Brevet FR2694787A1 — publié le 19940218

PROCEDE DE REGULATION DU REGIME RALENTI D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE. La présente invention concerne un procédé de régulation du régime ralenti d'un moteur à combustion interne équipant notamment un véhicule automobile. Un véhicule automobile équipé d'un moteur à combustion interne à allumage commandé ou à allumage par compression, doit être alimenté en énergie électrique pour pouvoir démarrer à tout moment et disposer d'une quantité suffisante de courant pour faire fonctionner les différents récepteurs électriques du véhicule (allumage, éclairage, ventilateur de refroidissement moteur, etc) Pour ce faire, on équipe classiquement le véhicule d'une batterie d'accumulateurs électro- chimiques, cette batterie étant rechargée en permanence lors du fonctionnement du moteur grâce à une génératrice électrique ou alternateur entraîné par la rotation de l'arbre moteur. Le dimensionnement de l'alternateur est opéré de façon à autoriser la mise en service des différents consommateurs de courants connectés à la batterie et ce dans les conditions de fonctionnement critiques du moteur et notamment au faible régime de rotation du moteur correspondant à un fonctionnement au ralenti du moteur. Classiquement le régime de ralenti d'un moteur à combustion interne du type de ceux équipant les véhicules automobiles correspondant à la position pied levée de la pédale d'accélérateur, évolue peu ou pas dans le temps si ce n'est avec la S température d'eau Ce régime est déterminé pour un type de moteur donné le plus faible possible de façon à répondre aux exigences de consommation et de dépollution imposées par les législations en vigueur. Il en résulte donc la nécessité d'équiper les véhicules automobiles de puissants alternateurs aptes à produire un fort ampérage à la faible vitesse de rotation correspondant aux régimes de 1 S ralenti des moteurs Ce dimensionnement important de l'alternateur présente de nombreux inconvénients: coût, encombrement, poids, etc Le procédé de régulation du régime de rotation du moteur en phase de ralenti permet de supprimer ces différents inconvénients, notamment en permettant l'utilisation d'alternateurs de classe inférieure à ceux traditionnellement utilisés, et ce pour un coût de réalisation quasi nul. Le procédé de régulation du régime de rotation d'un moteur à combustion interne en phase de fonctionnement ralenti selon l'invention, s'applique à un moteur à combustion interne comprenant un capteur de mesure de la valeur de la tension de la batterie de démarrage, un système de contrôle moteur comportant des moyens de calculs et des moyens de stockage des informations et enfin des moyens de réglage du régime ralenti pilotés par ledit système de contrôle moteur. Selon l'invention, le procédé de régulation du régime de rotation d'un moteur se caractérise en ce que le régime de rotation du moteur en phase de fonctionnement ralenti est ajusté en fonction de la valeur de la tension batterie. Grâce au procédé objet de l'invention, l'adaptation du régime de ralenti permet de conserver l'équilibre électrique même avec un alternateur de faibles caractéristiques En effet, lorsque la tension apparaît trop faible notamment à cause de la mise en service d'un puissant consommateur électrique, le régime de rotation ralenti est augmenté Ainsi l'alternateur est à même de produire plus de courant électrique et de compenser la consommation d'électricité Le relèvement du régime de rotation du moteur au ralenti permet alors de soulager la batterie et d'éviter son déchargement qui opéré de manière répétitive provoque sa destruction Le régime de rotation est ramené à sa valeur nominale dès que la tension batterie retrouve sa valeur normale. Selon une autre caractéristique du procédé de régulation du régime de rotation d'un moteur à combustion interne selon l'invention, il comprend les étapes suivantes: (a) mesurer périodiquement la valeur de la tension batterie; (b) calculer à chaque nouvelle valeur de la tension batterie ainsi mesurée, la valeur d'une première grandeur statistique représentative de la moyenne des