FR2962170A1 - Procede et dispositif de controle d'un moteur, ensemble d'un tel dispositif et d'un circuit d'alimentation en carburant du moteur - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un procédé et un dispositif de contrôle d'un moteur fonctionnant avec une injection directe de carburant, notamment d'essence, dans une chambre de combustion (3) du moteur. Selon l'invention : - on détermine une phase de fonctionnement du moteur, - on effectue un chauffage du carburant avant introduction dans la chambre de combustion (3), en fonction de ladite phase. L'invention concerne encore l'ensemble d'un tel dispositif de contrôle et d'un circuit d'alimentation en carburant du moteur.

Description

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de contrôle d'un moteur fonctionnant avec une injection directe de carburant, notamment d'essence, dans une chambre de combustion du moteur ainsi que l'ensemble d'un tel dispositif et d'un circuit d'alimentation en carburant du moteur. Elle trouvera son application, en particulier, dans le domaine des véhicules automobiles. Actuellement, dans le domaine des moteurs diesel, il est connu d'utiliser des filtres à particules ou FAP pour diminuer les émissions de particules et atteindre les normes de dépollution en vigueur. Cependant, pour les moteurs essence, l'émission des particules n'est pas encore réglementée. Si de telles normes devaient devenir applicables, notamment sous la forme de quantités maximum de particules admissibles, leur respect serait particulièrement contraignant, en particulier dans le cas de moteur à injection directe.
En effet, l'émission de particules dépend pour l'essentiel de la présence de carburant liquide sur les parois fixes ou mobiles de la chambre de combustion après injection du carburant et de la quantité d'essence non encore vaporisée au moment de la combustion. Or, pour les moteurs à injection directe, les temps de préparation du mélange air/carburant dans la chambre sont faibles et l'espace disponible est réduit. De nombreuses solutions ont déjà été testées. Certaines reposent sur des stratégies d'injection plus ou moins complexes, nécessitant un long travail de mise au point. Elles n'ont d'ailleurs pas encore prouvé leur efficacité. D'autres proposent l'utilisation d'un filtre à particules et sont coûteuses.
Par ailleurs, l'on peut améliorer les conditions de combustion en favorisant l'évaporation du carburant dans la chambre, notamment par chauffage. Mais une telle stratégie nécessite un apport d'énergie qui peut nuire au bilan énergétique global du moteur. L'invention se propose de résoudre les problèmes évoqués plus haut et porte à cette fin sur un procédé de contrôle d'un moteur fonctionnant avec
une injection directe de carburant, notamment d'essence, dans une chambre de combustion du moteur, procédé dans lequel : - on détermine une phase de fonctionnement du moteur, - on effectue un chauffage du carburant avant introduction dans la chambre de combustion, en fonction de ladite phase. Grâce au chauffage du carburant, on améliore l'atomisation du jet de carburant à la sortie de l'injecteur et son évaporation dans la chambre de combustion. On favorise ainsi la combustion et on diminue en outre les risques de présence de carburant sur les parois fixes ou mobiles de la chambre, ce qui permet de limiter les risques d'émission de particules. En outre, en prenant en compte les conditions de fonctionnement du moteur pour effectuer ce chauffage, on limite toute consommation d'énergie inutile. La phase de fonctionnement du moteur dépend, notamment, des paramètres du carburant, du moteur et de l'environnement extérieur.
Selon différents modes de réalisation du procédé conforme à l'invention : - on détermine la phase de fonctionnement du moteur en évaluant un point de fonctionnement dudit moteur et/ou en détectant une de ses phases de vie, notamment une phase de démarrage ; - on contrôle la température du carburant avant introduction dans la chambre de combustion ; - on détecte la ou les phases de fonctionnement susceptibles de générer une émission de particules, - on effectue ledit chauffage du carburant avant introduction dans la chambre de combustion, en cas de détection desdits phases de fonctionnement - on détermine la phase de fonctionnement du moteur en déterminant et/ou en estimant la température et/ou la pression dans la chambre de combustion et on effectue une évaluation d'une température et/ou pression à laquelle le carburant doit être porté avant introduction dans la chambre, à
partir de ladite température et/ou de ladite pression dans la chambre de combustion ; - ladite température et/ou pression à laquelle le carburant doit être porté avant introduction dans la chambre est choisie pour permettre une évaporation instantanée d'au moins une fraction de carburant, lors de son introduction dans la chambre de combustion, de façon à ce que ledit carburant soit introduit dans celle-ci sous la forme d'un jet liquide de carburant dans lequel des poches de vapeur apparaissent lors de l'introduction dans la chambre; - on surveille la température du carburant avant son introduction dans la chambre de façon à éviter son ébullition; - on effectue une étape de sélection de la nature du carburant et on effectue ledit chauffage en prenant en compte la nature de carburant sélectionné.
