WO2008110716A1 - Procede et systeme de demarrage du moteur thermique d ' un vehicule automobile hybride - Google Patents

Procede et systeme de demarrage du moteur thermique d ' un vehicule automobile hybride Download PDF

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WO2008110716A1
WO2008110716A1 PCT/FR2008/050146 FR2008050146W WO2008110716A1 WO 2008110716 A1 WO2008110716 A1 WO 2008110716A1 FR 2008050146 W FR2008050146 W FR 2008050146W WO 2008110716 A1 WO2008110716 A1 WO 2008110716A1
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Stéphane Beddok
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Peugeot Citroën Automobiles SA
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Definitions

  • the present invention relates to a method of starting the engine of a hybrid motor vehicle.
  • the invention finds an advantageous application in the field of hybrid motor vehicles, and, more particularly, in that of starting the engine of such vehicles.
  • Vehicles equipped with the functionality known as the English term "Stop and Start” are also equipped with a heat engine, which can be restarted automatically by means of an electric machine constituted by a reversible alternator, or alternator-starter.
  • the application of a reversible alternator to the "Stop and Start” operating mode consists of causing the engine to stop completely when the vehicle is itself stopped and then restarting the engine as a result of a driver action interpreted as a restart request.
  • a typical "Stop and Start” situation is that of stopping at a red light.
  • the vehicle is started, as for a traditional vehicle, by means of the starter and the battery, while restarting the engine, it uses the reversible alternator powered by the battery.
  • the engine is started by the electric machine powered by the battery, the electric machine also operating as an electric motor for the vehicle.
  • the torque to be applied to the engine to obtain a start, or restart, of quality depends, on the one hand, the torque developed by the electric machine and on the other hand of parameters external as the temperature of the engine, the position of the crankshaft.
  • the torque developed by the electrical machine is highly dependent on the battery voltage, the battery temperature and the temperature of the electric machine.
  • the main factor remains the voltage of the battery, with the advantage that this voltage varies very little with the state of charge of the battery, so that, whatever its state of charge, at least within certain limits, the battery is still able to provide the electrical machine with sufficient voltage to start or restart the engine.
  • supercapacitors capable of delivering DC voltages of 30 V for example, higher than the voltage of 12 V supplied on average by the batteries.
  • the charge of the supercapacitors is adjusted from the alternator or a DC / DC converter.
  • the torque developed by the thermal machine mainly depends on the voltage supplied by the energy source, here the supercapacitor.
  • the starting performance of the heat engine is itself influenced by the torque of the electric machine. It has been found that the time to reach a given speed when starting a heat engine is much faster with a high voltage.
  • the voltage of the power source is the first influencing factors on the quality of starting and restarting of heat engines.
  • the voltage varies little with the state of charge, while with a supercapacitor, the voltage is very dependent on its state of charge.
  • the corresponding voltage decrease for a supercapacitor module may exceed 30%. %.
  • an object of the invention is to provide a method of starting the engine of a hybrid motor vehicle by an electric machine powered by at least one supercapacitor, which would obtain a quality engine start despite the difficulties presented by supercapacitors and the influence of external parameters on the torque to be supplied by the electric machine.
  • said method comprises a step of adjusting the minimum voltage to be supplied to the electric machine by said supercapacitor, as a function of at least one parameter defining the starting torque. to be applied to the engine by the electric machine.
  • said parameter is selected from the following list: temperature of the electric machine, supercapacitor temperature, engine temperature, angular position of the crankshaft of the engine, external pressure, performance of the organs.
  • the invention also relates to a starting system of the heat engine of a hybrid motor vehicle, comprising an electric machine, at least one supercapacitor for supplying said electric machine and a charge adjustment circuit of said supercapacitor, remarkable in that said system comprises at least one sensor for measuring at least one parameter defining the starting torque to be applied to the heat engine by the electric machine, and a processing module connected to said measurement sensor and able to control said circuit adjusting the charge of the supercapacitor so as to adjust the minimum voltage to be supplied to the electric machine according to the measurement of said parameter.
