FR2847735A1 - Procede de protection et de detection de defauts pour un ensemble demarreur/alternateur fonctionnant dans le mode de demarrage - Google Patents

Procede de protection et de detection de defauts pour un ensemble demarreur/alternateur fonctionnant dans le mode de demarrage Download PDF

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Abstract

Le procédé comprend les étapes consistant à : amorcer une séquence de démarrage du moteur à combustion interne, détecter les vitesses de rotation respectives du moteur à combustion interne et de l'ensemble démarreur/alternateur, comparer ces vitesses et déterminer si celles-ci sont les mêmes et, si ce n'est pas le cas, comparer la vitesse détectée avec une vitesse de rotation acceptable prédéterminée et mettre hors service l'ensemble démarreur/alternateur dans le mode de démarrage lorsque cette vitesse détectée dépasse la vitesse de rotation acceptable prédéterminée.On protège ainsi le fonctionnement d'un ensemble démarreur/alternateur dans le mode de démarrage du moteur.

Description

L'invention se rapporte au domaine des systèmes électriques pour
automobiles. De manière spécifique, l'invention est dirigée vers un procédé de protection d'un ensemble à démarreur/alternateur dans une séquence de démarrage d'un moteur à combustion interne lorsque le moteur à combustion interne n'arrive pas à démarrer, et s'applique également à déterminer quel type de condition
de défaut est présent.
Une tendance récente dans les systèmes électriques pour automobiles concerne la combinaison des éléments constitutifs du démarreur et de l'alternateur/générateur
fonctionnant et agissant précédemment de manière séparée.
Au fur et à mesure que les automobiles deviennent de plus en plus renforcées électroniquement, en termes d'accessoires électroniques et de sophistication des systèmes de commande, le besoin s'est fait de plus en plus sentir pour une augmentation de l'énergie électrique à fournir aux divers systèmes. Il en est résulté que l'alternateur est devenu physiquement plus gros et davantage puissant au fur et à mesure qu'ont augmenté les
besoins électriques des automobiles.
En outre, la nécessité d'augmenter l'efficience de fonctionnement des moteurs à combustion interne exige un démarreur puissant et actionné fréquemment de manière à reprendre le fonctionnement du moteur à combustion interne sur de courts cycles de demande. De même, alors que ces tendances distinctes ont pris place, un troisième élément toujours présent dans la conception des automobiles concerne l'efficience d'implantation en termes d'espace sous capot. Au fur et à mesure que ces tendances ont progressé, une stratégie communément proposée a consisté à combiner le démarreur et l'alternateur/générateur en un seul élément sous capot. ce sujet, la fonction démarreur de l'ensemble démarreur/alternateur doit être très puissante vis-à-vis du moteur à combustion interne en cours de démarrage étant donné que le moteur à combustion interne doit atteindre un fonctionnement auto-entretenu dans un intervalle de temps de 0,5 à 1 seconde à partir de la mise en route du démarreur. Cette circonstance de conception d'une fonction démarreur relativement puissante vis-à-vis du moteur à combustion interne peut conduire à des résultats qui sont potentiellement indésirables. Par exemple, dans le cas o le moteur à combustion interne n'arrive pas à démarrer de lui-même une fois que le démarreur s'est mis en prise pour démarrer le moteur à combustion interne, le démarreur peut tourner dans un état de vitesse excessive et tomber lui-même en panne en raison de la chaleur produite dans les enroulements du démarreur du fait de l'état de vitesse excessive. En outre, d'autres éléments constitutifs du système de l'ensemble démarreur/alternateur, à savoir la batterie et le câblage vers le démarreur, les circuits de support et les fusibles, peuvent être utilisés au-delà de leur capacité de conception si l'état d'absence de démarrage du moteur à combustion interne n'est pas détecté ni diagnostiqué et, qu'à la place de cela, on laisse cet
état persister au-delà d'un seuil prédéterminé.