valeurs de la tension batterie sur un horizon donné de valeurs mesurées; (c) calculer pour chaque valeur ainsi obtenue de ladite première grandeur statistique, l'écart de cette valeur à une valeur de seuil prédéterminée; (d) calculer la valeur d'une seconde grandeur statistique représentative de la moyenne des écarts entre ladite première grandeur statistique et ladite valeur de seuil; (e) associer à chaque valeur de ladite seconde grandeur statistique une valeur correspondante du régime de rotation du moteur; (f) commander les moyens de réglage du régime ralenti de façon à faire coïncider à chaque instant, le régime de rotation ralenti dudit moteur avec ladite valeur de rotation du moteur déduite de la valeur de ladite seconde grandeur statistique. Selon une autre caractéristique du procédé de régulation du régime de rotation selon l'invention, les mesures de la valeur de la tension de batterie et le calcul des différentes valeurs statistiques sont opérées après une période de temporisation. Selon une autre caractéristique du procédé de régulation du régime de rotation selon l'invention, conformément à l'étape (e) les valeurs de régime de rotation du moteur associées sont déduites d'une cartographie spécifique contenue dans le système de contrôle moteur. Selon une autre caractéristique du procédé de régulation du régime de rotation selon l'invention, l'étape (b) est supprimée, ladite première grandeur statistique étant alors directement égale à la tension batterie. Selon une autre caractéristique du procédé de régulation du régime de rotation selon l'invention, l'étape (d) est supprimée, ladite seconde grandeur statistique étant alors directement égale à l'écart entre la première grandeur statistique et la valeur de seuil prédéterminée. On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description donnée ci-après d'un mode de réalisation de l'invention, ce mode de réalisation étant donné à titre d'exemple non limitatif, en se référant au dessin annexé, dans lequel: la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à combustion interne équipé d'un dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'invention; la figure 2 est un schéma fonctionnel précisant les différentes étapes du procédé selon l'invention; la figure 3 est un graphique montrant l'incidence de la tension batterie sur l'évolution du régime de rotation du moteur au ralenti, conformément au procédé selon l'invention. La figure 1 décrit donc un moteur à combustion interne équipé d'un dispositif mettant en oeuvre le procédé de régulation du régime de rotation du moteur pendant les phases de fonctionnement au ralenti Seuls les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention ont été figurés. Le moteur à combustion interne figuré, par exemple du type à quatre temps et à quatre cylindres en ligne, référencé 1, est équipé d'un dispositif d'alimentation en carburant, par exemple du type injection multipoint o chaque cylindre est alimenté en carburant par un électro-injecteur 5 spécifique. L'ouverture de chaque électro-injecteur 5 est commandé par un système de contrôle moteur 7, qui détermine la quantité de carburant injectée suivant les conditions de fonctionnement. Le système de contrôle moteur 7 pilote également le débit des gaz comburant notamment en phase de fonctionnement ralenti par l'intermédiaire d'un actuateur 4 piloté permettant de contrôler l'ouverture du by-pass ralenti. Ce système de contrôle moteur 7 comprend classiquement un calculateur comportant une CPU, une mémoire vive (RAM), une mémoire morte (ROM), des convertisseurs analogiques-numériques (A/D), et différentes interfaces d'entrées et de sorties Il reçoit des signaux d'entrée relatifs au fonctionnement du moteur et des organes périphériques, effectue des opérations et génère des signaux de sortie à destination notamment des injecteurs 5 et des moyens actuateurs 4. Parmi les signaux d'entrée f igure l'information tension batterie, émise par un capteur de mesure 22 disposé sur la ligne de connexion de l'alternateur 12 à la batterie 3. Le moteur 1 entraîne en effet classiquement une génératrice électrique ou alternateur 