FR2874969A1 - Procede de controle de demarrage d'un moteur a combustion interne a injection indirecte - Google Patents
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Abstract
Procédé de contrôle de démarrage d'un moteur à combustion interne à injection indirecte dans lequel :- on utilise un moteur comprenant :• une pluralité de cylindres,• un vilebrequin,• des soupapes d'admission et des soupapes d'échappement,• des collecteurs d'admission associés chacun à un cylindre,• des injecteurs,• des moyens d'allumage pour enflammer le carburant,• un capteur de pression de fluide à l'endroit du collecteur d'admission,- on utilise un capteur de position angulaire du vilebrequin,- à partir d'une position de départ du moteur, on commande la rotation du vilebrequin,- on mesure l'angle de rotation relatif du vilebrequin,le procédé étant caractérisé en ce que :- on réalise une première injection de carburant dans un premier desdits collecteurs d'admission alors que le vilebrequin se trouve dans une position angulaire,- on mesure la pression de fluide à l'endroit du collecteur d'admission et, si dans un premier intervalle de fonctionnement moteur inférieur à un angle de rotation prédéterminé du vilebrequin à compter du moment de la première injection, le gradient de la pression de fluide à l'intérieur dudit collecteur augmente, et/ou la pression de fluide à l'intérieur dudit collecteur passe en dessous d'un seuil prédéterminé, alors le moteur est considéré comme correctement synchronisé, dans le cas contraire, le moteur est considéré comme incorrectement synchronisé et une étape de synchronisation du moteur est alors mise en oeuvre.
Description
L'invention concerne un procédé pour contrôler le démarrage d'un moteur à combustion interne à injection indirecte. Elle est destinée aux véhicules munis d'un tel moteur et sera décrite plus précisément en relation avec cette application.
Lorsqu'un moteur à combustion interne s'arrête, celui-ci se positionne entre deux points morts hauts, avec le(s) piston(s) positionné(s) généralement à mi-course dans la (leurs) chambre(s) de combustion. La position du moteur et plus précisément celle du vilebrequin n'est généralement pas connue, du moins pas avec précision. Or, il est nécessaire de connaître cette position pour faire démarrer et fonctionner correctement le moteur. Cette étape consistant à synchroniser l'injection de carburant avec la position précise de pistons est communément appelée phasage du moteur.
Au moment du démarrage du moteur on peut connaître la position angulaire relative du vilebrequin, grâce à une mesure d'angle de rotation du vilebrequin et grâce à un signal de référence émis à chaque fois que le vilebrequin passe par une position angulaire de référence, c'est à dire une fois par tour de vilebrequin. Le ou les pistons étant reliés au vilebrequin par l'intermédiaire de bielles, il est possible de connaître la position de chaque piston dans sa chambre en fonction de la position angulaire du vilebrequin. Un tel usage est divulgué dans la demande de brevet FR-A-2.441.829 qui présente un disque denté solidaire du vilebrequin, ce disque possédant une disposition de dents variable une fois par tour de vilebrequin qui constitue alors la position angulaire de référence.
Toutefois à l'aide de la seule information de position angulaire du vilebrequin, il n'est pas possible de connaître de façon certaine la position relative des soupapes d'admission et d'échappement dans le cycle moteur.
Ainsi, si l'on réalise une injection de carburant en la phasant seulement par rapport à la position angulaire du vilebrequin et en ignorant les positions relatives des soupapes d'admission et d'échappement par rapport à l'angle du vilebrequin, il y a 50% de chances pour que cette injection de carburant soit incorrectement phasée.
Or, lors de la mise en route d'un moteur à quatre temps, il est nécessaire de phaser l'injection de carburant pour faire fonctionner le moteur au plus vite. C'est la raison pour laquelle de nombreux fabricants de moteurs à combustion interne ont développé diverses solutions visant à permettre le phasage d'une injection sans avoir à installer un capteur de position des soupapes d'admission et/ou d'échappement (tel qu'un capteur de position d'arbre à cames par exemple).
Un procédé de synchronisation du type précédemment défini, permettant une telle synchronisation d'injection de carburant dans le cycle moteur, est par exemple décrit dans le document brevet FR-A-2.754.852. Dans ce procédé de l'art antérieur, on mesure après injection, l'évolution du couple moteur pour en déduire si le phasage de l'injection est correct ou incorrect dans le cycle (l'augmentation du couple moteur étant un paramètre représentatif d'une combustion, de l'intensité de cette combustion et de son moment d'occurrence dans le cycle moteur).
Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer une solution alternative permettant de synchroniser une injection de carburant dans un cycle moteur sans avoir recours à un capteur de position des soupapes d'admission et/ou d'échappement.
A cette fin, le procédé contrôle de démarrage de l'invention propose : - d'utiliser un moteur comprenant :
une pluralité de cylindres dans chacun desquels coulisse un piston, un vilebrequin dont le mouvement de rotation est lié au coulissement des pistons, des soupapes d'admission et des soupapes d'échappement se déplaçant entre une position ouverte et une position fermée, chacune des soupapes d'admission et des soupapes d'échappement étant associée à un cylindre, des collecteurs d'admission associés chacun à un cylindre avec lequel ils communiquent par l'intermédiaire de la soupape d'admission associée audit cylindre, des injecteurs associés chacun à un collecteur d'admission pour y injecter du carburant, des moyens d'allumage associés chacun à un cylindre pour enflammer le carburant contenu dans ledit cylindre, un capteur de pression de fluide à l'endroit du collecteur d'admission,- d'y adjoindre un capteur comprenant une partie fixe et une cible liée au vilebrequin, ladite cible comportant un index de référence détectable par la partie fixe, - de commander la rotation du vilebrequin à partir d'une position de départ du moteur, - de mesurer l'angle de rotation relatif du vilebrequin.
Le procédé conforme à l'invention est remarquable en ce qu'on réalise une première injection de carburant dans un premier desdits collecteurs d'admission alors que le vilebrequin se trouve dans une position angulaire et que l'on mesure la pression de fluide à l'endroit du collecteur d'admission et, si dans un premier intervalle de fonctionnement moteur inférieur à un angle de rotation prédéterminé du vilebrequin à compter du moment de la première injection, le gradient de la pression de fluide à l'intérieur dudit collecteur augmente, et/ou la pression de fluide à l'intérieur dudit collecteur passe en dessous d'un seuil prédéterminé, alors le moteur est considéré comme correctement synchronisé, dans le cas contraire, le moteur est considéré comme incorrectement synchronisé et une étape de synchronisation du moteur est alors mise en u̇vre.
