Procédé d'optimisation de l'injection au redémarrage à injection de carburant

Abstract

 Procédé d'optimisation du fonctionnement d'un moteur multicylindre à injection de carburant pour véhicules automobiles, caractérisé par le fait qu'il consiste à injecter, pendant la durée d'un démarrage (n+1) une quantité (Qn+1) de carburant dans le moteur égale à une quantité théorique (Q_o) calculée en fonction de la vitesse de rotation et de la température du moteur au démarrage, multipliée par un facteur de correction (F_cⁿ⁺¹) qui est déterminé par récurrence à partir;

• de la valeur du facteur de correction (F_cⁿ) déterminé lors du démarrage précédent (n)
• du temps d'arrêt ou de repos (tⁿ) entre l'instant de son dernier arrêt (T_aⁿ) et l'instant du démarrage (T_dⁿ⁺¹).

Description

[0001] La présente invention concerne un procédé pour améliorer le fonctionnement d'un moteur multicylindre à injection de carburant pour véhicules automobiles, notamment pendant la phase de démarrage du moteur.

[0002] On sait que le démarrage du moteur nécessite un gaz de combustion à richesse élevée de carburant, en partie pour le mouillage du moteur.

[0003] Le mouillage des parois des chambres de combustion, ou des cylindres, est une opération délicate. Que la quantité de carburant injectée soit insuffisante et il n'y a pas de démarrage et que la quantité de carburant injectée soit excessive et il n' y a toujours pas de démarrage pour cause de noyage du moteur. Pour déterminer la quantité de carburant devant être injectée lors du démarrage il est nécessaire de prendre en compte la quantité de carburant déjà présente sur les parois. L'état de mouillage des cylindres au moment du démarrage dépend de divers facteurs, on peut citer principalement le temps d'arrêt du moteur, la façon dont le moteur a été arrêté ainsi que la durée et le mode de fonctionnement du moteur avant son arrêt.

[0004] Le temps de repos séparant l'instant d'arrêt du moteur et son redémarrage joue un rôle de démouillage naturel du moteur. Si le temps du repos du moteur est suffisamment long, le moteur est totalement démouillé lors du démarrage suivant. Il en résulte que le redémarrage du moteur demande une quantité importante de carburant à injecter. En revanche, si le temps de repos du moteur est très court, le moteur n'a pas le temps d'être démouillé complètement avant son redémarrage.

[0005] La façon dont le moteur a été arrêté a une incidence sur le mouillage. En effet lors d'un arrêt du moteur par actionnement sur une clé de contact exercée par le conducteur du véhicule automobile, l'injection de carburant est interrompue et la libre rotation du moteur crée un balayage des cylindres du moteur pendant plusieurs points morts hauts du moteur, ce qui a pour effet un démouillage du moteur. En revanche, dans le cas où le moteur est arrêté par un blocage vitesse en prise, il y a une augmentation de carburant injecté avant le calage du moteur, ce qui a pour effet un mouillage des cylindres du moteur, par un balayage des cylindres avant l'arrêt n'est pas possible.

[0006] La durée et le mode de fonctionnement avant l'arrêt influent également sur le mouillage. Lorsque le moteur fonctionne en phase de démarrage le mouillage des cylindres est important.Tandis que lorsque le moteur passe du régime de démarrage au régime de ralenti pour être en autorotation le mouillage des cylindres diminue.

[0007] Actuellement, la plupart des moteurs à injection de carburant pour véhicules automobiles sont pilotés par un calculateur qui contrôle en particulier le temps d'injection du carburant, équivalent à une quantité de carburant injectée, sous démarreur. Pour ce faire, les paramètres utilisés sont la vitesse de rotation N du moteur et la température T du moteur, par exemple représentée par la température de l'eau de refroidissement du moteur. Un tel calculateur ne fait pas la différence entre un démarrage après un temps de repos long et un démarrage immédiatement après l'arrêt du moteur. Le risque de noyage du moteur dans ce cas là est relativement grand.

