EP4051897A1 - Procédé d'estimation de l'état thermique d'un composant moteur et procédé de pilotage de commandes gmp - Google Patents

Procédé d'estimation de l'état thermique d'un composant moteur et procédé de pilotage de commandes gmp

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EP4051897A1
EP4051897A1 EP20796867.8A EP20796867A EP4051897A1 EP 4051897 A1 EP4051897 A1 EP 4051897A1 EP 20796867 A EP20796867 A EP 20796867A EP 4051897 A1 EP4051897 A1 EP 4051897A1
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EP
European Patent Office
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engine
temperature
heat
instantaneous
estimating
Prior art date
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Pending
Application number
EP20796867.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Daniel Coulaud
Michel ANGELI
Jean Baptiste OLIVIER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Stellantis Auto SAS
Original Assignee
PSA Automobiles SA
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Filing date
Publication date
Application filed by PSA Automobiles SA filed Critical PSA Automobiles SA
Publication of EP4051897A1 publication Critical patent/EP4051897A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P11/00—Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F01P1/00 - F01P9/00
    • F01P11/14—Indicating devices; Other safety devices
    • F01P11/16—Indicating devices; Other safety devices concerning coolant temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/02—Arrangements for cooling cylinders or cylinder heads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
    • F01P7/162—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control by cutting in and out of pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
    • F01P7/164—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control by varying pump speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P2031/00—Fail safe
    • F01P2031/30—Cooling after the engine is stopped

Definitions

  • the field of the invention relates to a method for estimating the thermal state of a thermal engine component and a method for managing a powertrain for controlling engine shutdowns and a cooling circuit pump.
  • the repeated cuts of the heat engine cause thermal shocks at the level of the material of the engine components, in particular at the level of the turbocharger, the crankcase, the cylinder head, cylinder head gasket and the coolant pipes. Over time, these thermal shocks, if they are too frequent, are liable to prematurely damage the components of the heat engine.
  • control strategies inhibit the functions of stopping and restarting the thermal engine and / or controlling the cooling loop of the thermal engine according to temperature parameters, measured or estimated, coolant and turbocharger.
  • strategies also provide for the activation of the electric pump of the turbocharger circuit.
  • patent document DE10347683A1 is known proposing the inhibition of the automatic stop and restart function, when the temperature of the power electronics of an alternator-starter exceeds a threshold value.
  • patent document FR3018556A1 filed by the applicant proposing a method for estimating the thermal state of a starter determining the phases of use of the starter and starting of the thermal engine to avoid a heating and premature damage.
  • An objective of the invention is to provide efficient thermal regulation of the internal components of the engine. Another objective is to propose a strategy for controlling engine shutdowns to avoid thermal shocks at the level of the internal components of the engine in extreme driving situations of high temperatures, for example at high outside temperature and high and continuous engine torque loads for example. .
  • the invention relates to a method for estimating the temperature of a component of the power train for controlling one or more setpoints during the command to stop the heat engine, in which the temperature estimate consists in estimating the temperature instantaneous material of an internal component of the heat engine, said estimation comprising the following steps:
  • the instantaneous heat flux is determined from a predetermined map delivering a value of the heat flux as a function of a measurement of the instantaneous engine speed and of an estimate of the instantaneous engine torque.
  • the driving speed of the pump is determined from an instantaneous measurement of the speed of the heat engine.
  • the invention provides a method for controlling an authorization instruction for a cut-off of a thermal engine of a powertrain, method in which the state of the authorization instruction is controlled by means of a predetermined map receiving a first input parameter which is the instantaneous temperature of the cooling fluid, in which the state of the setpoint is also controlled as a function of a second input parameter of the map which is the instantaneous temperature of the material d an internal component of the heat engine estimated by means of any one of the preceding embodiments of the method for estimating the temperature according to the invention.
  • the invention also provides a method of controlling an auxiliary electric pump for circulating a thermal engine coolant of a power train comprising the determination of a duration of activation of the pump calculated at the instant of control of a cut-off of the thermal engine by a cut-off instruction and initiated from the moment of command of the cut-off, in which the activation time is determined by means of a map receiving a first input parameter which is a function of the instantaneous temperature of the engine coolant and a second input parameter which is a function of the temperature instantaneous time of the material of an internal component of the heat engine estimated by means of any one of the preceding embodiments of the method for estimating the temperature according to the invention.
  • the cut-off instruction is dependent on the authorization instruction determined in accordance with the method according to the invention.
  • a motor vehicle comprising a powertrain comprising a heat engine and a cooling circuit of said engine, the cooling circuit comprising a main mechanical pump driven by the motor shaft and an electric auxiliary pump, the group powerplant, in the event of a cut-off of the heat engine, being configured so as to activate the auxiliary pump during an activation period following the command instant of the cut-off, said activation period being determined in accordance with the method according to l 'invention.
  • the invention also provides a program-computer product comprising instructions which, when the program is executed by a control unit of the powertrain, lead the latter to implement any one of the embodiments of the estimation method.
