EP2496825B1 - Appareil de commande et procede de demarrage d'un moteur a combustion interne - Google Patents

Appareil de commande et procede de demarrage d'un moteur a combustion interne Download PDF

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EP2496825B1
EP2496825B1 EP10785486.1A EP10785486A EP2496825B1 EP 2496825 B1 EP2496825 B1 EP 2496825B1 EP 10785486 A EP10785486 A EP 10785486A EP 2496825 B1 EP2496825 B1 EP 2496825B1
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combustion engine
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/08—Circuits or control means specially adapted for starting of engines
    • F02N11/0848—Circuits or control means specially adapted for starting of engines with means for detecting successful engine start, e.g. to stop starter actuation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/10—Parameters related to the engine output, e.g. engine torque or engine speed
    • F02D2200/1012—Engine speed gradient
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N2200/00—Parameters used for control of starting apparatus
    • F02N2200/02—Parameters used for control of starting apparatus said parameters being related to the engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N2200/00—Parameters used for control of starting apparatus
    • F02N2200/02—Parameters used for control of starting apparatus said parameters being related to the engine
    • F02N2200/022—Engine speed

Definitions

  • the present invention relates to the starting of internal combustion engines.
  • the object of the invention is to overcome the drawback of the state of the prior art by proposing a new method making it possible to reduce the energy consumption spent during the start-up operation and to reduce the stress on the electrical machine used for the operation. start of the internal combustion engine.
  • the invention therefore relates to a method of starting an internal combustion engine according to which the internal combustion engine is started to rotate with the aid of an electric machine, the drive is maintained to bring the said motor into a autonomous motor rotation state, characterized in that the training of the engine when the instantaneous engine speed exceeds a determined speed threshold and the instantaneous acceleration of said engine speed is greater than a predetermined acceleration threshold.
  • the crossing of the two conditions makes the detection of combustion more reliable.
  • the invention may include one or more of the following features:
  • the speed threshold is determined as a function of a period of driving of the motor by the electric machine from a predetermined reference curve.
  • the driving time has the time origin a start order of the internal combustion engine, so as to wedge the reference curve with respect to this start order.
  • the reference curve is an envelope curve of the instantaneous engine speed obtained for at least one start without combustion. This makes it possible to simply determine the speed threshold according to the training time.
  • the instantaneous acceleration threshold is between 10,000 and 20000 rpm / sec and preferably between 15000 and 20000 rpm / sec.
  • the invention also relates to a control apparatus for controlling a starting operation of an internal combustion engine by the implementation of a method according to the invention.
  • the figure 1 illustrates in the form of a diagram the temporal variation of the instantaneous engine speed N when starting an internal combustion engine.
  • the invention is advantageously applied in the context of a restart of an internal combustion engine of motor vehicles equipped with an automatic on / off using an electric machine such as a starter. But it is also possible to use the invention for a first start.
  • the internal combustion engine comprises a crankshaft driven by an electric machine to drive the engine.
  • Transmission of the forces of the electric machine to the crankshaft is preferably by a ring gear integral with the crankshaft and the starter engages in this ring.
  • a speed sensor Next to the ring gear is positioned a speed sensor which thus provides information on the rotational speed or engine speed to an engine control member.
  • the electric machine has exclusively or function for particular purpose to start the internal combustion engine so that it can operate autonomously.
  • Such systems are sufficiently known to those skilled in the art according to the state of the art not to require a detailed description.
  • the reference 1 therefore designates a variation curve of the instantaneous engine speed N as a function of the driving time t
  • the reference 2 denotes a reference curve or gauge defining a speed threshold S n determined as a function of the duration of drive t
  • reference numeral 3 designates a counter Cc to record the total number of combustion detected.
  • the jig 2 is an envelope curve of the instantaneous engine speed N obtained for at least one start without combustion.
  • envelope curve we mean a smoothed curve indicating the limit within which all or most of the instantaneous engine speeds N are measured during at least one drive by the electric machine, without combustion.
  • This reference curve 2 can be determined in advance by engine bench tests and stored in a control device such as an electronic control unit also called ECU, said ECU being able to control a start operation by setting implementation of the method of the invention.
  • the instant t 0 corresponds to the time origin of the driving time t of the motor by the electric machine.
  • the time origin t 0 of the driving time t corresponds to a starting order of the internal combustion engine.
  • the complete combustion counter C c is initialized to 0.
  • the template 2 is calibrated so as to have time origin time t 0 .
  • the instantaneous engine speed N exceeds a threshold S n fixed by the jig 2, however the instantaneous acceleration A i , in other words the derivative of the instantaneous engine speed N, not shown in this example illustrated in FIG. figure 1 , is less than a predetermined acceleration threshold S a .
  • stopping the starter drive for example by cutting off its power supply from the first detected combustion, that is to say when the complete combustion counter Cc is equal to one.
  • the complete combustion counter Cc is equal to one.
  • the training time of the starter of the combustion engine is optimized by cutting off its drive at the earliest, that is to say in our example as soon as the first complete combustion is detected, either for a counter value Cc equal to at 1
  • the figures 2 and 3 show another example with two successive starts, a first start D em1 without combustion and a second start D em2 with combustion, so successful.
  • the curve 2 designates the non-combustion speed gauge and the curve 1' designates the instantaneous engine speed.
  • curve 4 has the instantaneous acceleration A i corresponding.
  • the dashed circle zone 5 it is noted that, during the first combustions, the kinetic energy stored by the engine being low, the amplitude of the instantaneous acceleration A i is large and an order of magnitude higher. at 10000 rpm / second.
  • the detection of the first combustion according to the method of the invention is made more reliable and the development is facilitated. Indeed, the detection threshold of instantaneous acceleration of the engine speed no longer needs to distinguish a real combustion of a simple detent and the template does not need to be determined with great precision, because if the regime instant engine is higher, it will be with low dynamics, so the condition on the instantaneous acceleration will not be met.
  • the method of the invention has the advantage of soliciting the electric starting machine as little as possible thus to preserve its life, and to reduce noise.