[0008] Une solution a été proposée récemment pour remédier au problème mentionné ci-dessus. Elle consiste à laisser alimenter le calculateur pendant environ 5 minutes après l'instant d'arrêt du moteur. Si le redémarrage est effectué pendant cette période, le calculateur applique un coefficient de correction forfaitaire pour réduire la durée d'injection de carburant pendant la phase de redémarrage du moteur. Si le redémarrage du moteur a lieu après cette période 5 minutes, il est considéré comme un démarrage normal avec une durée d'injection sans correction.

[0009] Une telle solution semble être suffisante pour éviter le problème de redémarrage du moteur en temps normal. Cependant, elle ne tient pas compte de l'état de fonctionnement du moteur à l'instant où il s'arrêt, c'est-à-dire elle traite indifféremment le problème pour le cas où le moteur est calé vitesse en prise suivi immédiatement du redémarrage et le cas où le moteur est arrêté par l'actionnement de la clé de contact et redémarré au bout de quatre minutes. Le coefficient de correction forfaitaire est donc identique pour des cas où le mouillage du moteur au redémarrage est très différent. Cette solution ne permet donc pas de résoudre le problème de démarrage de manière satisfaisante.

[0010] La présente invention a pour objet un procédé efficace pour résoudre le problème de redémarrage du moteur, quelle que soit la situation rencontrée, en introduisant un facteur de correction dynamique et adaptatif pour la quantité de carburant injectée pendant la phase de redémarrage.

[0011] Ce facteur de correction ayant pour objet de prendre en compte l'état de mouillage initial des cylindres lors du démarrage.

[0012] L'invention a également pour objet de réduire de façon optimale le temps d'injection sous démarreur et d'éviter de manière efficace le problème de noyage du moteur à chaque redémarrage.

[0013] On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description donnée ci-après d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif en se référant aux dessins annexés sur lesquels :

[0014] la figure 1 est un graphique montrant l'évolution du facteur de correction entre deux démarrages consécutifs.

[0015] la figure 2 est un graphique montrant l'incidence du mode d'arrêt du moteur sur l'évolution du facteur de correction dans la période d'arrêt.

[0016] Conformément aux figures 1 à 2, le mode d'obtention du coefficient de correction, noté F_c, va être expliqué.

[0017] Il convient au préalable de donner un certain nombre de définitions.

[0018] La vie du moteur comporte une succession discrète de périodes de fonctionnement et d'arrêt.

[0019] Chaque période de fonctionnement peut être décomposée en une phase de démarrage et éventuellement une phase d'autorotation.

[0020] On appelle T_dⁿ, T_rⁿ et T_aⁿ les instants respectifs de démarrage, d'autorotation (s'il y a lieu) et d'arrêt correspondant à la n-ième période de fonctionement, et T_dⁿ⁺¹ l'instant de démarrage de la n+1-ième période de fonctionnement.

[0021] La quantité de carburant Q_n+1 devant être injecté à l'instant T_dⁿ⁺¹ dans le moteur est égale à une quantité théorique Q_o calculée en fonction de la vitesse de rotation Θ et de la température du moteur T au démarrage multipliée par un facteur de correction F_c.

[0022] Le facteur de correction F_c alors est calculé par récurrence de la façon suivante :

[0023] le facteur de correction F_c applicable lors du n+1 ième démarrage, F_cⁿ⁺¹, est calculé à partir de la valeur F_c utilisée lors du n-ième démarrage, F_cⁿ, modifiée pour prendre en compte le fonctionnement et le temps d'arrêt du moteur.