Il est à noter que le gradient de pression de fluide est la pente de la courbe donnant la variation de la pression de fluide en fonction de l'angle de rotation du vilebrequin. En d'autres termes, le gradient de pression de fluide à l'intérieur du collecteur d'admission est la dérivée première de la pression de fluide dans le collecteur en fonction de l'angle moteur (angle du vilebrequin).
Il a été remarqué que ce gradient augmente, c'est à dire que la pression de fluide varie rapidement (dans notre cas cette dernière chute rapidement sous l'effet d'aspiration généré par le moteur en fonctionnement), lorsqu'il y a eu combustion dans une chambre, ce qui permet de détecter le moment de la combustion suivant la première injection.
De même, il a été remarqué que la pression de fluide à l'intérieur du collecteur d'admission, dans lequel transite le comburant, passe en dessous d'un seuil de pression prédéterminé lorsque le vilebrequin atteint une vitesse de rotation suffisante et significative d'une combustion dans la chambre où a eu lieu la première injection.
Les phénomènes d'augmentation du gradient de pression de fluide dans le collecteur d'admission et de diminution de cette pression en dessous d'un seuil prédéterminé résultent de l'architecture du moteur. En effet lorsque l'on fait tourner le vilebrequin (par exemple à l'aide d'un démarreur engrainant sur une couronne dentée solidaire du vilebrequin) celui-ci entraîne en translation chacun des pistons auxquels il est relié par une bielle. Dans le même temps, les soupapes d'admission et d'échappement sont entraînées sélectivement en mouvement et de façon cyclique en fonction de l'angle de rotation du vilebrequin auxquels elles sont mécaniquement liés.La liaison mécanique entre le vilebrequin et les soupapes d'échappement et d'admission comprend généralement au moins un arbre à cames lié en rotation au vilebrequin (par exemple par une courroie de distribution) et translatant sélectivement (grâce au mouvement de rotation des cames) les soupapes d'admission et les soupapes d'échappement (au moins une soupape d'admission et au moins une soupape d'échappement par chambre).
Du fait de l'accélération du vilebrequin et des pistons dans les chambres, ces dernières, reliées au collecteur d'admission, ont tendance à aspirer de l'air dans ledit collecteur, créant ainsi une dépression variable dans le temps en fonction de l'accélération et de la vitesse du vilebrequin.
Ainsi, grâce à l'invention, il est possible, en mesurant la pression de fluide à l'intérieur du collecteur d'admission, de détecter le moment de la combustion et donc d'en déduire si l'injection à été correctement ou incorrectement phasée, ce qui revient à connaître la position relative des soupapes d'admission et d'échappement.
Cette information de pression de fluide collecteur est obtenue grâce à un capteur de pression de fluide (pression d'air dans le collecteur d'admission) qui est présent sur la plupart des moteurs à combustion interne, ce qui permet de se dispenser de l'ajout d'un autre capteur tel qu'un capteur de couple moteur ou un capteur de position angulaire d'arbre à came comme le font les solutions de l'art antérieur.
La présente invention peut donc être utilisée soit pour synchroniser un moteur lorsque le capteur de position angulaire d'arbre à came est défaillant, soit sur un moteur ne comportant pas d'autre capteur spécifique que le capteur de pression de fluide au niveau du collecteur d'admission et le capteur de rotation du vilebrequin.
D'autre part, grâce à l'invention, il est possible d'obtenir l'information de synchronisation correcte ou incorrecte au plus tard un cycle moteur (720[deg] de rotation vilebrequin) après avoir réalisé la première injection. En effet, si la combustion dans la chambre du cylindre où a été réalisée la première injection à lieu dans les 720[deg] d'angle de rotation vilebrequin suivant la première injection, alors on sait que cette première injection était correctement phasée et s'est produite durant la phase d'admission du mélange carburant / comburant dans cette chambre. Dans le cas contraire, la première injection est alors considérée comme incorrectement phasée et une étape de synchronisation sera mise en oeuvre.
Avantageusement, ledit angle de rotation prédéterminé du vilebrequin est d'au plus 720[deg] d'angle de rotation de vilebrequin.
On peut par exemple faire en sorte que l'étape de synchronisation consiste à réaliser au cours d'un second intervalle d'angle de fonctionnement du moteur s'étendant sur au plus 360[deg] d'angle de rotation du vilebrequin (c'est à dire un demi-cycle moteur), et décalé par rapport audit premier intervalle de fonctionnement d'un nombre n de tours moteur, où n est un nombre entier impair, une seconde injection de carburant dans la chambre dans laquelle a été effectuée la première injection, cette seconde injection étant alors considérée comme correctement synchronisée ce qui implique que le moteur est également considéré comme correctement synchronisé.
Ainsi lorsque la première injection est incorrectement phasée, celle-ci conduit à une combustion se produisant plus de deux tours moteur après la première injection. La seconde injection est alors décalée par rapport à la première d'un nombre impair de tours moteur.
Cette seconde injection étant considérée comme correctement phasée, alors toutes les injections qui ont lieu dans la première chambre lors du fonctionnement normal du moteur (c'est à dire après l'étape de synchronisation) sont réalisées à chaque nouveau cycle moteur à compter de l'injection correctement phasée.
Grâce à l'invention toutes les injections de fonctionnement normal peuvent alors être correctement synchronisées dès la seconde injection dans le collecteur d'admission objet de la première injection.
On peut également faire en sorte que le volume de carburant injecté lors de la première injection soit inférieur au volume de carburant injecté dans la première chambre lors d'injections principales postérieures à la première, le premier volume étant préférentiellement inférieur à 50% du second volume.
Cette caractéristique permet de réduire la quantité de carburant injectée lors de la première injection qui sert principalement à vérifier si le phasage de l'injection est correct ou non. De ce fait si la première injection est incorrectement phasée, on s'en rendra compte sans avoir à utiliser une quantité importante de carburant.