La présente invention est dirigée vers la résolution d'au moins un des problèmes potentiels associés à la tendance vers une combinaison des fonctions de démarreur et de générateur/alternateur et au fonctionnement de moteurs à combustion interne à courts cycles de demande. De manière spécifique, la présente invention propose un procédé de détection et de diagnostic d'un état de non démarrage o une séquence de démarrage d'un moteur à combustion interne est amorcée et o le moteur à combustion interne n'arrive pas à fonctionner d'une manière auto-entretenue. L'état de non démarrage peut être détecté directement à partir d'un capteur de rotation et/ou de position monté sur l'ensemble démarreur/alternateur ou, en variante, cet état peut être détecté à partir d'un autre accessoire entraîné par le moteur à combustion interne équipé de manière analogue d'un capteur de rotation et/ou de vitesse ou encore, de manière davantage préférée, directement à partir du capteur de position d'un vilebrequin ou d'un arbre à cames placé sur le moteur à combustion interne lui-même. Si un accessoire entraîné par le moteur est en cours de vérification, un tel accessoire peut comprendre, mais sans être limité à ceux10 ci, le ventilateur de refroidissement entraîné par le moteur, la pompe à eau, le compresseur ou une pompe de
direction assistée.
L'invention concerne ainsi un procédé pour protéger d'un fonctionnement excessif dans un mode de démarrage un système à ensemble démarreur/alternateur prévu pour amorcer le fonctionnement d'un moteur à combustion interne, comprenant les étapes consistant à: amorcer une séquence de démarrage du moteur à combustion interne, détecter les vitesses de rotation respectives du moteur à combustion interne et dudit ensemble démarreur/alternateur; comparer ces vitesses respectives et déterminer si celles-ci sont les mêmes et, si ce n'est pas le cas, comparer la vitesse détectée avec une vitesse de rotation acceptable prédéterminée; et mettre hors service ledit ensemble démarreur/alternateur dans le mode de démarrage lorsque la vitesse détectée dépasse ladite
vitesse de rotation acceptable prédéterminée.
Conformément à une caractéristique avantageuse de l'invention, le procédé comprend en outre les étapes consistant à: détecter le nombre de séquences de démarrage successif du moteur à combustion interne non suivies de succès afin d'obtenir un premier nombre détecté; comparer ce premier nombre détecté à un nombre acceptable prédéterminé de séquences de démarrage du moteur à combustion interne non suivies de succès; et mettre hors service ledit ensemble démarreur/alternateur dans le mode de démarrage pendant une période de temps prédéterminée lorsque ledit premier nombre détecté dépasse le nombre acceptable prédéterminé de séquences de démarrage du moteur à combustion interne non suivies de succès. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, l'étape de détection de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne est effectuée en utilisant une vitesse de rotation détectée du vilebrequin ou de l'arbre à cames du moteur à combustion interne; ou encore cette étape de détection est effectuée en utilisant une vitesse de rotation détectée d'un
accessoire entraîné par le moteur à combustion interne.
Selon une première variante de réalisation de l'invention, celle-ci concerne un procédé pour protéger d'un fonctionnement excessif dans le mode de démarrage un système à ensemble démarreur/alternateur prévu pour amorcer le fonctionnement d'un moteur à combustion interne, comprenant les étapes consistant à: amorcer une séquence de démarrage du moteur à combustion interne; détecter les vitesses de rotation respectives du moteur à combustion interne et de l'ensemble démarreur/alternateur; comparer ces vitesses respectives et déterminer si celles-ci sont les mêmes et, si ce n'est pas le cas, déterminer si la vitesse du moteur à combustion interne ou ledit ensemble démarreur/alternateur tourne plus vite, si ladite vitesse du moteur à combustion interne est plus rapide, déterminer si la vitesse de l'ensemble démarreur/ alternateur est nulle et, lorsque cette vitesse est nulle, mettre hors service l'ensemble démarreur/alternateur dans ledit mode de démarrage et, lorsque la vitesse de l'ensemble démarreur/alternateur est supérieure à zéro, déterminer si le moteur à combustion interne tourne et, si ce n'est pas le cas, mettre hors service ledit ensemble démarreur/alternateur
dans le mode de démarrage.
