FR2988138A1 - Dispositif de controle d'un systeme de fourniture de puissance a moteur thermique a trois cylindres, pour mouvoir un vehicule a tres bas regime - Google Patents

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Abstract

Dispositif de contrôle (D) équipant un système destiné à mouvoir un véhicule (V) comprenant un moteur thermique (MT), muni de trois cylindres (CY) associés à des soupapes (SP) et d'un vilebrequin (VB) solidaire d'un arbre moteur (AM) couplé, via un embrayage (EM), à une boîte de vitesses (BV) propre à entraîner des roues du véhicule (V), et un alterno-démarreur (AD) couplé en permanence à l'arbre moteur (AM). Ce dispositif (D) comprend des moyens de contrôle (MC) agencés, lorsque le moteur thermique (MT) est dans une phase dans laquelle il fonctionne à très bas régime tout en étant accouplé à la boîte de vitesses (BV), pour contraindre, d'une part, le moteur thermique (MT) à effectuer des compressions selon une périodicité inhabituelle choisie, et, d'autre part, l'alterno-démarreur (AD) à utiliser de l'énergie électrique stockée pour faire tourner l'arbre moteur (AM) afin de provoquer l'entraînement des roues via la boîte de vitesses (BV).

Description

98813 8 1 DISPOSITIF DE CONTRÔLE D'UN SYSTÈME DE FOURNITURE DE PUISSANCE À MOTEUR THERMIQUE À TROIS CYLINDRES, POUR MOUVOIR UN VÉHICULE À TRÈS BAS RÉGIME L'invention concerne certains véhicules comprenant un système de fourniture de puissance (ou groupe motopropulseur) muni d'un moteur thermique mais pas de moteur électrique de traction, et plus précisément la mise en mouvement de tels véhicules. Les réserves de carburants fossiles, utilisés par les moteurs thermiques des véhicules, étant limitées, et ces moteurs thermiques contribuant à la pollution de la planète, il s'avère particulièrement important de diminuer toujours plus la consommation des moteurs thermiques. Plusieurs solutions ont été proposées à cet effet. Ainsi, il a été proposé d'améliorer les rendements des moteurs thermiques, de récupérer une partie de l'énergie produite lors des phases de freinage sous forme d'énergie électrique, réutilisable ultérieurement notamment pour augmenter la puissance du moteur thermique, d'utiliser un système de contrôle d'arrêt et de redémarrage automatique (ou « stop and start »), d'optimiser le fonctionnement de l'installation de chauffage et/ou climatisation, ou d'utiliser pendant les phases de roulage l'alterno-démarreur qui est couplé à l'arbre moteur pour produire et stocker de l'énergie électrique afin d'alimenter des équipements électriques embarqués. D'autres solutions, notamment dans les documents brevet US 2005/257967 et EP 1232897, proposent d'utiliser le moteur électrique d'une chaîne de traction électrique, pour mettre en mouvement le véhicule lors des phases de démarrage et de roulage à très faible vitesse, et ainsi éviter que le moteur thermique ne consomme inutilement du carburant. Cependant, ce type de solution s'applique lorsque le moteur électrique peut être déconnecté du moteur thermique, mais pas lorsque celui-ci est solidaire du moteur thermique, qui doit donc être entrainé à très bas régime (typiquement à des régimes inférieurs au régime de ralenti). En effet, dans ce cas, lorsque l'on lance le moteur thermique à un régime très bas (typiquement inférieur ou égal au régime de ralenti) afin d'assurer le décollage du véhicule sans utiliser l'embrayage, qui reste donc fermé, il existe un important acyclisme du moteur thermique qui excite les différentes résonances du système de fourniture de puissance (suspension et ligne d'arbres de transmission), ce qui induit des vibrations dont le niveau d'énergie s'avère très difficilement supportable par les passagers d'un véhicule. Il est rappelé, d'une part, que l'énergie des vibrations dépend du nombre de cylindres et de leur agencement, et, d'autre part, que l'acyclisme, qui est lié aux compressions, induit des fluctuations de couple qui excitent