WO2012107657A2 - Methode de determination du regime d'un demarreur d'un moteur thermique - Google Patents

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WO2012107657A2
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Fabrice Grisi
Christophe Blind
Julien Allard
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Peugeot Citroen Automobiles Sa
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    • F02N2200/04—Parameters used for control of starting apparatus said parameters being related to the starter motor
    • F02N2200/043—Starter voltage

Definitions

  • the present invention relates to determining the starting speed of a heat engine.
  • speed of the starter means the speed of rotation of its rotor.
  • a starter comprises a pinion linked to the rotor by a freewheel, the pinion being intended to mesh with the teeth of the crown of the flywheel of the engine
  • the engine is only restarted when it is at a complete stop. There is no problem to engage the starter pinion.
  • Another solution is to determine the starter speed and engine speed and engage the starter gear when these speeds are equal. If the engine speed is commonly measured in the usual vehicles, it is not the same for the starting mode. One could of course add a sensor to measure the starting mode. However this solution is relatively expensive to builders, given the large number of vehicles manufactured.
  • the present invention provides a method of determining starter speed without the aid of an additional sensor.
  • the invention relates to a method for determining the speed of a starter of a heat engine, the starter comprising a pinion intended to be meshed with the crown of the flywheel of said motor and can be rotated at the same time. using an electric motor.
  • the starter comprising a pinion intended to be meshed with the crown of the flywheel of said motor and can be rotated at the same time. using an electric motor.
  • the electric motor of the starter is energized, then the power supply is cut off, the starting mode then being in free fall,
  • the armature voltage U of the starter is measured during the free fall phase
  • the speed of the starter is determined according to the measured value of said armature voltage.
  • the starting speed and the armature voltage U can be linked by the formula:
  • said constant K can be determined by:
  • FIG. 1 shows a comparison between the measured starter speed and the starter speed determined according to the present invention.
  • the attached figure may not only serve to complete the invention, but also contribute to its definition, if any.
  • the method according to the invention makes it possible to determine the speed of the starter of a heat engine. For example, by comparing this starter speed to the engine speed, it is possible or not to allow the engagement of the starter gear with the flywheel ring gear.
  • the armature voltage U of the starter is the image of the starter speed in "free fall" This is what is justified by the following demonstration:
  • the electromotive force of the starter E is correlated with the starter regime according to a relationship of the type:
  • the electromotive force E is related to the armature voltage U, by the following relation:
  • the armature voltage U can then be written in the form:
  • the armature voltage U is thus the image of the starter regime in free fall after activation of the starter.
  • the starting speed can thus be determined, provided that the value of the constant K is known.
  • the latter can be obtained by favoring an area where the pinion is engaged with the flywheel ring and where the engine compression is important: in this case, in fact, it avoids the disturbance related to the freewheel starter gear and the speed starter is then equivalent to the engine speed.
  • the measurement of the engine speed (which is constantly done on current vehicles) thus makes it possible to know the value of the constant K.
  • Figure 1 is an experimental verification of the above theory which indicates that the armature voltage U, is the image of the free-fall starter regime.
  • the curve 10 (in dotted lines) represents the starting speed rpm as a function of time t (in ms), the starting speed being determined from the measurement of the armature voltage U , and the curve 1 1 (in dashed lines) represents the measured starter speed (actual speed) using a sensor.
  • the electric motor of the starter is powered from time t 0 to time t- ⁇ , then the power supply is cut, the starter then operating in free fall (so from time t- ⁇ ).
  • the starting speed can therefore be simply determined, starting from the armature voltage Ui, by supplying the starter and then cutting off the power supply. then measuring the armature voltage when the starter operates in free fall, in the time zone starting at time ti.
  • the invention is particularly applicable to heat engines equipped with a system for stopping and restarting the engine automatically.
  • the starter may advantageously be of the type allowing a separation of the engagement phase of the pinion with the crown of the flywheel and the driving phase of the pinion by the electric motor of the starter.

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Abstract

L'invention concerne une méthode de détermination du régime d'un démarreur d'un moteur thermique, le démarreur comprenant un pignon destiné à être engrené avec la couronne du volant moteur du moteur et pouvant être mis en rotation à l'aide d'un moteur électrique. Selon l'invention: - le moteur électrique du démarreur est alimenté, puis l'alimentation est coupée, le régime démarreur étant alors en chute libre, - la tension d'induit U, du démarreur est mesurée pendant la phase de chute libre, et - le régime du démarreur est déterminé en fonction de la valeur mesurée de ladite tension d'induit.

