FR2835285A1 - Procede de demarrage d'un moteur thermique - Google Patents
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Abstract
Procédé de démarrage d'un moteur thermique comportant un arbre (6) et des moyens (1, 2, 5) d'entraînement en rotation de celui-ci à partir d'une combustion d'un mélange inflammable dans au moins une chambre de combustion (7) du moteur, le procédé comprenant les étapes de mettre le moteur dans une configuration de démarrage, d'entraîner en rotation l'arbre du moteur simultanément à au moins une tentative d'amorcer une combustion du mélange dans la chambre pour amener le moteur thermique d'un état arrêté à un état de fonctionnement autonome, de surveiller au moins une caractéristique du mélange dans la chambre de combustion et de modifier au moins un paramètre de la configuration de démarrage pour le faire correspondre à une configuration de fonctionnement autonome lorsque la caractéristique surveillée est représentative d'au moins une combustion effectivement amorcée.
Description
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La présente invention concerne un procédé de démarrage d'un moteur thermique tel qu'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile.
Un moteur thermique comporte généralement un arbre et des moyens d'entraînement en rotation de celui-ci à partir d'une combustion d'un mélange inflammable dans au moins une chambre de combustion du moteur.
Dans les moteurs à essence classiquement utilisés sur les véhicules automobiles, la chambre de combustion est délimitée par un cylindre, une culasse et la face avant d'un piston monté pour coulisser dans le cylindre et relié via une bielle et un maneton à l'arbre du moteur (ou vilebrequin). L'énergie d'entraînement en rotation de l'arbre est fournie par la combustion du mélange inflammable préalablement comprimé. La combustion est amorcée par une étincelle fournie par une bougie débouchant dans le cylindre. La combustion du mélange repousse le piston, amorçant ainsi le mouvement alternatif de celui-ci qui assure l'échappement des gaz brûlés résultant de la combustion du mélange, l'admission de mélange inflammable dans le cylindre et la compression du mélange avant qu'une étincelle produise une nouvelle explosion entretenant le mouvement de l'arbre (le moteur est alors en fonctionnement autonome).
Les procédés de démarrage actuels consistent à mettre le moteur dans une configuration de démarrage et entraîner en rotation l'arbre du moteur simultanément à au moins une tentative d'amorcer une combustion du mélange dans la chambre pour amener le moteur thermique d'un état arrêté à un état de fonctionnement autonome.
Dans la configuration de démarrage, l'arbre du moteur est entraîné en rotation au moyen d'un démarreur.
Le démarreur est un moteur électrique relié à la batterie du véhicule et actionné directement par le conducteur du véhicule qui agit sur la clé de contact ou un poussoir de
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commande tant qu'il estime que le moteur thermique ne fonctionne pas de façon autonome. Dans certains cas, le conducteur actionne le démarreur trop brièvement pour permettre au moteur thermique de fonctionner de façon autonome. Le conducteur doit alors renouveler l'opération.
Ces tentatives répétées aboutissent à une usure du démarreur et à une consommation importante de l'énergie fournie par la batterie. Dans d'autres cas, le conducteur continue d'actionner le démarreur alors que le moteur fonctionne déjà de façon autonome. Il en résulte notamment un échauffement du démarreur préjudiciable à sa durée de vie et une consommation inutile de l'énergie fournie par la batterie.
Il est connu d'arrêter le démarreur au bout d'une durée d'activation prédéterminée. Toutefois, cette durée peut varier en fonction des conditions de démarrage. Ainsi, un démarrage à chaud demande généralement un temps d'activation du démarreur plus court que celui nécessaire à un démarrage à froid. Il faut donc prévoir un moyen de mesure de la température du moteur pour modifier la durée d'activation en fonction de celle-ci. Il est également connu d'arrêter le démarreur lorsque le moteur thermique tourne à un régime déterminé supérieur à celui du démarreur ou à partir des caractéristiques de l'énergie consommée par le démarreur. Ces procédés ne permettent pas toujours d'avoir une durée optimale d'actionnement du démarreur.
Souvent, la mise dans la configuration de démarrage comprend également l'étape d'enrichir le mélange en carburant pour faciliter l'inflammation du mélange et produire les premières combustions. La quantité d'imbrûlés est alors importante. Le mode de démarrage est donc très polluant et ce d'autant plus que le catalyseur - qui équipe la plupart des véhicules automobiles modernes-n'a pas atteint sa température de fonctionnement et
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n'assure donc qu'imparfaitement sa fonction de traitement des gaz d'échappement.
