FR2903145A1 - DEVICE AND METHOD FOR COLD STARTING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un moteur à combustion interne pour véhicule et un procédé de commande du moteur, le moteur (1) à combustion interne pour véhicule comprenant des moyens (6, 7, 8) pour modifier la distance séparant une bougie (10) et le jet de carburant (91) de l'injecteur (9) le plus proche de la bougie, caractérisé en ce qu'il comprend une unique soupape d'admission (3) de gaz par cylindre.The invention relates to an internal combustion engine for a vehicle and a method for controlling the engine, the internal combustion engine (1) for a vehicle comprising means (6, 7, 8) for modifying the distance separating a spark plug (10) and the fuel jet (91) of the injector (9) closest to the spark plug, characterized in that it comprises a single gas admission valve (3) per cylinder.
Description
1 L'invention concerne un procédé de commande d'un moteur de véhicule pourThe invention relates to a method for controlling a vehicle engine for
démarrer à froid, c'est-à-dire à des températures largement négatives. L'invention concerne plus précisément un procédé de commande 5 d'un moteur de véhicule pour démarrer le moteur à froid, en permettant de faire varier l'angle jet-bougie. L'invention concerne également un moteur de véhicule comprenant des moyens pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. L'invention s'applique en particulier à un moteur diesel de véhicule 10 dit moderne , c'est-à-dire à injection directe et à faible taux de compression. L'augmentation des puissances spécifiques Ps des moteurs diesel à injection directe a conduit à réduire leurs taux de compression TC (encore appelé rapport volumétrique de compression) afin de limiter la 15 pression maximale Pmax atteinte dans les cylindres du moteur, et donc de préserver la fiabilité de celui-ci et notamment des parties mobiles. Un ordre de grandeur des caractéristiques des moteurs diesel modernes est le suivant : puissance spécifique Ps = 60 à 65 kW/L, taux de compression TC tel que 15 < Tc < 17 et pression maximale atteinte 20 dans les cylindres du moteur telle que 170 < Pmax < 180. Si la réduction du taux de compression présente certains avantages, elle a cependant pour conséquence de diminuer la capacité des moteurs diesel modernes à démarrer lorsque la température ambiante est faible. start cold, that is to say at largely negative temperatures. The invention more specifically relates to a method of controlling a vehicle engine to start the engine cold, by varying the jet-candle angle. The invention also relates to a vehicle engine comprising means for implementing the method according to the invention. The invention applies in particular to a so-called modern diesel engine engine, that is to say with direct injection and low compression ratio. The increase of the specific powers Ps of the direct injection diesel engines has led to a reduction in their compression ratios TC (also called volumetric compression ratio) in order to limit the maximum pressure Pmax reached in the engine cylinders, and thus to preserve the reliability of it and in particular of the moving parts. An order of magnitude of the characteristics of modern diesel engines is as follows: specific power Ps = 60 to 65 kW / L, compression ratio TC such that 15 <Tc <17 and maximum pressure reached in the cylinders of the engine such as 170 < Pmax <180. While the reduction in the compression ratio has certain advantages, it nevertheless has the effect of reducing the capacity of modern diesel engines to start when the ambient temperature is low.
25 Par température faible, il faut comprendre des températures largement négatives, et typiquement inférieures ou égales -20 C. En effet, lorsque la température d'admission en entrée du cylindre diminue (en condition de démarrage, on considère que la température d'admission est égale à la température ambiante), la température en fin 30 de compression diminue également. Cet aspect est illustré sur la figure 1, qui montre en abscisse la température d'amission (égale à la température ambiante en condition de démarrage) et en ordonnée la température en fin de compression, et 2903145 2 ce pour trois taux de compression TC, à savoir TC = 14, 16 ou 18 référencés respectivement 14, 16 et 18. Or, si la température en fin de compression se trouve en dessous d'un certain seuil (à taux de compression donné), alors le moteur a du 5 mal à démarrer ou ne démarre pas. Pour faire face à cet inconvénient, un moyen d'action est d'agir sur la distance séparant la direction du jet de carburant le plus proche de la bougie de préchauffage et la bougie elle-même. Pratiquement, pour rendre compte de cette distance, on parle également d'angle jet-bougie.At low temperature, it is necessary to understand substantially negative temperatures, and typically less than or equal to -20 ° C. In fact, when the inlet inlet temperature of the cylinder decreases (under starting conditions, it is considered that the inlet temperature is equal to the ambient temperature), the temperature at the end of compression also decreases. This aspect is illustrated in FIG. 1, which shows on the abscissa the discharge temperature (equal to the ambient temperature in start-up condition) and on the ordinate the temperature at the end of compression, and 2903145 2 for three compression ratios TC, namely TC = 14, 16 or 18 referenced respectively 14, 16 and 18. However, if the temperature at the end of compression is below a certain threshold (at given compression ratio), then the engine has 5 sore to start or not start. To overcome this drawback, a means of action is to act on the distance separating the direction of the fuel jet closest to the glow plug and the candle itself. Practically, to account for this distance, we also speak of jet-candle angle.