Il est à noter que le terme injection principale désigne généralement soit une seconde injection de synchronisation (lorsque la première injection est incorrectement phasée) soit une injection intervenant ultérieurement (au cycle moteur suivant lorsque la première injection était correctement phasée).
On peut également faire en sorte que la première injection de carburant soit réalisée après avoir mesuré, avec le capteur de rotation, une rotation du vilebrequin comprise entre 80[deg] et 100[deg] d'angle de rotation vilebrequin à compter du début de la transmission dudit signal de position angulaire.
Grâce à cette caractéristique, l'injection est judicieusement placée de manière à ce que le carburant ainsi injecté, lors de la première injection, ne passe pas directement à l'échappement (la première injection ayant lieu avant la phase d'échappement autorisée par la soupape d'échappement). En effet, comme précisé précédemment, un moteur à quatre temps à toujours tendance à s'immobiliser avec son vilebrequin positionné selon un angle d'arrêt de vilebrequin compris dans une plage d'angle donnée. Ainsi, l'angle que doit parcourir le vilebrequin pour passer de sa position d'arrêt à la position dans laquelle la première injection doit avoir lieu est compris entre 110[deg] d'angle et 148[deg]d'angle.Entre l'instant où l'on commence à actionner le vilebrequin qui se trouvait à l'arrêt et l'instant où le capteur de rotation vilebrequin transmet un signal de position angulaire de référence (aussi appelé signal dent valide), le vilebrequin à pivoté d'un angle allant de 30[deg] à 48[deg] vilebrequin.
A compter du début de la réception du signal de position angulaire de référence, la première injection du procédé selon l'invention est alors réalisée dans un intervalle d'angle de première injection compris entre 80[deg] et 100[deg] d'angle vilebrequin. Ainsi, la première injection du procédé selon l'invention est réalisée dans un intervalle de 110[deg] à 148. d'angle vilebrequin à compter de la position d'arrêt du vilebrequin. Grâce à ce phasage de la première injection, il n'y a donc pas besoin d'attendre la réception du signal de référence du capteur de position angulaire de vilebrequin pour réaliser la première injection, seul le début du signal de position angulaire de vilebrequin étant pris en compte pour calculer le moment de la première injection.De ce fait, il est possible de synchroniser et démarrer le moteur utilisant le procédé selon l'invention plus rapidement qu'un même moteur utilisant un procédé de synchronisation qui baserait le phasage de la première injection par rapport au signal de référence.
On peut également faire en sorte que le procédé conforme à l'invention soit mis en oeuvre sur deux cylindres. Il est alors réalisé deux premières injections dans des collecteurs d'admission associés à des cylindres consécutifs dans l'ordre d'allumage du moteur. Ceci permet de garantir un démarrage rapide du moteur.
Le choix de deux cylindres consécutifs est ici à opposer au choix de deux cylindres appairés (c'est à dire atteignant leur point mort haut en même temps). Un tel choix rendrait impossible le phasage rapide du moteur puisque la mesure de la pression de fluide dans le collecteur d'admission ne permettrait alors pas de savoir lequel des deux cylindres appairé a accueilli une combustion.
Ces deux premières injections peuvent avoir lieu de manière concomitante ou non. Le fait de procéder à des premières injections non concomitantes permet, lors d'un démarrage de moteur froid, de réduire le phénomène de condensation du carburant injecté sur les parois du collecteur d'admission, phénomène de condensation qui nuit à l'homogénéité et à la richesse du mélange carburant / comburant admis dans le cylindre et par là même à sa combustion.
La présente invention couvre en outre un véhicule automobile équipé d'un moteur comportant un procédé de contrôle de démarrage conforme à l'invention.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels:
la figure 1 représente un premier diagramme indiquant pour une chambre de combustion donnée (première chambre) d'un moteur à quatre temps les positions d'ouverture ou de fermeture des soupapes d'admission d'air (notées A) et des soupapes d'échappement (notées E) en fonction de l'angle de rotation du vilebrequin ; la figure 2 reprend le cycle moteur de la figure 1 mais en y positionnant la première injection de carburant selon le procédé de l'invention, c'est à dire 90[deg] d'angle de rotation à compter de la transmission du signal de position angulaire de vilebrequin ; la figure 3 est un second diagramme indiquant pour une chambre de combustion donnée d'un moteur à quatre temps les positions d'ouverture ou de fermeture des soupapes d'admission d'air (notées A) et des soupapes d'échappement (notées E) en fonction de l'angle de rotation du vilebrequin ; la figure 4 reprend le cycle moteur de la figure 3 mais en y positionnant la première injection de carburant selon le procédé de l'invention, c'est à dire 90[deg] d'angle de rotation à compter de la transmission du signal de position angulaire de vilebrequin.
Les signes suivants sont les conventions principales adoptées dans les figures illustratives de l'invention : - A signifie que la soupape d'admission d'air est ouverte ; - signifie que la soupape d'admission d'air est fermée ; - E signifie que la soupape d'échappement est ouverte ; - signifie que la soupape d'échappement est fermée ; - MAP est la variation de pression d'air dans le collecteur d'admission en fonction de l'angle de vilebrequin ; - T1 et T2 sont les instants de croissance du gradient de la pression d'air dans le collecteur d'admission (en d'autres termes T1 et T2 sont les instants ou la dérivée seconde de la pression d'air dans le collecteur d'admission en fonction de l'angle de vilebrequin devient positive). T1 et T2 sont significatifs d'une combustion dans une chambre.
L'indication d'angle relatif est la valeur d'angle ayant pour référence le 0[deg] des diagrammes, c'est à dire le point mort haut de la première chambre.
Les figures 1 et 2 illustrent le cas où la première injection est incorrectement phasée et où une étape de synchronisation doit être réalisée.
A contrario, les figures 3 et 4 illustrent le cas où la première injection est correctement phasée et où aucune étape de synchronisation n'est à réaliser.
Sur la figure 1, pour un angle relatif de vilebrequin indiqué de 0[deg], les soupapes d'admission et d'échappement de la première chambre sont fermées, le prochain événement du cycle est l'ouverture de la soupape d'échappement à 132[deg] d'angle relatif suivi de l'ouverture de la soupape d'admission à 348[deg] d'angle relatif.