L'invention concerne également un dispositif de contrôle d'un moteur fonctionnant avec une injection directe de carburant, notamment d'essence, dans une chambre de combustion du moteur comprenant : - des moyens pour déterminer une phase de fonctionnement du moteur, des moyens pour effectuer un chauffage du carburant avant introduction dans la chambre de combustion, en fonction de ladite phase de fonctionnement. Selon différents modes de réalisation de l'invention, - le dispositif comprend une unité de contrôle moteur, ladite unité de contrôle moteur comprenant des premiers moyens de traitement permettant d'établir ladite phase de fonctionnement du moteur à partir d'information reçue par ladite unité de contrôle ; - les moyens de chauffage comprennent une source de courant, une résistance chauffante et des moyens de mise en communication de ladite source de courant et de ladite résistance chauffante ;
- ladite unité de contrôle est reliée auxdits moyens de mise en communication de ladite source de courant et de ladite résistance chauffante et comprend des seconds moyens de traitement permettant d'activer lesdits moyens de mise en communication de ladite source de courant et de ladite résistance chauffante en fonction de la phase de fonctionnement du moteur ; - le dispositif comprend des moyens de mesure et/ou d'estimation de la pression et/ou de la température dans la chambre de combustion, reliés à ladite unité de contrôle, ladite unité de contrôle comprenant des troisièmes moyens de traitement permettant l'évaluation d'une température et/ou pression à laquelle le carburant doit être porté avant introduction dans la chambre, à partir de ladite température et/ou de ladite pression dans la chambre de combustion ; - ledit dispositif comprend des moyens de contrôle de la température du carburant avant son introduction dans la chambre de combustion.
Ledit dispositif est en particulier prévu apte à permettre la mise en oeuvre du procédé précédemment décrit. L'invention concerne encore un ensemble d'un dispositif de contrôle tel que décrit plus haut et d'un circuit d'alimentation en carburant du moteur. Selon un exemple de réalisation, ledit circuit présente une rampe d'introduction du carburant sous haute pression dans le moteur et les moyens de chauffage dudit dispositif de contrôle sont prévus dans ladite rampe. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description suivante qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter, accompagnée des dessins joints parmi lesquels : - la figure 1 illustre les phénomènes intervenant dans un jet de carburant lors de la mise en oeuvre d'un exemple de réalisation du procédé conforme à l'invention, - la figure 2 illustre de façon schématique un exemple de réalisation du dispositif conforme à l'invention.
L'invention concerne tout d'abord un procédé de contrôle d'un moteur fonctionnant avec une injection directe de carburant, notamment d'essence,
dans une chambre de combustion du moteur, visant à diminuer la quantité de particules émises par le moteur. II s'agira, notamment, de moteurs à injection stratifiée. Par particules, on entend les composés solides formés pendant la combustion ayant lieu dans la chambre de combustion. Autrement dit, il s'agit des produits solides de la réaction chimique intervenant entre le carburant et le comburant dans la chambre de combustion provenant, notamment, de fractions de carburant liquide soumis à des températures élevées. Selon l'invention, on détermine une phase de fonctionnement du moteur, notamment point de fonctionnement et/ou phase de vie, et on effectue un chauffage du carburant avant introduction dans la chambre de combustion, en fonction de la phase de fonctionnement relevée. Pour optimiser un tel chauffage, on pourra contrôler la température du carburant avant introduction dans la chambre de combustion. On pourra en particulier contrôler cette température en fonction de la pression du carburant avant introduction dans la chambre de combustion et de la pression dans la chambre de combustion de façon à simultanément favoriser l'évaporation du carburant dans la chambre de combustion et éviter l'ébullition du carburant avant son introduction dans la chambre, notamment de ses fractions légères.