Un but de l'invention est de proposer un procédé de démarrage qui soit fiable et simple de mise en oeuvre, et qui permette d'optimiser la durée de la phase de démarrage.
Dans ce but, on prévoit, selon l'invention, un procédé de démarrage d'un moteur thermique comprenant les étapes de mettre le moteur dans une configuration de démarrage et d'entraîner en rotation l'arbre du moteur simultanément à au moins une tentative d'amorcer une combustion du mélange dans la chambre pour amener le moteur thermique d'un état arrêté à un état de fonctionnement autonome, de surveiller au moins une caractéristique du mélange dans la chambre de combustion et de modifier au moins un paramètre de la configuration de démarrage pour le faire correspondre à une configuration de fonctionnement autonome lorsque la caractéristique surveillée est représentative d'au moins une combustion effectivement amorcée.
Ainsi, lorsqu'il se produit au moins une combustion effectivement amorcée, le moteur est susceptible de fonctionner de manière autonome. Il est alors possible de modifier le paramètre de la configuration de démarrage pour correspondre à la configuration de fonctionnement autonome, c'est-à-dire par exemple une configuration dans laquelle le démarreur est désactivé et/ou dans laquelle l'enrichissement du mélange et/ou l'avance à l'allumage sous démarreur sont interrompus. L'utilisation d'une caractéristique du mélange dans la chambre de combustion permet d'avoir une réactivité importante qui autorise un passage rapide de la configuration de démarrage à celle de fonctionnement autonome dès que le maintien du moteur thermique dans la configuration de démarrage n'est plus nécessaire. La durée de la phase de démarrage est donc
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optimisée quelques soient les conditions de démarrage.
Avantageusement, les moyens d'entraînement fonctionnant à partir d'une suite de combustions, le paramètre est modifié lorsque la caractéristique surveillée est représentative d'un nombre prédéterminé de combustions effectivement amorcées et de préférence le nombre prédéterminé de combustions effectivement amorcées est de l'ordre de une à deux combustions par cylindre du moteur thermique.
Après plusieurs combustions, le risque que le moteur cale est faible de sorte que la fiabilité et l'efficacité du procédé de démarrage sont augmentées.
Selon un mode de réalisation particulier, la caractéristique surveillée correspond à une ionisation d'au moins une partie du mélange. Eventuellement, le moteur comprenant au moins une bougie d'allumage ayant deux électrodes débouchant dans la chambre de combustion, l'étape de surveillance comporte de préférence les phases d'appliquer une différence de potentiel aux électrodes et de détecter un courant circulant entre les électrodes, et la modification du paramètre comporte une phase de comparaison d'une intensité du courant détecté à un seuil prédéterminé.
Durant la combustion, un front de flamme constitué d'espèces ionisantes (radicaux libres) se propage dans la chambre de combustion. Il est connu d'utiliser des moyens de détection d'une ionisation du mélange dans la chambre de combustion pour vérifier d'une part la présence ou l'absence de combustion et commander le moteur thermique afin notamment d'éviter les ratés de combustion et d'autre part l'apparition de cliquetis par exemple.
Dans ce mode de réalisation de l'invention, ces moyens existants assurent une fonction supplémentaire de gestion du démarrage du moteur thermique.
D'autres caractéristiques et avantages de
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l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de mise en oeuvre particulier non limitatif de l'invention.
Il sera fait référence à la figure unique annexée représentant schématiquement selon une vue partielle un moteur thermique agencé pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention.
En référence à la figure, le procédé selon l'invention est destiné à démarrer un moteur thermique, ici un moteur à combustion interne à essence de type à 4 temps.