12 apte à produire pendant les plages de fonctionnement du moteur un courant de charge à destination de la batterie d'accumulateurs 3. Cet alternateur 12 comprend essentiellement un rotor et un stator Le rotor entraîné par l'arbre moteur, comporte des électro-aimants constitués par un ou plusieurs enroulements d'excitation Le stator comporte lui, un enroulement triphasé Le courant alternatif produit dans l'enroulement triphasé est transformé en courant continu dans un circuit redresseur avant d'alimenter la batterie 3. La mise en oeuvre du procédé objet de l'invention est opéré par le système de contrôle moteur 7 Ce dernier grâce à une stratégie implantée dans le calculateur et à des tableaux de valeurs stockées dans ses mémoires pilote le régime ralenti en commandant l'actuateur 4 notamment en fonction de l'information tension batterie. Conformément à la figure 2, le procédé de régulation du régime ralenti du moteur en fonction de la tension de la batterie de démarrage 3, mis en oeuvre par le système de contrôle moteur 7, est le suivant. L'information tension batterie Vbat mesurée périodiquement par le capteur 22 est traitée par un filtre numérique passe bas du premier ordre Fl, de la forme 1 / ( 1 + cp), de façon à obtenir une grandeur statistique V Mbat représentative de la valeur moyenne de la tension batterie sur un horizon donné de mesure, comme par exemple les cent dernières mesures. La formule de filtrage choisie est alors: V Mbat i = V Mbat i-1 + (Vbati (V Mbat i-1)) / FI) avec V Mbati valeur de la grandeur statistique correspondant à l'instant Ti ( Ti = To + i * P; avec To instant de mise en marche du véhicule et P période de mesure de la tension batterie) V Mbati-1 valeur de la grandeur statistique correspondant à l'instant Ti-1; Vbati valeur de la tension batterie mesurée à l'instant Ti; F 1 constante de filtrage du filtre Fl; et V Mbat O = 0. L'objet de ce premier filtrage est de prendre en considération une tension moyenne qui ne prenne pas en compte les brèves variations de la tension batterie, comme lors d'un appel de phare. On peut toutefois dans un mode de réalisation simplifié du procédé objet de la présente invention, supprimer ce filtrage et traiter directement la valeur brute de la tension batterie Vbati observée à l'instant Ti Selon cette variante de réalisation, on a alors V Mbat i = Vbat i La valeur moyenne V Mbat ayant ainsi été obtenue, celle-ci est alors comparée par des moyens soustracteur S à une valeur de seuil Vs prédéterminée correspondant à la valeur normale de la tension de la batterie 3 La tension de référence des batteries de démarrage usuellement utilisée est égale à 12,7 V. L'écart brut Ebat, entre V Mbat et Vs, est ensuite traité par de nouveaux moyens de filtrage de façon à produire une seconde valeur statistique E Mbat représentative de l'évolution de l'écart entre la valeur moyenne de la tension batterie V Mbat et la tension de consigne Vs sur un horizon donné de valeurs calculées. Ce filtrage utilise deux valeurs de filtrages distinctes suivant le signe de l'écart. Ce découplage du traitement suivant la valeur positive ou négative de l'écart permet une plus grande souplesse dans l'adaptation dynamique du régime de rotation en phase ralenti en fonction de la tension batterie. L'écart Ebat est donc d'abord traité par des moyens comparateurs C qui suivant la valeur du signe de l'écart Ebat, positif ou négatif, envoient ce dernier soit vers le filtre F 2 soit vers le filtre F 3. La formule de filtrage choisie est alors: si Ebati > O (soit encore V Mbati > Vs) E Mbat-i = E Mbat i-1 (Ebat_i / F 2) et si Ebati F 3 de façon à avoir une convergence plus rapide en cas d'écart positif que d'écart négatif La raison de cette différence de traitement sera précisée plus loin dans la description. Chaque valeur E Mbat i de la deuxième grandeur statistique E Mbat est ensuite convertie en régime de rotation du moteur Rrali, grâce aux moyens d'adressage A qui appellent dans une table mémorisée dans les mémoires M du système de contrôle moteur 7, la valeur du régime de rotation correspondant à la valeur de la grandeur statistique produite. La