Selon une seconde variante de réalisation de l'invention, celle-ci concerne un procédé pour protéger d'un fonctionnement excessif dans un mode de démarrage un système à ensemble démarreur/alternateur prévu pour amorcer le fonctionnement d'un moteur à combustion interne, comprenant les étapes consistant à: amorcer une séquence de démarrage du moteur à combustion interne; détecter les vitesses de rotation respectives dudit moteur à combustion interne et dudit ensemble démarreur/alternateur; comparer ces vitesses respectives et déterminer si celles-ci sont les mêmes et, si ce n'est pas le cas, déterminer si la vitesse du moteur à combustion interne ou ledit ensemble démarreur/alternateur tourne plus vite, si ladite vitesse de l'ensemble démarreur/alternateur est plus rapide, déterminer si ladite vitesse du moteur à combustion interne est nulle et, lorsque celle-ci est nulle, mettre hors service ledit ensemble démarreur/alternateur dans le mode de démarrage et, lorsque ladite vitesse du moteur à combustion interne est supérieure à zéro, notifier un organe de commande système d'un défaut concernant l'ensemble démarreur/alternateur et le moteur à combustion interne, déterminer si le moteur à combustion interne tourne et, si ce n'est pas le cas, continuer ledit ensemble démarreur/alternateur dans le mode de démarrage jusqu'à ce que soit produit un nombre prédéterminé de tours du moteur à combustion interne ou jusqu'à ce qu'ait été effectué un nombre prédéterminé de séquences de démarrage du moteur à combustion interne et, ensuite, mettre hors service ledit ensemble
démarreur/alternateur dans le mode de démarrage.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails, avantages de celle-ci
apparaîtront plus clairement au cours de la description
qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemples illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: la figure 1 est un schéma synoptique d'un mode de réalisation des capteurs et du matériel informatique qui sont nécessaires pour mettre en oeuvre la présente invention, la figure 2 montre un organigramme d'obtention de décisions pour le procédé utilisé par l'organe de commande système afin de déterminer les conditions de
vitesse excessive d'un ensemble démarreur/alternateur.
La présente invention est dirigée vers un procédé de commande d'un ensemble démarreur/alternateur 10 dans une installation de moteur à combustion interne et est dirigée de manière spécifique vers une mise hors service de la fonction démarreur et vers le diagnostic d'un défaut lorsqu'a été détectée une absence de démarrage du système à ensemble démarreur/alternateur. L'ensemble démarreur/alternateur 10 peut être sous forme intégrée, c'est-à-dire en combinaison avec le volant ou l'équilibreur monté sur le vilebrequin, ou sous une forme séparée du type entraîné/entraînant à courroies, chaînes ou engrenages. Dans toutes ces configurations, l'ensemble est utilisé pour démarrer le moteur à combustion interne conformément à une instruction prédéterminée, c'est-àdire une demande d'un opérateur ou de la charge d'un accessoire, et il est utilisé pour fournir de l'énergie électrique en vue soit d'une consommation immédiate soit d'un stockage, c'est-à-dire la charge d'une batterie. L'ensemble démarreur/alternateur 10 est directement couplé pour tourner avec le moteur 12. Le moteur est équipé de divers capteurs pour déterminer la vitesse de rotation, la température, la position du vilebrequin, la position de l'arbre à cames, etc, et il fournit ces informations à un organe de commande système 16. L'organe de commande système 