SYSTEME ET PROCEDE DE DEMARRAGE D'UN MOTEUR THERMIQUE [0001 La présente invention concerne un système et un procédé de démarrage d'un moteur thermique, notamment par grands froids. [0002] De façon classique, le démarrage des moteurs thermiques est effectué à l'aide d'un démarreur alimenté en courant électrique par une batterie, habituellement de 12 Volts pour les moteurs des véhicules automobiles. Lorsque la température ambiante est basse, le démarrage des moteurs thermiques est souvent difficile, long ou même impossible. Ceci est dû au fait, d'une part, que la puissance délivrée par la batterie diminue avec la température de la batterie et, d'autre part, à l'augmentation des frottements internes dans le moteur, lesquels sont plus importants lorsque la température du moteur est basse car la viscosité de l'huile de lubrification du moteur est plus faible. Dans les pays où l'hiver est rigoureux, les batteries des véhicules disposent souvent de moyens de chauffage, par exemple des résistances chauffantes qui peuvent être alimentées en courant électrique par le réseau électrique extérieur aux véhicules. [0003] La figure 1 représente le schéma électrique du système classique de démarrage d'un moteur thermique. Une batterie 10 est connectée électriquement à un démarreur 11, lequel n'est autre qu'un moteur électrique dont l'arbre de sortie entraîne en rotation le volant du vilebrequin (non représenté) du moteur. La batterie 10 est relié au réseau de bord 12 du véhicule afin d'alimenter des consommateurs électriques (non représentés), tels que les essuie-glaces, les phares, etc. [0004] Certains véhicules comportent, en plus de la batterie, un organe de stockage d'énergie électrique supplémentaire. C'est le cas par exemple des véhicules hybrides et des véhicules comportant des moyens de récupération d'énergie (au cours de la décélération du véhicule par exemple). 2 The present invention relates to a system and a method for starting a heat engine, particularly in very cold conditions. BACKGROUND OF THE INVENTION [0002] Conventionally, the starting of the heat engines is carried out using a starter powered by a battery, usually 12 volts for motors of motor vehicles. When the ambient temperature is low, the starting of the combustion engines is often difficult, long or even impossible. This is because, on the one hand, the power delivered by the battery decreases with the temperature of the battery and, on the other hand, the increase in internal friction in the engine, which are greater when the temperature engine is low because the viscosity of the engine lubricating oil is lower. In countries where the winter is harsh, vehicle batteries often have heating means, for example heating resistors that can be supplied with electricity by the electrical network outside the vehicles. Figure 1 shows the circuit diagram of the conventional starting system of a heat engine. A battery 10 is electrically connected to a starter 11, which is none other than an electric motor whose output shaft rotates the flywheel of the crankshaft (not shown) of the engine. The battery 10 is connected to the vehicle's on-board network 12 in order to power electrical consumers (not shown), such as wipers, headlights, etc. Some vehicles comprise, in addition to the battery, an additional electrical energy storage member. This is the case for example hybrid vehicles and vehicles with energy recovery means (during the deceleration of the vehicle for example). 2
[0005] La présente invention propose une solution pour permettre un démarrage plus facile des moteurs thermiques, notamment par grands froids. [0006] De façon plus précise, l'invention concerne un système de démarrage d'un moteur thermique comprenant un démarreur et une première source d'énergie électrique pouvant fournir de l'énergie électrique au démarreur. Selon l'invention, le système comporte une deuxième source d'énergie électrique et, pour le démarrage du moteur, des moyens pour connecter en parallèle la première et la deuxième source d'énergie électrique. [0007] Lesdits moyens peuvent être constitués principalement par un interrupteur lorsque les tensions électriques de la première et de la deuxième source d'énergie électrique sont sensiblement identiques ou par un convertisseur DC/DC lorsque les tensions électriques de la première et de la deuxième source d'énergie électrique sont sensiblement différentes. [0008] La deuxième source d'énergie électrique peut être une batterie ou un supercondensateur. [0009] La première source d'énergie électrique peut être une batterie. [0010] L'invention concerne également un procédé de démarrage d'un