FR2803633A1 - Procede pour l'entrainement d'un moteur thermique de vehicule, notamment automobile, et ensemble formant demarreur pour sa mise en oeuvre - Google Patents

Abstract

Procédé pour l'entraînement d'un moteur thermique de véhicule, notamment automobile, au moyen d'un ensemble formant démarreur, caractérisé en ce que ledit ensemble formant démarreur entraîne ledit moteur thermique selon successivement au moins deux modes correspondants à des courbes de caractéristiques vitesse/ couple différentes, un premier mode permettant des couples élevés pour des vitesses basses, tandis qu'un second mode permet des vitesses plus élevées que le premier mode pour des couples faibles.

Description

PROCEDE <U>POUR</U> L'ENTRAINEMENT <U>D'UN MOTEUR THERMIQUE DE</U> VEHICULE, <U>NOTAMMENT AUTOMOBILE, ET ENSEMBLE FORMANT</U> DEMARREUR <U>POUR MISE EN</U> CFUVRE La présente invention est relative à un procédé pour l'entraînement d'un moteur thermique de véhicule, notamment automobile, ainsi qu'à un ensemble formant démarreur permettant de mettre en oeuvre un tel procédé.

Le démarrage d'un moteur thermique comporte plusieurs phases de fonctionnement du démarreur qui sont - l'engagement du pignon dans la couronne de démarrage, - l'entraînement du moteur thermique, - l'accompagnement du moteur au début de sa montée en régime après les premières explosions, - le fonctionnement en roue libre, le moteur thermique ayant une vitesse plus importante que celle fournie par le demarreur, - le retour en position repos.

Au début de l'entraînement par le démarreur (entraînement à froid), le couple résistant du moteur thermique élevé. Le couple d'entraînement du démarreur est quant à lui directement fonction de ce couple résistant. On a en effet Ce=Cr/k, où Ce est le couple d'entraînement demarreur, Cr le couple résistant du moteur thermique et où k est le rapport entre le nombre de dents de la couronne et le nombre de dents du pignon du démarreur. Ainsi que l'illustre le graphe de la figure 1, pour une vitesse d'arbre de moteur thermique de l'ordre de 80 à 150 tours/minute, l'optimisation de l'entraînement à froid amène à positionner le couple de fonctionnement Ce entre 0,3 et 0,7 fois le couple, désigné par Cb, exercé par demarreur lorsque l'arbre du moteur thermique est bloqué.

Après cette phase d'entraînement à froid, au début des premières explosions du moteur thermique, le couple d'entraînement chute de façon importante, alors que le moteur thermique commence à monter progressivement en régime vers sa vitesse de ralenti. Une partie de l'énergie de démarrage est alors fournie par les explosions, de sorte que le moteur monte régime de lui-même et que le couple que doit fournir le démarreur est alors faible (couple Ce' par exemple sur la figure 2, où Ce' est très inférieur à Ce). Le régime de ralenti est souvent atteint entre la quatrième et la dixième explosions suivant les conditions de démarrage.

Toutefois certains moteurs thermiques, suivant leur technologie d'injection ou d'allumage, suivant qu'ils comportent ou non un double volant d'embrayage, peuvent avoir un fonctionnement instable à partir des premières explosions, et ont ainsi des difficultés à atteindre le régime de ralenti à froid ou ' chaud. Ceci se traduit soit par une durée de démarrage qui peut être ressentie comme trop longue par le conducteur, soit par un échec de démarrage obligeant le conducteur à réactiver son démarreur.

Pour éviter ce phénomène, il faudrait que le démarreur puisse accompagner moteur à un régime suffisamment élevé, par exemple 500 tours/minute plus, au lieu de 200 à 350 tours minutes généralement fournis par les démarreurs conventionnels.

Or, à ce jour, la commande du moteur électrique d'un démarreur se fait selon une caractéristique de vitesse en fonction du couple fourni qui est choisie et optimisée en fonction du besoin de la vitesse d'entraînement à froid du moteur thermique considéré. Les seules variations que cette caractéristique vitesse/couple peut subir sont des variations dues aux fluctuations de la tension de la batterie du véhicule ou encore aux fluctuations de température ambiante.

De ce fait, à moins de surdimensionner considérablement le démarreur, la qualité du démarrage n'est pas toujours satisfaisante avec un démarreur conventionnel.