[0024] L'incidence des périodes de fonctionnement et d'arrêt du moteur sur le facteur de correction a été formalisée par la demanderesse par des fonctions prédéterminées assurant une évolution continue du facteur de correction et définies par récurrence comme suit :

[0025] - Concernant la n-ième période de fonctionnement.
-a- Pendant la phase de démarrage (la clé de contact est en position démarreur)

[0026] à l'instant t, t > T_dⁿ
(I) F(t) = F_d(t) = F_cⁿ - (F_cⁿ - F_o) x f_d(q (t), F_cⁿ)

[0027] avec

F_cⁿ :

facteur de correction appliqué pour le n ième démarrage (à l'instant T_dⁿ);

F_o :

constante prédéterminée
F_o ε [0,1[ ;

q(t):

nombre de points morts hauts décelés entre l'instant du démarrage T_dⁿ et l'instant t;

f_d :

fonction dont les valeurs sont comprises entre 0 et 1 selon un mode préféré de réalisation de l'invention

[0028] f_d(q, F_cⁿ) = f₁ si F_cⁿ = 1
et f_d(q, F_cⁿ) = f₂ si F_cⁿ ≠ 1
f₁ et f₂ étant deux constantes.

[0029] Deux remarques concernant la fonction F_d : c'est une fonction décroissante et la décroissance est d'autant plus marquée que le facteur de correction F_cⁿ est important.
-b- Pendant la phase d'autorotation (lorsque le conducteur lâche la clé de contact à l'instant T_rⁿ, la clé ne reste plus dans la position démarreur. Le moteur passe alors dans la phase d'autorotation)

[0030] à l'instant t, t > T_rⁿ
(II) F(t) = F_p(t) = F_d(T_rⁿ) + (1 - F_d(T_rⁿ)) x f_r(p (t))

[0031] avec

[0032] F_d(T_rⁿ) = F_cⁿ - (F_cⁿ-F_o) x f_d(qⁿ, F_cⁿ)

qⁿ :

nombre total de points morts hauts pendant la phase de démarrage, qⁿ = q(T_rⁿ-T_dⁿ);

p(t) :

nombre de points morts hauts décelés entre l'instant T_rⁿ de début d'autorotation et l'instant t;

f_r :

fonction monotone croissante dont les valeurs sont comprises entre 0 et 1.

[0033] Deux remarques concernant la fonction F_r c'est une fonction croissante qui admet pour asymptote y = 1 et la croissance est d'autant plus marquée que le facteur de correction F_d (T_rⁿ) est faible.

[0034] La fonction F_r n'intervient que si la période de fonctionnement comprend une phase de démarrage.

[0035] - Concernant la période d'arrêt suivant la n-ième période de fonctionnement.
L'incidence de la période d'arrêt sur le coefficient de correction dépend de la façon dont l'arrêt a été effectué.
-a- L'arrêt s'est effectué à la clé (l'injection du carburant est interrompue et il y a libre rotation du moteur)

[0036] à l'instant t, t > T_aⁿ
(III) F_(t) = F_a1(t) = F(T_aⁿ)+ (1-F(T_aⁿ)) x f_a1(t - T_aⁿ)

[0037] avec

[0038] F (T_aⁿ) = F_r (T_aⁿ) s'il y a eu phase d'autorotation

[0039] ou

[0040] F (T_aⁿ) = F_d(T_aⁿ) s'il n'y a pas eu phase d'autorotation

[0041] F_r (T_aⁿ) = F_d (T_rⁿ) + (1-F_d (T_rⁿ)) x f_r (pⁿ)

[0042] F_d (T_aⁿ) = F_cⁿ - (F_cⁿ - F_o) f_d (qⁿ, F_aⁿ)

pⁿ :

nombre total de points morts hauts pendant la phase d'autorotation, Pⁿ = p(T_aⁿ - T_rⁿ).

f_al :

fonction monotone croissante dont les valeurs sont comprises entre 0 et 1.

-b- L'arrêt s'est effectué après calage (vitesse en prise)

[0043] à l'instant t
(IV) F(t) = F_a2 (t) = F(T_aⁿ) + ( 1 - F (T_aⁿ)) x f_a2 (t-T_aⁿ)

[0044] avec

f_a2 :

fonction monotone croissante dont les valeurs sont comprises entre -0,5 et 1.

[0045] La fonction F_a1 est une fonction croissante alors que la fonction F_a2 commence par décroître avant de croître, cf figure 2.