Le moteur comprend de manière classique un bloc moteur délimitant des cylindres 1 (dont un seul est visible ici) dans lesquels coulissent des pistons 2 qui ont une face avant 3 en regard d'une culasse 4 fermant les cylindres et qui sont reliés à l'opposé de la face avant 3 par une bielle 5 à un vilebrequin 6 constituant l'arbre du moteur. Chaque cylindre 1, la face avant 3 de chaque piston 2 et la culasse 4 délimitent une chambre de combustion 7 dans laquelle débouchent deux électrodes 8,9 d'une bougie 10 et des conduits d'admission et d'échappement pour permettre l'admission d'un mélange d'air et de carburant, l'allumage de ce mélange et l'évacuation des gaz brûlés résultant de la combustion du mélange. Un module de commande moteur 11 assure la gestion du fonctionnement courant du moteur (et notamment l'allumage, la quantité d'air, de carburant ou de mélange admise dans chaque cylindre, le refroidissement...). Un démarreur 12, connu en lui-même, est relié au vilebrequin 6 pour entraîner celui-ci en rotation lorsque le moteur est à l'arrêt afin de lancer le moteur et d'amorcer son fonctionnement autonome. L'alimentation électrique des composants électriques du moteur thermique est assurée par une batterie et un alternateur non représentés. L'architecture du moteur et le fonctionnement courant de
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celui-ci sont connus en eux-mêmes et ne seront pas décrits ici plus en détail.
Le moteur comprend en outre des moyens pour détecter une ionisation du mélange dans la chambre de combustion 7. Ces moyens connus en eux-mêmes comprennent un circuit d'ionisation 13 relié à la bougie 10 et au module de commande moteur 11 et agencé pour, d'une part, appliquer une différence de potentiel (quelques centaines de volts environ) entre les électrodes 8 et 9 de manière à polariser celles-ci et, d'autre part, détecter un courant dit d'ionisation entre les électrodes 8 et 9, les ions présents dans le mélange lors de la combustion fermant le circuit entre les électrodes 8,9 et autorisant le passage de ce courant.
Le module de commande moteur 11 est également relié à un circuit de commande 14 du démarreur 12.
Le conducteur du véhicule qui veut procéder au démarrage du moteur thermique commande le début du processus de démarrage soit en actionnant la clé de contact soit en appuyant sur un bouton prévu à cet effet. Le démarrage est ensuite pris en charge par le module de commande moteur 11.
Le module de commande moteur 11 met le moteur thermique dans une configuration de démarrage déterminée pour amener le moteur thermique d'un état arrêté à un état de fonctionnement autonome. Pour ce faire, le module de commande moteur 11 commande notamment l'injection pour enrichir le mélange, le démarreur 12 via le circuit de commande 14 pour entraîner en rotation l'arbre du moteur et simultanément commande l'allumage de la bougie 10 pour amorcer une combustion du mélange contenu dans la chambre 7 avec une avance prédéterminée pour faciliter l'inflammation du mélange.
Dans le même temps, le module de commande moteur 11 surveille l'ionisation du mélange dans la chambre de
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combustion 7 via le circuit d'ionisation 13. Le circuit d'ionisation 13 applique une différence de potentiel entre les électrodes 8 et 9, détecte le courant entre les électrodes 8 et 9, l'amplifie et envoie un signal correspondant au module de commande moteur 11. Les détections sont réalisées à intervalles réguliers selon une fréquence suffisante déterminée pour permettre le traitement ultérieur du signal par le module de commande moteur 11 (par exemple à chaque cycle moteur d'un cylindre).
Le module de commande moteur 11 traite alors ce signal pour calculer l'intensité du courant (par exemple par intégration du signal sur une fenêtre d'acquisition prédéterminée) et la compare à un seuil prédéterminé. L'intensité du courant est représentative du nombre d'ions présents dans le mélange. Ces ions étant produits lors de la combustion du mélange, l'intensité du courant est donc un indicateur de la combustion. Le seuil prédéterminé est égal à l'intensité du courant véhiculé entre les électrodes par les ions engendrés lors d'une combustion.
Tant que l'intensité du courant est inférieure à ce seuil, il n'y a pas de combustion, ou celle-ci n'est pas suffisante pour lancer le moteur et amorcer le cycle de fonctionnement autonome de celui-ci. Le moteur est alors maintenu en configuration de démarrage.
Lorsque l'intensité du courant devient égale ou supérieure à ce seuil, il y a une combustion effectivement amorcée, suffisante pour lancer le moteur et amorcer le cycle de fonctionnement autonome de celui-ci.
