il comporte au moins un cylindre (205), un capteur (210) de cycle de combustion et un compteur (215).