  • the temperature of an internal component of the engine, the method for controlling the engine cut-off setpoint and the method for controlling the auxiliary pump in accordance with the invention are examples of the invention.
  • the powertrain eliminates thermal shocks resulting from repetitive shutdowns of the thermal engine. Improved cooling thus takes into account the thermal inertia of the material of the internal components and limits its damage.
  • FIG. 1 represents the functional modules of a drive train control unit for estimating the temperature of the internal component material of the engine and controlling an authorization signal for an engine shutdown according to l 'invention.
  • FIG.2 more precisely represents the functional module for estimating the temperature of an internal component of the engine according to the invention.
  • FIG. 3 represents more precisely the functional module for controlling the authorization signal for an engine shutdown according to the invention.
  • FIG. 4 schematically shows an example of a predetermined map for controlling the authorization instruction for an engine shutdown according to the invention.
  • FIG. 5 represents an example of an algorithm for executing the method for controlling a cooling circuit pump according to the invention in the non-limiting case of an engine stoppage during the activation of a ZEV driving mode.
  • the invention applies to motor vehicle powertrains with conventional thermal propulsion or hybrid propulsion and proposes a method for estimating the temperature of the internal components of the thermal engine making it possible to improve the management of engine shutdowns and of the cooling circuit. extreme temperature or heavy load driving situation.
  • the invention aims to improve thermal management during engine cuts of any type, for example STT, or even during ZEV travel.
  • powertrains comprising a thermal engine are equipped with a cooling circuit dedicated to thermal management of engine components.
  • the cooling circuit comprises a high temperature circuit, operating in temperature ranges up to a hundred degrees, and a bypass branch dedicated to cooling a turbocharger.
  • the high temperature circuit comprises a main mechanical pump driven by the shaft of the heat engine ensuring the circulation of the cooling fluid in the high temperature circuit.
  • the bypass has an electric auxiliary pump capable of circulating the liquid cooling in part or in the whole of the cooling circuit when the heat engine is stopped.
  • the auxiliary pump can be controlled by controls, for example of the all-or-nothing type according to an activation setpoint, either when stopped or in constant rotating speed, or in speed regulation.
  • the cooling circuit may include means for regulating the flow of the cooling fluid, for example valves or flaps, controlled by commands determined by the control unit of the heat engine depending on operating parameters of the powertrain, in particular the temperature. of the coolant, estimation of the temperature of the turbocharger, the engine speed, and in the context of the invention, estimates of the temperature of the material of the internal components of the heat engine.
  • the main mechanical pump is driven by the motor shaft, thus preventing the thermal regulating action resulting from the flow of coolant in the cooling circuit in an engine shutdown situation.
  • the invention firstly aims to authorize or not the engine cuts depending on the thermal situation of the engine to prevent thermal shocks in extreme thermal situations, and judiciously activate the electric auxiliary pump to circulate the cooling fluid in engine outage situation.
  • FIG. 1 represents a drive unit control unit comprising functional modules according to the invention, a first module 10 is dedicated to the function of estimating the instantaneous temperature Tm of the material of one or more components. internal combustion engine and a second module 11 is dedicated to the control function of the reference signal CS_auth authorizing an engine shutdown.
  • the first module 10 receives at each instant values of input parameters P_gmp of operation of the powertrain, among which there may be mentioned the temperature of the coolant measured by a sensor of the cooling circuit in degrees Celsius, the speed of rotation of the engine. heat engine in rpm, the engine torque in Nm, and possibly the instantaneous engine power.
  • the estimated temperature Tm is then used for evaluate the operating conditions of internal engine components and manage engine shutdowns.
  • FIG. 2 represents the functional module 10 for estimating the temperature of the material of an internal component of the engine.
  • the temperature of the material Tm is an estimate of the temperature of engine components such as the crankcase, cylinder head, cylinder head gasket, or even the surface temperature of the engine's water core.
  • the actual temperature at the level of the internal components differs significantly upwards from the temperature conventionally measured at the cylinder head outlet which corresponds to the temperature of the coolant and not of the internal components.
  • the objective of module 11 is therefore to estimate the actual temperature in order to improve the management of thermal regulation and in particular to take into account the effects of thermal inertia of the material which can cause boiling, gas and overflow during an engine shutdown.
  • the objective is therefore to set up a regulation process based on a temperature threshold specifically controlling the value of this estimate in addition to the temperature threshold controlling the value of the temperature of the coolant.
  • the module 10 comprises a first block 101 for estimating the instantaneous heat flow 105 of the engine.
  • This value 105 can be determined on the basis of an operating parameter of the powertrain which is representative of the instantaneous power.
  • the instantaneous heat flux 105 is determined by a predetermined map, stored in the memory of the powertrain control unit, which delivers the value of the instantaneous heat flux 105 from the instantaneous engine torque and the engine speed. engine.
  • the value 105 is a value expressed in Joule per second or Watts. From the value of this instantaneous heat flux, the block 101 determines an internal temperature variation resulting from the heat flux. The more the engine power increases, the more the temperature resulting from the heat flow increases.
