Brevet FR3047275A1 — publié le 20170804

La présente invention est relative aux systèmes de commande d'injection et d'allumage dans un moteur à combustion interne. En particulier, il s'agit de gérer les gouttes/gouttelettes résiduelles qui peuvent se présenter sur les nez d'injecteurs après l'arrêt du moteur, c'est-à-dire les prendre en compte au redémarrage suivant pour améliorer la dépollution. Il est connu que les normes antipollution concernant les émissions de composants chimiques polluants auxquelles sont soumis les véhicules automobiles sont de plus en plus contraignantes. Par ailleurs, récemment, on a assisté à un développement spectaculaire de la fonction « arrêt et démarrage » automatique, ou « stop and start » en anglais, c'est-à-dire l'arrêt automatique du moteur temporaire au feu rouge ou l'arrêt automatique du moteur temporaire en cas de vitesse nulle pendant un certain intervalle de temps, et le redémarrage également automatique du moteur à partir d'une commande indirecte du conducteur, par exemple la pédale d'embrayage ou la pédale d'accélérateur. Par conséquent, la phase de démarrage du moteur est devenue de plus en plus importante dans la contribution aux émissions de composants chimiques polluants (HC, NOx, CO, ...). Les inventeurs ont identifié une piste d'amélioration en faisant le constat que des gouttes ou gouttelettes résiduelles peuvent se former sur les nez d'injecteurs après 20 l'arrêt du moteur et en essayant d'en tirer parti pour améliorer la dépollution. Plus précisément, il est proposé un procédé pour corriger la quantité de carburant injectée lors de la première injection de la procédure de démarrage d'un moteur à combustion interne à injection directe, le procédé comprenant les étapes suivantes : al- détecter et compter le déplacement en rotation du moteur/vilebrequin à partir de 25 la mise en rotation du vilebrequin, a2- établir ou confirmer la synchronisation à savoir le calage du cycle moteur commandé à partir des signaux d'un capteur de position du vilebrequin, b- déterminer, pour chaque cylindre, une quantité résiduelle de carburant provenant d'un phénomène antérieur lié au cycle moteur antérieur, 30 c- pour chaque cylindre, retrancher ladite quantité résiduelle de carburant de la quantité théorique calculée à injecter à la première injection relative à ce cylindre. Moyennant quoi on prend en compte les résidus de carburant antérieurs pour avoir une première combustion proche de la richesse 1 (c'est-à-dire on minimise les émissions d'hydrocarbures (HC) qui seraient dus à l'apport non pris en compte de ces 35 résidus). 3047275 2 Grâce à un tel procédé, même en cas de multiples démarrages ou redémarrages, on peut atteindre un niveau de dépollution particulièrement bas. Avantageusement au passage, on économise un peu de carburant ce qui est bénéfique pour baisser la consommation spécifique. 5 L'étape de détection et de compte du déplacement en rotation du moteur/vilebrequin à partir de la mise en rotation du vilebrequin, on entend de manière connue la mesure du déplacement angulaire du vilebrequin qui est réalisée au moyen du capteur de position du vilebrequin et du contrôle moteur associé. L'étape d'établissement ou de confirmation de la synchronisation consiste de 10 manière connue à définir le calage du cycle moteur à partir des signaux provenant du capteur de position du vilebrequin et du contrôle moteur associé qui comporte le ou les logiciels de synchronisation adaptés. Dans divers modes de réalisation du procédé selon l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes. 15 Pour chaque cylindre, la quantité résiduelle de carburant est déterminée par une fraction de la quantité de carburant formée par une goutte accumulée au nez de l'injecteur depuis l'arrêt précédent du moteur ; moyennant quoi, on prend en compte partiellement le volume de la goutte si une partie est dissipée vers l'échappement sans pouvoir participer à la première combustion à suivre. Cette fraction dépend de la course angulaire pour chaque cylindre entre le début de rotation et la première injection. On peut ainsi déterminer ladite fraction de manière pertinente par rapport aux mouvements du piston et des soupapes avant la première injection. Ladite fraction dépend, pour chaque cylindre, de la phase de cycle prévalant 