Un but de l'invention est de résoudre ce problème.

A cet effet, l'invention propose un procédé pour l'entraînement d'un moteur thermique de véhicule, notamment automobile, au moyen d'un ensemble formant démarreur, caractérisé en ce que ledit ensemble formant démarreur entraîne ledit moteur thermique selon successivement au moins deux modes correspondants à des courbes de caractéristiques vitesse/couple différentes, un premier mode permettant des couples élevés pour des vitesses basses, tandis qu'un second mode permet des vitesses plus élevées que le premier mode pour couples faibles.

Ce procédé est avantageusement complété par les différentes caractéristiques suivantes prises seules selon toute leurs combinaisons techniquement possibles - on compare un paramètre lié à la vitesse du moteur thermique ou du moteur électrique de l'ensemble formant demarreur à une valeur seuil et on passe d'un mode de fonctionnement à autre lorsque cette valeur seuil est franchie ; - on compare un paramètre lié au niveau de charge de l'ensemble formant démarreur à une valeur seuil et on passe d'un mode de fonctionnement à un autre lorsque cette valeur seuil est franchie ; - on mesure la tension de la batterie du véhicule et/ou la température de l'ensemble formant démarreur ou une température au voisinage de celui-ci, avant un entraînement du moteur thermique par ledit ensemble et on détermine la valeur seuil en fonction tension de la batterie et/ou la température ainsi mesurée(s) ; - au dessus d'une température seuil donnée, le moteur électrique du démarreur est commandé directement selon le deuxième mode de fonctionnement.

Elle propose en outre un ensemble formant démarreur de véhicule, notamment automobile, comportant un moteur électrique de démarreur, des moyens pour commander l'alimentation ou des bobinages inducteurs de ce moteur électrique, caractérisé en qu'il comporte des moyens pour entraîner ledit moteur thermique selon successivement au moins deux modes correspondants à des courbes de caractéristiques vitesse/couple différentes, un premier mode permettant des couples élevés pour des vitesses basses, tandis qu'un second mode permet des vitesses plus élevées que le premier mode pour des couples faibles.

Cet ensemble est avantageusement complété par les différentes caractéristiques suivantes prises seules selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles. - lesdits moyens comportent des moyens pour commander l'alimentation du ou des bobinages inducteurs du moteur électrique selon deux modes d'alimentation, l'un qui correspond au premier mode d'entraînement et qui permet de fournir un champ inducteur élevé, l'autre correspond au deuxième mode d'entraînement et qui permet de fournir champ inducteur inférieur - lesdits moyens de commande comportent des moyens interrupteurs aptes à court-circuiter une partie du ou des bobinages inducteurs du moteur électrique ; - le circuit qui commande lesdits moyens interrupteurs porté par le moteur électrique de démarreur; - le circuit qui commande lesdits moyens interrupteurs tout ou partie disposé dans un boîtier qui n'est pas porté par le moteur électrique de démarreur et qui est relié à des moyens portés par ledit moteur électrique par des moyens formant câble.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative et doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles - la figure 1, déjà discutée, est un graphe sur lequel on porté la vitesse de l'arbre du moteur thermique en fonction du couple exercé sur celui-ci par un ensemble formant démarreur conforme à un état de la technique connu ; - la figure 2 est un graphe similaire illustrant le principe d'un entraînement conforme à un mode de mise en oeuvre possible de l'invention ; - la figure 3 est un organigramme illustrant différentes étapes d'un entraînement conforme à un mode de mise en oeuvre l'invention ; - la figure 4 est une représentation schématique d'un ensemble formant démarreur conforme à un mode de réalisation possible pour l'invention.

Un exemple de mise en oeuvre possible pour le procédé proposé par l'invention va maintenant être décrit en référence aux figures 2 et 3.

On a porté sur la figure 2 deux courbes caractéristiques vitesse/couple correspondant à deux modes d'entraînement distincts (1), (2) obtenus avec un même ensemble formant démarreur. Le mode (1) correspond à un couple de blocage plus élevé que le mode (2) et présente une pente de décroissance de la vitesse en fonction couple moins importante que ce dernier.