  • the module 10 comprises a second block 102 whose function is to deliver a correction value 106 for the temperature variation generated by the heat flows of the engine.
  • the correction value 106 is representative of the cooling action of the engine cooling system. This correction value depends on the instantaneous rotation speed of the heat engine. Indeed, the flow rate of the cooling fluid is dependent on the rotational speed of the main mechanical pump and therefore of the heat engine. The more the engine speed increases, the more heat energy is drawn from inside the engine.
  • the second block 102 is for example a predetermined map, stored in the memory of the powertrain control unit, delivering the correction value according to the measurement of the engine speed of rotation.
  • a third block 103 has the function of estimating a temperature value 108 of the internal components from the heat flow 105, the correction factor 106 representative of the cooling action, and a value 107 of the instantaneous temperature of the cooling fluid. engine cooling. One or more other correction factors may be taken into account by block 103 to work out the value 108.
  • the temperature value 108 is preferably processed by fourth final processing block 104, for example a low filter which depends on the value. engine speed, before delivering the temperature Tm to the module 11 for controlling the authorization setpoint for engine shutdown.
  • FIG. 3 now shows the module 11 for controlling the setpoint CS_auth authorizing cut-off of the heat engine.
  • the module estimates from a predetermined map, recorded in the memory of the powertrain control unit, taking as input parameter the value of the temperature Tm, delivered by the module 10, and the value of the temperature Te of the coolant of the thermal regulation circuit of the engine.
  • the value of the setpoint CS_auth is controlled according to said input values
  • the CS_auth instruction is in this example a type instruction Boolean signal that can take the value TRUE (1) to authorize an engine shutdown or FALSE (0) to prohibit an engine shutdown.
  • FIG. 4 schematically represents a non-limiting example of a two-dimensional map for controlling the signal CS_auth.
  • the value of the temperature of the coolant Te On the x-axis is shown the value of the temperature Tm of the material of the internal components of the engine determining the value of the signal CS_auth.
  • the boxes of the map represent the values of the signal 1, 0 as a function of the temperatures Tm, Te. More precisely, the thermal engine cut-off authorization setpoint CS_auth is used by the control unit to authorize a cut-out to activate a ZEV driving mode in the case of a hybrid architecture, or a momentary cut-out of the "Stop" type.
  • control unit includes a module for estimating a duration of activation of the auxiliary pump following the instant of detection of an engine failure.
  • the function of this module is to activate the auxiliary pump for a period D_pp depending on the value of the temperature Tm and the value of the temperature of the coolant, in a manner similar to the map shown in figure 4.
  • the determination map of the duration D_pp is configured to determine the value of the duration of actuation of the auxiliary pump as a function of the temperature values Tm, Te when the engine is cut off.
  • the powertrain (or heat engine) control unit is fitted with an integrated circuit computer and electronic memories, the computer and the memories being configured to execute the temperature estimation process, the control process of the authorization signal and finally the method for controlling the auxiliary pump.
  • the computer could be external to the control unit, while being coupled to the latter. In the latter case, it can itself be arranged in the form of a dedicated computer comprising a possible dedicated program, for example. Therefore, the control unit, according to the invention, can be produced in the form of software modules (or computer (or “software”)), or electronic circuits (or “hardware”), or a combination of electronic circuits and software modules.
  • a first step 50 the assumption is made that the heat engine is operating at rotating speed, during travel during which an engine torque is transmitted to the wheels to move the vehicle.
  • Estimates of the temperature Tm and the duration D_pp are also calculated.
  • the control unit determines the value of the authorization setpoint CS_auth according to the predetermined map taking as input parameter the temperature value Tm and the value of the cooling fluid Te.
  • the control unit prohibits, in step 52, engine shutdowns to prevent damage to the engine as well as the boiling phenomena explained above.
  • This exceptional situation corresponds for example to very high outside temperatures, 40 ° C or more and / or to engine operating points with high load in torque and speed (for example, uphill mountain road, high vehicle mass) and with high temperatures. high coolant levels.
  • the control unit authorizes, in a step 53, the engine cuts.
  • This situation generally covers all cases of the life of the vehicle, apart from the exceptional ones mentioned in the previous paragraph.
  • the pump activation time is always calculated.
  • the D_pp activation time is frozen until the next start of the heat engine. After the D_pp time has elapsed after the moment the engine is stopped, the pump is turned off. The flow of coolant during this period cools internal engine components and eliminates thermal shock.
  • Steps 54, 55 also apply to vehicle stop situations and to STT-type momentary shutdown situations.
  • the electric pump has been described for one embodiment of a turbocharger bypass branch. This case is nevertheless in no way limiting and the invention applies to the control of any electric pump which can be activated in a situation of engine cut-off.

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Abstract

La présente invention a pour objet un procédé d'estimation de l'état thermique d'un composant interne d'un moteur thermique de groupe motopropulseur permettant d'améliorer la gestion thermique en cas de coupure moteur. Plus précisément, l'invention propose d'une part un procédé consistant à estimer la température interne (Tm) du moteur à partir du flux thermique généré par la combustion du travail moteur et de l'action du fluide de refroidissement, et d'autre part un procédé de pilotage des autorisations des coupures moteur (CS_auth) et un procédé de pilotage de la durée d'activation d'une pompe de refroidissement en fonction de ladite température (Tm) pour éviter les chocs thermiques. L'invention s'applique aux groupes motopropulseurs conventionnels et hybrides.