moteur thermique à l'aide d'un démarreur, selon lequel de l'énergie électrique provenant d'une première source d'énergie électrique est fournie au démarreur. Selon ce procédé, une deuxième source d'énergie électrique est connectée en parallèle avec la première source d'énergie électrique pendant le temps du démarrage du moteur thermique. [0011] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés et sur lesquels : 3 The present invention provides a solution to allow easier startup of thermal engines, especially in very cold weather. More specifically, the invention relates to a starting system of a heat engine comprising a starter and a first source of electrical energy that can provide electrical energy to the starter. According to the invention, the system comprises a second source of electrical energy and, for starting the motor, means for connecting in parallel the first and the second source of electrical energy. [0007] Said means may consist mainly of a switch when the electrical voltages of the first and second sources of electrical energy are substantially identical or by a DC / DC converter when the electrical voltages of the first and second sources electrical energy are substantially different. The second source of electrical energy may be a battery or a supercapacitor. The first source of electrical energy can be a battery. The invention also relates to a starting method of a heat engine using a starter, according to which electrical energy from a first source of electrical energy is supplied to the starter. According to this method, a second source of electrical energy is connected in parallel with the first source of electrical energy during the starting time of the engine. Other advantages and features of the invention will become apparent from the following description of several embodiments of the invention, given by way of non-limiting examples, with reference to the accompanying drawings and in which:
• la figure 1 (art antérieur) montre le schéma d'un système classique de démarrage d'un moteur thermique ; • la figure 2 illustre une forme de réalisation générale du système selon l'invention, et • la figure 3 illustre un mode particulier de réalisation de l'invention. [0012] Selon l'invention, le démarrage d'un moteur thermique est grandement facilité par l'utilisation d'une deuxième source d'énergie électrique. Pendant la phase de démarrage du moteur thermique, la deuxième source d'énergie est connectée en parallèle avec la première source d'énergie électrique (qui peut être une batterie, généralement de 12 Volts) alimentant le démarreur. La connexion en parallèle de la deuxième source d'énergie électrique peut être commandée par exemple par la clé ou le bouton de contact utilisé par le conducteur pour commander le démarrage du moteur ou par le déverrouillage des portes actionné de l'extérieur du véhicule. Le démarreur est alors actionné pendant la période de démarrage par l'énergie électrique apportée par la première et la deuxième source d'énergie électrique. [0013] Sur la figure 2 qui représente un mode de réalisation général de l'invention, un démarreur 20 est relié électriquement d'une part à la terre 21 et d'autre part à une première source d'énergie électrique 22, par exemple une batterie de 12 Volts, utilisé classiquement pour le démarrage des moteurs thermiques et pour l'alimentation en courant électrique du réseau de bord 23, lequel est connecté à des consommateurs électriques (non représentés). Une deuxième source d'énergie électrique 24 est connectée d'une part à la terre 21 et d'autre part à des moyens de connexion 25 de la deuxième source d'énergie 24 avec la première source d'énergie électrique 22. La connexion est une connexion en parallèle, les deux pôles de même signe 26 et 27 respectivement de la deuxième source 24 et de la première source d'énergie 22 étant reliés entre eux par les moyens de connexion 25. 4 • Figure 1 (prior art) shows the diagram of a conventional starting system of a heat engine; FIG. 2 illustrates a general embodiment of the system according to the invention, and FIG. 3 illustrates a particular embodiment of the invention. According to the invention, starting a heat engine is greatly facilitated by the use of a second source of electrical energy. During the starting phase of the heat engine, the second energy source is connected in parallel with the first source of electrical energy (which may be a battery, usually 12 volts) supplying the starter. The parallel connection of the second source of electrical energy can be controlled for example by the key or the contact button used by the driver