16 reçoit et transmet de même des informations de fonctionnement vers et à partir de l'inverseur démarreur/alternateur qui comprend un organe de commande associé pour choisir de manière sélective soit la fonction démarreur, soit la fonction alternateur pour l'ensemble démarreur/alternateur 10. Une batterie 20 fait également partie du système pour fournir de l'énergie électrique afin d'activer l'ensemble démarreur/alternateur lorsqu'est choisie la fonction démarreur. Le moteur 12 est également équipé de divers accessoires 14 entraînés par le moteur, tels que, par exemple, un ventilateur de refroidissement, un compresseur, une pompe de direction assistée, une pompe à eau, une pompe des gaz d'échappement, un arbre à cames, etc. De manière à protéger le système à ensemble démarreur/alternateur pendant le processus de mode de démarrage, l'organe de commande 18 de l'ensemble démarreur/alternateur contrôlera la vitesse du moteur à combustion interne et la vitesse de l'ensemble démarreur/alternateur. des intervalles de temps prédéterminés (par exemple lom sec), l'organe de commande de l'ensemble démarreur/alternateur comparera les vitesses relatives de l'ensemble démarreur/alternateur et du moteur à combustion interne. Si la vitesse de l'ensemble démarreur/alternateur et celle du moteur à combustion interne sont les mêmes (en tenant compte, par exemple, des rapports d'engrenage des poulies et/ou des systèmes d'entraînement,...), alors le système est en cours de fonctionnement normal et le fonctionnement autoentretenu du moteur à combustion interne devrait être imminent. Si, cependant, la même vitesse détectée est trop rapide, c'est-à-dire au-delà d'un seuil de fonctionnement auto-entretenu du moteur à combustion interne (par exemple, 400 tpm), ou si plus d'un nombre déterminé de tours du moteur à combustion interne s'est produit, alors l'ensemble démarreur/alternateur cesserait de fonctionner dans le mode de démarrage et notifierait à
l'opérateur du véhicule la détection d'un défaut.
Autrement, si la vitesse de l'ensemble démarreur/alternateur est supérieure à la vitesse du moteur à combustion interne, et si la vitesse du moteur à combustion interne est supérieure à zéro, alors la liaison mécanique entre l'ensemble démarreur/alternateur et le moteur à combustion interne ne fonctionne pas bien. Dans le cas o un tel état persiste au-delà d'un seuil prédéterminé o l'ensemble démarreur/alternateur continue dans le mode de démarrage, l'organe de commande système est notifié du défaut. Si l'état ne se corrige pas de lui-même dans un nombre acceptable de tours du moteur, par exemple si une courroie mouillée et qui glisse ne sèche pas, l'ensemble démarreur/alternateur cesse la mise en route et l'organe de commande système est notifié de l'état d'un défaut particulier. Autrement, si la vitesse de l'ensemble démarreur/alternateur est supérieure à zéro et que la vitesse du moteur à combustion interne est nulle, alors la liaison mécanique entre l'ensemble démarreur/alternateur et le moteur à combustion interne ne fonctionne pas bien. Dans ce cas, l'ensemble démarreur/alternateur cesserait la mise en route et notifierait l'organe de commande système de l'état du
défaut particulier.
Autrement, si la vitesse de l'ensemble démarreur/alternateur est nulle, l'ensemble démarreur/alternateur soit est en panne, soit le moteur à combustion interne a une charge excessive ou est lui-même en panne. Dans cet état, l'ensemble démarreur/alternateur cesserait la tentative de mise en route et notifierait l'organe de commande système de
l'état du défaut particulier.