figure 3 précise une relation possible entre les valeurs de E Mbat et du régime de rotation du moteur L'augmentation de la seconde grandeur statistique correspondant à une variation négative de l'écart entre la tension moyenne observée et la tension normale s'accompagne d'une augmentation du régime de rotation depuis le régime nominal correspondant aux autres conditions de fonctionnement du moteurs et à une tension batterie normale jusqu'à une valeur maximale autorisée pour le fonctionnement du moteur au ralenti. L'élaboration d'une telle cartographie est opérée par des séries de mesure au banc d'essai pour chaque type de moteur. La valeur de régime de rotation est alors directement utilisable par le système de contrôle moteur pour ajuster le régime de ralenti du moteur dès que ce dernier rentre en phase de fonctionnement ralenti, via l'actuateur 4 et les injecteurs 5. Conformément à ce qui vient d'être décrit, le fonctionnement du procédé de régulation du régime de rotation du moteur en phase de fonctionnement ralenti est le suivant. Dès la mise en marche du moteur ou de préférence après une période de temporisation Tbat, le système de contrôle moteur 7 applique à l'information tension batterie le traitement précédemment décrit et dispose ainsi en permanence de la valeur optimale du régime ralenti compte tenu des différents consommateurs électriques présents. Lorsque la tension batterie Vbat diminue à cause de la mise en service d'un puissant consommateur électrique, par exemple mise en service de la climatisation, la tension moyenne V Mbat chute consécutivement et l'écart Ebat avec la tension normale Vs se creuse La deuxième grandeur statistique E Mbat augmente ce qui provoque une élévation du régime de rotation ralenti Rral du moteur Ainsi l'alternateur 12 est à même de produire plus de courant électrique et de compenser la consommation d'électricité Le relèvement du régime de rotation du moteur au ralenti permet ainsi de soulager la batterie 3. La remontée de la tension liée à l'augmentation du régime provoque une diminution de l'écart Ebat et donc un arrêt progressif de l'augmentation du régime de rotation. L'arrêt des consommateurs électriques provoque une forte remontée de la tension batterie Vbat et par la même, la remontée de la tension moyenne V Mbat L'écart entre la tension normale et la tension moyenne devient alors largement positif, ce qui provoque une décroissance rapide du régime de rotation ralenti Comme précédemment le fonctionnement du système est régulé. L'utilisation de deux constantes de filtrage distinctes pour l'élaboration de E Mbat suivant le signe de l'écart Ebat, permet de diminuer très rapidement le régime de rotation du moteur pour atteindre le régime de fonctionnement nominal dès lors que la demande d'électricité a cessé, alors que la montée en régime peut, elle, s'effectuer plus progressivement. Ainsi grâce au procédé suivant l'invention, il est possible de répondre à un accroissement de la consommation électrique du véhicule, sans augmenter la classe de l'alternateur ou décharger la batterie. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. Pour ce qui est de la mise en oeuvre du procédé de régulation du régime ralenti, elle peut être réalisée sous diverses formes: soit avec des composants d'électronique analogique pour lesquels les sommateurs, comparateurs et autres filtres sont réalisés à l'aide d'amplificateurs opérationnels; soit avec des composants d'électronique numérique qui réaliseraient la fonction en logique câblée; soit par un algorithme de traitement du signal implanté sous forme d'un module logiciel composant d'un système logiciel de contrôle moteur faisant fonctionner le microcontrôleur d'un calculateur électronique. soit encore, par une puce spécifique (custom) dont les ressources matérielles et logicielles auront été optimisées pour réaliser les fonctions objet de l'invention puce microprogrammable ou non, encapsulée séparément ou bien tout ou partie d'un coprocesseur implanté dans bien tout ou partie d'un coprocesseur implanté dans un microcontrôleur ou microprocesseur etc. De même l'invention comprend tous les