Par conséquent, le mode d'entraînement (1) permet à couple élevé une vitesse d'entraînement plus importante qu'avec le mode d'entraînement (2). (Sur la figure 2, la vitesse d'entraînement Net obtenue avec le mode (1) pour un couple Ce est supérieure à la vitesse Net obtenue avec le mode (2) pour le même couple).

A faible couple, c'est le mode d'entraînement permet une vitesse plus importante qu'avec le mode d'entraînement (1). (Sur la figure 2, la vitesse d'entraînement Ne'2 obtenue avec le mode (2) pour couple Ce' supérieure à la vitesse Ne'1 obtenue avec le mode (1) pour le même couple).

A la détection de la fermeture de l'interrupteur de contact du véhicule (étape 1 sur la figure 3), le moteur électrique du démarreur est alimenté pour fonctionner en mode (1) (étape 2).

La vitesse (moyenne ou instantanée) du démarreur ou du moteur thermique - désignée par N dans la suite du texte - est alors comparée en permanence à une vitesse de référence Nref qui correspond, par exemple à vitesse pour laquelle les courbes caractéristiques du mode (1) et du mode (2) s'intersectent (étape 3).

Lorsque l'on détecte que cette vitesse N devient supérieure à cette vitesse de référence Nref, on vérifie si le moteur a ou non démarré (étape 4).

Si ce n'est pas le cas, le démarreur est alimenté en mode (2) (étape On met alors en oeuvre en permanence un test permettant de detecter le démarrage du moteur (étape 6).

Lorsque l'on détecte (lors de l'étape 4 ou de l'étape 6) que le moteur a démarré, le moteur électrique du démarreur est arrêté (étape 7). Par conséquent, avec la logique de fonctionnement qui vient d'être décrite, le démarreur commence à travailler en mode (1) de façon à assurer la mise en mouvement du moteur thermique et à produire une vitesse importante sous fort couple pendant la phase d'entraînement. Puis, lorsque la vitesse N dépasse la valeur seuil Nref, le démarreur passe en mode (2) de façon à assurer une vitesse élevée sous faible couple.

Un ensemble démarreur permettant la mise en oeuvre d'un tel procédé d'entraînement va maintenant être décrit en référence à la figure 4. ensemble comporte un moteur électrique Me de démarreur qui comprend induit, ainsi que des bobines inductrices, référencées de B1 à B4 sur la figure 4, montées en série entre la masse et une borne d'alimentation B+ à la tension d'alimentation positive de la batterie du véhicule.

II comporte en outre un relais Ro qui est commandé par deux bobinages, référencés par M et A reliés par une extrémité commune à la borne B+ précitée, et dont le contact commande l'alimentation des bobinages à B4.

Le bobinage M est un bobinage de maintien qui, à son extrémité opposée bobinage A, est relié à la masse, tandis que le bobinage est un bobinage d'appel qui à son extrémité opposée au bobinage M relié d'une part à un point entre les bobinages inducteurs B1 à B4 et la borne B+ et d'autre part, par l'intermédiaire du contact d'un relais R, à un point entre les bobinages B1 et B2 et les bobinages B3 et B4.

Ce relais R permet d'avoir deux modes d'entraînement - à l'état ouvert, les quatre bobinages B1 à B4 sont alimentés et fournissent ainsi un couple élevé correspondant au mode (1) ; - à l'état fermé, deux des bobinages inducteurs (en l'occurrence B B2) sont court-circuités, de sorte que le champ inducteur est réduit, qui permet une vitesse plus importante à faible couple et correspond au mode d'entraînement (2).

La mesure de vitesse se fait, dans cet exemple, au niveau d'un microcontrôleur MC, à partir de l'analyse de la durée des ondulations de tension réseau véhicule.

cet effet, la tension du réseau est prélevée sur le câble venant de l'interrupteur de contact (référencé par 1) du véhicule pour être injectée sur une entrée A1 dudit micro- contrôleur MC. Plus précisément, ladite entrée A1 est une entrée du convertisseur analogique/numérique du micro- contrôleur MC.

Elle est reliée à un étage qui comprend une résistance R1 et une diode Zener DZ1 et qui permet de soustraire à la tension du réseau une partie de sa composante continue, de façon à ce que la tension maximale reçue sur l'entrée A1 soit inférieure à la tension maximale acceptable sur ladite entrée, tandis que la tension minimum reçue sur cette entrée reste positive.