On pourra aussi, notamment dans le cas d'un contrôle de la température du carburant avant injection dans la chambre de combustion, déterminer la température et/ou la pression dans celle-ci et effectuer une évaluation d'une température et/ou pression à laquelle le carburant doit être porté avant introduction dans la chambre, à partir de ladite température et/ou de ladite pression dans la chambre de combustion. Selon un mode particulier de mise en oeuvre, on détecte la ou les phases de fonctionnement susceptibles de générer une émission de particules et on effectue ledit chauffage du carburant avant introduction dans la chambre de combustion, en cas de détection desdits phases de fonctionnement. On optimise ainsi les périodes de chauffage du carburant.
Une telle détection pourra avoir lieu, par exemple, en contrôlant la vitesse de remplissage d'un filtre à particules prévus à l'échappement du moteur. Il pourra également avoir lieu grâce à une cartographie associant des conditions de température et/ou de pression dans la chambre de combustion et/ou des conditions extérieures à des conditions d'émission de particules. Ladite température et/ou pression à laquelle le carburant doit être porté avant introduction dans la chambre est choisie pour permettre l'apparition d'un phénomène connu en anglais sous le nom de « flash boiling » lors de l'introduction du carburant dans la chambre.
Comme illustré à la figure 1, par « flash boiling », on entend une évaporation instantanée d'au moins une fraction de carburant, lors de son injection dans la chambre de combustion, de façon à ce que ledit carburant soit introduit dans celle-ci sous la forme d'un jet liquide 1 de carburant dans lequel des poches 2 de vapeur apparaissent lors de l'introduction dans la chambre. Une telle vaporisation est rendue possible en raison de l'échauffement du carburant combinée à une brusque variation entre la pression du carburant avant et après introduction dans la chambre. Un tel mode d'injection présente l'avantage d'augmenter l'angle d'injection du carburant dans la chambre d'injection grâce à une vaporisation instantanée dès l'introduction du carburant dans la chambre. Il permet également une meilleure atomisation du jet et la diminution des tailles de gouttes de carburant, ce qui conduit à l'augmentation de la fraction vaporisée de carburant à durée et conditions d'injection identiques par rapport à une injection à une température inférieure. De même, il permet de diminuer la pénétration du jet de carburant dans la chambre. Au final, il diminue le risque de présence de carburant liquide sur les parois fixes ou mobiles de la chambre et augmente la fraction de carburant sous forme vapeur au début de la combustion.
Pour l'obtention d'un tel mode, on pourra contrôler : les conditions de température et de pression du jet à la sortie de l'injecteur utilisé pour l'injection du carburant dans la chambre d'injection, les conditions de température et de pression autour du jet dans la chambre de combustion au moment de l'injection. Selon un exemple de mise en oeuvre de l'invention, on effectue une étape de sélection de la nature du carburant et on effectue ledit chauffage en prenant en compte la nature de carburant sélectionné. Il pourra . s'agir, par exemple, d'essence, d'alcool, tel que de l'éthanol, ou d'essence comprenant une plus ou moins grande partie d'éthanol. Comme illustré à la figure 2, l'invention concerne aussi un dispositif de contrôle d'un moteur fonctionnant avec une injection directe de carburant, notamment d'essence, dans une chambre 3 de combustion du moteur. Ledit dispositif comprend des moyens pour déterminer une phase de fonctionnement du moteur et des moyens pour effectuer un chauffage du carburant avant introduction dans la chambre de combustion, en fonction de ladite phase de fonctionnement. Selon un exemple de mise en oeuvre, il comprend une unité de contrôle moteur 4. On entend pas là une unité de contrôle des paramètres de fonctionnement du moteur tels que, la quantité de carburant et/ou d'air admis dans la chambre ainsi que l'avance à l'allumage, c'est-à-dire, le moment à laquelle le mélange air/carburant est enflammé par rapport à une valeur de l'angle de rotation d'un vilebrequin du moteur. Ladite unité de contrôle moteur 4 comprend, par exemple, des premiers moyens de traitement permettant d'établir ladite phase de fonctionnement du moteur à partir d'informations