équivalents techniques appliqués à un moteur à combustion interne quelque soit son cycle de combustion ( 2 temps,4 temps), le carburant utilisé diesel ou essence ou encore, le nombre de ses cylindres. REVENDICATIONS l 1 l Procédé de régulation du régime de rotation d'un moteur à combustion interne en phase de fonctionnement ralenti, le moteur ( 1) comprenant un capteur de mesure ( 22) de la tension de la batterie de démarrage ( 3), un système de contrôle ( 7) moteur comportant des moyens de calculs et des moyens de stockage des informations et des moyens de réglage ( 4) du régime ralenti pilotés par ledit système de contrôle moteur ( 7), caractérisé en ce le régime de rotation du moteur en phase de fonctionnement ralenti est ajusté en fonction de la valeur de la tension batterie. l 2 l Procédé de régulation du régime de rotation d'un moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: (a) mesurer périodiquement la valeur Vbati de la tension batterie (Vbat); (b) calculer à chaque nouvelle valeur Vbat i de la tension batterie (Vbat) ainsi mesurée, la valeur V Mbati d'une première grandeur statistique (V Mbat) représentative de la moyenne des valeurs de la tension batterie sur un horizon donné de valeurs mesurées; (c) calculer pour chaque valeur V Mbat i ainsi obtenue de ladite première grandeur statistique (V Mbat), l'écart Ebati de cette valeur à une valeur de seuil prédéterminée Vs; (d) calculer la valeur E Mbat i d'une seconde grandeur statistique (E Mbat) représentative de la moyenne des écarts Ebati entre ladite première grandeur statistique (V Mbat) et ladite valeur de seuil Vs; (e) associer à chaque valeur E Mbat i de ladite seconde grandeur statistique (E Mbat) une valeur correspondante Rrali du régime de rotation du moteur; (f) commander les moyens de réglage ( 4) du régime ralenti de façon à faire coïncider à chaque instant, le régime de rotation ralenti dudit moteur ( 1) avec ladite valeur Rrali de rotation du moteur déduite de la valeur E Mbati de ladite seconde grandeur statistique (E Mbat). l 3 l Procédé de régulation du régime de rotation d'un moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les mesures de la valeur de la tension de batterie ( 3) et le calcul des valeurs statistiques (V Mbat,E Mbat) sont opérées après une période de temporisation (Tbat). l 4 l Procédé de régulation du régime de rotation d'un moteur selon l'une quelconque des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que conformément à l'étape (b) les valeurs de ladite première grandeur statistique (V Mbat) sont calculées à partir de la formule suivante: V Mbati = V Mbati-1 + ((Vbati (V Mbati-1 > / Fl) o Fl est une constante de filtrage et o V Mbat O = 0. l 5 l Procédé de régulation du régime de rotation d'un moteur selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que *' '* I * 2694787 conformément à l'étape (d) les valeurs de ladite grandeur statistique (E Mbat) sont calculées à partir de la formule suivante: si Ebati > O (o Ebat i = V Mbat i Vs) E Mbati = E Mbati-1 ((Ebat_i) / F 2) et si Ebati o F 2 et F 3 sont deux constantes et o E Mbat_ O = 0. l 6 l Procédé de régulation du régime de rotation d'un moteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que F 2 est supérieur à F 3. l 7 l Procédé de régulation du régime de rotation d'un moteur selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que conformément à l'étape (e) les valeurs Rral_i de régime de rotation du moteur associées auxdites valeurs E Mbat i sont déduites d'une cartographie spécifique contenue dans le système de contrôle moteur ( 7). l 8 l Procédé de régulation du régime de rotation d'un moteur selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'étape (b) est supprimée, ladite première grandeur statistique (V Mbat) étant alors directement égale à la tension batterie (Vbat). l 9 l Procédé de régulation du régime de rotation d'un moteur selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'étape (d) est supprimée, ladite seconde grandeur statistique (E Mbat) étant alors directement égale à l'écart entre la première grandeur statistique (V Mbat) et la valeur de seuil prédéterminée Vs.