[0046] En fonction des moteurs et du système d'admission, l'incidence du temps de repos ou d'arrêt peut être simplifiée de la façon suivante : si le temps d'arrêt (t-T_aⁿ) dépasse une valeur prédéterminée alors f_a1 = f_a2 = 1. Le facteur de correction est alors égal à 1 pour le démarrage suivant. En revanche si le temps de repos est inférieur à cette valeur prédéterminée alors la fonction f_a est égale à 0 dans le cas d'un arrêt à la clé et égale à -0,25 dans le cas d'un arrêt par calage.

[0047] Dans la suite de la description la fonction de correction correspondant à la période d'arrêt sera désignée par

[0048] F_a (F_a(t)= F(T_aⁿ) + (1 -F(T_aⁿ) )f_a(t-T_aⁿ) )

[0049] On déduit de ce qui précède le calcul du facteur de correction F_cⁿ⁺¹

[0050] F_cⁿ⁺¹ = F(T_dⁿ⁺¹)

[0051] soit encore
F_cⁿ⁺¹ = F_a (T_dⁿ⁺¹)

[0052] d'où
F_cⁿ⁺¹ = F_r(T_aⁿ)+(1-F_r(T_aⁿ)) x f_a(T_dⁿ⁺¹-T_aⁿ)

[0053] en posant

[0054] tⁿ = T_dⁿ⁺¹- T_aⁿ

[0055] tⁿ : durée du n-ième arrêt

[0056] et en développant F_r(T_aⁿ) par son expression
F_cⁿ⁺¹ = (F_d(T_rⁿ) + (1-F_d(T_rⁿ)) x f_r(pⁿ))

[0057] + (1-(F_d(T_rⁿ) + (1-F_d(T_rⁿ)) x f_r(pⁿ)) x f_a(tⁿ)

[0058] soit encore
F_cⁿ⁺¹ = F_d(T_rⁿ) x (1- f_r(pⁿ)) (1-f_a(tⁿ))

[0059] + f_r(pⁿ) ( 1 - f_a(tⁿ))

[0060] + f_a(tⁿ)

[0061] et en remplaçant F_d(T_rⁿ) par son expression
F_cⁿ⁺¹ = F_cⁿ x (1 - f_d(qⁿ, F_cⁿ) (1- f_r(pⁿ)) (1-f_a(tⁿ))

[0062] + F_o f_d(qⁿ, F_cⁿ) ( 1 - f_r(pⁿ)) (1-f_a(tⁿ))

[0063] + f_r(pⁿ)(1 - f_a(tⁿ))

[0064] + f_a(tⁿ)
s'il n'y pas eu de phase d'autorotation pendant la n ième période de fonctionnement l'expression se simplifie pour devenir

[0065] F_cⁿ⁺¹ = F_cⁿ (1 - f_d(qⁿ, F_cⁿ)) (1 - f_a(tⁿ))

[0066] + F_o f_d(qⁿ, F_cⁿ) (1 - f_a(tⁿ))

[0067] + f_a(tⁿ)

[0068] La connaissance de F_cⁿ⁺¹ est donc déterminée, les fonctions f_a, f_r et f_d étant prédéterminées, par la seule connaissance de F_cⁿ, qⁿ, pⁿ et tⁿ.

[0069] Pour pouvoir être en mesure de calculer le facteur de correction F_c lors d'un démarrage il faut que pendant le fonctionnement précédent du moteur l'on ait mémorisé la valeur du facteur de correction ainsi que les nombres de points morts hauts q et p respectivement pendant les phases de démarrage et d'autorotation. Puis lors de l'arrêt la façon dont l'arrêt a été effectué (par la clé ou par calage) ainsi que le temps de mise à l'arrêt.

[0070] La détermination des nombres de points morts hauts p et q s'effectue classiquement par un détecteur disposé devant le volant moteur (méthode de reconnaissance de la dent manquante... ) couplé à un détecteur de position de la clé de contact.