10 Pour effectuer un démarrage à froid sûr en condition de température ambiante faible, il suffit de réduire l'angle jet-bougie, c'est-à-dire de réduire la distance séparant la direction du jet et la bougie. En effet, plus le jet est proche de la bougie, plus le carburant est réchauffé et plus sa quantité vaporisée est grande.In order to perform a safe cold start in a low ambient temperature condition, it is sufficient to reduce the jet-candle angle, that is, to reduce the distance between the direction of the jet and the spark plug. In fact, the closer the jet is to the candle, the more the fuel is heated and the greater its vaporized quantity.
15 Toutefois, il n'est pas envisageable de trop réduire cette distance, car cela dégrade la performance du moteur et augmente les émissions de polluants. L'homme du métier a donc cherché à trouver un compromis entre ces nécessités contradictoires, en positionnant l'injecteur le plus proche 20 de la bougie à une distance adéquate de la bougie, et ce de manière fixe lors du montage. Ce compromis s'avère cependant parfois insuffisant pour résoudre les problèmes posés. Il a donc été proposé de faire varier l'angle jet-bougie en fonction 25 du régime de fonctionnement moteur (démarrage, bas régime, haut régime), par exemple dans le document JP 63147920. Toutefois, le dispositif présenté dans ce document est limité à un moteur comprenant des cylindres ayant chacun au moins deux soupapes d'admission et n'est donc pas adaptable à tous types de moteurs.However, it is not possible to reduce this distance too much, since this degrades the engine performance and increases pollutant emissions. The skilled person has therefore sought to find a compromise between these conflicting necessities by positioning the injector closest to the candle at a suitable distance from the candle, and this in a fixed manner during assembly. However, this compromise is sometimes insufficient to solve the problems. It has therefore been proposed to vary the jet-spark angle according to the engine operating speed (starting, low speed, high speed), for example in document JP 63147920. However, the device presented in this document is limited. an engine comprising cylinders each having at least two intake valves and is therefore not adaptable to all types of engines.
30 Un objectif de l'invention est donc d'améliorer les dispositifs existants, en proposant un moteur dans lequel on peut faire varier l'angle jet-bougie en fonction des conditions de température ambiante, 2903145 3 en particulier pour un moteur comprenant une seule soupape d'admission par cylindre. Pour atteindre ce objectif, il est prévu dans le cadre de la présente invention un moteur à combustion interne pour véhicule, comprenant des moyens pour modifier la distance séparant une bougie et le jet de carburant de l'injecteur le plus proche de la bougie, caractérisé en ce qu'il comprend une unique soupape d'admission de gaz par cylindre. Le moteur selon l'invention pourra en outre présenter au moins l'une des caractéristiques suivantes : - les moyens comprennent au moins deux conduits d'admission en gaz, de préférence séparés par une paroi commune, et débouchant chacun sur la même soupape d'admission ; - le conduit d'admission en gaz, dont l'extrémité au niveau du cylindre est la plus proche de l'axe de révolution du cylindre, 15 comprend un volet d'obturation, l'autre conduit n'en comprenant pas; - les moyens pour modifier la distance séparant la bougie et le jet de carburant de l'injecteur le plus proche de la bougie sont agencés de sorte qu'ils génèrent deux mouvements de rotation 20 des gaz dans le cylindre s'effectuant sensiblement autour de l'axe de révolution du cylindre et selon un sens de rotation identique entre eux ; - les moyens mentionnés ci-dessus, l'injecteur le plus proche de la bougie et la bougie sont agencés l'un par rapport à l'autre de 25 sorte qu'ils maintiennent le jet de carburant de l'injecteur en amont de la bougie, en référence au sens de rotation des gaz dans le cylindre ; - il comprend un répartiteur des gaz d'admission vers une pluralité de cylindres, le répartiteur comprenant au moins deux conduits, 30 dont l'un est muni d'un volet d'obturation. Pour atteindre ces objectifs, il est également prévu dans le cadre de la présente invention un procédé de commande d'un moteur à combustion interne pour véhicule, caractérisé en ce que, le moteur 2903145 4 comprenant une unique soupape d'admission de gaz par cylindre, on modifie la distance séparant une bougie et le jet de carburant de l'injecteur le plus proche de la bougie. Le procédé selon l'invention pourra en outre présenter au moins 5 l'une des caractéristiques suivantes : - le moteur comprenant au moins deux conduits d'admission en gaz, on obture le conduit d'admission dont l'extrémité au niveau du cylindre est la plus proche de l'axe de révolution du cylindre ; - on génère deux mouvements de rotation des gaz dans le cylindre 10 s'effectuant sensiblement autour de l'axe de révolution du cylindre et selon un sens de rotation identique entre eux ; - on maintient le jet de carburant de l'injecteur en amont de la bougie, en référence au sens de rotation des gaz dans le cylindre. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 représente une vue schématique de l'évolution de la température de fin de compression en fonction de la température d'admission des gaz dans le moteur au démarrage ; - Les figures 2a et 2b représentent une schématique en vue de dessus d'un zoom sur une zone d'un cylindre de moteur de véhicule muni de moyens selon l'invention, respectivement en conditions de démarrage à faible température et en conditions normales. Le moteur 1 selon l'invention, tel qu'illustré sur les figures 2a et 2b comprend au moins un cylindre, et de préférence une pluralité de cylindres. Sur ces figures 2a et 2b, on définit un repère orthogonal X, Y Z, pour lequel l'axe de vilebrequin est parallèle à l'axe X et l'axe de révolution du ou de chaque cylindre parallèle à l'axe Z. Le ou chaque cylindre 2 communique avec une soupape d'admission 3 des gaz dans le cylindre 2 et au moins une soupape d'échappement 4 des gaz vers un conduit d'échappement 5.An object of the invention is therefore to improve the existing devices, by proposing an engine in which the jet-spark angle can be varied according to the ambient temperature conditions, in particular for an engine comprising only one engine. intake valve per cylinder. To achieve this objective, an internal combustion engine for a vehicle is provided in the context of the present invention, comprising means for modifying the distance separating a spark plug and the fuel jet from the injector closest to the spark plug, characterized in that it comprises a single gas admission valve per cylinder. The engine according to the invention may furthermore have at least one of the following characteristics: the means comprise at least two gas intake ducts, preferably separated by a common wall, and each opening on the same valve; admission; - The gas inlet duct, whose end at the cylinder is closest to the axis of revolution of the cylinder, 15 comprises a shutter shutter, the other conduit does not include; the means for modifying the distance separating the spark plug and the fuel jet from the injector closest to the spark plug are arranged so that they generate two rotational movements of the gases in the cylinder being substantially around the axis of revolution of the cylinder and in a direction of rotation identical to each other; the means mentioned above, the injector closest to the spark plug and the spark plug are arranged relative to one another so that they hold the jet of fuel of the injector upstream of the spark plug, with reference to the direction of rotation of the gases in the cylinder; it comprises an inlet gas distributor to a plurality of cylinders, the distributor comprising at least two ducts, one of which is provided with a shutter. To achieve these objectives, a method of controlling an internal combustion engine for a vehicle is also provided in the context of the present invention, characterized in that the engine 2903145 4 comprises a single gas admission valve per cylinder the distance between a spark plug and the fuel jet is changed from the injector nearest the spark plug. The method according to the invention may furthermore have at least one of the following characteristics: the engine comprising at least two gas intake ducts, the intake duct whose end at the cylinder is the closest to the axis of revolution of the cylinder; - Two rotational movements of the gases in the cylinder 10 are generated substantially around the axis of revolution of the cylinder and in a direction of rotation identical to each other; the fuel jet of the injector is maintained upstream of the spark plug, with reference to the direction of rotation of the gases in the cylinder. Other features, objects and advantages of the present invention will appear on reading the detailed description which follows, and with reference to the appended drawings, given by way of non-limiting examples and in which: FIG. schematic of the evolution of the compression end temperature as a function of the gas inlet temperature in the engine at start-up; - Figures 2a and 2b show a schematic view from above of a zoom on an area of a vehicle engine cylinder provided with the means according to the invention, respectively under low temperature start conditions and in normal conditions. The engine 1 according to the invention, as illustrated in Figures 2a and 2b comprises at least one cylinder, and preferably a plurality of cylinders. In these figures 2a and 2b, there is defined an orthogonal reference X, YZ, for which the crankshaft axis is parallel to the axis X and the axis of revolution of the or each cylinder parallel to the axis Z. The or each cylinder 2 communicates with an intake valve 3 of the gases in the cylinder 2 and at least one exhaust valve 4 of the gases to an exhaust duct 5.