Sur la figure 3, et pour cette chambre donnée, pour un angle relatif de vilebrequin indiqué de 0[deg], les soupapes d'admission et d'échappement sont ouvertes, le prochain événement du cycle est la fermeture des soupapes d'échappement à 12[deg] d'angle relatif de vilebrequin suivi de la fermeture des soupapes d'admission à 230[deg] d'angle relatif.
L'instant 0[deg] est l'origine du repère d'angle relatif de l'ensemble des figures 1 à 4 et constitue le moment a partir duquel la première chambre se trouve à son point mort haut (PMH), c'est à dire à l'instant où le volume de la chambre est minimum.
Il est à noter que pour les figures 2 et 4, le moteur à commencé à tourner environ 110. à 148[deg] avant le moment de la première injection (cet instant n'est pas représenté sur les figures). Cette première injection est phasée à compter du début de la transmission de signal de position angulaire transmis par le capteur C, c'est à dire lorsque le vilebrequin a parcouru un angle de rotation allant de 80[deg] à 100[deg] d'angle à compter du premier signal de position angulaire.
Dans le cas des diagrammes des figures 2 et 4, cette première injection est positionnée à 15[deg] d'angle vilebrequin relatif de façon à ne jamais être réalisée lorsque la soupape d'échappement est en position ouverte.
Des étincelles émises par un dispositif d'allumage comportant une bougie de commande d'allumage sont émises dans la chambre à des intervalles d'angles réguliers et chaque 360[deg] de rotation de vilebrequin et cela, qu'il y ait ou non eu injection de carburant.
La première de ces étincelles symbolisées par des éclairs sur les figures 2 et 4 se trouve à 350[deg] à compter de la référence 0[deg] d'angle relatif. Il est à noter que les instants d'allumage sont préférentiellement choisis pour intervenir quelques degrés avant le point mort haut du piston.
Cette étincelle est préférentiellement positionnée dans le cycle moteur de façon à pouvoir déclencher une combustion dans la chambre si les conditions de cette combustion sont réunies, c'est à dire s'il y a un mélange carburant / comburant et si le taux de compression est suffisant, ce taux dépendant de la position du piston dans la chambre lorsque celle-ci est fermée tant à l'échappement qu'à l'admission.
Dans le cas de la figure 2, la combustion se produit au delà de 720[deg] d'angle relatif à compter de l'injection et est détectée à un temps T1 situé à environ 900[deg] d'angle relatif, soit plus d'un cycle moteur après l'injection. Dans ce cas l'injection est considérée comme incorrectement phasée et l'injection suivante (dite seconde injection) sera donc décalée de n fois 360[deg] d'angle vilebrequin, où n est un nombre entier impair. Cette seconde injection sera donc préférablement réalisée vers 1095[deg] relatif d'angle et sera ainsi correctement phasée.
Dans le cas de la figure 4, la combustion se produit vers 360[deg] d'angle relatif à compter de l'injection et est détectée à un temps T2 situé à environ 540[deg] d'angle relatif, soit moins d'un cycle moteur après la première injection. Dans ce cas la première injection est considérée comme correctement phasée. Les injections suivantes seront donc réalisées à chaque cycle moteur suivant avec une valeur de décalage qui est égale au cycle moteur soit 720[deg] à compter de la première injection. Ainsi, l'injection ultérieure interviendra vers 735[deg] d'angle relatif.
Il est à noter que le moment de l'augmentation du gradient de pression de fluide peut être légèrement différent d'un moteur à l'autre. Pour cette raison, une courbe en pointillés de la figure 4 représente une autre forme possible de l'évolution de la pression de fluide collecteur dans un moteur différent ou dans un moteur testé dans des conditions de fonctionnement différentes. Dans ce dernier cas le moment T2' de l'augmentation du gradient de pression de fluide intervient à environ 720[deg] d'angle relatif.
Afin de rendre plus fiable la détection du démarrage effectif du moteur, il a été retenu, dans le mode de réalisation illustré, de retenir la combinaison des deux critères (variation du gradient de pression de fluide et passage en dessous d'un seuil de pression de fluide). La présente invention est tout à fait applicable et satisfait au besoin en ne retenant qu'un des deux critères, l'autre pouvant être employé comme un moyen de confirmation du premier diagnostic de démarrage. Si l'on prend comme critère la variation du gradient de pression de fluide par exemple, la détection de démarrage aura lieu plus tôt et le phasage peut ainsi être encore plus rapide.
La présente invention s'applique à tout type de moteur à combustion interne à injection indirecte et peut aisément être transposé au cas des moteurs diesel par exemple sans pour autant sortir de la portée de l'invention.
L'homme du métier adaptera également facilement l'invention à des architectures de moteurs variées. Elle est ainsi applicable à tout moteur comportant plus de deux cylindres, que ces cylindres soient en ligne ou non.
Enfin, le capteur de pression de fluide positionné dans le collecteur d'admission peut aisément être remplacé par un capteur de débit de fluide par exemple. En effet, de manière analogue au capteur de pression de fluide, le capteur de débit de fluide va permettre de mettre en évidence un accroissement du débit ou une augmentation du gradient de débit de fluide dans le collecteur d'admission dès lors qu'une combustion a lieu dans une des chambres de combustion du moteur. Ce type de capteur présente néanmoins l'inconvénient de présenter un certain retard dans la fourniture de l'information permettant d'établir un diagnostic de démarrage phasé ou non.
Lorsqu'un moteur à combustion interne s'arrête, celui-ci se positionne entre deux points morts hauts, avec le(s) piston(s) positionné(s) généralement à mi-course dans la (leurs) chambre(s) de combustion. La position du moteur et plus précisément celle du vilebrequin n'est généralement pas connue, du moins pas avec précision. Or, il est nécessaire de connaître cette position pour faire démarrer et fonctionner correctement le moteur. Cette étape consistant à synchroniser l'injection de carburant avec la position précise de pistons est communément appelée phasage du moteur.
Au moment du démarrage du moteur on peut connaître la position angulaire relative du vilebrequin, grâce à une mesure d'angle de rotation du vilebrequin et grâce à un signal de référence émis à chaque fois que le vilebrequin passe par une position angulaire de référence, c'est à dire une fois par tour de vilebrequin. Le ou les pistons étant reliés au vilebrequin par l'intermédiaire de bielles, il est possible de connaître la position de chaque piston dans sa chambre en fonction de la position angulaire du vilebrequin. Un tel usage est divulgué dans la demande de brevet FR-A-2.441.829 qui présente un disque denté solidaire du vilebrequin, ce disque possédant une disposition de dents variable une fois par tour de vilebrequin qui constitue alors la position angulaire de référence.