Description

    Domaine technique de l'invention
  • La présente invention revendique la priorité de la demande française 0957788 déposée le 04 Novembre 2009 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
  • La présente invention concerne le démarrage des moteurs à combustion interne.
    • Arrière-plan technologique
  • Il est connu, selon l'état de la technique, de mettre en mouvement les moteurs à combustion interne à l'aide d'une machine électrique, par exemple à l'aide d'un démarreur jusqu'à ce que les premières combustions se produisent d'elles-mêmes dans le moteur à combustion interne pour être accéléré jusqu'à la vitesse de rotation de ralenti.
  • Il est connu par exemple du document US20070245998 d'assister le démarrage jusqu'à ce que le moteur dépasse un seuil prédéterminé de vitesse de rotation, la désactivation du démarreur. Cependant ce type de démarrage a pour inconvénient de commander la désactivation du démarreur à un moment où les premières combustions se produisent déjà et entraine le démarreur. Le démarreur est donc activé plus que nécessaire, ce qui augmente ses sollicitations mécaniques et réduit sa durée de vie d'une part et dépense de l'énergie électrique inutilement d'autre part.
  • Les documents US2006/0011394 , US2002/0068998 , JP2008/297995 , JP2006/63867 et JP2009/216065 divulguent d'autres procédés de démarrage dont on détecte un démarrage d'un moteur à combustion interne. Le problème est encore plus crucial pour les moteurs de véhicules automobiles équipés d'un automatisme marche/arrêt utilisant un démarreur. En effet le nombre de démarrage au cours de la vie du véhicule est augmenté.
  • L'invention a pour but de pallier l'inconvénient de l'état de l'art antérieur en proposant un nouveau procédé permettant de réduire la consommation d'énergie dépensée pendant l'opération de démarrage et de moins solliciter la machine électrique utilisée pour le démarrage du moteur à combustion interne.
  • L'invention concerne donc un procédé de démarrage d'un moteur à combustion interne selon lequel on commence à entrainer le moteur à combustion interne en rotation à l'aide d'une machine électrique, on maintient l'entrainement pour amener ledit moteur dans un état de rotation moteur autonome, caractérisé en ce que l'on cesse l'entrainement du moteur quand le régime moteur instantané dépasse un seuil de régime déterminé et que l'accélération instantanée dudit régime moteur est supérieure à un seuil d'accélération prédéterminé. Le croisement des deux conditions rend la détection d'une combustion plus fiable.
  • Par ailleurs, l'invention peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
    De préférence, le seuil de régime est déterminé en fonction d'une durée d'entrainement du moteur par la machine électrique à partir d'une courbe de référence prédéterminée.
  • Dans une variante, la durée d'entrainement a pour origine temporelle un ordre de démarrage du moteur à combustion interne, de façon à caler la courbe de référence par rapport à cet ordre de démarrage.
  • De préférence, la courbe de référence est une courbe enveloppe du régime moteur instantané obtenue pour au moins un démarrage sans combustion. Ce qui permet de déterminer simplement le seuil de régime en fonction de la durée d'entrainement.
  • De préférence, le seuil d'accélération instantanée est compris entre 10000 et 20000 tr/min/sec et de préférence entre 15000 et 20000 tr/min/sec.
  • Par ailleurs, l'invention a aussi pour objet un appareil de commande pour commander une opération de démarrage d'un moteur à combustion interne par la mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention.
    • Brève description des dessins
  • D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux figures dans lesquelles :
    • La figure 1 illustre sous forme de diagramme un démarrage moteur à combustion interne selon le procédé de l'invention.
    • La figure 2 présente un exemple avec deux démarrages successifs, un premier démarrage sans combustion et un second démarrage avec combustion,
    • La figure 3 présente la courbe d'accélération associée à l'exemple illustré en figure 2.
    Description détaillée
  • La figure 1 illustre sous la forme d'un diagramme la variation temporelle du régime moteur instantané N lors d'un démarrage de moteur à combustion interne.
  • L'invention s'applique avantageusement dans le cadre d'un redémarrage de moteur à combustion interne de véhicules automobiles équipés d'un automatisme marche/arrêt utilisant une machine électrique tel qu'un démarreur. Mais il est également possible d'utiliser l'invention pour un premier démarrage.
  • Classiquement, le moteur à combustion interne comporte un vilebrequin entrainé par une machine électrique pour entrainer le moteur. La transmission des efforts de la machine électrique au vilebrequin se fait de préférence par une couronne dentée solidaire du vilebrequin et le démarreur engrène dans cette couronne. En regard de la couronne dentée est positionné un capteur de régime qui apporte ainsi une information sur la vitesse de rotation ou régime du moteur à un organe de contrôle moteur.
  • La machine électrique a exclusivement pour fonction ou notamment pour fonction de démarrer le moteur à combustion interne pour que celui-ci puisse fonctionner de manière autonome. De tels systèmes sont suffisamment connus de l'homme du métier selon l'état de la technique pour ne pas nécessiter une description détaillée.