Description

METHODE DE DETERMINATION DU REGIME D'UN DEMARREUR D'UN MOTEUR THERMIQUE
La présente invention revendique la priorité de la demande française 1 151 1 13 déposée le 1 1 février 201 1 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
La présente invention concerne la détermination du régime du démarreur d'un moteur thermique. Par régime du démarreur, on entend la vitesse de rotation de son rotor.
Un démarreur comporte un pignon lié au rotor par une roue libre, le pignon étant destiné à s'engrener avec les dents de la couronne du volant moteur du moteur thermique Pour pouvoir engager le pignon du démarreur dans la couronne du volant moteur il est nécessaire que les vitesses linéaires des dents du pignon et des dents de la couronne soient identiques. Pour les moteurs classiques, on ne redémarre le moteur que lorsqu'il est à l'arrêt complet. Il n'y a donc pas de difficulté pour engager le pignon démarreur. Cependant, pour diverses applications, il peut être nécessaire de redémarrer le moteur thermique lorsqu'il n'est pas complètement arrêté. Ce besoin se rencontre par exemple pour les moteurs thermiques munis d'un système d'arrêt et de redémarrage automatique du moteur. En effet, lorsque le moteur est en cours d'arrêt (donc non complètement à l'arrêt) et si le conducteur souhaite redémarrer, il faudrait attendre que le moteur soit complètement arrêté, ce qui implique un temps souvent trop long pour pouvoir remettre en marche le moteur.
Une solution pour éviter cet inconvénient consiste à redémarrer le moteur thermique à l'aide d'un alternateur réversible. Cependant cette solution est relativement onéreuse.
Une autre solution consiste à déterminer le régime du démarreur et le régime du moteur et d'engager le pignon démarreur lorsque ces régimes sont égaux. Si le régime moteur est couramment mesuré dans les véhicules habituels, il n'en est pas de même du régime démarreur. On pourrait bien entendu ajouter un capteur pour mesurer le régime démarreur. Cependant cette solution revient relativement chère aux constructeurs, vu le grand nombre de véhicules fabriqués.
La présente invention fournit une méthode de détermination du régime démarreur sans l'aide d'un capteur supplémentaire.
De façon plus précise, l'invention concerne une méthode de détermination du régime d'un démarreur d'un moteur thermique, le démarreur comprenant un pignon destiné à être engrené avec la couronne du volant moteur dudit moteur et pouvant être mis en rotation à l'aide d'un moteur électrique. Selon l'invention:
- le moteur électrique du démarreur est alimenté, puis l'alimentation est coupée, le régime démarreur étant alors en chute libre,
- la tension d'induit U, du démarreur est mesurée pendant la phase de chute libre, et
- le régime du démarreur est déterminé en fonction de la valeur mesurée de ladite tension d'induit.
Le régime démarreur et la tension d'induit U, peuvent être liés par la formule:
Ui = K* 2TT* régime démarreur/60
dans laquelle K est une constante
Avantageusement, ladite constante K peut être déterminée en :
- supprimant l'alimentation dudit moteur électrique de sorte que le démarreur fonctionne en chute libre,
- en mesurant le régime moteur lorsque ledit pignon est engagé dans ladite couronne et lorsque la compression moteur est importante, et
- en mesurant ladite tension d'induit U,.
Ladite constante K peut être déterminée par la relation :
K= 60 U, / (2TT* régime moteur)
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en référence à la figure 1 qui montre une comparaison entre le régime démarreur mesuré et le régime démarreur déterminé selon la présente invention. La figure annexée pourra non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.
La méthode selon l'invention permet de déterminer le régime du démarreur d'un moteur thermique. Par exemple, en comparant ce régime démarreur au régime moteur, on peut autoriser ou non l'engagement du pignon du démarreur avec la couronne du volant moteur.
Selon l'invention, la tension d'induit U, du démarreur est l'image du régime démarreur en "chute libre" C'est ce qui est justifié par la démonstration suivante: La force électromotrice du démarreur E est corrélée avec le régime démarreur selon une relation du type:
E = Κ*Ω
- K étant une constante, et
- Ω la vitesse angulaire (en rad/s) du rotor du moteur électrique du démarreur.
La force électromotrice E est liée à la tension d'induit U, par la relation suivante:
E = Ui + Ri*li dans laquelle R, est la résistance d'induit et le courant d'induit. En cessant d'alimenter le moteur électrique du démarreur, celui-ci fonctionne "en chute libre" c'est-à-dire que le démarreur continue à tourner sur sa lancée (par inertie) et le régime démarreur décroit. Dans ce cas, le courant d'induit li est très faible et on peut négliger le terme R *N devant U,. On obtient alors la relation : E = Ui
La tension d'induit U, peut alors s'écrire sous la forme:
Ui = Κ*Ω ou Ui = K* 2π* régime démarreur/60
La tension d'induit U, est donc l'image du régime démarreur en chute libre après activation du démarreur. En mesurant la tension d'induit U, on peut ainsi déterminer le régime démarreur, à condition de connaître la valeur de la constante K.
Cette dernière peut être obtenue en privilégiant une zone où le pignon est engagé avec la couronne du volant moteur et où la compression moteur est importante: dans ce cas, en effet, on évite la perturbation liée à la roue libre du pignon démarreur et le régime démarreur est alors équivalent au régime moteur. En cessant d'alimenter le moteur électrique du démarreur (pour être en mode de fonctionnement "chute libre") pour que le terme R *N soit négligeable devant la tension d'induit, on obtient:
K = 60*11, / (2-rr*régime moteur)
La mesure du régime moteur (ce qui est réalisée en permanence sur les véhicules actuels) permet donc de connaître la valeur de la constante K.
La figure 1 est une vérification expérimentale de la théorie ci-dessus qui indique que la tension d'induit U, est l'image du régime démarreur en chute libre. Sur cette figure, la courbe 10 (en pointillés) représente le régime démarreur rpm en fonction du temps t (en ms), le régime démarreur étant déterminé à partir de la mesure de la tension d'induit U,, et la courbe 1 1 (en traits et pointillés) représente le régime démarreur mesuré (régime réel) à l'aide d'un capteur. Le moteur électrique du démarreur est alimenté à partir du temps t0 jusqu'au temps t-ι, puis l'alimentation électrique est coupée, le démarreur fonctionnant alors en chute libre (donc à partir du temps t-ι). On remarque que tant que le démarreur est activé ou alimenté, c'est-à-dire de t0 à t-i , le régime estimé du démarreur (courbe 10) n'est pas égal au régime réel (courbe 1 1 ), mais qu'à partir du temps ti , le régime estimé est égal au régime réel, les deux courbes 10 et 1 1 étant pratiquement superposables. Le régime démarreur peut donc être simplement déterminé, à partir de la tension d'induit Ui, en alimentant le démarreur puis en coupant l'alimentation et en mesurant alors la tension d'induit lorsque le démarreur fonctionne en chute libre, dans la zone de temps commençant au temps t-i .
Si l'on souhaite engager le pignon du démarreur dans la couronne du volant moteur, et connaissant le régime moteur (en le mesurant avec un capteur) et le régime démarreur (par la mesure de la tension d'induit II,), on peut comparer les valeurs des deux régimes et lorsqu'ils sont égaux, on peut alors engager le pignon démarreur avec la couronne du volant moteur.
L'invention s'applique tout particulièrement aux moteurs thermiques munis d'un système d'arrêt et de redémarrage automatique du moteur. Le démarreur peut avantageusement être du type permettant une séparation de la phase d'engagement du pignon avec la couronne du volant moteur et de la phase d'entraînement du pignon par le moteur électrique du démarreur.
D'autres modes de mise en œuvre de l'invention que celui décrit et représenté peuvent être conçus par l'homme du métier sans sortir du cadre de la présente invention.