Description

DESCRIPTION
Titre : Procédé d’estimation de l’état thermique d’un composant moteur et procédé de pilotage de commandes GMP
La présente invention revendique la priorité de la demande française N ° 1912103 déposée le 29.10.2019 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
Le domaine de l’invention concerne un procédé d’estimation de l’état thermique d’un composant de moteur thermique et un procédé de gestion d’un groupe motopropulseur pour le pilotage des coupures moteurs et d’une pompe de circuit de refroidissement.
Pour réduire la consommation en carburant des groupes motopropulseurs à moteur thermique, les stratégies énergétiques cherchent à mettre à l’arrêt le moteur thermique dès qu’une opportunité se présente. Pour cela, les constructeurs ont recours à l’usage de systèmes d’arrêt et redémarrage automatique du moteur (STT). Dans le cas des groupes motopropulseurs hybrides, les stratégies prévoient généralement d’éteindre le moteur thermique au profit d’un mode de roulage entièrement électrique, dit également mode ZEV (« Zéro Emission Véhiculé »). Classiquement, l’autorisation des coupures moteurs dépend de la demande en couple aux roues, de l’état de charge de la batterie, ou bien encore d’un paramètre de mode de roulage favorisant ou non le roulage électrique.
Les coupures à répétition du moteur thermique provoquent des chocs thermiques au niveau de la matière des composants du moteur, en particulier au niveau du turbocompresseur, du carter, de la culasse, joint de culasse et des conduits du liquide de refroidissement. Au cours du temps, ces chocs thermiques s’ils sont trop fréquents sont susceptibles d’endommager prématurément les composants du moteur thermique.
Pour éviter cette situation, des stratégies de contrôle inhibent les fonctions d’arrêt et redémarrage du moteur thermique et/ou pilotent la boucle de refroidissement du moteur thermique en fonction de paramètres de température, mesurés ou estimés, du fluide de refroidissement et du turbocompresseur. En particulier, en plus de la pompe mécanique principale du circuit de refroidissement, des stratégies prévoient en complément l’activation de la pompe électrique du circuit du turbocompresseur. Par exemple, on connaît le document brevet DE10347683A1 proposant l'inhibition de la fonction d’arrêt et redémarrage automatique, lorsque la température de l'électronique de puissance d'un alterno-démarreur dépasse une valeur seuil. On connaît également de l’état de la technique le document brevet FR3018556A1 déposé par la demanderesse proposant un procédé d’estimation de l’état thermique d’un démarreur déterminant les phases d’utilisation du démarreur et de démarrage du moteur thermique pour éviter un échauffement et endommagement prématuré.
Cependant, ces stratégies ne sont pas suffisantes pour empêcher les chocs thermiques au niveau des composants en interne du moteur. En particulier, pour les architectures hybrides les coupures moteur augmentent considérablement par rapport à une architecture conventionnelle, notamment lorsque la puissance de traction demandée est inférieure à un seuil de déclenchement du mode de roulage électrique. Les chocs thermiques à répétition augmentent le risque d’ébullition du liquide de refroidissement, d’engazage, d’hydrolyse glycolée ou bien encore de débordement.
Il existe donc un besoin de palier les problèmes précités. Un objectif de l’invention est d’assurer une régulation thermique efficace des composants internes du moteur. Un autre objectif est de proposer une stratégie de pilotage des coupures moteurs pour éviter les chocs thermiques au niveau des composants internes du moteur en situations extrêmes de roulage de températures élevées, par exemple en température extérieure élevées et charges en couple moteur élevées et continuelles par exemple.
Plus précisément, l’invention concerne un procédé d’estimation de la température d’un composant du groupe motopropulseur pour le pilotage d’une ou plusieurs consignes lors de la commande d’un arrêt du moteur thermique, dans lequel l’estimation de température consiste à estimer la température instantanée de la matière d’un composant interne du moteur thermique, ladite estimation comportant les étapes suivantes :
- La détermination du flux thermique instantané du moteur thermique et d’une variation de température du moteur résultant de l’application de ce flux thermique,
- La correction de la variation de température par un facteur de correction d’échange thermique résultant de l’action du fluide de refroidissement du moteur, le facteur de correction étant calculé en fonction du régime d’entrainement d’une pompe mécanique principale de circulation du fluide de refroidissement du moteur entraînée par le moteur.
Selon une variante, le flux thermique instantané est déterminé à partir d’une cartographie prédéterminée délivrant une valeur du flux thermique en fonction d’une mesure du régime moteur instantané et d’une estimation du couple moteur instantané. Selon une variante, le régime d’entrainement de la pompe est déterminé à partir d’une mesure instantanée du régime du moteur thermique.