Toutefois à l'aide de la seule information de position angulaire du vilebrequin, il n'est pas possible de connaître de façon certaine la position relative des soupapes d'admission et d'échappement dans le cycle moteur.
Ainsi, si l'on réalise une injection de carburant en la phasant seulement par rapport à la position angulaire du vilebrequin et en ignorant les positions relatives des soupapes d'admission et d'échappement par rapport à l'angle du vilebrequin, il y a 50% de chances pour que cette injection de carburant soit incorrectement phasée.
Or, lors de la mise en route d'un moteur à quatre temps, il est nécessaire de phaser l'injection de carburant pour faire fonctionner le moteur au plus vite. C'est la raison pour laquelle de nombreux fabricants de moteurs à combustion interne ont développé diverses solutions visant à permettre le phasage d'une injection sans avoir à installer un capteur de position des soupapes d'admission et/ou d'échappement (tel qu'un capteur de position d'arbre à cames par exemple).
Un procédé de synchronisation du type précédemment défini, permettant une telle synchronisation d'injection de carburant dans le cycle moteur, est par exemple décrit dans le document brevet FR-A-2.754.852. Dans ce procédé de l'art antérieur, on mesure après injection, l'évolution du couple moteur pour en déduire si le phasage de l'injection est correct ou incorrect dans le cycle (l'augmentation du couple moteur étant un paramètre représentatif d'une combustion, de l'intensité de cette combustion et de son moment d'occurrence dans le cycle moteur).
Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer une solution alternative permettant de synchroniser une injection de carburant dans un cycle moteur sans avoir recours à un capteur de position des soupapes d'admission et/ou d'échappement.
A cette fin, le procédé contrôle de démarrage de l'invention propose : - d'utiliser un moteur comprenant :
une pluralité de cylindres dans chacun desquels coulisse un piston, un vilebrequin dont le mouvement de rotation est lié au coulissement des pistons, des soupapes d'admission et des soupapes d'échappement se déplaçant entre une position ouverte et une position fermée, chacune des soupapes d'admission et des soupapes d'échappement étant associée à un cylindre, des collecteurs d'admission associés chacun à un cylindre avec lequel ils communiquent par l'intermédiaire de la soupape d'admission associée audit cylindre, des injecteurs associés chacun à un collecteur d'admission pour y injecter du carburant, des moyens d'allumage associés chacun à un cylindre pour enflammer le carburant contenu dans ledit cylindre, un capteur de pression de fluide à l'endroit du collecteur d'admission,- d'y adjoindre un capteur comprenant une partie fixe et une cible liée au vilebrequin, ladite cible comportant un index de référence détectable par la partie fixe, - de commander la rotation du vilebrequin à partir d'une position de départ du moteur, - de mesurer l'angle de rotation relatif du vilebrequin.
Le procédé conforme à l'invention est remarquable en ce qu'on réalise une première injection de carburant dans un premier desdits collecteurs d'admission alors que le vilebrequin se trouve dans une position angulaire et que l'on mesure la pression de fluide à l'endroit du collecteur d'admission et, si dans un premier intervalle de fonctionnement moteur inférieur à un angle de rotation prédéterminé du vilebrequin à compter du moment de la première injection, le gradient de la pression de fluide à l'intérieur dudit collecteur augmente, et/ou la pression de fluide à l'intérieur dudit collecteur passe en dessous d'un seuil prédéterminé, alors le moteur est considéré comme correctement synchronisé, dans le cas contraire, le moteur est considéré comme incorrectement synchronisé et une étape de synchronisation du moteur est alors mise en u̇vre.
Il est à noter que le gradient de pression de fluide est la pente de la courbe donnant la variation de la pression de fluide en fonction de l'angle de rotation du vilebrequin. En d'autres termes, le gradient de pression de fluide à l'intérieur du collecteur d'admission est la dérivée première de la pression de fluide dans le collecteur en fonction de l'angle moteur (angle du vilebrequin).
Il a été remarqué que ce gradient augmente, c'est à dire que la pression de fluide varie rapidement (dans notre cas cette dernière chute rapidement sous l'effet d'aspiration généré par le moteur en fonctionnement), lorsqu'il y a eu combustion dans une chambre, ce qui permet de détecter le moment de la combustion suivant la première injection.
De même, il a été remarqué que la pression de fluide à l'intérieur du collecteur d'admission, dans lequel transite le comburant, passe en dessous d'un seuil de pression prédéterminé lorsque le vilebrequin atteint une vitesse de rotation suffisante et significative d'une combustion dans la chambre où a eu lieu la première injection.
Les phénomènes d'augmentation du gradient de pression de fluide dans le collecteur d'admission et de diminution de cette pression en dessous d'un seuil prédéterminé résultent de l'architecture du moteur. En effet lorsque l'on fait tourner le vilebrequin (par exemple à l'aide d'un démarreur engrainant sur une couronne dentée solidaire du vilebrequin) celui-ci entraîne en translation chacun des pistons auxquels il est relié par une bielle. Dans le même temps, les soupapes d'admission et d'échappement sont entraînées sélectivement en mouvement et de façon cyclique en fonction de l'angle de rotation du vilebrequin auxquels elles sont mécaniquement liés.La liaison mécanique entre le vilebrequin et les soupapes d'échappement et d'admission comprend généralement au moins un arbre à cames lié en rotation au vilebrequin (par exemple par une courroie de distribution) et translatant sélectivement (grâce au mouvement de rotation des cames) les soupapes d'admission et les soupapes d'échappement (au moins une soupape d'admission et au moins une soupape d'échappement par chambre).
Du fait de l'accélération du vilebrequin et des pistons dans les chambres, ces dernières, reliées au collecteur d'admission, ont tendance à aspirer de l'air dans ledit collecteur, créant ainsi une dépression variable dans le temps en fonction de l'accélération et de la vitesse du vilebrequin.
