PROCEDE ET DISPOSITIF DE COMMANDE DE L'ECOULEMENT TOURBILLONNAIRE HELICOIDAL DES GAZ DANS LE CYLINDRE D'UN MOTEUR La présente invention concerne un procédé et un dispositif de commande de l'écoulement tourbillonnaire hélicoïdal des gaz dans le cylindre d'un moteur, autour de l'axe de ce cylindre. Elle concerne également l'utilisation de ce procédé et de ce dispositif. Dans les moteurs thermiques, notamment diesel, le mélange entre l'air admis et le carburant injecté est facilité en organisant la structure d'écoulement de l'admission d'air dans le cylindre du moteur, pour que cette structure s'apparente à un tourbillon hélicoïdal dont l'axe de rotation est parallèle à l'axe du cylindre. La turbulence de cet écoulement est quantifiée par un paramètre sans dimension, appelé le nombre de swirl, le mot swirl désignant d'ailleurs en langue anglaise l'écoulement tourbillonnaire défini ci-dessus. Le nombre de swirl S est égal à la valeur maximale, dans le cylindre, du rapport du flux, dans la direction axiale, de la quantité de mouvement tangentielle sur le flux, dans la direction axiale, de la quantité de mouvement axiale. Certains moteurs sont équipés d'un papillon spécifique pour commander la valeur du nombre de swirl de leur(s) cylindre(s). Il est ainsi connu d'actionner ce papillon lorsque le moteur est en service, c'est-à-dire lorsqu'il tourne avec un régime suffisant pour produire une force motrice. Lorsque le papillon précité commande une augmentation de la valeur du nombre de swirl par rapport à une valeur de référence préfixée, la turbulence de l'écoulement gazeux hélicoïdal dans le moteur est augmentée. Ceci étant posé, on constate par ailleurs une grande instabilité du régime de ralenti des moteurs lors de leur démarrage à froid, à des températures ambiantes basses, c'est-à-dire inférieures à -10°C : le moteur démarre alors de façon bruyante et vibrante, son régime de ralenti ne se stabilisant qu'au bout d'une durée significative, de plusieurs dizaines de secondes, le temps que les cylindres du moteur montent en température. The present invention relates to a method and a device for controlling the spiral swirling flow of gases in the cylinder of an engine, around the lobe of the engine. axis of this cylinder. It also relates to the use of this method and this device. In thermal engines, especially diesel, the mixture between the intake air and the injected fuel is facilitated by organizing the flow structure of the air intake in the cylinder of the engine, so that this structure is similar to a helical vortex whose axis of rotation is parallel to the axis of the cylinder. The turbulence of this flow is quantified by a parameter without dimension, called the number of swirls, the word swirl designating also in English the vortex flow defined above. The number of swirls S is equal to the maximum value, in the cylinder, of the ratio of the flow, in the axial direction, of the tangential momentum on the flow, in the axial direction, of the axial momentum. Some engines are equipped with a specific throttle to control the value of the number of swirls of their cylinder (s). It is thus known to actuate this throttle when the engine is in service, that is to say when it rotates with a sufficient speed to produce a driving force. When the aforementioned throttle controls an increase in the value of the number of swirls with respect to a prefixed reference value, the turbulence of the helical gas flow in the engine is increased. This being said, there is also a great instability of the idling speed of the engines during their cold start, at low ambient temperatures, that is to say below -10 ° C: the engine then starts so noisy and vibrating, its idling speed is stabilized after a significant period of several tens of seconds, the time that the engine cylinders rise in temperature.