certains modes vibratoires. L'invention a donc pour but de réduire la consommation de carburant la de certains véhicules de type classique lors des phases de démarrage et de roulage à très faible vitesse. Elle propose notamment à cet effet un dispositif de contrôle propre à faire partie d'un système destiné à mouvoir un véhicule et comprenant un moteur thermique, muni de trois cylindres associés à des soupapes et d'un 15 vilebrequin solidaire d'un arbre moteur couplé, via un embrayage, à une boîte de vitesses propre à entraîner des roues du véhicule, et un alterno-démarreur couplé en permanence à l'arbre moteur. Ce dispositif se caractérise par le fait qu'il comprend des moyens de contrôle agencés, lorsque le moteur thermique est dans une phase dans 20 laquelle il fonctionne à très bas régime tout en étant accouplé à la boîte de vitesses, pour contraindre, d'une part, ce moteur thermique à effectuer des compressions selon une périodicité inhabituelle choisie, et, d'autre part, l'alterno-démarreur à utiliser de l'énergie électrique stockée pour faire tourner l'arbre moteur afin de provoquer l'entraînement des roues via la boîte de 25 vitesses. On comprendra que la périodicité inhabituelle est choisie de manière à éliminer certaines harmoniques des vibrations qui sont induites par le moteur thermique à trois cylindres lorsqu'il fonctionne à très bas régime alors même qu'il est accouplé à la boîte de vitesses, ce qui permet de mettre en 30 mouvement le véhicule lors des phases de démarrage et de roulage à très faible vitesse en convertissant en énergie mécanique de l'énergie électrique stockée au moyen de l'alterno-démarreur. Le dispositif de contrôle selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : la périodicité choisie peut être égale à un tour du moteur thermique ; le très bas régime est compris entre un régime nul et le régime de ralenti. ; - ses moyens de contrôle peuvent être agencés pour empêcher le fonctionnement des soupapes durant des instants particuliers ; - ses moyens de contrôle peuvent être agencés pour empêcher le fonctionnement des soupapes lorsque la quantité de gaz résiduel en amont des soupapes est inférieure à un seuil choisi ; - ses moyens de contrôle peuvent être agencés, lorsque la quantité de gaz résiduel est supérieure au seuil choisi, pour déclencher le fonctionnement temporaire des soupapes jusqu'à ce que la quantité de gaz résiduel soit strictement inférieure au seuil choisi. L'invention propose également un calculateur de supervision, d'une part, destiné à faire partie d'un système de fourniture de puissance propre à mouvoir un véhicule et comprenant un moteur thermique, muni de trois cylindres associés à des soupapes et d'un vilebrequin solidaire d'un arbre moteur couplé, via un embrayage, à une boîte de vitesses propre à entraîner des roues du véhicule, et un alterno-démarreur couplé en permanence à l'arbre moteur, et, d'autre part, comprenant un dispositif de contrôle du type de celui présenté ci-avant. L'invention propose également un système de fourniture de puissance propre à mouvoir un véhicule, et comprenant, d'une première part, un moteur thermique, muni de trois cylindres associés à des soupapes et d'un vilebrequin solidaire d'un arbre moteur couplé, via un embrayage, à une boîte de vitesses propre à entraîner des roues du véhicule, d'une deuxième part, un alterno-démarreur couplé en permanence à l'arbre moteur, et, d'une troisième part, un calculateur de supervision du type de celui présenté ci-avant. L'invention propose également un véhicule, éventuellement de type automobile, comprenant un système de fourniture de puissance du type de celui présenté ci-avant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et du dessin annexé, sur lequel l'unique figure illustre schématiquement et fonctionnellement un véhicule comprenant un système de fourniture de puissance équipé d'un exemple de réalisation d'un dispositif de contrôle selon l'invention.