L’invention prévoit un procédé de pilotage d’une consigne d’autorisation d’une coupure de moteur thermique d’un groupe motopropulseur, procédé dans lequel l’état de la consigne d’autorisation est commandé au moyen d’une cartographie prédéterminée recevant un premier paramètre d’entrée qui est la température instantanée du fluide de refroidissement, dans lequel l’état de la consigne est commandé en outre en fonction d’un deuxième paramètre d’entrée de la cartographie qui est la température instantanée de la matière d’un composant interne du moteur thermique estimée au moyen de l’un quelconque des modes de réalisation précédents du procédé d’estimation de la température selon l’invention.
L’invention prévoit également un procédé de pilotage d’une pompe auxiliaire électrique de circulation d’un fluide de refroidissement de moteur thermique d’un groupe motopropulseur comportant la détermination d’une durée d’activation de la pompe calculée à l’instant de commande d’une coupure du moteur thermique par une consigne de coupure et initiée à partir de l’instant de commande de la coupure, dans lequel la durée d’activation est déterminée au moyen d’une cartographie recevant un premier paramètre d’entrée qui est fonction de la température instantanée du fluide de refroidissement du moteur et un deuxième paramètre d’entrée qui est fonction de la température instantanée de la matière d’un composant interne du moteur thermique estimée au moyen de l’un quelconque des modes de réalisation précédents du procédé d’estimation de la température selon l’invention.
Selon une variante du procédé de pilotage de la pompe, la consigne de coupure est dépendante de la consigne d’autorisation déterminée conformément au procédé selon l’invention.
Il est également prévu selon l’invention un véhicule automobile comportant un groupe motopropulseur comprenant un moteur thermique et un circuit de refroidissement dudit moteur, le circuit de refroidissement comprenant une pompe mécanique principale entraînée par l’arbre moteur et une pompe auxiliaire électrique, le groupe motopropulseur, en cas de coupure du moteur thermique, étant configuré de sorte à activer la pompe auxiliaire durant une durée d’activation à la suite de l’instant de commande de la coupure, ladite durée d’activation étant déterminée conformément au procédé selon l’invention.
L’invention prévoit également un produit programme-ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par une unité de commande du groupe motopropulseur, conduisent celui-ci à mettre en oeuvre l’un quelconque des modes de réalisation du procédé d’estimation de la température d’un composant interne du moteur, du procédé de pilotage de la consigne de coupure du moteur et du procédé de pilotage de la pompe auxiliaire conformément à l’invention.
Grâce à une gestion thermique se basant sur une estimation de la température interne du moteur thermique, le groupe motopropulseur élimine les chocs thermiques résultant des coupures répétitives du moteur thermique. L’amélioration du refroidissement prend ainsi en compte l’inertie thermique de la matière des composants internes et permet de limiter son endommagement.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels :
[Fig.1 ] représente les modules fonctionnels d’une unité de commande du groupe motopropulseur pour l’estimation de la température de la matière de composant interne du moteur et le pilotage d’un signal d’autorisation d’une coupure moteur selon l’invention.
[Fig.2] représente plus précisément le module fonctionnel d’estimation de la température d’un composant interne du moteur selon l’invention.
[Fig.3] représente plus précisément le module fonctionnel du pilotage du signal d’autorisation d’une coupure moteur selon l’invention.
[Fig.4] représente schématiquement un exemple de cartographie prédéterminée de pilotage de la consigne d’autorisation d’une coupure moteur selon l’invention.
[Fig.5] représente un exemple d’algorithme d’exécution du procédé de pilotage d’une pompe de circuit de refroidissement selon l’invention dans le cas, non limitatif, d’un arrêt moteur lors de l’activation d’un mode de roulage ZEV.
L’invention s’applique aux groupes motopropulseurs de véhicule automobile à propulsion conventionnelle thermique ou propulsion hybride et propose un procédé d’estimation de la température des composants internes du moteur thermique permettant d’améliorer la gestion des coupures moteurs et du circuit de refroidissement en situation de roulage à température extrême ou de forte charge. L’invention vise à améliorer la gestion thermique lors de coupures du moteur de tout type, par exemple STT, ou bien encore lors de roulage ZEV.
Classiquement, les groupes motopropulseurs comprenant un moteur thermique sont équipés d’un circuit de de refroidissement dédié à la gestion thermique des composants moteurs. Le circuit de refroidissement comporte un circuit haute température, fonctionnant dans des plages de température pouvant atteindre une centaine de degrés, et une branche de dérivation dédiée au refroidissement d’un turbocompresseur. Le circuit haute température comporte une pompe mécanique principale entraînée par l’arbre du moteur thermique assurant la circulation du fluide de refroidissement dans le circuit haute température. La dérivation comporte une pompe auxiliaire électrique apte à assurer la circulation du liquide de refroidissement dans une partie ou bien dans l’ensemble du circuit de refroidissement lorsque le moteur thermique est à l’arrêt. La pompe auxiliaire est pilotable par des commandes, par exemple de type tout ou rien en fonction d’une consigne d’activation, soit à l’arrêt ou soit en régime tournant constant, ou en régulation de régime. Le circuit de refroidissement peut comporter des moyens de régulation du débit du fluide de refroidissement, par exemple des vannes ou clapets, pilotés par des commandes déterminées par l’unité de commande du moteur thermique dépendantes de paramètres de fonctionnement du groupe motopropulseur, notamment la température du fluide de refroidissement, estimation de température du turbocompresseur, le régime moteur, et dans le cadre de l’invention des estimations de la température de la matière de composants internes du moteur thermique.