Ainsi, grâce à l'invention, il est possible, en mesurant la pression de fluide à l'intérieur du collecteur d'admission, de détecter le moment de la combustion et donc d'en déduire si l'injection à été correctement ou incorrectement phasée, ce qui revient à connaître la position relative des soupapes d'admission et d'échappement.
Cette information de pression de fluide collecteur est obtenue grâce à un capteur de pression de fluide (pression d'air dans le collecteur d'admission) qui est présent sur la plupart des moteurs à combustion interne, ce qui permet de se dispenser de l'ajout d'un autre capteur tel qu'un capteur de couple moteur ou un capteur de position angulaire d'arbre à came comme le font les solutions de l'art antérieur.
La présente invention peut donc être utilisée soit pour synchroniser un moteur lorsque le capteur de position angulaire d'arbre à came est défaillant, soit sur un moteur ne comportant pas d'autre capteur spécifique que le capteur de pression de fluide au niveau du collecteur d'admission et le capteur de rotation du vilebrequin.
D'autre part, grâce à l'invention, il est possible d'obtenir l'information de synchronisation correcte ou incorrecte au plus tard un cycle moteur (720[deg] de rotation vilebrequin) après avoir réalisé la première injection. En effet, si la combustion dans la chambre du cylindre où a été réalisée la première injection à lieu dans les 720[deg] d'angle de rotation vilebrequin suivant la première injection, alors on sait que cette première injection était correctement phasée et s'est produite durant la phase d'admission du mélange carburant / comburant dans cette chambre. Dans le cas contraire, la première injection est alors considérée comme incorrectement phasée et une étape de synchronisation sera mise en oeuvre.
Avantageusement, ledit angle de rotation prédéterminé du vilebrequin est d'au plus 720[deg] d'angle de rotation de vilebrequin.
On peut par exemple faire en sorte que l'étape de synchronisation consiste à réaliser au cours d'un second intervalle d'angle de fonctionnement du moteur s'étendant sur au plus 360[deg] d'angle de rotation du vilebrequin (c'est à dire un demi-cycle moteur), et décalé par rapport audit premier intervalle de fonctionnement d'un nombre n de tours moteur, où n est un nombre entier impair, une seconde injection de carburant dans la chambre dans laquelle a été effectuée la première injection, cette seconde injection étant alors considérée comme correctement synchronisée ce qui implique que le moteur est également considéré comme correctement synchronisé.
Ainsi lorsque la première injection est incorrectement phasée, celle-ci conduit à une combustion se produisant plus de deux tours moteur après la première injection. La seconde injection est alors décalée par rapport à la première d'un nombre impair de tours moteur.
Cette seconde injection étant considérée comme correctement phasée, alors toutes les injections qui ont lieu dans la première chambre lors du fonctionnement normal du moteur (c'est à dire après l'étape de synchronisation) sont réalisées à chaque nouveau cycle moteur à compter de l'injection correctement phasée.
Grâce à l'invention toutes les injections de fonctionnement normal peuvent alors être correctement synchronisées dès la seconde injection dans le collecteur d'admission objet de la première injection.
On peut également faire en sorte que le volume de carburant injecté lors de la première injection soit inférieur au volume de carburant injecté dans la première chambre lors d'injections principales postérieures à la première, le premier volume étant préférentiellement inférieur à 50% du second volume.
Cette caractéristique permet de réduire la quantité de carburant injectée lors de la première injection qui sert principalement à vérifier si le phasage de l'injection est correct ou non. De ce fait si la première injection est incorrectement phasée, on s'en rendra compte sans avoir à utiliser une quantité importante de carburant.
Il est à noter que le terme injection principale désigne généralement soit une seconde injection de synchronisation (lorsque la première injection est incorrectement phasée) soit une injection intervenant ultérieurement (au cycle moteur suivant lorsque la première injection était correctement phasée).
On peut également faire en sorte que la première injection de carburant soit réalisée après avoir mesuré, avec le capteur de rotation, une rotation du vilebrequin comprise entre 80[deg] et 100[deg] d'angle de rotation vilebrequin à compter du début de la transmission dudit signal de position angulaire.
Grâce à cette caractéristique, l'injection est judicieusement placée de manière à ce que le carburant ainsi injecté, lors de la première injection, ne passe pas directement à l'échappement (la première injection ayant lieu avant la phase d'échappement autorisée par la soupape d'échappement). En effet, comme précisé précédemment, un moteur à quatre temps à toujours tendance à s'immobiliser avec son vilebrequin positionné selon un angle d'arrêt de vilebrequin compris dans une plage d'angle donnée. Ainsi, l'angle que doit parcourir le vilebrequin pour passer de sa position d'arrêt à la position dans laquelle la première injection doit avoir lieu est compris entre 110[deg] d'angle et 148[deg]d'angle.Entre l'instant où l'on commence à actionner le vilebrequin qui se trouvait à l'arrêt et l'instant où le capteur de rotation vilebrequin transmet un signal de position angulaire de référence (aussi appelé signal dent valide), le vilebrequin à pivoté d'un angle allant de 30[deg] à 48[deg] vilebrequin.
A compter du début de la réception du signal de position angulaire de référence, la première injection du procédé selon l'invention est alors réalisée dans un intervalle d'angle de première injection compris entre 80[deg] et 100[deg] d'angle vilebrequin. Ainsi, la première injection du procédé selon l'invention est réalisée dans un intervalle de 110[deg] à 148. d'angle vilebrequin à compter de la position d'arrêt du vilebrequin. Grâce à ce phasage de la première injection, il n'y a donc pas besoin d'attendre la réception du signal de référence du capteur de position angulaire de vilebrequin pour réaliser la première injection, seul le début du signal de position angulaire de vilebrequin étant pris en compte pour calculer le moment de la première injection.De ce fait, il est possible de synchroniser et démarrer le moteur utilisant le procédé selon l'invention plus rapidement qu'un même moteur utilisant un procédé de synchronisation qui baserait le phasage de la première injection par rapport au signal de référence.
On peut également faire en sorte que le procédé conforme à l'invention soit mis en oeuvre sur deux cylindres. Il est alors réalisé deux premières injections dans des collecteurs d'admission associés à des cylindres consécutifs dans l'ordre d'allumage du moteur. Ceci permet de garantir un démarrage rapide du moteur.