Le dessin annexé pourra non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. L'invention a notamment pour but de proposer un dispositif de contrôle D destiné à faire partie d'un système de fourniture de puissance d'un véhicule V de type classique (ou traditionnel - c'est-à-dire ni de type hybride, 1 o ni de type tout électrique). Dans ce qui suit, on considère, à titre d'exemple non limitatif, que le véhicule V est de type automobile. Il s'agit, par exemple, d'une voiture. Mais l'invention n'est pas limitée à ce type de véhicule. Elle concerne en effet tout type de véhicule V comprenant un moteur thermique MT muni de trois 15 cylindres CY associés à des soupapes SP. Ainsi, l'invention concerne également, et notamment, les véhicules utilitaires, les engins de chantier, les engins de voirie, les cars (ou bus) et les camions. On a schématiquement représenté sur l'unique figure un véhicule V comprenant un exemple de réalisation non limitatif d'un système de fourniture 20 de puissance comprenant au moins un moteur thermique MT, un alterno- démarreur AD et un dispositif de contrôle D selon l'invention. Le moteur thermique MT est de préférence de type essence, mais il pourrait également être de type diesel. Il est muni de trois cylindres CY, qui sont respectivement associés à des soupapes SP, et d'un vilebrequin VB qui 25 est solidaire des pistons (des cylindres CY) et d'un arbre moteur AM qui est couplé, via un embrayage EM, à une boîte de vitesses BV propre à entraîner des roues du véhicule V. Il est rappelé que l'extrémité de l'arbre moteur AM, qui est opposée au vilebrequin VB, est équipée fixement d'un volant moteur VM qui est destiné 30 à assurer son accouplement à l'arbre primaire de la boîte de vitesses BV via l'embrayage EM. L'alterno-démarreur AD comprend une roue (non représentée) qui est couplée en permanence à l'arbre moteur AM (et donc au vilebrequin VB) via une courroie ou une chaîne CA. Il peut entraîner cette roue en rotation, en consommant de l'énergie électrique stockée dans une batterie rechargeable BA, afin d'entraîner la courroie (ou chaîne) CA, par exemple lors d'un démarrage du moteur thermique MT ou pendant une phase d'assistance du moteur thermique MT. Sa roue peut également être entraînée en rotation par la courroie (ou chaîne) CA lorsque le moteur thermique MT « tourne », notamment dans le but de produire de l'énergie électrique qui peut être soit utilisée directement pour alimenter certains équipements électriques embarqués dans le véhicule V, soit stockée dans la batterie BA en vue d'être utilisée ultérieurement. Par ailleurs, il est par exemple installé sur la façade accessoire du moteur thermique MT. Mais on peut envisager d'autres lieux d'implantation. Le véhicule V comprend également un calculateur de supervision (ou de coordination) CS chargé d'assurer une supervision centralisée du fonctionnement de nombreux organes, et en particulier du moteur thermique MT, de l'embrayage EM et de l'alterno-démarreur AD, ainsi qu'éventuellement de la boîte de vitesses BV. Ce calculateur de supervision CS fait par exemple partie du système de fourniture de puissance. Mais cela n'est pas obligatoire. Le dispositif de contrôle D, selon l'invention, comprend au moins des moyens de contrôle MC chargés d'intervenir lorsque le moteur thermique MT est dans une phase dans laquelle il fonctionne à très bas régime tout en étant accouplé à la boîte de vitesses BV. De préférence, le très bas régime est compris entre un régime nul et le régime de ralenti, c'est-à-dire égal à ce dernier ou bien inférieur à ce dernier, par exemple suffisante pour faire rouler le véhicule V à très faible vitesse. On notera que dans l'exemple de réalisation non limitatif illustré sur l'unique figure le dispositif de contrôle D fait partie du calculateur de supervision CS. Mais cela n'est pas obligatoire. Par conséquent, le dispositif de contrôle D, et en particulier ses moyens de contrôle MC, peu(ven)t être réalisé(s) sous la forme de modules logiciels (ou informatiques). Mais il pourrait également être réalisé sous la forme d'une combinaison de circuits électroniques et de modules logiciels.