  • La détection des combustions moteur est gênée par les acyclismes du moteur. En effet, le cycle à quatre temps utilisé dans les moteurs à combustion interne pour véhicules automobile enchaine les phases telles que la phase de compression où le régime moteur instantané N diminue fortement et d'autres telles que des phases de détente où il augmente rapidement. Lors du début du démarrage, l'énergie cinétique emmagasinée par le moteur étant faible, les accélérations ou décélération instantanées sont très importantes.
  • Sur la figure 1, la référence 1 désigne donc une courbe de variation du régime moteur instantané N en fonction de la durée d'entrainement t, la référence 2 désigne une courbe de référence ou gabarit définissant un seuil de régime Sn déterminé en fonction de la durée d'entrainement t et la référence 3 désigne un compteur Cc pour enregistrer le nombre de combustion complète détectées.
  • De préférence, le gabarit 2 est une courbe enveloppe du régime moteur instantané N obtenue pour au moins un démarrage sans combustion. Par courbe enveloppe, on entend une courbe lissée indiquant la limite à l'intérieur de laquelle se placent la totalité ou la majorité des régimes moteur instantané N mesurés lors d'au moins un entrainement par la machine électrique, sans combustion. Cette courbe de référence 2 peut être déterminée au préalable par des essais sur banc moteur et mis en mémoire dans un appareil de commande tel qu'une unité de commande électronique encore nommée ECU, ledit ECU étant apte à commander une opération de démarrage par la mise en oeuvre du procédé de l'invention.
  • Sur la figure 1, l'instant t0, correspond à l'origine temporelle de la durée d'entrainement t du moteur par la machine électrique. De préférence, l'origine temporelle t0 de la durée d'entrainement t correspond à un ordre de démarrage du moteur à combustion interne. A cet instant, le compteur de combustion complète Cc est initialisé à 0. Le gabarit 2 est calé de manière à avoir pour origine temporelle l'instant t0.
  • A l'instant t1, la machine électrique ou le démarreur commence à entrainer le moteur en rotation et le régime moteur instantané N augmente.
  • A l'instant t2, le régime moteur instantané N dépasse un seuil Sn fixé par le gabarit 2, cependant l'accélération instantanée Ai, autrement dit la dérivée du régime moteur instantanée N, non représentée sur cet exemple illustré en figure 1, est inférieure à un seuil d'accélération prédéterminé Sa.
  • Conformément à l'invention, la seconde condition sur l'accélération instantanée Ai n'étant pas remplie, on considère ne pas être en présence d'une combustion complète, le compteur Cc n'est pas incrémenté et l'entrainement du moteur par le démarreur est maintenu.
  • Il en va de même, à l'instant t3, où, suite à une détente D, le régime instantané N dépasse le seuil Sn prédéterminé par le gabarit 2 sans que l'accélération instantanée Ai soit supérieure au seuil d'accélération instantanée Sa. Ici encore, la seconde condition sur l'accélération instantanée Ai n'étant pas remplie, on considère ne pas être en présence d'une combustion complète, le compteur Cc n'est pas incrémenté et l'entrainement du moteur par le démarreur est maintenu.
  • A l'instant t4, en revanche les deux conditions sont remplies : le régime instantané N du moteur est supérieur au seuil de régime Sn déterminé par le gabarit 2 et l'accélération instantanée Ai est supérieure au seuil d'accélération Sa prédéterminé. On considère donc être en présence d'une combustion complète et le compteur Cc est incrémenté comme le montre la courbe 3.
  • De préférence, on cesse l'entrainement du démarreur, en coupant par exemple son alimentation électrique dès la première combustion détectée, c'est-à-dire quand le compteur de combustion complète Cc est égal à un. En effet, on peut décider à ce moment de cesser l'entrainement du démarreur car à partir de cet instant t4 la rotation du moteur à combustion interne est désormais autonome, c'est-à-dire que le régime moteur est entretenu par les combustions. En procédant ainsi, on optimise la durée d'entrainement par le démarreur du moteur à combustion en coupant son entrainement au plus tôt, c'est-à-dire dans notre exemple dès la première combustion complète détectée soit pour une valeur de compteur Cc égale à 1
  • Les figures 2 et 3 présentent un autre exemple avec deux démarrages successifs, un premier démarrage Dem1 sans combustion et un second démarrage Dem2 avec combustion, donc réussi. Sur la figure 2, la courbe 2' désigne le gabarit de régime sans combustion et la courbe 1' désigne le régime moteur instantané. Sur la figure 3, la courbe 4 présente l'accélération instantanée Ai correspondante. Comme le souligne la zone cerclée en pointillé 5, on note que, lors des premières combustions, l'énergie cinétique emmagasinée par le moteur étant faible, l'amplitude de l'accélération instantanée Ai est importante et d'un ordre de grandeur supérieur à 10000 tr/min/seconde.
  • Ainsi, en choisissant avantageusement un seuil d'accélération instantané Sa compris entre 10000 et 20000 tr/min/s et de préférence entre 15000 et 20000 tr/min/s, on peut aisément discriminer les premières combustions.
  • La détection de la première combustion selon le procédé de l'invention est rendu plus fiable et la mise au point est facilitée. En effet, le seuil de détection d'accélération instantanée du régime moteur n'a plus besoin de distinguer une réelle combustion d'une simple détente et le gabarit n'a pas besoin d'être déterminé avec une grande précision, car si le régime moteur instantané est supérieur, ce sera avec une faible dynamique, donc la condition sur l'accélération instantanée ne sera pas remplie.
  • Le procédé de l'invention a pour avantage de solliciter la machine électrique de démarrage le moins possible donc de préserver sa durée de vie, et de diminuer les nuisances sonores.