La pompe mécanique principale est entraînée par l’arbre moteur, empêchant donc l’action de régulation thermique résultant du flux du fluide de refroidissement dans le circuit de refroidissement en situation de coupure moteur. L’invention vise tout d’abord à autoriser ou non les coupures moteur en fonction de la situation thermique du moteur visant à empêcher les chocs thermiques en situations thermiques extrêmes, et à activer judicieusement la pompe auxiliaire électrique pour faire circuler le fluide de refroidissement en situation de coupure moteur.
Dans ce but, la figure 1 représente une unité de commande du groupe motopropulseur comportant des modules fonctionnels selon l’invention, un premier module 10 est dédié à la fonction d’estimation de la température instantanée Tm de la matière d’un ou plusieurs composants internes du moteur thermique et un deuxième module 11 est dédié à la fonction de pilotage du signal de consigne CS_auth d’autorisation d’une coupure moteur.
Le premier module 10 reçoit à chaque instant des valeurs de paramètres d’entrée P_gmp de fonctionnement du groupe motopropulseur, parmi lesquels on peut citer la température mesurée du fluide de refroidissement par un capteur du circuit de refroidissement en degré Celsius, le régime de rotation du moteur thermique en tr/min, le couple moteur en N.m, et éventuellement la puissance moteur instantanée. La température estimée Tm est ensuite exploitée pour évaluer les conditions de fonctionnement des composants internes du moteur et gérer les coupures du moteur.
Plus précisément, la figure 2 représente le module fonctionnel 10 d’estimation de la température de la matière d’un composant interne du moteur. La température de la matière Tm est une estimation de la température des composants du moteur tels le carter, la culasse, joint de culasse, ou bien encore la température en surface du noyau d’eau du moteur. La température réelle au niveau des composants internes diffère sensiblement à la hausse par rapport à la température conventionnellement mesurée en sortie de culasse qui correspond à la température du fluide de refroidissement et non des composants internes. Le module 11 a donc pour objectif d’estimer la température réelle pour améliorer la gestion de la régulation thermique et prendre en compte notamment les effets d’inertie thermique de la matière pouvant provoquer des ébullitions, engazage et débordement lors d’une coupure moteur. L’objectif est donc de mettre en place un processus de régulation en fonction d’un seuil de température contrôlant spécifiquement la valeur de cette estimation en plus du seuil de température contrôlant la valeur de la température du fluide de refroidissement.
Plus précisément, le module 10 comporte un premier bloc 101 d’estimation du flux thermique instantané 105 du moteur. Cette valeur 105 est déterminable à partir d’un paramètre de fonctionnement du groupe motopropulseur qui est représentatif de la puissance instantanée. Dans une variante, le flux thermique instantané 105 est déterminé par une cartographie prédéterminée, mémorisée en mémoire de l’unité de commande du groupe motopropulseur, qui délivre la valeur du flux thermique instantané 105 à partir du couple moteur instantané et du régime de rotation du moteur. La valeur 105 est une valeur exprimée en en Joule par seconde ou Watts. De la valeur de ce flux thermique instantané, le bloc 101 détermine une variation de température interne résultant du flux thermique. Plus la puissance moteur augmente et plus la température résultant du flux thermique augmente. De façon connue en soi, les flux thermiques sont connus et calculés empiriquement au moyen de cartographies se basant sur les points de fonctionnement moteur en régime et couple lors de sa conception. On peut citer par exemple le document EP1916404A1 déposé par la demanderesse décrivant une technique d’estimation des flux thermiques.
De plus, le module 10 comporte un deuxième bloc 102 dont la fonction est de délivrer une valeur de correction 106 de la variation de température générée par les flux thermiques du moteur. La valeur de correction 106 est représentative de l’action de refroidissement du circuit de refroidissement du moteur. Cette valeur de correction dépend du régime de rotation instantané du moteur thermique. En effet, le débit du fluide de refroidissement est dépendant du régime de rotation de la pompe mécanique principale et donc du moteur thermique. Plus le régime de rotation du moteur augmente et plus le puisage d’énergie calorifique en interne du moteur augmente. Le deuxième bloc 102 est par exemple une cartographie prédéterminée, mémorisée en mémoire de l’unité de commande du groupe motopropulseur, délivrant la valeur de correction en fonction de la mesure du régime de rotation du moteur thermique. Un troisième bloc 103 a pour fonction d’estimer une valeur de température 108 des composants internes à partir du flux thermique 105, du facteur de correction 106 représentatif de l’action de refroidissement, et d’une valeur 107 de température instantanée du fluide de refroidissement du moteur. Un ou plusieurs autres facteurs de correction peuvent être pris en compte par le bloc 103 pour élaborer la valeur 108. La valeur de température 108 est traitée de préférence par quatrième bloc de traitement final 104, par exemple un filtre-bas qui dépend de la valeur de régime moteur, avant de délivrer la température Tm au module 11 de pilotage de la consigne d’autorisation de la coupure moteur.