  • Figure 1 is a diagram of a starting system of a heat engine of a hybrid vehicle according to the invention.
  • FIG. 2 is a graph showing the variations of the minimum starting voltage Udem as a function of the temperature T ° mel of the electric machine.
  • FIG. 3 is a graph showing the variations of the minimum starting voltage Udem as a function of the temperature T ° ucap of the supercapacitor.
  • FIG. 4 is a graph representing the variations of the minimum starting voltage Udem as a function of the temperature T ° mth of the heat engine.
  • FIG. 5 is a graph showing the variations of the minimum starting voltage Udem as a function of the angular stopping position ⁇ ° vilo of the crankshaft of the heat engine.
  • FIG. 6 is a graph representing the variations of the minimum starting voltage Udem as a function of the external pressure Pext.
  • Figure 1 a starting system of the engine, not shown, of a hybrid motor vehicle by an electric machine 10 powered by a module 1 1 of supercapacitors.
  • a DC / DC converter adjusts the charge of the module 1 1 of supercapacitors from the battery 21 of the vehicle.
  • the converter 20 is controlled by a module 30 adapted to process the data from a set of sensors 41, 42, 43, 44, 45 for measuring a plurality of parameters defining the starting torque that the electric machine 10 must apply to the engine for a quality start.
  • the processing module 30 takes into account the information provided by the different sensors 41, 42, 43, 44, 45 and controls the converter 20 accordingly to adjust the minimum voltage Udem start that the module 1 1 supercapacitors must provide to the electric machine 10.
  • Figures 2 to 6 show how different external parameters can be taken into account by the system of Figure 1.
  • FIG. 2 shows that the minimum voltage Udem must be increased if the temperature T ° mel of the electric machine 10 increases. Indeed, increasing the temperature of an alternator increases its internal resistance and decrease its starting torque. The increase in Udem voltage compensates for this phenomenon and guarantees a quality start. As indicated in FIG. 3, the minimum voltage Udem must be increased if the temperature T ° ucap of the supercapacitors of the module 11 decreases. This is due to the fact that the drop in the temperature of the supercapacitors increases their internal resistances and contributes to lowering the starting torque. The increase in voltage also compensates for this phenomenon and guarantees a quality start.
  • a decrease of the minimum voltage Udem must accompany an increase in temperature T ° mth of the engine.
  • the increase in engine temperature has the effect of reducing its friction and thus facilitates starting.
  • FIG. 5 shows that the minimum voltage Udem must be modified according to the angular stopping position ⁇ ° vilo of the crankshaft of the heat engine. Depending on the stopping position, the sequencing of the compression and expansion phases of the pistons is done at different levels, the engine resistant torque is thus modified. We will adjust the starting voltage Udem to compensate for this phenomenon and ensure a quality start.
  • the minimum voltage Udem must be changed according to the external pressure Pext, or the engine intake pressure or the vehicle altitude.
  • the decrease of the intake pressure reduces the air mass entering the cylinders (lower density) and increases the pressure rise in the common rail, which causes an increase in the starting time. It is therefore necessary to increase the starting voltage Udem to compensate for this phenomenon and to guarantee a quality start.

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Abstract

Système de démarrage du moteur thermique d'un véhicule automobile hybride, comprenant une machine électrique (10), au moins un supercondensateur (1 1 ) destiné à alimenter ladite machine électrique et un circuit (20) d'ajustement de la charge dudit supercondensateur. Selon l'invention, ledit système comprend au moins un capteur (41, 42, 43, 44, 45) de mesure de la position angulaire d'arrêt du vilebrequin du moteur thermique, et un module (30) de traitement relié audit capteur de mesure et apte à commander ledit circuit (20) de manière à ajuster la tension minimale (Udem) à fournir à la machine électrique en fonction de la mesure de la position angulaire d'arrêt du vilebrequin du moteur thermique.