25 dans ce cylindre au moment de la mise en rotation. C'est une information de base pour déterminer la partie de la goutte qui est dissipée vers l'échappement sans pouvoir participer à la première combustion à suivre. Ladite fraction est de préférence affinée par référence à au moins une table cartographique, dépendant notamment de la température moteur ; Moyennant quoi, les 30 valeurs du volume de la goutte et de la fraction à retenir peuvent être déterminées finement de manière cartographique comme connu dans les calculateurs moteur. La quantité formée par une goutte accumulée au nez de l'injecteur depuis l'arrêt précédent du moteur est obtenue en déterminant la phase de cycle prévalant sur chaque cylindre au moment de l'arrêt et le cumul de temps écoulé jusqu'à la remise en 35 rotation. La quantité présente dans la goutte dépend en effet de la fin de la séquence propre à chaque cylindre et de la durée d'arrêt. 3047275 3 La quantité formée par une goutte accumulée au nez de l'injecteur depuis l'arrêt précédent du moteur peut être affinée en fonction de la température du moteur à l'arrêt et/ou au démarrage du moteur. On prend en compte le fait que le carburant de la goutte peut se vaporiser et être évacué d'autant plus facilement que la température est 5 élevée au redémarrage moteur. La synchronisation peut être obtenue rapidement, dans le cas d'un cycle de type « arrêt et démarrage » automatique, à savoir l'arrêt temporaire du moteur à vitesse nulle et son redémarrage automatique. La multiplication des démarrages ne dégrade pas les performances de dépollution. 10 La synchronisation est obtenue depuis un démarrage à froid ou sans information sur la position d'arrêt. La prise en compte de la goutte résiduelle peut ainsi être assurée même après un temps d'arrêt important. D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un de ses modes de réalisation, donné à titre d'exemple non 15 limitatif. L'invention sera également mieux comprise en regard des dessins joints sur lesquels : - la figure 1 représente un chronogramme du cycle moteur au démarrage, formant base d'application du procédé selon la présente invention, pour un cas de synchronisation rapide, 20 - la figure 2 est analogue à la figure 1, pour un cas de démarrage à froid, - la figure 3 représente schématiquement un système de commande d'injection de carburant dans lequel le procédé selon la présente invention peut être mise en oeuvre, - la figure 4 représente schématiquement un injecteur avec une goutte résiduelle, - la figure 5 représente un exemple de cartographie permettant de déterminer la fraction prise en compte, - la figure 6 représente schématiquement le procédé selon l'invention. La figure 3 représente un système de commande d'injection de carburant 30 d'un moteur à combustion interne à injection directe. Il s'agit préférentiellement d'un moteur à essence brulant des hydrocarbures à base d'octane. Cependant le procédé peut aussi être appliqué à des moteurs Diesel fonctionnant au gasoil. On va s'intéresser en particulier à la première injection de la procédure de démarrage du moteur. 35 Dans le système de commande d'injection de carburant, on trouve, comme connu, une cible 3 à dents liée au vilebrequin, qui contient une pluralité de dents 31 similaires disposées sur tout le pourtour d'une forme circulaire, avec une dent 3047275 4 manquante 32. Un capteur 13 (dit capteur PMH) est agencé en vis-à-vis des dents 31,32 et capte des signaux relatifs à la position et à la vitesse du vilebrequin. Optionnellement, on peut avoir aussi un capteur de position d'arbre à came 14. D'autres formes de couples cible(s) + capteurs sont bien entendu possibles. 5 Le système de commande comprend une unité de commande électronique « ECU » 1, pour « Engine Control Unit » en anglais, connue en soi, aussi appelée « calculateur moteur ». Le système de commande comprend quatre injecteurs 21, 22, 23, 24 chacun commandé par une sortie du calculateur moteur. On note généralement les injecteurs par la référence 2i, i étant le numéro du cylindre. Il y a aussi 10 des bougies d'allumage dans le cas essence (non représentées). Dans l'exemple illustré, il s'agit d'un moteur à 4 cylindres notés C1, C2, C3, C4. Bien entendu, le procédé présenté peut tout-à-fait être appliqué à un moteur à 3 cylindres, à 5 cylindres, à 6 cylindres ou plus. On parle ici d'un cycle moteur à quatre temps, à savoir Admission A, 15 Compression C, Détente D, Echappement E. Aux figures, on note D une détente suivant une combustion, et D' une détente sans combustion. Après l'arrêt du moteur, il se forme une goutte G au nez de chaque injecteur, comme illustré à la Figure 4. Cette goutte provient d'un suintement de carburant lié à une micro fuite du siège de l'injecteur postérieure à la dernière combustion dans ce cylindre. 