to control the starting of the engine or by unlocking the doors operated from outside the vehicle. The starter is then actuated during the start-up period by the electric energy supplied by the first and the second source of electrical energy. In Figure 2 which shows a general embodiment of the invention, a starter 20 is electrically connected on the one hand to the earth 21 and on the other hand to a first source of electrical energy 22, for example a 12 volt battery, conventionally used for starting the heat engines and for the electrical power supply of the on-board network 23, which is connected to electrical consumers (not shown). A second source of electrical energy 24 is connected on the one hand to earth 21 and on the other hand to connection means 25 of the second energy source 24 with the first source of electrical energy 22. The connection is a parallel connection, the two poles of the same sign 26 and 27 respectively of the second source 24 and the first energy source 22 being interconnected by the connection means 25. 4
Ces derniers peuvent être commandés pour établir la connexion, avant le démarrage du moteur, par un signal de réveil du véhicule, par exemple par le déverrouillage des portes de l'extérieur du véhicule ou par une position ou l'introduction de la clé ou carte de contact. La flèche 28 indique le sens de circulation du courant électrique au moment du démarrage du moteur. Les courants électriques en provenance de la deuxième source d'énergie 24 et de la première source d'énergie électrique 22 s'additionnent au point de jonction 29. Les moyens de connexion 25 peuvent être constitués par un interrupteur lorsque les tensions électriques de la première source d'énergie 22 et de la deuxième source d'énergie 24 sont sensiblement identiques. [0014] La figure 3 représente un mode de réalisation particulier dans lequel la première source d'énergie (22 sur la figure 2) est une batterie 30, la deuxième source (24 sur la figure 2) est un organe de stockage d'énergie électrique tel qu'un supercondensateur 31 et les moyens de connexion (25 sur la figure 2) sont constitués par un convertisseur DC/DC 32. Un démarreur 33 peut être alimenté pendant la phase de démarrage du moteur thermique par l'énergie électrique provenant à la fois de la batterie 30 et du supercondensateur 31. II est avantageux d'utiliser un supercondensateur car cette catégorie d'organe de stockage d'énergie électrique est connue pour posséder des performances électriques à froid meilleures que les batteries (batteries au plomb par exemple). La tension électrique de charge d'un supercondensateur peut être supérieure aux 12 Volts d'une batterie classique. En conséquence, pour pouvoir connecter en parallèle la batterie 30 avec le supercondensateur 31, il est nécessaire de baisser la tension électrique fournie par le supercondensateur 31 à un niveau proche de la tension de la batterie 30 (généralement 12 V) : c'est le rôle du convertisseur DC/DC 32. Si le convertisseur DC/DC 32 est uniquement abaisseur de tension (par exemple, génération d'une tension de 14 V à sa sortie 34 du coté de la batterie 30 de 12V, avec une tension à l'entrée 35 supérieure à 15V), ce fonctionnement n'est possible que lorsque le supercondensateur 31 est chargé à une tension initiale supérieure à 15V. Dans le cas contraire, la batterie 30 doit à elle seule assurer le démarrage. Si la tension électrique de charge du supercondensateur est nominalement inférieure aux 12 Volts de la batterie classique, le convertisseur DC/DC doit alors élever la tension à un niveau proche de la tension de la batterie 30. 5 [0015] Pendant la phase de démarrage du moteur thermique à l'aide du démarreur 33 relié à la batterie 22, le convertisseur DC/DC 32 est piloté de manière à apporter au démarreur une puissance électrique complémentaire à celle fournie par la batterie 30. L'énergie est alors puisée dans le supercondensateur. Le transfert d'énergie est symbolisé par la flèche 36. These can be controlled to establish the connection, before starting the engine, by a wake up signal of the vehicle, for example by unlocking the doors from outside the vehicle or by a position or the introduction of the key or card of contact. The arrow 28 indicates the flow direction of the electric current at the start of the engine. The electric currents coming from the second energy source 24 and the first source of electrical energy 22 add up at the junction point 29. The connection means 25 may be constituted by a switch when the electrical voltages of the first energy source 22 and the second energy source 24 are substantially identical. FIG. 3 