2903145 5 Le moteur 1 comprend également des moyens d'admission des gaz destinés à communiquer avec la soupape d'amission 3. Ces moyens d'admission comprennent un élément divisé en deux conduits 6, 7, présentant de préférence une paroi commune 8. Comme on le 5 comprend, la soupape d'admission 3 empêche, lorsqu'elle est à l'état fermé, toute admission de gaz dans le cylindre 2 par l'un ou l'autre des conduits 6 ou 7. Il n'y a donc qu'une seule soupape d'admission 3 pour le ou chaque cylindre 2.The engine 1 also comprises gas intake means for communicating with the discharge valve 3. These intake means comprise an element divided into two ducts 6, 7, preferably having a common wall 8. As shown in FIG. it is understood, the intake valve 3 prevents, when in the closed state, any admission of gas into the cylinder 2 by one or the other of the ducts 6 or 7. There is therefore only one intake valve 3 for the or each cylinder 2.
10 Les conduits 6, 7 présentent de préférence une section identique, mais cela n'a rien de limitatif. Le moteur 1 comprend également pour le ou chaque cylindre 2, au moins un injecteur 9 émettant un jet de carburant 91 et une bougie 10 de préchauffage. Sur les figures 2a et 2b, seul le jet d'injecteur le plus 15 proche de la bougie 10 est représenté. Le conduit d'admission 6 comprend un volet d'obturation 61, qui est à l'état ouvert ou fermé en fonction des conditions de température ambiante, l'autre conduit d'admission 7 ne comprenant quant à lui aucun volet d'obturation.The ducts 6, 7 preferably have an identical section, but this is not limiting. The engine 1 also comprises for the or each cylinder 2, at least one injector 9 emitting a jet of fuel 91 and a glow plug 10. In Figures 2a and 2b, only the injector jet closest to the candle 10 is shown. The intake duct 6 comprises a shutter 61, which is in the open or closed state depending on the ambient temperature conditions, the other intake duct 7 comprising no closure flap.
20 Les conduits d'admission 6, 7 sont agencés de sorte que le gaz introduit dans le cylindre 2 l'est de façon à créer un écoulement gazeux de rotation des gaz dans le cylindre 1 autour de la direction de l'axe de révolution, et référence par la flèche 11. Lorsque le volet 61 est à l'état fermé (figure 2a), le mouvement de 25 rotation des gaz 11 est fort. En effet, dans ce cas le débit de gaz admis est uniquement introduit par le conduit d'admission 7, dont l'extrémité 71 au niveau du cylindre 2 est de plus située plus loin par rapport à l'axe de révolution du cylindre que l'extrémité 62 du conduit d'admission 6.The intake ducts 6, 7 are arranged so that the gas introduced into the cylinder 2 is so as to create a gaseous flow of rotation of the gases in the cylinder 1 around the direction of the axis of revolution, and reference by the arrow 11. When the flap 61 is in the closed state (FIG. 2a), the rotational movement of the gases 11 is strong. Indeed, in this case the flow of admitted gas is introduced only through the intake duct 7, whose end 71 at the cylinder 2 is furthermore located further with respect to the axis of revolution of the cylinder than the end 62 of the intake duct 6.