Claims (6)

  1. Procédé de démarrage d'un moteur à combustion interne selon lequel on commence à entrainer le moteur à combustion interne en rotation à l'aide d'une machine électrique, on maintient l'entrainement pour amener ledit moteur dans un état de rotation moteur autonome, caractérisé en ce que l'on cesse l'entrainement du moteur quand le régime moteur instantané (N) dépasse un seuil de régime (Sn) déterminé et que l'accélération instantanée (Ai) dudit régime moteur est supérieure à un seuil d'accélération (Sa) prédéterminé.
  2. Procédé de démarrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le seuil de régime (Sn) est déterminé en fonction d'une durée d'entrainement (t) du moteur par la machine électrique à partir d'une courbe de référence (2 ; 2') prédéterminée.
  3. Procédé de démarrage selon la revendication 2, caractérisé en ce que la durée d'entrainement (t) a pour origine temporelle (t0) un ordre de démarrage du moteur à combustion interne.
  4. Procédé de démarrage selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que la courbe de référence (2 ; 2') est une courbe enveloppe du régime moteur instantané (N) obtenue pour au moins un démarrage sans combustion.
  5. Procédé de démarrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le seuil d'accélération instantanée (Sa) est compris entre 10000 et 20000 tr/min/sec et de préférence entre 15000 et 20000 tr/min/sec.
  6. Appareil de commande pour commander une opération de démarrage d'un moteur à combustion interne par la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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