20 La quantité de carburant stockée dans la goutte ou les gouttelettes dans certains cas, pour chaque cylindre, est notée QGi, i étant le numéro du cylindre. La connaissance de cette quantité QGi est issue de différentes campagnes de mesures ; les inventeurs ont constaté que cette quantité dépend de la phase de cycle (A, D, C, E) à laquelle s'est arrêté le cylindre et dépend de la température et de la 25 durée d'arrêt c'est-à-dire du cumul de temps écoulé depuis l'arrêt. Selon un mode de réalisation, cette quantité QGi peut être déterminée en temps quasi réel, c'est-à-dire juste après l'arrêt du moteur, puis conservée en mémoire jusqu'au prochain redémarrage. Cette solution implique que le calculateur moteur puisse avoir une bonne connaissance de la séquence d'arrêt du moteur. Or, il peut arriver que le vilebrequin fasse un petit retour en arrière et certains types de couples capteur 13 / cible 3 ne peuvent pas détecter le sens de rotation ce qui introduit une incertitude sur l'état dans lequel s'arrête le moteur. Selon un autre mode de réalisation, l'unité de contrôle moteur 1 n'étant pas à même de suivre précisément comment s'arrête le cycle moteur, cette quantité QGi est 35 estimée à postériori au moment du redémarrage, comme il sera vu plus en détails plus loin. 3047275 5 Pendant la séquence de démarrage, on a habituellement une certaine course angulaire entre le début de rotation et ce que l'on appelle la « synchronisation », à savoir la connaissance par le contrôle moteur de la position dans le cycle à quatre temps pour chaque cylindre ; à partir de cette synchronisation, la commande séquencée des 5 injecteurs peut être réalisée. Dans le cas le plus défavorable, la synchronisation requiert une course angulaire assez longue, pour découvrir la dent manquante et optionnellement la position arbre à cames. Ce cas sera illustré à la Figure 2. Dans des cas plus favorables, la synchronisation est obtenue après une course angulaire courte ; ce cas sera illustré à la Figure 1. 10 Pendant la séquence de démarrage, pour chaque cylindre, on a nécessairement une certaine course angulaire CAi entre le début de la rotation et la première combustion. Pendant cette course angulaire CAi selon les cas, il peut arriver qu'une partie de la quantité QGi soit ventilée, en particulier vers le collecteur d'échappement par la 15 soupape d'échappement. Il en résulte que seulement une partie de cette quantité QGi participe effectivement à la combustion suivante. On appelle cette partie de la quantité QGi qui participe effectivement à la combustion suivante, la quantité résiduelle de carburant QRi de carburant. Elle va être brûlée à la première combustion et correspond à une fraction notée F de la quantité de 20 carburant QGi stockée dans la goutte antérieurement. Par exemple en référence à la Figure 1, le cylindre Cl s'est arrêté en phase d'admission A avec la soupape d'admission ouverte. L'injection Q1C1 et l'allumage IGC1 sont effectuées dans la rotation vilebrequin suivante, avec une course angulaire CA1 de l'ordre de 60 % à 80 % d'un tour de vilebrequin ; par conséquent, dans ce cas la totalité 25 de la goutte G est utilisée et donc le facteur fraction F vaut 100 % ou quasiment. Pour le cylindre C2 qui s'est arrêté en phase de compression C, la course angulaire CA2 avant la première combustion couvre la phase de détente sans combustion D', puis une phase d'échappement E au cours de laquelle une grande partie de la goutte G est fortement ventilée et donc évacuée vers l'extérieur ; par conséquent, 30 l'injection Q1C2 et l'allumage IGC2 sont effectuées sans contribution de la totalité de la goutte stockée antérieurement ; par conséquent, dans ce cas seule une petit partie de la goutte est utilisée et la fraction F vaut 30 % ou moins. Ceci est vrai également