Pour contourner cet inconvénient, on utilise actuellement des bougies de préchauffage spéciales, notamment en céramique, qui, avant démarrage du moteur, portent la température du mélange air/carburant à une valeur plus élevée que celle obtenue grâce à des bougies de préchauffage conventionnelles. Toutefois, ces bougies spéciales sont chères et induisent des investissements coûteux pour les intégrer aux moteurs existants. Le but de la présente invention est d'améliorer de manière simple et économique la stabilité du régime de ralenti d'un moteur lors de son démarrage à froid à basse température. To circumvent this disadvantage, special glow plugs are used, especially ceramic, which, before starting the engine, bring the temperature of the air / fuel mixture to a higher value than that obtained by conventional glow plugs. However, these special candles are expensive and induce expensive investments to integrate them with existing engines. The object of the present invention is to simply and economically improve the stability of the idling speed of an engine during its cold start at low temperature.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de commande de l'écoulement tourbillonnaire hélicoïdal des gaz dans le cylindre d'un moteur, autour de l'axe de ce cylindre, dans lequel la valeur du nombre de swirl de cet écoulement est modifiable par rapport à une valeur de référence préfixée, en fonction du régime de service du moteur, caractérisé en ce qu'on augmente la valeur du nombre de swirl par rapport à la valeur de référence lors du démarrage à froid du moteur lorsque la température ambiante est inférieure à -10°C. L'idée à la base de l'invention est de mettre à profit la possibilité de faire varier la valeur du nombre de swirl S, tel que défini plus haut, pour augmenter la turbulence de l'écoulement gazeux hélicoïdal dans le moteur au moment de son démarrage à froid. Des essais ont ainsi mis en évidence que l'augmentation de la turbulence permet au carburant injecté de se rapprocher rapidement et massivement d'une bougie de préchauffage conventionnelle et donc d'améliorer sa combustion, ce qui stabilise le régime de ralenti du moteur succédant à son démarrage proprement dit. Pour quantifier l'effet de stabilisation obtenu par le procédé conforme à l'invention, on peut calculer l'écart type des valeurs du régime de ralenti du moteur : plus cet écart type est faible, plus le moteur est stable, tandis que, inversement, plus l'écart type du régime de ralenti est grand, plus le moteur est instable. Ainsi, par des essais, on constate que, à chaque instant des premières secondes du démarrage d'un moteur, l'écart type du régime de ralenti d'un moteur, dans lequel l'écoulement gazeux est commandé conformément à l'invention, est strictement inférieur à l'écart type du régime de ralenti du même moteur commandé de façon conventionnelle, et ce d'au moins 10%. En outre, on constate que, dans le temps, l'écart type associé à un moteur commandé selon l'invention passe nettement plus rapidement sous une valeur seuil prédéterminée. Ainsi, grâce à l'invention, on diminue l'instabilité lors des premières secondes du démarrage du moteur et on atteint plus rapidement un régime de ralenti considéré comme stable. L'effet de stabilisation obtenu par l'invention est sensible dès que la valeur du nombre de swirl S est strictement supérieure à la valeur de référence préfixée. Avantageusement, cet effet est significatif lorsqu'on augmente la valeur du nombre de swirl S d'au moins 25%. De préférence, cet effet est décuplé lorsqu'on augmente la valeur du nombre de swirl S d'au moins 50%. En pratique, la valeur du nombre de swirl est commandée par un papillon spécifique qu'on actionne pour augmenter cette valeur. For this purpose, the subject of the invention is a method for controlling the helical vortex flow of gases in the cylinder of an engine, about the axis of this cylinder, in which the value of the number of swirls of this flow is modifiable with respect to a prefixed reference value, as a function of the engine operating speed, characterized in that the value of the number of swirls with respect to the reference value is increased when the engine is started cold when the temperature ambient temperature is below -10 ° C. The idea underlying the invention is to take advantage of the possibility of varying the value of the number of swirl S, as defined above, to increase the turbulence of the helical gas flow in the engine at the time of its cold start. Tests have shown that the increase in turbulence allows the injected fuel to quickly and massively approach a conventional glow plug and thus improve its combustion, which stabilizes the idling speed of the engine succeeding its actual start. To quantify the stabilization effect obtained by the process according to the invention, the standard deviation of the values of the engine idling speed can be calculated: the lower the standard deviation, the more stable the engine is, while conversely , the greater the standard deviation of the idling speed, the more the engine is unstable. Thus, by tests, it is found that, at each instant of the first seconds of the starting of an engine, the standard deviation of the idling speed of an engine, in which the gas flow is controlled according to the invention, is strictly less than the standard deviation of the idling speed of the same engine controlled conventionally, and this of at least 10%. In addition, it is found that, in time, the standard deviation associated with a motor controlled according to the invention passes significantly faster under a predetermined threshold value. Thus, thanks to the invention, the instability is reduced during the first seconds of engine start and is reached more quickly an idle speed considered stable. The stabilizing effect obtained by the invention is sensitive as soon as the value of the number of swirls S is strictly greater than the prefixed reference value. Advantageously, this effect is significant when the value of the swirl number S is increased by at least 25%. Preferably, this effect is increased tenfold when the value of the swirl number S is increased by at least 50%. In practice, the value of the number of swirls is controlled by a specific butterfly that is actuated to increase this value.