reçues par ladite unité de contrôle 4. Lesdits moyens pour déterminer une phase de fonctionnement du moteur sont prévus aptes à exploiter ladite unité de contrôle 4, par exemple, pour déterminer la ou les phases de fonctionnement du moteur susceptibles de générer une émission de particules, par exemple à partir de cartographies du moteur, notamment en fonction de la température et/ou de la pression dans la chambre de combustion et/ou d'autres informations telles que la vitesse de remplissage d'un filtre à particules, prévu à l'échappement du moteur, et/ou des conditions extérieures. Ils pourront encore l'exploiter pour obtenir une information relative à une phase de vie du moteur. Les moyens de chauffage comprennent une source de courant 5, une résistance chauffante 6 et des moyens 7 de mise en communication de ladite source de courant et de ladite résistance chauffante. Ladite unité de contrôle 4 pourra alors être reliée auxdits moyens 7 de ~o mise en communication de ladite source de courant 5 et de ladite résistance chauffante 6 et comprendre des seconds moyens de traitement permettant d'activer lesdits moyens 7 de mise en communication de ladite source de courant et de ladite résistance chauffante en fonction de ladite phase de fonctionnement du moteur. 15 Ledit dispositif pourra aussi comprendre des moyens, notamment capteurs, de mesure de la pression et/ou de la température dans la chambre de combustion, reliés à ladite unité de contrôle 4. Ladite unité de contrôle 4 comprend alors des troisièmes moyens de traitement permettant le calcul d'une température et/ou pression à laquelle le carburant doit être porté avant 20 introduction dans la chambre, à partir de ladite température et/ou de ladite pression dans la chambre de combustion. Selon un exemple de mise en oeuvre, le dispositif conforme à l'invention comprend encore des moyens de contrôle de la température du carburant avant son introduction dans la chambre de combustion. 25 Lesdits moyens de contrôle de la température du carburant avant son introduction dans la chambre de combustion comprennent, par exemple, des moyens de mesure, notamment capteurs 10, de la température et/ou de la pression du carburant avant son introduction dans la chambre de combustion. Ces derniers sont reliés à ladite unité de contrôle 4. Lesdits moyens de 30 contrôle de la température du carburant avant son introduction dans la chambre de combustion pourront aussi faire appel à l'unité de contrôle moteur
4 pour disposer de la température déterminée par lesdits troisième moyens de traitement et effectuer de la sorte une régulation en température. Ils pourront encore être prévus apte à contrôler la température du carburant avant son introduction dans la chambre de façon à éviter son ébullition. Le dispositif conforme à l'invention pourra encore comprendre des moyens de sélection de la nature du carburant, lesdits troisième moyens de traitement de l'unité de contrôle moteur 4 étant alors prévue aptes à prendre en compte la nature de carburant sélectionné dans leur détermination de la température et/ou pression à laquelle le carburant doit être porté avant introduction dans la chambre. L'invention concerne encore un ensemble d'un dispositif de contrôle tels que décrit plus haut et d'un circuit d'alimentation en carburant du moteur. Si l'on se reporte de nouveau à la figure 2, on constate que ledit circuit comprend, par exemple, un réservoir de carburant 11, des injecteurs 12 permettant l'introduction du carburant dans la ou les chambres de combustion 3 du moteur ainsi qu'une ligne d'alimentation 15, reliant le réservoir 11 et les injecteurs 12. Une pompe 16 est prévue le long de ladite ligne d'alimentation 15 pour faire passer le carburant sous haute pression.
Les capteurs 10 de pression et/ou de température du carburant avant son introduction dans la ou les chambres de combustion sont placés en aval de ladite pompe 16. Ils pourront aussi en être prévus en amont. Ladite unité de contrôle 4 pourra être prévue apte à piloter lesdits injecteurs 12 et/ou ladite pompe 16.
Selon l'exemple de réalisation illustré, ledit circuit présente une rampe 17 d'introduction du carburant sous haute pression dans le moteur et les moyens de chauffage, notamment ladite résistance chauffante 5, sont prévus dans ladite rampe 17. Selon une alternative, non-représentée, la résistance chauffante pourra être prévue dans les injecteurs.