La résistance R1 de cet étage est montée entre ladite entrée A1 et la masse tandis que sa diode DZ1 est montée entre ladite entrée et l'interrupteur de contact I, cette diode DZ1 étant passante de l'entree A1 vers l'interrupteur I.

diode Zéner DZ2 est en outre montée entre la masse et l'entrée , en étant passante de la masse vers ladite entrée A1. Cette diode DZ2 protège ladite entrée contre d'éventuelles surtensions.

Une sortie du micro- contrôleur MC, référencée par N1, commande la grille d'un transistor MOSFET T qui commande l'alimentation du bobinage du relais R.

A la fermeture de l'interrupteur de contact I, le micro-contrôleur MC surveille la tension du réseau véhicule par l'intermédiaire de son entree A1 et calcule la dérivée de la tension qu'il mesure. Dans un premier temps, la sortie N1 reste à l'état bas, bloquant ainsi le transistor T, et laissant au repos le relais R. Le moteur électrique Me fonctionne alors en mode (1), procurant un couple élevé pour de faibles vitesses.

Pour détecter que la vitesse N devient supérieure à la vitesse Nref, le micro-contrôleur MC détermine en permanence pendant le fonctionnement en mode (1) la durée entre les instants successifs où la dérivée du signal de tension change de signe et la compare à une valeur seuil Tref, qui correspond à la demi durée entre deux impulsions sur la tension du réseau lorsque N=Nref.

Cette détermination se poursuit tant que cette durée est supérieure à la valeur seuil Tref. Dès que la durée entre deux instants successifs où la dérivée du signal de tension change signe devient inférieure à Tref, c'est à dire dès que le seuil de vitesse Ntref est dépassé, le micro-contrôleur MC met la sortie N 1 à l'état haut.

Le transistor T devient passant et ferme le relais R, de sorte que le démarreur fonctionne en mode (2).

A l'ouverture de l'interrupteur de contact I, ou suite à la détection du démarrage du moteur thermique par un moyen quelconque, la sortie N1 repasse immédiatement à fetat bas de façon à freiner l'induit (augmentation du flux magnétique de l'inducteur en mode 2).

La détection du démarrage du moteur thermique s'effectue de façon connue en soi : dépassement d'un seuil de vitesse moteur mesurée à partir du calculateur moteur ou capteur spécifique (capteur inductif sur volant moteur, capteur de vibrations, ... ) ; dépassement d'un seuil de vitesse du démarreur mesuré par capteur installé sur le démarreur ; détection de la disparition des ondulations de tension réseau ; détection de la disparition des ondulations d'intensité absorbées par le démarreur.

Comme on l'aura compris, l'entraînement qui vient d'être décrit présente l'avantage d'adapter la caractéristique de couple/vitesse de façon à accompagner le moteur thermique dans sa montée en régime, dans la phase de fin de démarrage.

En outre, il évite de surdimensionner le démarreur pour avoir une vitesse importante tant début qu'en fin de démarrage.

Bien entendu, d'autres variantes de mises en oeuvre ou de réalisations sont envisageables.

Notamment, dans les modes de mise en oeuvre et de réalisation décrits, le passage d'un mode d'entraînement à un autre se fait en jouant sur l'alimentation du ou des bobinages d'inducteur. D'autres solutions électriques seraient envisageables : couplage de bobinages de l'inducteur en parallèle, dérivation de courant dans l'induit ou l'inducteur, bobines additionnelles, etc.... Des solutions mécaniques pourraient également être envisagées : réducteur à plusieurs rapports activé par un actionneur électrique, par exemple. Par ailleurs, le seuil référence de changement de mode (vitesse Nref dans les modes de mise ceuvre et de réalisation qui viennent d'être décrits) est avantageusement indexé à la température de démarrage mesurée sur l'ensemble formant démarreur ou au voisinage de celui-ci, avant un entraînement du moteur thermique.

II peut également etre fonction de la tension disponible sur la batterie avant démarrage.

Egalement, au lieu d'etre lié à la vitesse, le seuil de référence de changement de mode de fonctionnement peut être lié au niveau de charge du démarreur, le basculement d'un mode d'entraînement à un autre étant par exemple fonction de l'intensité du courant d'alimentation de ses bobinages inducteurs.