[0071] Quand à la détermination du temps d'arrêt ou de repos t, on peut utiliser soit une horloge interne ou timer, soit utiliser la température du moteur, par exemple la température d'eau de refroidissement du moteur T. Pour cela, la température du moteur à l'instant de son dernier arrêt est mémorisée et est comparée à la température du moteur au démarrage suivant. On déduit alors de l'écart de température ΔT, le temps d'arrêt à partir d'une cartographie de transfert.

[0072] Le calcul du facteur de correction est effectué par le calculateur d'injecteur.

[0073] Les fonctions f_a, f_d et f_r sont rentrées dans le calculateur sous forme de cartographies. Les valeurs

[0074] F_cⁿ, qⁿ, Pⁿ et tⁿ sont
gérées dans des mémoires spécifiques.

[0075] Le définition des fonctions f_a, f_r et f_d est réalisée, pour un type de moteur, expérimentalement au banc d'essai.

[0076] Grâce à l'invention, le problème de redémarrage des moteurs multicylindres à injection de carburant pour véhicules automobiles est résolu de manière simple et efficace.

[0077] Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple.

[0078] Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit.

[0079] Ainsi il est possible de calculer les fonctions F_d et F_r non pas en fonction du nombre de points morts hauts mais pour des multiples de points morts hauts : tous les 3, les 5...

[0080] De même, les fonctions F_d et F_r peuvent être calculées à partir du temps et non pas du nombre des points morts hauts.

Revendications

1. Procédé d'optimisation du fonctionnement d'un moteur multicylindre à injection de carburant pour véhicules automobiles, caractérisé par le fait qu'il consiste à injecter, pendant la durée d'un démarrage (n+1) une quantité (Qn+1) de carburant dans le moteur égale à une quantité théorique (Q_o) calculée en fonction de la vitesse de rotation et de la température du moteur au démarrage, multipliée par un facteur de correction (F_cⁿ⁺¹) qui est déterminé par récurrence à partir ;

- de la valeur du facteur de correction (F_cⁿ) déterminé lors du démarrage précédent (n)

- du temps d'arrêt ou de repos (tⁿ) entre l'instant de son dernier arrêt (T_aⁿ) et l'instant du démarrage (T_dⁿ⁺¹).

2. Procédé d'optimisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le facteur de correction (F_cⁿ⁺¹) dépend également de la façon dont s'est effectué le dernier arrêt du moteur à l'instant (T_aⁿ): par actionnement de la clé de contact ou par calage vitesse en prise.

3. Procédé d'optimisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le facteur de correction (F_cⁿ⁺¹) dépend également des caractéristiques (qⁿ, pⁿ) de la période de fonctionnement du moteur précédent le démarrage (n+1).

4. Procédé d'optimisation selon la revendication 3, caractérisé en ce que les caractéristiques de la période de fonctionnement du moteur précédent le démarrage (n+1) sont constituées par le nombre de points morts hauts (qⁿ) enregistrés lors de la phase de démarrage et s'il y a lieu par le nombre de points morts hauts (pⁿ) enregistrés lors de la phase d'autorotation.

5. Procédé d'optimisation selon la revendication 4, caractérisé par le fait que que l'incidence de la période de fonctionnent du moteur précédent le démarrage (n+1) est calculée selon une fonction variable F_(t) définie par

- pendant la phase de démarrage
(I) F_(t) = F_d(t) = F_cⁿ - (F_cⁿ - F_o) f_d(q (t), F_cⁿ)
avec T_dⁿ < t<T_rⁿ(T_rⁿ = instant où le moteur passe du régime de démarrage au régime d'autorotation par actionnement de la clé de contact).

F_d(·) :   fonction de correction variable pendant la phase de démarrage

F_cⁿ :   facteur de correction appliqué lors du démarrage n

F_o :   constante prédéterminée

f_d(·) :   fonction dont la valeur est comprise entre 0 et 1

q(·) :   nombre de points morts hauts comptés entre l'instant de démarrage T_dⁿ et l'instant t

- pendant la phase d'autorotation
(II) F(t) = F_r(t) = F_d(T_rⁿ) + (1-F_d(Tⁿ)) x f_r(p)(t))

avec t > T_rⁿ

F_r(·) :   fonction de correction variable pendant la phase d'autorotation.