En particulier dans le cas de la mise en oeuvre de l'invention avec le mode de réalisation où l'on recherche à obtenir un phénomène de flash boiling, on pourra utiliser des injecteurs 12 configurés pour éviter une cavitation du carburant dans l'injecteur. En effet, si une telle cavitation peut éventuellement permettre une évaporation du carburant, elle entraine cependant une réduction de la section efficace de l'injecteur. Au contraire, avec le flash boiling, on assiste à une évaporation dans jet, c'est-à-dire en aval du ou des injecteurs 12.

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle d'un moteur fonctionnant avec une injection directe de carburant, notamment d'essence, dans une chambre de combustion (3) du moteur, procédé dans lequel : - on détermine une phase de fonctionnement du moteur, - on effectue un chauffage du carburant avant introduction dans la chambre de combustion (3), en fonction de ladite phase.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel on contrôle la température du carburant avant introduction dans la chambre de combustion.
  3. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 dans lequel - on détecte la ou les phases de fonctionnement susceptibles de générer une émission de particules, - on effectue ledit chauffage du carburant avant introduction dans la chambre de combustion (3), en cas de détection desdites phases de fonctionnement.
  4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel on détermine la ou lesdites phases de fonctionnement du moteur en déterminant et/ou estimant la température et/ou la pression dans la chambre de combustion (3) et on effectue une évaluation d'une température et/ou pression à laquelle le carburant doit être porté avant introduction dans la chambre (3), à partir de ladite température et/ou de ladite pression dans la chambre de combustion (3).
  5. 5. Procédé selon la revendication 4 dans lequel ladite température et/ou pression à laquelle le carburant doit être porté avant introduction dans la chambre est choisie pour permettre une évaporation instantanée d'au moins une fraction de carburant, lors de son introduction dans la chambre de combustion (3), de façon à ce que ledit carburant soit introduit dans celle-ci 3o sous la forme d'un jet liquide (1) de carburant dans lequel des poches de vapeur (2) apparaissent lors de l'introduction dans la chambre.
  6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel on surveille la température du carburant avant introduction dans la chambre de combustion (3) de façon à éviter son ébullition.
  7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel on effectue une étape de sélection de la nature du carburant et on effectue ledit chauffage en prenant en compte la nature de carburant sélectionné.
  8. 8. Dispositif de contrôle d'un moteur fonctionnant avec une injection directe de carburant, notamment d'essence, dans une chambre de combustion (3) du moteur comprenant : - des moyens pour déterminer une phase de fonctionnement du moteur, - des moyens pour effectuer un chauffage du carburant avant introduction dans la chambre de combustion, en fonction de ladite phase de fonctionnement.
  9. 9. Dispositif selon la revendication 8 comprenant une unité de contrôle moteur (4), ladite unité de contrôle moteur comprenant des premiers moyens de traitement permettant d'établir ladite phase de fonctionnement du moteur à partir d'information reçue par ladite unité de contrôle.
  10. 10. Dispositif selon la revendication 9 dans lequel les moyens de chauffage comprennent une source de courant (5), une résistance chauffante (6) et des moyens (7) de mise en communication de ladite source de courant et de ladite résistance chauffante.
  11. 11. Dispositif selon la revendication 10 dans lequel ladite unité de contrôle (4) est reliée auxdits moyens (7) de mise en communication de ladite source de courant et de ladite résistance chauffante et comprend des seconds moyens de traitement permettant d'activer lesdits moyens (7) de mise en communication de ladite source de courant et de ladite résistance chauffante, en fonction de ladite phase de fonctionnement du moteur.
  12. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 ou 11 comprenant des moyens de mesure et/ou d'estimation de la pression et/ou de la température dans la chambre de combustion, reliés à ladite unité de contrôle, ladite unité de contrôle comprenant des troisièmes moyens de traitement permettant l'évaluation d'une température et/ou pression à laquelle le carburant doit être porté avant introduction dans la chambre, à partir de ladite température et/ou de ladite pression dans la chambre de combustion.
  13. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 12 comprenant des moyens de contrôle de la température du carburant avant son introduction dans la chambre de combustion.
  14. 14. Ensemble d'un dispositif de contrôle selon l'une quelconque des revendications 8 à 13 et d'un circuit d'alimentation en carburant du moteur.
  15. 15. Ensemble selon la revendication 14 dans lequel ledit circuit présente une rampe d'introduction (17) du carburant sous haute pression dans le moteur et les moyens de chauffage dudit dispositif de contrôle sont prévus dans ladite rampe.15
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