Par ailleurs, dans l'exemple qui vient d'être décrit en référence à la figure 4, le circuit de commande du relais R que constituent notamment le microcontrôleur MC et le transistor T, est intégré sur la carcasse du moteur électrique Me.

Ce circuit de commande pourrait toutefois se loger dans un boîtier dissocié du reste du démarreur et relié à celui-ci par des câbles.

Par ailleurs, le relais R peut être remplacé par d'autres types d'interrupteurs de puissance, exemple par un transistor de puissance. Egalement, les bobines M et A peuvent être remplacées par une bobine unique commandée signal à largeur modulée (PWM) suivant des procédés connus, notamment tels que décrits dans les demandes de brevets FR-91.09295 et FR-97.15222.

Bien entendu, le micro contrôleur MC, en plus du rôle d'adaptation du mode d'entraînement par l'ensemble formant démarreur, peut intégrer d'autres fonctions connues, telle le pilotage de la ou des bobines du relais Ro, la réalisation de protections (protection contre les surcharges, protections thermiques, ... ), Egalement, pour mesurer la vitesse d'entraînement du démarreur, d'autres possibilités que celle décrite peuvent être utilisées : mesure à partir du calculateur moteur ou d'un capteur spécifique (capteur inductif sur volant moteur, capteur de vibrations, ... ) ; mesure de la fréquence des pulsations de tension réseau ; mesure de la fréquence des pulsations d'intensité absorbées par le démarreur, etc.

Claims (1)

<U>REVENDICATIONS</U>

1. Procédé pour l'entraînement d'un moteur thermique de vehicule, notamment automobile, au moyen d'un ensemble formant démarreur, caracterisé en ce que ledit ensemble formant démarreur entraîne ledit moteur thermique selon successivement au moins deux modes correspondants à des courbes de caractéristiques vitesse/couple différentes, un premier mode permettant des couples élevés pour des vitesses basses, tandis qu'un second mode permet des vitesses plus élevées que le premier mode pour des couples faibles. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on compare un paramètre lié à la vitesse du moteur thermique ou du moteur électrique de l'ensemble formant démarreur à une valeur seuil et en ce qu' passe d'un mode de fonctionnement à un autre lorsque cette valeur seuil est franchie. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on compare un paramètre lié au niveau de charge de l'ensemble formant démarreur à une valeur seuil et en ce qu'on passe d'un mode de fonctionnement à un autre lorsque cette valeur seuil est franchie. 4. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on mesure la tension de la batterie du véhicule et/ou la température de l'ensemble formant démarreur ou une température au voisinage celui-ci, avant un entraînement du moteur thermique par ledit ensemble en ce qu'on détermine la valeur seuil en fonction de la tension de la batterie et/ou la température ainsi mesurée(s). Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce au dessus d'une température seuil donnée, le moteur électrique du démarreur est commandé directement selon le deuxième mode de fonctionnement. Ensemble formant démarreur de véhicule, notamment automobile, comportant un moteur électrique de démarreur, des moyens pour commander l'alimentation du ou des bobinages inducteurs de ce moteur électrique, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour entraîner ledit moteur thermique selon successivement au moins deux modes correspondants à des courbes de caractéristiques vitesselcouple différentes un premier mode permettant des couples élevés pour vitesses basses, tandis qu'un second mode permet des vitesses plus élevées le premier mode pour des couples faibles. 7. Ensemble formant démarreur selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens comportent des moyens pour commander l'alimentation du ou des bobinages inducteurs du moteur électrique selon deux modes d'alimentation, l'un qui correspond au premier mode d'entraînement et qui permet de fournir un champ inducteur élevé, l'autre qui correspond au deuxième mode d'entraînement et qui permet de fournir un champ inducteur inférieur. 8. Ensemble formant démarreur selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande comportent des moyens interrupteurs aptes à court-circuiter une partie du ou des bobinages inducteurs du moteur électrique. 9. Ensemble formant démarreur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le circuit qui commande lesdits moyens interrupteurs est porte par le moteur électrique de démarreur. 10. Ensemble formant démarreur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le circuit qui commande lesdits moyens interrupteurs est en tout ou partie disposé dans un boîtier qui n'est pas porté le moteur électrique de démarreur et qui est relié à des moyens portes par ledit moteur électrique par des moyens formant câble.