Lorsque, par exemple, quatre dépassements de ce seuil ont été détectés correspondant à une combustion dans quatre cylindres allumés successivement selon l'ordre d'allumage du moteur (ou à quatre combustions dans le même cylindre par exemple dans le cas d'un moteur monocylindre), le module de commande moteur 11 modifie
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les paramètres concernés par la configuration de démarrage pour les faire correspondre à une configuration de fonctionnement autonome. Le module de commande moteur 11 commande ainsi notamment l'injection pour appauvrir le mélange, l'allumage pour augmenter l'avance à l'allumage et le circuit de commande 14 du démarreur 12 pour désactiver ce dernier.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit mais englobe également les variantes entrant dans le cadre des revendications.
En particulier, l'invention n'est pas limitée aux moteurs à combustion interne à essence à pistons alternatifs (quel que soit le nombre de cylindres de ceux-ci) mais est également applicable aux moteurs à pistons rotatifs, aux moteurs diesel, aux moteurs à combustion externe, aux moteurs à injection ou carburateurs, aux moteurs à combustion continue...
Les moyens de détection de l'ionisation peuvent comprendre un capteur dédié comportant par exemple deux électrodes associées à un circuit d'ionisation (notamment pour les moteurs sans bougie d'allumage comme les moteurs diesel).
En outre, des paramètres du mélange autres que l'ionisation peuvent être utilisés pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention et, notamment, la pression du mélange dans la chambre de combustion, la température du mélange dans la chambre de combustion, la fréquence propre des molécules du mélange... et plus généralement toute caractéristique du mélange qui apparaît ou subit une variation détectable lors de la combustion du mélange dans la chambre de combustion.
Le nombre de dépassements du seuil utilisé pour passer de la configuration de démarrage à celle de fonctionnement autonome est de préférence paramétrable dans le module de commande moteur 11 et peut être inférieur ou
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supérieur à quatre.
Le module de commande moteur 11 peut être prévu pour la mise en oeuvre de plusieurs configurations de démarrage : par exemple selon que le moteur est froid ou chaud, selon l'humidité de l'air... De même, le module de commande moteur 11 peut être prévu pour la mise en oeuvre de plusieurs configurations de fonctionnement autonome éventuellement mises en oeuvre successivement, par exemple une première configuration pour faire chauffer le moteur et une deuxième lorsque le moteur est chaud, ou alternativement.
La configuration de démarrage peut porter sur un seul paramètre de fonctionnement ou sur plusieurs et en particulier plus de trois.
Claims (8)
1. Procédé de démarrage d'un moteur thermique comportant un arbre (6) et des moyens (1, 2,5) d'entraînement en rotation de celui-ci à partir d'une combustion d'un mélange inflammable dans au moins une chambre de combustion (7) du moteur, le procédé comprenant les étapes de mettre le moteur dans une configuration de démarrage et d'entraîner en rotation l'arbre du moteur simultanément à au moins une tentative d'amorcer une combustion du mélange dans la chambre pour amener le moteur thermique d'un état arrêté à un état de fonctionnement autonome, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de surveiller au moins une caractéristique du mélange dans la chambre de combustion et de modifier au moins un paramètre de la configuration de démarrage pour le faire correspondre à une configuration de fonctionnement autonome lorsque la caractéristique surveillée est représentative d'au moins une combustion effectivement amorcée.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, les moyens d'entraînement (1, 2,5) fonctionnant à partir d'une suite de combustions, le paramètre est modifié lorsque la caractéristique surveillée est représentative d'un nombre prédéterminé de combustions effectivement amorcées.
3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le nombre prédéterminé de combustions effectivement amorcées est de l'ordre de une à deux combustions par cylindre du moteur thermique.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la caractéristique surveillée correspond à une ionisation d'au moins une partie du mélange.
5. Procédé selon la revendication 4, dans le-
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quel, le moteur comprenant au moins une bougie d'allumage (10) ayant deux électrodes (8,9) débouchant dans la chambre de combustion (7), l'étape de surveillance comporte les phases d'appliquer une différence de potentiel aux électrodes et de détecter un courant circulant entre les électrodes, et la modification du paramètre comporte une phase de comparaison d'une intensité du courant détecté à un seuil prédéterminé.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arbre (6) du moteur est entraîné en rotation au moyen d'un démarreur (12) dans la configuration de démarrage, et en ce que le démarreur est désactivé dans la configuration de fonctionnement autonome.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le paramètre de la configuration de démarrage qui est modifié est relatif à l'enrichissement du mélange en carburant.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le paramètre de la configuration de démarrage qui est modifié est relatif à l'avance à l'allumage.
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