L'invention a également pour objet un dispositif de commande de l'écoulement tourbillonnaire hélicoïdal des gaz dans le cylindre d'un moteur, autour de l'axe de ce cylindre, comportant un papillon spécifique de commande de la valeur du nombre de swirl par rapport à une valeur de référence préfixée, et des moyens d'actionnement de ce papillon, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un capteur de mesure de la température ambiante et en ce que les moyens d'actionnement sont adaptés pour fermer le papillon lors du démarrage à froid du moteur lorsque la température mesurée par le capteur est inférieure à -10°C. Ce dispositif permet de mettre en oeuvre le procédé tel que défini plus haut. Ce dispositif est particulièrement économique, dans le sens où l'adaptation des moyens d'actionnement qu'il nécessite est facile à réaliser à partir des dispositifs à papillon existants. L'invention a en outre pour objet une utilisation du procédé ou du dispositif tel que défini ci-dessus, pour commander l'écoulement tourbillonnaire hélicoïdal des gaz dans un cylindre d'un moteur d'entraînement des roues motrices d'un véhicule automobile. The invention also relates to a device for controlling the helical flow of gas in the cylinder of a motor, around the axis of this cylinder, comprising a specific throttle controlling the value of the number of swirls per reference to a prefixed reference value, and means for actuating this butterfly, characterized in that it further comprises a sensor for measuring the ambient temperature and that the actuating means are adapted to close the butterfly. when cold starting the engine when the temperature measured by the sensor is below -10 ° C. This device makes it possible to implement the method as defined above. This device is particularly economical, in the sense that the adaptation of the actuating means it requires is easy to achieve from the existing butterfly devices. The invention further relates to a use of the method or device as defined above, for controlling the spiral swirling flow of gases in a cylinder of a drive motor driving wheels of a motor vehicle.
L'invention sera mieux comprise à la lumière d'un exemple de mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, illustré par le diagramme de la figure 1. Selon cet exemple, on calcule, en fonction du temps, l'écart type de la valeur du régime d'un moteur diesel de véhicule automobile, lors de son démarrage à froid, avec une température ambiante de -18°C. Sur le diagramme de la figure 1, les calculs d'écart type sont exprimés en tours/minutes (tr/min), tandis que le temps est exprimé en seconde (s). Deux séries de calcul sont successivement réalisées : - une première série de calculs, illustrée par la courbe constituée de traits mixtes, est réalisée alors que le nombre de swirl S du moteur vaut 2 ; et - une seconde série de calculs, illustrée par la courbe constituée de traits pointillés, est réalisée alors que le nombre de swirl S vaut 3,2. En pratique, les deux séries de calculs sont réalisées lors du démarrage du moteur avec, pour la première série de calculs, son papillon de commande de la valeur du nombre de swirl S qui est totalement ouvert, tandis que, pour la seconde série de calculs, ce papillon est totalement fermé. On constate sur le diagramme de la figure 1 que, à chaque instant suivant l'instant 0 qui correspond à l'instant de démarrage proprement dit du moteur, l'écart type du régime de ralenti est plus faible avec le nombre de swirl S valant 3,2. En particulier, dès la troisième seconde après l'instant 0, l'écart type est inférieur à 15 tr/min, ce qui correspond à une valeur représentative d'un régime communément qualifié de stable dans le domaine automobile. The invention will be better understood in the light of an exemplary implementation of the method according to the invention, illustrated by the diagram of FIG. 1. According to this example, the standard deviation is calculated as a function of time. the value of the engine speed of a motor vehicle diesel engine, when it starts cold, with an ambient temperature of -18 ° C. In the diagram of Figure 1, the standard deviation calculations are expressed in revolutions / minutes (rpm), while the time is expressed in seconds (s). Two series of calculations are successively carried out: a first series of calculations, illustrated by the curve consisting of mixed lines, is carried out while the number of swirls S of the engine is equal to 2; and a second series of calculations, illustrated by the curve consisting of dashed lines, is carried out while the number of swirl S is 3.2. In practice, the two sets of calculations are performed at the start of the engine with, for the first series of calculations, its throttle control the value of the number of swirl S which is fully open, while for the second series of calculations , this butterfly is totally closed. It can be seen in the diagram of FIG. 1 that, at each instant following the instant 0 which corresponds to the actual starting moment of the engine, the standard deviation of the idling speed is lower with the number of swirls S being equal to 3.2. In particular, from the third second after the instant 0, the standard deviation is less than 15 rpm, which corresponds to a representative value of a regime commonly described as stable in the automotive field.
Divers aménagements et variantes au procédé et au dispositif conformes à l'invention sont par ailleurs envisageables. Various arrangements and variants of the method and the device according to the invention are also possible.