shows a particular embodiment in which the first power source (22 in FIG. 2) is a battery 30, the second source (24 in FIG. 2) is an energy storage device. electrical device such as a supercapacitor 31 and the connection means (25 in Figure 2) are constituted by a DC / DC converter 32. A starter 33 can be powered during the starting phase of the engine by the electrical energy from both the battery 30 and the supercapacitor 31. It is advantageous to use a supercapacitor because this category of electrical energy storage member is known to have better cold electrical performance than batteries (eg lead acid batteries) ). The charge voltage of a supercapacitor may be greater than the 12 volts of a conventional battery. Consequently, in order to be able to connect the battery 30 in parallel with the supercapacitor 31, it is necessary to lower the electric voltage supplied by the supercapacitor 31 to a level close to the voltage of the battery 30 (generally 12 V): this is the role of the DC / DC converter 32. If the DC / DC converter 32 is only a voltage step-down (for example, generation of a voltage of 14 V at its output 34 on the side of the battery 30 of 12V, with a voltage of input 35 greater than 15V), this operation is only possible when the supercapacitor 31 is loaded at an initial voltage greater than 15V. Otherwise, the battery 30 alone must ensure startup. If the charge voltage of the supercapacitor is nominally less than 12 volts of the conventional battery, the DC / DC converter must then raise the voltage to a level close to the voltage of the battery 30. During the start-up phase the thermal engine using the starter 33 connected to the battery 22, the DC / DC converter 32 is controlled so as to provide the starter electrical power complementary to that provided by the battery 30. The energy is then drawn into the supercapacitor. The transfer of energy is symbolized by the arrow 36.
Comme dans le cas général de la figure 2, le convertisseur DC/DC est piloté pour devenir passant (i.e. établir la connexion en parallèle entre la batterie et le supercondensateur) avant la phase de démarrage du moteur thermique. Cette connexion peut être effectuée par exemple par un signal de commande caractéristique du réveil du véhicule, par exemple déclenché par le signal de déverrouillage des portières ou par l'introduction ou la rotation de la clé de contact au tableau de bord. [0016] Lorsque la température extérieure n'est pas très basse, le supplément d'énergie fournie par la deuxième source d'énergie peut n'être commandé que pour le premier démarrage journalier du moteur thermique ou, après le premier démarrage, lorsque la température du moteur est inférieure à un seul prédéterminé ou lorsque le temps d'arrêt du moteur dépasse un temps prédéterminé (qui peut être fonction de la température extérieure). [0017] La présente invention permet d'améliorer les démarrages à froid, en réduisant les temps de démarrage ou même en permettant les démarrages par températures très froides (par exemple -30°C). Des essais réalisés avec le mode de réalisation de la figure 3 et un convertisseur DC/DC de 1,5 kW ont abouti à des temps de démarrage divisés par deux à -25°C sur un moteur Diesel de deux litres de cylindrée. 6 As in the general case of FIG. 2, the DC / DC converter is controlled to turn on (i.e. establish the parallel connection between the battery and the supercapacitor) before the starting phase of the heat engine. This connection can be made for example by a control signal characteristic of the vehicle alarm clock, for example triggered by the door unlocking signal or by the introduction or rotation of the ignition key to the dashboard. When the outside temperature is not very low, the extra energy supplied by the second energy source can be controlled only for the first daily start of the engine or, after the first start, when the motor temperature is less than a single predetermined or when the motor stopping time exceeds a predetermined time (which may be a function of the outside temperature). The present invention improves cold starts, reducing starting times or even allowing starting at very cold temperatures (for example -30 ° C). Tests carried out with the embodiment of FIG. 3 and a 1.5 kW DC / DC converter have resulted in start times halved at -25 ° C. on a two-liter diesel engine. 6
[0018] D'autres modes de réalisation que ceux décrits et représentés peuvent être conçus par l'homme du métier sans sortir du cadre de la présente invention. Other embodiments than those described and shown may be designed by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.