Le choix de deux cylindres consécutifs est ici à opposer au choix de deux cylindres appairés (c'est à dire atteignant leur point mort haut en même temps). Un tel choix rendrait impossible le phasage rapide du moteur puisque la mesure de la pression de fluide dans le collecteur d'admission ne permettrait alors pas de savoir lequel des deux cylindres appairé a accueilli une combustion.
Ces deux premières injections peuvent avoir lieu de manière concomitante ou non. Le fait de procéder à des premières injections non concomitantes permet, lors d'un démarrage de moteur froid, de réduire le phénomène de condensation du carburant injecté sur les parois du collecteur d'admission, phénomène de condensation qui nuit à l'homogénéité et à la richesse du mélange carburant / comburant admis dans le cylindre et par là même à sa combustion.
La présente invention couvre en outre un véhicule automobile équipé d'un moteur comportant un procédé de contrôle de démarrage conforme à l'invention.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels:
la figure 1 représente un premier diagramme indiquant pour une chambre de combustion donnée (première chambre) d'un moteur à quatre temps les positions d'ouverture ou de fermeture des soupapes d'admission d'air (notées A) et des soupapes d'échappement (notées E) en fonction de l'angle de rotation du vilebrequin ; la figure 2 reprend le cycle moteur de la figure 1 mais en y positionnant la première injection de carburant selon le procédé de l'invention, c'est à dire 90[deg] d'angle de rotation à compter de la transmission du signal de position angulaire de vilebrequin ; la figure 3 est un second diagramme indiquant pour une chambre de combustion donnée d'un moteur à quatre temps les positions d'ouverture ou de fermeture des soupapes d'admission d'air (notées A) et des soupapes d'échappement (notées E) en fonction de l'angle de rotation du vilebrequin ; la figure 4 reprend le cycle moteur de la figure 3 mais en y positionnant la première injection de carburant selon le procédé de l'invention, c'est à dire 90[deg] d'angle de rotation à compter de la transmission du signal de position angulaire de vilebrequin.
Les signes suivants sont les conventions principales adoptées dans les figures illustratives de l'invention : - A signifie que la soupape d'admission d'air est ouverte ; - signifie que la soupape d'admission d'air est fermée ; - E signifie que la soupape d'échappement est ouverte ; - signifie que la soupape d'échappement est fermée ; - MAP est la variation de pression d'air dans le collecteur d'admission en fonction de l'angle de vilebrequin ; - T1 et T2 sont les instants de croissance du gradient de la pression d'air dans le collecteur d'admission (en d'autres termes T1 et T2 sont les instants ou la dérivée seconde de la pression d'air dans le collecteur d'admission en fonction de l'angle de vilebrequin devient positive). T1 et T2 sont significatifs d'une combustion dans une chambre.
L'indication d'angle relatif est la valeur d'angle ayant pour référence le 0[deg] des diagrammes, c'est à dire le point mort haut de la première chambre.
Les figures 1 et 2 illustrent le cas où la première injection est incorrectement phasée et où une étape de synchronisation doit être réalisée.
A contrario, les figures 3 et 4 illustrent le cas où la première injection est correctement phasée et où aucune étape de synchronisation n'est à réaliser.
Sur la figure 1, pour un angle relatif de vilebrequin indiqué de 0[deg], les soupapes d'admission et d'échappement de la première chambre sont fermées, le prochain événement du cycle est l'ouverture de la soupape d'échappement à 132[deg] d'angle relatif suivi de l'ouverture de la soupape d'admission à 348[deg] d'angle relatif.
Sur la figure 3, et pour cette chambre donnée, pour un angle relatif de vilebrequin indiqué de 0[deg], les soupapes d'admission et d'échappement sont ouvertes, le prochain événement du cycle est la fermeture des soupapes d'échappement à 12[deg] d'angle relatif de vilebrequin suivi de la fermeture des soupapes d'admission à 230[deg] d'angle relatif.
L'instant 0[deg] est l'origine du repère d'angle relatif de l'ensemble des figures 1 à 4 et constitue le moment a partir duquel la première chambre se trouve à son point mort haut (PMH), c'est à dire à l'instant où le volume de la chambre est minimum.
Il est à noter que pour les figures 2 et 4, le moteur à commencé à tourner environ 110. à 148[deg] avant le moment de la première injection (cet instant n'est pas représenté sur les figures). Cette première injection est phasée à compter du début de la transmission de signal de position angulaire transmis par le capteur C, c'est à dire lorsque le vilebrequin a parcouru un angle de rotation allant de 80[deg] à 100[deg] d'angle à compter du premier signal de position angulaire.
Dans le cas des diagrammes des figures 2 et 4, cette première injection est positionnée à 15[deg] d'angle vilebrequin relatif de façon à ne jamais être réalisée lorsque la soupape d'échappement est en position ouverte.
Des étincelles émises par un dispositif d'allumage comportant une bougie de commande d'allumage sont émises dans la chambre à des intervalles d'angles réguliers et chaque 360[deg] de rotation de vilebrequin et cela, qu'il y ait ou non eu injection de carburant.
La première de ces étincelles symbolisées par des éclairs sur les figures 2 et 4 se trouve à 350[deg] à compter de la référence 0[deg] d'angle relatif. Il est à noter que les instants d'allumage sont préférentiellement choisis pour intervenir quelques degrés avant le point mort haut du piston.
Cette étincelle est préférentiellement positionnée dans le cycle moteur de façon à pouvoir déclencher une combustion dans la chambre si les conditions de cette combustion sont réunies, c'est à dire s'il y a un mélange carburant / comburant et si le taux de compression est suffisant, ce taux dépendant de la position du piston dans la chambre lorsque celle-ci est fermée tant à l'échappement qu'à l'admission.
Dans le cas de la figure 2, la combustion se produit au delà de 720[deg] d'angle relatif à compter de l'injection et est détectée à un temps T1 situé à environ 900[deg] d'angle relatif, soit plus d'un cycle moteur après l'injection. Dans ce cas l'injection est considérée comme incorrectement phasée et l'injection suivante (dite seconde injection) sera donc décalée de n fois 360[deg] d'angle vilebrequin, où n est un nombre entier impair. Cette seconde injection sera donc préférablement réalisée vers 1095[deg] relatif d'angle et sera ainsi correctement phasée.