Description

PROCEDE DE DEMARRAGE DU MOTEUR THERMIQUE D'UN VEHICULE
AUTOMOBILE HYBRIDE
[0001] La présente invention revendique la priorité de la demande française 0753122 déposée le 07/02/2007 dont le contenu (description, revendications et dessins) est incorporé ici par référence.
[0002] La présente invention concerne un procédé de démarrage du moteur thermique d'un véhicule automobile hybride.
[0003] L'invention trouve une application avantageuse dans le domaine des véhicules automobiles hybrides, et, plus spécialement, dans celui du démarrage du moteur thermique de tels véhicules.
[0004] Les véhicules traditionnels à moteur thermique utilisent un simple démarreur alimenté par une batterie pour mettre le moteur thermique en marche. La même opération de démarrage est effectuée à chaque fois que le moteur est arrêté.
[0005] Les véhicules équipés de la fonctionnalité connue sous le terme anglo- saxon de « Stop and Start » sont également équipés d'un moteur thermique, lequel peut être redémarré automatiquement au moyen d'une machine électrique constituée par un alternateur réversible, ou alterno-démarreur. L'application d'un alternateur réversible au mode de fonctionnement « Stop and Start » consiste à provoquer l'arrêt complet du moteur thermique lorsque le véhicule est lui-même à l'arrêt, puis à redémarrer le moteur thermique à la suite d'une action du conducteur interprétée comme une demande de redémarrage. Une situation typique de « Stop and Start » est celle de l'arrêt à un feu rouge.
[0006] Le démarrage du véhicule se fait, comme pour un véhicule traditionnel, au moyen du démarreur et de la batterie, alors qu'au redémarrage du moteur thermique, on utilise l'alternateur réversible alimenté par la batterie. [0007] Enfin, pour les véhicules hybrides, le démarrage du moteur thermique est effectué par la machine électrique alimentée par la batterie, la machine électrique fonctionnant par ailleurs comme moteur électrique pour le véhicule.
[0008] D'une manière générale, on sait que le couple à appliquer au moteur thermique pour obtenir un démarrage, ou rédémarrage, de qualité dépend, d'une part, du couple développé par la machine électrique et d'autre part de paramètres extérieurs comme la température du moteur thermique, la position du vilebrequin.
[0009] Le couple développé par la machine électrique dépend fortement de la tension de la batterie, de la température de la batterie et de la température de la machine électrique. Cependant, le facteur principal reste la tension de la batterie, avec l'avantage que cette tension varie très peu avec l'état de charge de la batterie, de sorte que, quel que soit son état de charge, du moins dans certaines limites, la batterie est toujours en mesure de fournir à la machine électrique une tension suffisante pour démarrer ou redémarrer le moteur thermique.
[0010] Par ailleurs, on utilise de plus en plus dans les véhicules automobiles des sources d'énergie électrique appelées supercondensateurs, capables de délivrer des tensions continues de 30 V par exemple, supérieures à la tension de 12 V fournie en moyenne par les batteries classiques. La charge des supercondensateurs est ajustée à partir de l'alternateur ou d'un convertisseur continu/continu.
[0011] II existe des architectures de véhicules hybrides dans laquelle la machine électrique chargée de démarrer le moteur thermique est alimentée par au moins un supercondensateur.
[0012] Le couple développé par la machine thermique dépend principalement de la tension fournie par la source d'énergie, ici le supercondensateur. De plus, les performances au démarrage du moteur thermique sont elles-mêmes influencées par le couple de la machine électrique. On a pu constater en effet que le temps pour atteindre un régime donné au démarrage d'un moteur thermique est beaucoup plus rapide avec une tension élevée.
[0013] En résumé, la tension de la source d'énergie est le premier des facteurs influents sur la qualité des démarrages et redémarrages des moteurs thermiques. On a vu qu'avec une batterie, la tension varie peu avec l'état de charge, alors qu'avec un supercondensateur, la tension est très dépendante de son état de charge. A titre de comparaison, si pour une batterie une diminution de 50% de l'état de charge n'entraîne qu'une diminution de moins de 10% de sa tension, la diminution de la tension correspondante pour un module de supercondensateurs peut dépasser 30%.