Claims

REVENDICATIONS
Méthode de détermination du régime d'un démarreur d'un moteur thermique, le démarreur comprenant un pignon destiné à être engrené avec la couronne du volant moteur dudit moteur et pouvant être mis en rotation à l'aide d'un moteur électrique, ladite méthode étant caractérisée en ce que:
- le moteur électrique du démarreur est alimenté, puis l'alimentation est coupée, le régime démarreur étant alors en chute libre,
- la tension d'induit U, du démarreur est mesurée pendant la phase de chute libre, et
- le régime du démarreur est déterminé en fonction de la valeur mesurée de ladite tension d'induit.
Méthode selon la revendication 1 caractérisée en ce que le régime démarreur et la tension d'induit U, sont liés par la formule:
Uj = K* 2TT* régime démarreur/60
dans laquelle K est une constante
Méthode selon la revendication 2 caractérisée en ce que ladite constante K est déterminée en:
- supprimant l'alimentation dudit moteur électrique de sorte que le démarreur fonctionne en chute libre,
- en mesurant le régime moteur lorsque ledit pignon est engagé dans ladite couronne et lorsque la compression moteur est importante, et
- en mesurant ladite tension d'induit II,.
Méthode selon la revendication 3 caractérisée en ce que ladite constante K est déterminée par la relation:
K= 60 IV (2TT* régime moteur).
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