La figure 3 représente maintenant le module 11 de pilotage de la consigne CS_auth d’autorisation de coupure du moteur thermique. Le module estime à partir d’une cartographie prédéterminée, enregistrée en mémoire de l’unité de commande du groupe motopropulseur, prenant en paramètre d’entrée la valeur de la température Tm, délivrée par le module 10, et la valeur de la température Te du fluide de refroidissement du circuit de régulation thermique du moteur. La valeur de la consigne CS_auth est pilotée en fonction desdites valeurs d’entrée
Tm et Te. La consigne CS_auth est dans cet exemple une consigne de type signal booléen pouvant prendre la valeur VRAI (1) pour autoriser une coupure moteur ou FAUX (0) pour interdire une coupure moteur.
La figure 4 représente schématiquement un exemple non limitatif de cartographie deux dimensions de pilotage du signal CS_auth. Sur l’axe des abscisses on a représenté la valeur de la température du fluide de refroidissement Te, et en ordonnée on a représenté les valeurs de la température Tm de la matière des composants internes du moteur déterminant la valeur du signal CS_auth. Les cases de la cartographie représentent les valeurs du signal 1 , 0 en fonction des températures Tm, Te. Plus précisément, la consigne d’autorisation de coupure du moteur thermique CS_auth est exploitée par l’unité de commande pour autoriser une coupure pour activer un mode de roulage ZEV dans le cas d’une architecture hybride, ou une coupure momentanée de type « Stop and Start », quel que soit l’architecture de motorisation (hybride ou conventionnelle). Par ailleurs, l’unité de commande comporte un module d’estimation d’une durée d’activation de la pompe auxiliaire suivant l’instant de détection d’une coupure moteur. Ce module a pour fonction d’activer la pompe auxiliaire durant une durée D_pp dépendant de la valeur de la température Tm et de la valeur de la température du fluide de refroidissement, de manière similaire à la cartographie représentée en figure 4. La cartographie de détermination de la durée D_pp est configurée pour déterminer la valeur de la durée d’actionnement de la pompe auxiliaire en fonction des valeurs de température Tm, Te au moment de la coupure du moteur.
L’unité de commande du groupe motopropulseur (ou moteur thermique) est munie d’un calculateur à circuits intégrés et de mémoires électroniques, le calculateur et les mémoires étant configurés pour exécuter le procédé d’estimation de la température, le procédé de pilotage du signal d’autorisation et enfin le procédé de pilotage de la pompe auxiliaire. Mais cela n’est pas obligatoire. En effet, le calculateur pourrait être externe à l’unité de commande, tout en étant couplé à cette dernière. Dans ce dernier cas, il peut être lui-même agencé sous la forme d’un calculateur dédié comprenant un éventuel programme dédié, par exemple. Par conséquent, l’unité de commande, selon l’invention, peut être réalisé sous la forme de modules logiciels (ou informatiques (ou encore « software »)), ou bien de circuits électroniques (ou « hardware »), ou encore d’une combinaison de circuits électroniques et de modules logiciels.
En figure 5, on a représenté maintenant un algorithme de pilotage du groupe motopropulseur dans lequel la température T m est estimée à chaque instant pour le pilotage du signal d’autorisation CS_auth et le pilotage de la pompe auxiliaire en cas de coupure moteur. De même la durée d’activation D_pp de la pompe est calculée à chaque instant.
A une première étape 50, on prend l’hypothèse que le moteur thermique fonctionne en régime tournant, en roulage durant lequel un couple moteur est transmis aux roues pour déplacer le véhicule. Pour représenter cette situation, par exemple un paramètre d’état du groupe motopropulseur ET_mth est piloté à une valeur VRAI= 1. Des estimations de la température Tm et de la durée D_pp sont également calculée. A une étape 51 , l’unité de commande détermine la valeur de la consigne d’autorisation CS_auth en fonction de la cartographie prédéterminée prenant en paramètre d’entrée la valeur de température Tm et la valeur du fluide de refroidissement Te.
En cas de détection que la consigne CS_auth est à l’état FAUX (0), l’unité de commande interdit, à une étape 52, les coupures moteur pour éviter un endommagement du moteur ainsi que les phénomènes d’ébullition explicités précédemment. Cette situation exceptionnelle correspond par exemple à des températures extérieures très élevées, 40 °C ou plus et/ou à des points de fonctionnement moteur à forte charge en couple et régime (par exemple, montée route montagneuse, masse véhicule élevée) et avec des températures de liquide de refroidissement élevées.