30 Ainsi, le jet de carburant 91 issu de l'injecteur 9, situé en amont de la bougie 10 par rapport au sens du mouvement de rotation des gaz 11, est amené à proximité de la bougie 10 sous l'effet de l'intensité du mouvement de rotation des gaz 11. Ce mouvement de rapprochement 2903145 6 92 modifie donc la distance entre la bougie et la direction d'injection de carburant de l'injecteur le plus proche de la bougie 10. Dans ces conditions, le démarrage à faible température ambiante est amélioré car le carburant est davantage réchauffé et donc sa 5 vaporisation est accrue. En revanche, lorsque le volet 61 est à l'état ouvert (figure 2b), le mouvement de rotation 11 des gaz dans le cylindre est plus faible. Plus précisément, lorsque le volet 61 est ouvert, on génère deux mouvements de rotation des gaz dans le cylindre. En effet, dans ce cas 10 le débit de gaz admis est réparti entre les deux conduits 6, 7, étant précisé que l'extrémité 62 du conduit d'admission 6 au niveau du cylindre 2 est plus proche de l'axe de révolution du cylindre 1 que l'extrémité 71 du conduit 7, et provoque donc un mouvement de rotation des gaz plus faible.Thus, the jet of fuel 91 coming from the injector 9, situated upstream of the spark plug 10 with respect to the direction of the rotational movement of the gases 11, is brought close to the spark plug 10 under the effect of the intensity This reciprocating movement 2903145 6 92 thus modifies the distance between the spark plug and the fuel injection direction of the injector closest to the spark plug 10. In these conditions, the low starting Ambient temperature is improved because the fuel is further heated and thus its vaporization is increased. On the other hand, when the flap 61 is in the open state (FIG. 2b), the rotational movement 11 of the gases in the cylinder is lower. More precisely, when the flap 61 is open, two rotational movements of the gases in the cylinder are generated. In fact, in this case the admitted gas flow rate is distributed between the two ducts 6, 7, it being specified that the end 62 of the intake duct 6 at the level of the cylinder 2 is closer to the axis of revolution of the cylinder. 1 cylinder that the end 71 of the conduit 7, and thus causes a lower gas rotation movement.
15 On comprend également que contrairement à l'art antérieur, le mouvement des gaz provoqué par l'admission de gaz par la conduite 6 génère un mouvement allant dans le même sens que celui généré par la conduite 7, seule l'intensité du mouvement de rotation est réduite. Ainsi, le jet de carburant 91, situé en amont de la bougie 10 par 20 rapport au sens du mouvement de rotation des gaz 11, reste éloigné de la bougie 10 car le mouvement de rotation des gaz 11 est moins intense. L'interaction entre le jet de carburant 91 et la bougie est donc réduit, et les émissions de polluants sont également réduites. De même, 25 les performances du moteur 1 sont améliorées, ou tout au moins ne sont pas dégradées comme cela pourrait être le cas lorsque le jet de carburant 91 et la bougie 10 sont à proximité. Dans cette seconde situation, un démarrage du moteur dans des conditions de température ambiante tout à fait normales peut être 30 envisagé. Pratiquement, c'est cette seconde situation (figure 2b) qui est la position de référence sujet par rapport à la bougie. Cette seconde 2903145 7 situation sera la condition d'utilisation la plus fréquente, au démarrage mais aussi en condition de roulage. Lorsque les conditions de température ambiante le justifient (typiquement -20 C ou moins), le volet d'obturation 61 de la conduite 6 5 pourra être fermé. A cet effet, un capteur de température pourra indiquer à un calculateur la température qui commandera la fermeture du volet 61. Dans la pratique, le moteur 1 comprend le plus souvent une pluralité de cylindres. Pour mettre en oeuvre l'invention, on pourra donc 10 prévoir un répartiteur de gaz comprenant au moins deux conduits 6, 7, l'un 6 étant muni d'un volet d'obturation, l'autre 7 pas. Le conduit 6 est alors subdivisé en autant de sous- conduits qu'il y a de cylindres pour amener les gaz vers lesdits cylindres. Il en est de même pour le conduit 7, qui est alors subdivisé en autant de sous- 15 conduits que de cylindres. Cette disposition évite de multiplier les volets d'obturation directement en entrée de chaque cylindre, puisqu'un seul volet suffit pour l'ensemble des cylindres. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation présentés ci- 20 dessus mais s'étend à tout mode de réalisation conforme à son esprit. A titre d'exemple, on peut prévoir que la position de référence du jet de carburant par rapport à la bougie est celui de la figure 2a, c'est-à-dire que le jet est à proximité de la bougie, et qu'on inverse le sens du mouvement de rotation des gaz dans le cylindre, par une admission d'air 25 adaptée, de sorte que le jet de carburant se situe en aval de la bougie en référence au sens de rotation des gaz dans le cylindre. Dans ce cas, le volet 61 est ouvert en condition de démarrage pour avoir un mouvement de rotation faible, ne permettant pas d'éloigner le jet de carburant de la bougie. Sinon, en condition de roulage, ce même 30 volet 61 est fermé pour créer un mouvement de rotation des gaz plus fort et permettant d'éloigner le jet de carburant de la bougie. Cette variante, bien qu'envisageable techniquement, présente cependant l'inconvénient, en condition de roulage, de mettre à profit un 2903145 8 seul conduit d'admission 7 en gaz dans le cylindre (l'autre étant fermé par le volet), ce qui est pénalisant pour le bon fonctionnement du moteur, en particulier à haut régime (mauvais remplissage en air frais). 5It is also understood that, contrary to the prior art, the movement of the gases caused by the admission of gas via the pipe 6 generates a movement going in the same direction as that generated by the pipe 7, only the intensity of the movement of the gas. rotation is reduced. Thus, the fuel jet 91, located upstream of the spark plug 10 with respect to the direction of the rotational movement of the gases 11, remains remote from the spark plug 10 because the rotational movement of the gases 11 is less intense. The interaction between the fuel jet 91 and the spark plug is therefore reduced, and pollutant emissions are also reduced. Likewise, the performance of the engine 1 is improved, or at least not degraded as might be the case when the fuel jet 91 and the candle 10 are nearby. In this second situation, starting the engine under quite normal ambient temperature conditions can be envisaged. Practically, it is this second situation (Figure 2b) that is the reference position subject to the candle. This second situation will be the most frequent use condition, at startup but also in rolling condition. When the ambient temperature conditions justify it (typically -20 C or less), the shutter 61 of the pipe 6 5 can be closed. For this purpose, a temperature sensor may indicate to a computer the temperature that will control the closure of the flap 61. In practice, the engine 1 usually comprises a plurality of cylinders. To implement the invention, it will be possible to provide a gas distributor comprising at least two ducts 6, 7, one 6 being provided with a shutter, the other 7 not. The duct 6 is then subdivided into as many sub-ducts as there are cylinders to bring the gases to said cylinders. It is the same for the duct 7, which is then subdivided into as many sub-ducts as cylinders. This arrangement avoids multiplying the shutters directly at the inlet of each cylinder, since a single flap is sufficient for all the cylinders. The invention is not limited to the embodiments presented above but extends to any embodiment in accordance with its spirit. By way of example, provision may be made for the reference position of the fuel jet with respect to the spark plug to be that of FIG. 2a, that is to say that the jet is close to the spark plug, and that the direction of the rotational movement of the gases in the cylinder is reversed by a suitable air intake, so that the fuel jet is located downstream of the spark plug with reference to the direction of rotation of the gases in the cylinder. In this case, the flap 61 is open in starting condition to have a low rotational movement, not allowing away the fuel jet of the candle. Otherwise, in rolling condition, this same flap 61 is closed to create a stronger rotational movement of the gas and to move the fuel jet away from the spark plug. This variant, although technically feasible, however, has the disadvantage, in rolling condition, of taking advantage of a single gas intake duct 7 in the cylinder (the other being closed by the flap), which is penalizing for the proper functioning of the engine, especially at high speed (poor filling with fresh air). 5
Claims (10)
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