pour le quatrième cylindre C4, mais avec une ventilation plus faible car la vitesse de rotation est encore faible. Pour le troisième cylindre C3, le cylindre Cl s'est arrêté en phase d'échappement E avec la soupape d'échappement ouverte. La fraction F vaut 50 % ou plus. 3047275 6 Le cycle C1-03-04-02 est l'ordre d'allumage conventionnel pour un moteur à 4 cylindres, mais le procédé fonctionne pour n'importe quel ordre d'allumage pour les autres nombres de cylindres. Par exemple en référence à la Figure 2, la synchronisation est plus tardive, 5 les ventilations des gouttes sont plus élevées, car on a plus de course angulaire avant la première combustion ; les fractions F seront donc généralement plus faibles. Pour affiner le processus, en pratique, on utilise des tables cartographiques comme celle illustrée à la Figure 5, qui permettent de déterminer finement la valeur de la fraction F à prendre en compte. 10 L'unité de contrôle moteur 1 (calculateur) comprend un processeur principal 12, un circuit de prétraitement 11 des signaux provenant du capteur 13 relatifs à la position et à la vitesse du vilebrequin, et des zones mémoires 10. Le processeur principal 12 effectue en temps réel les calculs suivants, pour chaque cylindre i, pour la quantité corrigée à injecter en pratique Qcorr(i) : 15 Qcorr(i) = Qth(i) - QRi, soit autrement dit Qcorr(i) = Qth(i) - F x QGi Qth(i) correspond à la quantité de carburant cible à faire brûler pour la première combustion du cylindre considéré. Qcorr(i) correspond alors à la quantité qu'il faut effectivement injecter à la 20 première combustion et le temps d'ouverture de l'injecteur Q1Ci correspond à cette quantité corrigée Qcorr(i). Grâce à la présence du carburant résiduel QRi, la combustion est faite à l'optimum, à richesse 1 dans les cas de démarrage à chaud. REVENDICATIONS1. Procédé pour corriger la quantité de carburant injectée lors de la première injection de la procédure de démarrage d'un moteur à combustion interne à injection directe, le procédé comprenant les étapes suivantes : al- détecter et compter le déplacement en rotation du moteur/vilebrequin à partir de la mise en rotation du vilebrequin, a2- établir ou confirmer la synchronisation à savoir le calage du cycle moteur commandé à partir des signaux d'un capteur de position du vilebrequin, b- déterminer, pour chaque cylindre (C1-C4), une quantité résiduelle de carburant provenant d'un phénomène antérieur lié au cycle moteur antérieur, c- pour chaque cylindre, retrancher ladite quantité résiduelle de carburant de la quantité théorique calculée à injecter à la première injection relative à ce cylindre. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, pour chaque cylindre, ladite quantité résiduelle de carburant est une fraction de la quantité formée par une goutte accumulée au nez de l'injecteur depuis l'arrêt précédent du moteur. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel ladite fraction dépend de la course angulaire pour chaque cylindre entre le début de rotation et la première injection. 4. Procédé selon la revendication 2, dans lequel ladite fraction dépend, pour chaque cylindre, de la phase de cycle (A, C, D, E) prévalant dans ce cylindre au moment de la mise en rotation. 5. Procédé selon la revendication 2, dans lequel ladite fraction est affinée par référence à au moins une table cartographique, dépendant notamment de la température moteur. 6. Procédé selon la revendication 2, dans lequel ladite quantité formée par une goutte accumulée au nez de l'injecteur depuis l'arrêt précédent du moteur est obtenue en 25 déterminant la phase de cycle prévalant sur chaque cylindre au moment de l'arrêt et le cumul de temps écoulé jusqu'à la remise en rotation. 7. Procédé selon la revendication 5, dans lequel ladite quantité formée par une goutte accumulée au nez de l'injecteur depuis l'arrêt précédent du moteur est affinée en fonction de la température du moteur à l'arrêt et/ou au démarrage du moteur. 30 8. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la synchronisation est obtenue rapidement, dans le cas d'un cycle de type « arrêt et démarrage » automatique. 3047275 8 9. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la synchronisation est obtenue depuis un démarrage à froid ou sans information sur la position d'arrêt.