En cas de détection que la consigne CS_auth est à l’état VRAI (1), l’unité de commande autorise, à une étape 53, les coupures moteur. Cette situation couvre généralement tous les cas de vie du véhicule, mis à part celles exceptionnelles mentionnées dans le paragraphe précédent. Dans cette situation, le moteur thermique est toujours tournant (ET_mth =1) car l’unité de commande pilote un état tournant pour fournir un couple aux roues par exemple. La durée d’activation de la pompe est toujours calculée.
En cas de détection, à une étape 54, d’une requête de coupure moteur, (RQ_mth =0) et d’une requête d’un mode de roulage ZEV (RQ_zev =1 ), alors à une étape 55, l’unité de commande déclenche la procédure d’arrêt du moteur thermique, jusqu’à atteindre un régime tournant nul et une coupure de l’injection carburant. A cette étape du procédé, l’unité de commande détecte l’instant d’arrêt du moteur thermique et à partir de cet instant pilote l’activation de la pompe auxiliaire du circuit de refroidissement par une commande d’activation ET_pp à l’état VRAI=1 pendant la durée D_pp qui est calculée à chaque instant en fonction de la température de la matière Tm et de la température du fluide de refroidissement jusqu’à la coupure du moteur. La durée d’activation D_pp est figée jusqu’au prochain démarrage du moteur thermique. Une fois que la durée D_pp s’est écoulée après l’instant d’arrêt du moteur, la pompe est mise à l’arrêt. Le débit du fluide de refroidissement durant cette période permet un refroidissement des composants internes du moteur et élimine les chocs thermiques.
Les étapes 54, 55 s’appliquent également aux situations d’arrêt véhicule et aux situations de coupure momentanée de type STT. On a décrit la pompe électrique pour un mode de réalisation d’une branche de dérivation de turbocompresseur. Ce cas n’est néanmoins aucunement limitatif et l’invention s’applique pour le pilotage de toute pompe électrique activable en situation de coupure moteur.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d’estimation de la température d’un composant du groupe motopropulseur pour le pilotage d’une ou plusieurs consignes lors de la commande d’un arrêt d’un moteur thermique du groupe motopropulseur, caractérisé en ce que l’estimation de température consiste à estimer la température instantanée (T m) de la matière d’un composant interne du moteur thermique, ladite estimation comportant les étapes suivantes :
- La détermination du flux thermique instantané (105) du moteur thermique et d’une variation de température du moteur résultant de l’application de ce flux thermique,
- La correction de la variation de température par un facteur de correction (106) d’échange thermique résultant de l’action du fluide de refroidissement du moteur, le facteur de correction (106) étant calculé en fonction du régime d’entrainement d’une pompe mécanique principale de circulation du fluide de refroidissement du moteur entraînée par le moteur.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le flux thermique instantané (105) est déterminé à partir d’une cartographie prédéterminée (101 ) délivrant une valeur du flux thermique en fonction d’une mesure du régime moteur instantané et d’une estimation du couple moteur instantané.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le régime d’entrainement de la pompe est déterminé à partir d’une mesure instantanée du régime du moteur thermique (102).
4. Procédé de pilotage d’une consigne d’autorisation (CS_auth) d’une coupure de moteur thermique d’un groupe motopropulseur, procédé dans lequel l’état de la consigne d’autorisation (CS_auth) est commandé au moyen d’une cartographie prédéterminée recevant un premier paramètre d’entrée qui est la température instantanée (Te) du fluide de refroidissement, caractérisé en ce que l’état de la consigne est commandé en outre en fonction d’un deuxième paramètre d’entrée (TM) de la cartographie qui est la température instantanée estimée (Tm) de la matière d’un composant interne du moteur thermique au moyen du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3.
5. Procédé de pilotage d’une pompe auxiliaire électrique de circulation d’un fluide de refroidissement de moteur thermique d’un groupe motopropulseur comportant la détermination d’une durée d’activation (D_pp) de la pompe calculée à l’instant de commande d’une coupure du moteur thermique par une consigne de coupure (RQ_mth) et initiée à partir de l’instant de commande de la coupure, caractérisé en ce que la durée d’activation (D_pp) est déterminée au moyen d’une cartographie recevant un premier paramètre d’entrée (Te) qui est fonction de la température instantanée du fluide de refroidissement du moteur et un deuxième paramètre d’entrée qui est fonction de la température instantanée (Tm) de la matière d’un composant interne du moteur thermique estimée au moyen du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la consigne de coupure (RQ_mth) est dépendante de la consigne d’autorisation (CS_auth) déterminée conformément au procédé selon la revendication 4.
7. Véhicule automobile comportant un groupe motopropulseur comprenant un moteur thermique et un circuit de refroidissement dudit moteur, le circuit de refroidissement comprenant une pompe mécanique principale entraînée par l’arbre moteur et une pompe auxiliaire électrique, caractérisé en ce qu’en cas de coupure du moteur thermique, le groupe motopropulseur est configuré de sorte à activer la pompe auxiliaire durant une durée d’activation (D_pp) à la suite de l’instant de commande de la coupure, ladite durée d’activation étant déterminée conformément au procédé selon l’une quelconque des revendications 5 à 6.
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