Les moyens de contrôle MC sont agencés, lorsque la condition précitée est remplie, pour contraindre, d'une part, le moteur thermique MT à effectuer des compressions selon une périodicité inhabituelle choisie, et, d'autre part, l'alterno-démarreur AD à utiliser de l'énergie électrique stockée dans la batterie BA pour faire tourner l'arbre moteur AM afin de provoquer l'entraînement des roues via la boîte de vitesses BV. On notera que les moyens de contrôle MC peuvent être avantageusement avertis par le calculateur de supervision CS du fait que le moteur thermique MT fonctionne à très bas régime et est accouplé à la boîte l a de vitesses BV. Le moteur thermique MT (à trois cylindres CY) effectue donc des compressions selon une périodicité inhabituelle choisie, c'est-à-dire différente de la périodicité normale, qui permet très avantageusement d'éliminer certaines harmoniques des vibrations qu'il induit lorsqu'il fonctionne à très bas 15 régime tout en étant accouplé à la boîte de vitesses BV. Par conséquent, il devient possible de mettre en mouvement le véhicule lors des phases de démarrage et de roulage à très faible vitesse en convertissant simplement en énergie mécanique (d'entraînement de l'arbre moteur AM) de l'énergie électrique stockée dans la batterie BA, au moyen de l'alterno-démarreur AD. 20 On notera que cela nécessite que l'alterno-démarreur AD soit capable d'absorber des courants de forte intensité (c'est-à-dire permettant de fournir un couple de plusieurs dizaines de newtons. mètre). En d'autres termes, cette invention permet, en quelque sorte, de convertir un véhicule à trois cylindres de type classique en un véhicule 25 partiellement de type hybride, alors même qu'il ne possède pas de moteur électrique spécifiquement dédié à la traction. De préférence, la périodicité choisie des compressions du moteur thermique MT est choisie sensiblement égale à un tour de ce dernier (MT), au lieu des deux tours habituels en fonctionnement normal. Avec une telle 30 périodicité choisie, il est en effet possible de supprimer des vibrations induites les harmoniques principales qui sont les plus gênantes, et en particulier celle dite H1,5. Les harmoniques résiduelles restantes, comme par exemple celles dites H3 et H6, demeurent mais à des niveaux d'énergie très bas et donc non gênants. On notera que l'invention ne s'applique pas aux moteurs thermiques comportant quatre cylindres car les vibrations qu'ils induisent contiennent des harmoniques principales dites H2, H4 et multiples que l'on ne peut pas supprimer suffisamment grâce à l'invention, et donc qui constituent toujours une gêne pour les passagers du véhicule. La contrainte imposée au moteur thermique MT par les moyens de contrôle MC peut résulter d'un empêchement de fonctionnement des soupapes SP durant des instants particuliers. On entend ici par « empêcher de fonctionner » le fait de les empêcher de bouger. Par exemple, chaque fois que les moyens de contrôle MC veulent imposer la contrainte précitée, ils peuvent adresser une instruction au calculateur de supervision CS pour qu'il empêche temporairement les soupapes SP de fonctionner (c'est-à-dire de bouger).
Cet empêchement induit une désactivation des cylindres CY qui les empêche d'être dans un état dit « à feu » alors même qu'ils sont entraînés, et donc permet non seulement de limiter les pertes par pompage, mais également de réduire notablement l'acyclisme et d'éviter qu'ils ne consomment inutilement du carburant.