Dans le cas de la figure 4, la combustion se produit vers 360[deg] d'angle relatif à compter de l'injection et est détectée à un temps T2 situé à environ 540[deg] d'angle relatif, soit moins d'un cycle moteur après la première injection. Dans ce cas la première injection est considérée comme correctement phasée. Les injections suivantes seront donc réalisées à chaque cycle moteur suivant avec une valeur de décalage qui est égale au cycle moteur soit 720[deg] à compter de la première injection. Ainsi, l'injection ultérieure interviendra vers 735[deg] d'angle relatif.
Il est à noter que le moment de l'augmentation du gradient de pression de fluide peut être légèrement différent d'un moteur à l'autre. Pour cette raison, une courbe en pointillés de la figure 4 représente une autre forme possible de l'évolution de la pression de fluide collecteur dans un moteur différent ou dans un moteur testé dans des conditions de fonctionnement différentes. Dans ce dernier cas le moment T2' de l'augmentation du gradient de pression de fluide intervient à environ 720[deg] d'angle relatif.
Afin de rendre plus fiable la détection du démarrage effectif du moteur, il a été retenu, dans le mode de réalisation illustré, de retenir la combinaison des deux critères (variation du gradient de pression de fluide et passage en dessous d'un seuil de pression de fluide). La présente invention est tout à fait applicable et satisfait au besoin en ne retenant qu'un des deux critères, l'autre pouvant être employé comme un moyen de confirmation du premier diagnostic de démarrage. Si l'on prend comme critère la variation du gradient de pression de fluide par exemple, la détection de démarrage aura lieu plus tôt et le phasage peut ainsi être encore plus rapide.
La présente invention s'applique à tout type de moteur à combustion interne à injection indirecte et peut aisément être transposé au cas des moteurs diesel par exemple sans pour autant sortir de la portée de l'invention.
L'homme du métier adaptera également facilement l'invention à des architectures de moteurs variées. Elle est ainsi applicable à tout moteur comportant plus de deux cylindres, que ces cylindres soient en ligne ou non.
Enfin, le capteur de pression de fluide positionné dans le collecteur d'admission peut aisément être remplacé par un capteur de débit de fluide par exemple. En effet, de manière analogue au capteur de pression de fluide, le capteur de débit de fluide va permettre de mettre en évidence un accroissement du débit ou une augmentation du gradient de débit de fluide dans le collecteur d'admission dès lors qu'une combustion a lieu dans une des chambres de combustion du moteur. Ce type de capteur présente néanmoins l'inconvénient de présenter un certain retard dans la fourniture de l'information permettant d'établir un diagnostic de démarrage phasé ou non.
Claims (8)
- - on mesure la pression de fluide à l'endroit du collecteur d'admission et, si dans un premier intervalle de fonctionnement moteur inférieur à un angle de rotation prédéterminé du vilebrequin à compter du moment de la première injection, le gradient de la pression de fluide à l'intérieur dudit collecteur augmente, et/ou la pression de fluide à l'intérieur dudit collecteur passe en dessous d'un seuil prédéterminé (S), alors le moteur est considéré comme correctement synchronisé, dans le cas contraire, le moteur est considéré comme incorrectement synchronisé et une étape de synchronisation du moteur est alors mise en u̇vre.
- 2) Procédé de contrôle de démarrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de synchronisation consiste à réaliser au cours d'un second intervalle d'angle de fonctionnement du moteur s'étendant sur au plus 360[deg] d'angle de rotation du vilebrequin, et décalé par rapport audit premier intervalle de fonctionnement d'un nombre n de tours moteur, où n est un nombre entier impair, une seconde injection de carburant dans le collecteur d'admission dans lequel a été effectuée la première injection, cette seconde injection impliquant que le moteur est alors considéré comme correctement synchronisé.- on réalise une première injection de carburant dans un premier desdits collecteurs d'admission alors que le vilebrequin se trouve dans une position angulaire,- on mesure l'angle de rotation (X) relatif du vilebrequin, le procédé étant caractérisé en ce que :- à partir d'une position de départ du moteur, on commande la rotation du vilebrequin,- on utilise un capteur (C) comprenant une partie fixe et une cible liée au vilebrequin, ladite cible comportant un index de référence détectable par la partie fixe,- on utilise un moteur comprenant : une pluralité de cylindres (1) dans chacun desquels coulisse un piston (2), un vilebrequin (4) dont le mouvement de rotation est lié au coulissement des pistons (2), des soupapes d'admission (A) et des soupapes d'échappement (E) se déplaçant entre une position ouverte et une position fermée, chacune des soupapes d'admission (A) et des soupapes d'échappement (E) étant associée à un cylindre (2), des collecteurs d'admission (5) associés chacun à un cylindre (2) avec lequel ils communiquent par l'intermédiaire de la soupape d'admission (A) associée audit cylindre, des injecteurs (3) associés chacun à un collecteur d'admission (5) pour y injecter du carburant, des moyens d'allumage associés chacun à un cylindre (2) pour enflammer le carburant contenu dans ledit cylindre (2), un capteur de pression de fluide à l'endroit du collecteur d'admission,REVENDICATIONS 1) Procédé de contrôle de démarrage d'un moteur à combustion interne à injection indirecte dans lequel :
- 3) Procédé de contrôle de démarrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le volume de carburant injecté lors de la première injection est inférieur au volume de carburant injecté lors d'injections principales postérieures à la première.
- 4) Procédé de contrôle de démarrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit angle de rotation prédéterminé du vilebrequin est d'au plus 720[deg].
- 5) Procédé de contrôle de démarrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première injection de carburant est réalisée après avoir mesuré, avec le capteur de rotation (C), une rotation du vilebrequin comprise entre80. et 100[deg], ceci à compter du début de la transmission dudit signal de position angulaire du vilebrequin.
- 6) Procédé de contrôle de démarrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est réalisé deux premières injections dans des collecteurs d'admission (5) associés à des cylindres (2) consécutifs dans l'ordre d'allumage du moteur.
- 7) Procédé de contrôle de démarrage selon la revendication 6, caractérisé en ce que les deux premières injections sont concomitantes.
- 8) Véhicule automobile équipé d'un moteur comportant un procédé de contrôle de démarrage conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.
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2005
- 2005-02-09 FR FR0501288A patent/FR2874969A1/fr active Pending
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