La figure 2 montre un schéma synoptique de la séquence logique de l'organe de commande système 16 en utilisant le procédé de la présente invention. Une séquence de démarrage est amorcée pour une quelconque raison prédéterminée, par exemple charge de la batterie, fonctionnement des accessoires, accélération du véhicule,... L'ensemble démarreur/alternateur est mis dans le mode de démarrage. La vitesse du moteur est alors vérifiée en vérifiant un quelconque élément constitutif entraîné par le moteur et équipé de capteurs de vitesse de rotation (en tenant compte par exemple des différences de vitesse entre le moteur et l'ensemble démarreur/alternateur du fait des rapports de poulies, des rapports des engrenages d'entraînement,...) ou en vérifiant le capteur de position du vilebrequin ou de l'arbre à cames sur le moteur à combustion interne luimême. Une comparaison est alors effectuée entre les vitesses détectées du moteur à combustion interne et de l'ensemble démarreur/alternateur. Si les vitesses relatives du moteur à combustion interne et de l'ensemble démarreur/alternateur sont les mêmes mais plus lentes que nécessaires pour démarrer le moteur à combustion interne, l'ensemble démarreur/alternateur peut continuer son cycle de démarrage du moteur à combustion interne. Si la vitesse détectée est supérieure, c'est- à-dire qu'est détecté un état de vitesse excessive, alors l'ensemble démarreur/alternateur est mis hors service et l'indication d'un défaut est envoyée à l'organe de commande système. En outre, si un nombre prédéterminé de cycles s'est produit et que le fonctionnement du moteur à combustion interne n'est pas détecté, quel que soit le défaut, l'ensemble démarreur/alternateur est mis hors service dans le mode de démarrage pendant une période de temps prédéterminée. Dans ce mode de réalisation, l'organe de commande système 16 comprendrait en outre un compteur et un comparateur pour compter des cycles de modes de démarrage successifs. Lors d'un échec de mise en route du moteur à combustion interne, à la suite d'un nombre présélectionné de séquences de démarrage, l'ensemble démarreur/alternateur 10 serait mis hors service pendant une période de temps suffisante pour protéger le système d'une chaleur destructrice et redonner à la batterie 20 sa capacité de démarrage. Un autre mode de réalisation comprendrait un compteur du nombre total d'échecs de démarrage et de mises hors service successives de sorte que l'ensemble démarreur/alternateur 10 pourrait être empêché d'amorcer une séquence de démarrage jusqu'à ce qu'ait été effectuée
une réparation du moteur à combustion interne 12.
Le procédé ci-dessus améliorera les performances et la fiabilité générale du système à ensemble démarreur/alternateur en contrôlant et en limitant une utilisation dépassant de manière excessive la capacité de conception du système. Conformément au procédé, le système à ensemble démarreur/alternateur est préservé d'un fonctionnement excessif destructeur. Les limitations et les paramètres spécifiques du procédé selon la présente invention, pour ce qui est considéré comme un état de défaut du système de moteur à combustion interne à ensemble démarreur/alternateur, à savoir nombre de cycles excessifs du mode de démarrage, ainsi que la période de temps pour un refroidissement suffisant du système dépendent des critères de conception du système à ensemble démarreur/alternateur. Il en est, par exemple, des dimensions relatives, de la configuration des cylindres, et du rapport de compression du moteur à combustion interne, de ses dimensions, de ses exigences d'ampérage, ainsi que de la capacité de l'ensemble démarreur/alternateur, des durée et fréquence relatives du cycle de demande sur le moteur à combustion interne, de la dimension de la batterie et de la capacité de démarrage, du câblage et des fusibles du système et, de même, des critères opérationnels attendus de démarrage en tenant compte des conditions ambiantes (c'est-à-dire s'il fait chaud ou froid, si l'air est humide ou sec, quelle est la pression ou la densité de l'air, etc). Si les conditions ambiantes sont relativement plus froides, des cycles de démarrage plus longs avant la mise hors service peuvent être nécessaires alors que dans des conditions plus chaudes, avec moins de possibilités pour se protéger de la chaleur, il est possible d'utiliser des cycles de démarrage plus courts. Quels que soient les paramètres de conception, cependant, le procédé appliqué suivrait les étapes nécessaires de détection et de comparaison conformes aux critères prédéterminés spécifiés pour le
système à ensemble démarreur/alternateur utilisé.
L'invention n'est cependant pas limitée au mode de réalisation représenté et décrit en détails car diverses modifications peuvent être apportées sans sortir de son
cadre.