Par exemple, les moyens de contrôle MC peuvent être agencés pour décider d'empêcher le fonctionnement des soupapes SP lorsqu'une quantité de gaz résiduel en amont des soupapes SP est inférieure à un seuil choisi. Dans ce cas, les moyens de contrôle MC peuvent être également et préférentiellement agencés, lorsque la quantité de gaz résiduel est devenue supérieure au seuil choisi, pour déclencher le fonctionnement temporaire des soupapes SP jusqu'à ce que la quantité de gaz résiduel soit redevenue strictement inférieure au seuil choisi. Ainsi, en contrôlant l'ouverture des soupapes SP pendant de très courts intervalles, les moyens de contrôle MC peuvent contrôler assez précisément la quantité de gaz résiduel dans les cylindres CY, et donc contrôler précisément la périodicité des compressions du moteur thermique MT. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation de dispositif de contrôle, de calculateur de supervision, de système de fourniture de puissance et de véhicule décrits ci-avant, seulement à titre d'exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif de contrôle (D) pour un système destiné à mouvoir un véhicule (V) et comprenant un moteur thermique (MT), muni de trois cylindres (CY) associés à des soupapes (SP) et d'un vilebrequin (VB) solidaire d'un arbre moteur (AM) couplé, via un embrayage (EM), à une boîte de vitesses (BV) propre à entraîner des roues dudit véhicule (V), et un alterno-démarreur (AD) couplé en permanence audit arbre moteur (AM), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de contrôle (MC) agencés, lorsque ledit moteur thermique (MT) est dans une phase dans laquelle il fonctionne à très bas régime tout en étant accouplé à ladite boîte de vitesses (BV), pour contraindre, d'une part, ledit moteur thermique (MT) à effectuer des compressions selon une périodicité inhabituelle choisie, et, d'autre part, ledit alterno-démarreur (AD) à utiliser de l'énergie électrique stockée pour faire tourner ledit arbre moteur (AM) afin de provoquer l'entraînement desdites roues via ladite boîte de vitesses (BV).
  2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite périodicité choisie est égale à un tour dudit moteur thermique (MT).
  3. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit très bas régime est compris entre un régime nul et le régime de ralenti.
  4. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de contrôle (MC) sont agencés pour empêcher le fonctionnement desdites soupapes (SP) durant des instants particuliers.
  5. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de contrôle (MC) sont agencés pour empêcher le fonctionnement desdites soupapes (SP) lorsqu'une quantité de gaz résiduel en amont desdites soupapes (SP) est inférieure à un seuil choisi.
  6. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de contrôle (MC) sont agencés, lorsque ladite quantité de gaz résiduel est supérieure audit seuil choisi, pour déclencher le fonctionnement temporaire desdites soupapes (SP) jusqu'à ce que ladite quantité de gazrésiduel soit strictement inférieure audit seuil choisi.
  7. 7. Calculateur de supervision (CS) pour un système de fourniture de puissance propre à mouvoir un véhicule (V) et comprenant un moteur thermique (MT), muni de trois cylindres (CY) associés à des soupapes (SP) et d'un vilebrequin (VB) solidaire d'un arbre moteur (AM) couplé, via un embrayage (EM), à une boîte de vitesses (BV) propre à entraîner des roues dudit véhicule (V), et un alterno-démarreur (AD) couplé en permanence audit arbre moteur (AM), caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de contrôle (D) selon l'une des revendications précédentes.
  8. 8. Système de fourniture de puissance pour mouvoir un véhicule (V), ledit système comprenant un moteur thermique (MT), muni de trois cylindres (CY) associés à des soupapes (SP) et d'un vilebrequin (VB) solidaire d'un arbre moteur (AM) couplé, via un embrayage (EM), à une boîte de vitesses (BV) propre à entraîner des roues dudit véhicule (V), et un alterno-démarreur (AD) couplé en permanence audit arbre moteur (AM), caractérisé en ce qu'il comprend un calculateur de supervision (CS) selon la revendication 7.
  9. 9. Véhicule (V), caractérisé en ce qu'il comprend un système de fourniture de puissance selon la revendication 8.
  10. 10. Véhicule selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il est de type 20 automobile.
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