[0014] Aussi, un but de l'invention est de proposer un procédé de démarrage du moteur thermique d'un véhicule automobile hybride par une machine électrique alimentée par au moins un supercondensateur, qui permettrait d'obtenir un démarrage de qualité du moteur malgré les difficultés présentées par les supercondensateurs et l'influence des paramètres extérieurs sur le couple à fournir par la machine électrique.
[0015] Ce but est atteint, selon l'invention, du fait que ledit procédé comprend une étape consistant à ajuster la tension minimale à fournir à la machine électrique par ledit supercondensateur, en fonction d'au moins un paramètre définissant le couple de démarrage à appliquer au moteur thermique par la machine électrique.
[0016] Selon l'invention, ledit paramètre est choisi dans la liste suivante : température de la machine électrique, température du supercondensateur, température du moteur thermique, position angulaire d'arrêt du vilebrequin du moteur thermique, pression extérieure, performances des organes.
[0017] On comprend ainsi que les échecs de démarrage imputables à des conditions extrêmes, comme une température très élevée de la machine électrique, peuvent être évités. Il en résulte par ailleurs que le dimensionnement des différents organes peut être simplifié.
[0018] L'invention concerne également un système de démarrage du moteur thermique d'un véhicule automobile hybride, comprenant une machine électrique, au moins un supercondensateur destiné à alimenter ladite machine électrique et un circuit d'ajustement de la charge dudit supercondensateur, remarquable en ce que ledit système comprend au moins un capteur de mesure d'au moins un paramètre définissant le couple de démarrage à appliquer au moteur thermique par la machine électrique, et un module de traitement relié audit capteur de mesure et apte à commander ledit circuit d'ajustement de la charge du supercondensateur de manière à ajuster la tension minimale à fournir à la machine électrique en fonction de la mesure dudit paramètre.
[0019] La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée.
[0020] La figure 1 est un schéma d'un système de démarrage d'un moteur thermique d'un véhicule hybride, conforme à l'invention.
[0021] La figure 2 est un graphe représentant les variations de la tension minimale Udem de démarrage en fonction de la température T°mel de la machine électrique.
[0022] La figure 3 est un graphe représentant les variations de la tension minimale Udem de démarrage en fonction de la température T°ucap du supercondensateur.
[0023] La figure 4 est un graphe représentant les variations de la tension minimale Udem de démarrage en fonction de la température T°mth du moteur thermique. [0024] La figure 5 est un graphe représentant les variations de la tension minimale Udem de démarrage en fonction de la position angulaire d'arrêt α°vilo du vilebrequin du moteur thermique.
[0025] La figure 6 est un graphe représentant les variations de la tension minimale Udem de démarrage en fonction de la pression extérieure Pext.
[0026] Sur la figure 1 est représenté un système de démarrage du moteur thermique, non représenté, d'un véhicule automobile hybride par une machine électrique 10 alimentée par un module 1 1 de supercondensateurs. Un convertisseur 20 continu/continu ajuste la charge du module 1 1 de supercondensateurs à partir de la batterie 21 du véhicule.
[0027] Comme le montre la figure 1 , le convertisseur 20 est commandé par un module 30 apte à traiter les données provenant d'un ensemble de capteurs 41 , 42, 43, 44, 45 de mesure d'une pluralité de paramètres définissant le couple de démarrage que la machine électrique 10 doit appliquer au moteur thermique pour obtenir un démarrage de qualité.
[0028] A cet effet, le module 30 de traitement prend en compte les informations fournies par les différents capteurs 41 , 42, 43, 44, 45 et commande le convertisseur 20 en conséquence de manière à ajuster la tension minimale Udem de démarrage que le module 1 1 de supercondensateurs doit fournir à la machine électrique 10.