Claims (6)

REVENDICATIONS
1. Procédé pour protéger d'un fonctionnement excessif dans un mode de démarrage un système à ensemble démarreur/alternateur prévu pour amorcer le fonctionnement d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: amorcer une séquence de démarrage du moteur à combustion interne; détecter les vitesses de rotation respectives du moteur à combustion interne et dudit ensemble démarreur/alternateur; comparer ces vitesses respectives et déterminer si celles-ci sont les mêmes et, si ce n'est pas le cas, comparer la vitesse détectée avec une vitesse de rotation acceptable prédéterminée; et mettre hors service ledit ensemble démarreur/alternateur dans le mode de démarrage lorsque la vitesse détectée dépasse ladite vitesse de rotation
acceptable prédéterminée.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes consistant à: détecter le nombre de séquences de démarrage successif du moteur à combustion interne non suivies de
succès afin d'obtenir un premier nombre détecté.
comparer ce premier nombre détecté à un nombre prédéterminé acceptable de séquences de démarrage du moteur à combustion interne non suivies de succès; et mettre hors service ledit ensemble démarreur/alternateur dans le mode démarrage pendant une période de temps prédéterminée lorsque ledit premier nombre détecté dépasse ledit nombre acceptable prédéterminé de séquences de démarrage de moteur à
combustion interne non suivies de succès.
3. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de détection de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne est effectuée en utilisant une vitesse de rotation détectée du vilebrequin ou de l'arbre à cames du moteur à combustion interne.
4. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de détection de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne est effectuée en utilisant une vitesse de rotation détectée d'un
accessoire entraîné par le moteur à combustion interne.
5. Un procédé pour protéger d'un fonctionnement excessif dans un mode de démarrage un système à ensemble démarreur/alternateur prévu pour amorcer le fonctionnement d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: amorcer une séquence de démarrage du moteur à combustion interne; détecter les vitesses de rotation respectives du moteur à combustion interne et de l'ensemble démarreur/alternateur; comparer ces vitesses respectives et déterminer si celles-ci sont les mêmes et, si ce n'est pas le cas, déterminer si la vitesse du moteur à combustion interne ou ledit ensemble démarreur/alternateur tourne plus vite, si ladite vitesse du moteur à combustion interne est plus rapide, déterminer si la vitesse de l'ensemble démarreur/alternateur est nulle et, lorsque cette vitesse est nulle, mettre hors service l'ensemble démarreur/alternateur dans ledit mode de démarrage et, lorsque la vitesse de l'ensemble démarreur/alternateur est supérieure à zéro, déterminer si le moteur à combustion interne tourne et, si ce n'est pas le cas, mettre hors service ledit
ensemble démarreur/alternateur dans le mode de démarrage.
6. Procédé pour protéger d'un fonctionnement excessif dans un mode de démarrage un système à ensemble démarreur/alternateur prévu pour amorcer le fonctionnement du moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: amorcer une séquence de démarrage du moteur à combustion interne; détecter les vitesses de rotation respectives dudit moteur à combustion interne et dudit ensemble démarreur/alternateur; comparer ces vitesses respectives et déterminer si celles-ci sont les mêmes et, si ce n'est pas le cas, déterminer si la vitesse du moteur à combustion interne ou ledit ensemble démarreur/alternateur tourne plus vite, si ladite vitesse de l'ensemble démarreur/alternateur est plus rapide, déterminer si ladite vitesse du moteur à combustion interne est nulle et, lorsque celle-ci est nulle, mettre hors service ledit ensemble démarreur/alternateur dans le mode de démarrage et, lorsque ladite vitesse du moteur à combustion interne est supérieure à zéro, notifier un organe de commande système d'un défaut concernant l'ensemble démarreur/alternateur et le moteur à combustion interne, déterminer si le moteur à combustion interne tourne et, si ce n'est pas le cas, continuer ledit ensemble démarreur/alternateur dans le mode de démarrage jusqu'à ce que soit produit un nombre prédéterminé de tours du moteur à combustion interne ou jusqu'à ce qu'ait été effectué un nombre prédéterminé de séquences de démarrage du moteur à combustion interne et, ensuite, mettre hors service ledit ensemble
démarreur/alternateur dans le mode de démarrage.
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