F_d(T_rⁿ) :   valeur de la fonction variable F(·) à l'instant de passage du régime de démarrage au régime d'autorotation.

f_r(·) :   fonction croissante, dont la valeur est comprise entre o et 1

p(·) :   nombre de points morts hauts comptés entre l'instant T_rⁿ et l'instant t.

6. Procédé d'optimisation selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'incidence du mode d'arrêt est calculée selon une fonction continuement variable F(t) définie par:

- lors d'un arrêt par la clé de contact
(III) = F(t) = F_a1(t) = F_d(T_aⁿ) + (1 - F_d(T_aⁿ)) x f_a(t-T_aⁿ)
avec t > T_aⁿ instant de l'arrêt du moteur
F_a1(·) : fonction de correction variable -pendant la période d'arrêt consécutif à un arrêt par la clé de contact
F_d(T_aⁿ) = valeur de la fonction F(t) à l'instant T_aⁿ d'arrêt du moteur
f_a1(·) = fonction croissante dans le temps et dont la valeur est comprise entre 0 et 1

- Lors d'un arrêt par calage vitesse en prise
(IV) F(t) = F_a2(t) = F_d(T_aⁿ) + (1 - F_d(T_aⁿ)) x f_a2(t-T_aⁿ)
avec t > T_aⁿ

F_a2(·) :   fonction de correction variable pendant la période d'arrêt consécutif à un arrêt par calage vitesse en prise

F_d(T_aⁿ) :   valeur de la fonction F(t) à l'instant T_aⁿ d'arrêt du moteur

f_a2(·) :   fonction croissante dans le temps et dont la valeur est comprise entre -0,5 et 1.

7. Procédé d'optimisation selon la revendication 6, caractérisé en ce que le facteur de correction (F_cⁿ⁺¹⁾ appliqué pour le démarrage (n+1) est déterminé à partir du nombre de points morts hauts (qⁿ) de la phase de démarrage et du nombre de points morts hauts (pⁿ) de la phase d'autorotation de la période de fonctionnement précédent le démarrage (n+1), du facteur de correction (F_cⁿ) appliqué lors du démarrage (n) et du temps d'arrêt (tⁿ) entre l'instant d'arrêt (T_aⁿ) et l'instant de démarrage (T_dⁿ⁺¹) par la formule

- si l'arrêt s'est effectué à la clé de contact
F_cⁿ⁺¹ = F_cⁿ x (1 - f_d(qⁿ, F_cⁿ)( 1 - f_r(pⁿ))( 1 -f_a(tⁿ))

+ F_o f_d(qⁿ, F_cⁿ) x ( 1 - f_r(pⁿ) x (1-f_a(tⁿ))
+ f_r(Pⁿ) x (1 - f_a(tⁿ))
+ f_a(tⁿ)

- si l'arrêt s'est effectué par calage vitesse en prise
F_cⁿ⁺¹ = F_cⁿ x (1 - f_d(qⁿ, F_cⁿ) x (1- f_r(pⁿ)) x(1-f_a2(tⁿ))

+ F_o f_d(qⁿ, F_cⁿ) x ( 1 - f_r(pⁿ) x (1-f_a2(tⁿ))
+ f_r(pⁿ) x (1 - f_a2(tⁿ))
+ f_a2(tⁿ)

8. Procédé d'optimisation selon l'une quelconque des revendications 6 à 7, caractérisé en ce que la prise en compte du temps de repos peut être limitée à affecter la valeur 1 aux fonctions de correction pendant la période d'arrêt (f_a1, f_a2) lorsque ledit temps de repos est supérieur à un temps prédéterminé.

9. Procédé d'optimisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé par le fait que la mesure du temps de repos (tⁿ) est réalisée par la mesure de l'écart de température ΔT du moteur entre l'instant de son dernier arrêt (T_aⁿ) et l'instant de redémarrage (T_dⁿ⁺¹).

Dessins