[0029] Les figures 2 à 6 montrent comment différents paramètres extérieurs peuvent être pris en compte par le système de la figure 1.
[0030] La figure 2 montre que la tension minimale Udem doit être augmentée si la température T°mel de la machine électrique 10 augmente. En effet, l'augmentation de la température d'un alternateur fait croître sa résistance interne et diminuer son couple de démarrage. L'augmentation de la tension Udem vient compenser ce phénomène et garantir un démarrage de qualité. [0031] Comme l'indique la figure 3, la tension minimale Udem doit être augmentée si la température T°ucap des supercondensateurs du module 11 diminue. Ceci est dû au fait que la baisse de la température des supercondensateurs fait croître leurs résistances internes et contribue à abaisser le couple de démarrage. L'augmentation de la tension vient également compenser ce phénomène et garantir un démarrage de qualité.
[0032] Conformément à la figure 4, une diminution de la tension minimale Udem doit accompagner une augmentation de la température T°mth du moteur thermique. L'augmentation de la température du moteur a pour effet de diminuer ses frottements et facilite ainsi le démarrage. L'abaissement de la tension Udem permet, tout en garantissant toujours un démarrage de qualité, d'utiliser les supercondensateurs sur une plage de tension plus large et d'augmenter ainsi le gain en consommation.
[0033] La figure 5 montre que la tension minimale Udem doit être modifiée selon la position angulaire d'arrêt α°vilo du vilebrequin du moteur thermique. En fonction de la position d'arrêt, l'enchaînement des phases de compression et de détente des pistons se fait à des niveaux différents, le couple résistant du moteur est ainsi modifié. On ajustera la tension Udem de démarrage pour compenser ce phénomène et garantir un démarrage de qualité.
[0034] Enfin, on peut voir sur la figure 6 que la tension minimale Udem doit être modifiée selon la pression extérieure Pext, ou la pression d'admission du moteur ou l'altitude du véhicule. La diminution de la pression d'admission réduit la masse d'air qui entre dans les cylindres (baisse de la masse volumique) et augmente la montée en pression dans la rampe commune, ce qui provoque un allongement du temps de démarrage. On doit donc augmenter la tension Udem de démarrage pour compenser ce phénomène et garantir un démarrage de qualité. [0035] On notera qu'il est également possible d'ajuster Udem avec le vieillissement des organes et la dégradation de leurs performances en fonction de la durée de vie du véhicule. Les organes étant capables de diagnostiquer leurs propres performances, on augmentera la tension Udem en fonction de la dégradation de ces dernières.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de démarrage du moteur thermique d'un véhicule automobile hybride par une machine électrique (10) alimentée par au moins un supercondensateur (1 1 ), caractérisé en ce que ledit procédé comprend une étape consistant à ajuster la tension minimale (Udem) à fournir à la machine électrique par ledit supercondensateur, en fonction de la position angulaire d'arrêt du vilebrequin du moteur thermique.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la tension minimale est également ajustée en fonction d'au moins un autre paramètre définissant le couple de démarrage à appliquer au moteur thermique par la machine électrique, ledit paramètre choisi dans la liste suivante : température de la machine électrique, température du supercondensateur, température du moteur thermique, pression extérieure, performances des organes.
3. Système de démarrage du moteur thermique d'un véhicule automobile hybride, comprenant une machine électrique (10), au moins un supercondensateur (1 1 ) destiné à alimenter ladite machine électrique et un circuit (20) d'ajustement de la charge dudit supercondensateur, caractérisé en ce que ledit système comprend au moins un capteur (41 , 42, 43, 44, 45) de mesure de la position angulaire d'arrêt du vilebrequin du moteur thermique définissant le couple de démarrage à appliquer au moteur thermique par la machine électrique (10), et un module (30) de traitement relié audit capteur de mesure et apte à commander ledit circuit (20) de manière à ajuster la tension minimale (Udem) à fournir à la machine électrique en fonction de la mesure de la position angulaire d'arrêt du vilebrequin du moteur thermique.
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