Brevet FR2724881A1 — publié le 19960329

La présente invention concerne les moteurs à combustion interne des véhicules automobiles. Ces moteurs entraînent des accessoires, tels que l'alternateur, la pompe hydraulique du dispositif de direction assistée, le compresseur du dispositif de climatisation, etc ...., par l'intermédiaire d'un dispositif à courroie dont le rapport de transmission est fixe. Il en résulte que ces accessoires sont entraînés en permanence à une vitesse variable proportionnelle à la vitesse de rotation du vilebrequin et qu'il est donc impossible de faire tourner chaque accessoire à une vitesse optimale, quel que soit le régime du moteur. Cela est néfaste pour le rendement global du moteur. Ainsi, à haut régime, l'alternateur tourne à une vitesse trop élevée, ce qui diminue son rendement. De même, il serait souhaitable de pouvoir supprimer l'entraînement de la pompe de direction assistée lorsque la vitesse du véhicule dépasse une certaine valeur de seuil. En ce qui concerne le compresseur du dispositif de climatisation, il est souhaitable de l'entraîner seulement lorsque le dispositif de climatisation est utilisé et cela en fonction des conditions d'utilisation et avec un rapport de transmission variable afin qu'il fonctionne dans des conditions proches de son rendement optimums. L'ensemble de ces mesures permet de réduire la consommation, en particulier lorsque le régime du moteur est élevé. La présente invention se propose de fournir un dispositif d'entraînement des accessoires d'un moteur à combustion interne qui permet d'entraîner les différents accessoires à une vitesse de rotation optimale et seulement lorsqu'ils sont utilisés. A cet effet, la présente invention a pour objet un dispositif d'entraînement des accessoires du moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, tels notamment que l'alternateur, la pompe hydraulique du dispositif de direction assistée, le compresseur du dispositif de climatisation, caractérisé en ce qu'il comporte un organe d'entraînement à rapport de transmission variable qui est entraîné par le vilebrequin et qui entraîne les différents accessoires et un processeur qui commande cet organe d'entraînement de telle sorte que les accessoires sont entraînés à une vitesse proportionnelle à la vitesse de rotation du vilebrequin tant que cette dernière est inférieure à une valeur de seuil, et à une vitesse optimale lorsque la vitesse du vilebrequin est supérieure à cette valeur de seuil. De cette manière, on évite les consommations excessives à haut régime. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'organe de transmission comporte au moins un dispositif de désactivation d'un accessoire commandé par le processeur. Ceci permet de ne faire fonctionner l'accessoire associé que lorsqu'il est utilisé et, par suite, de réduire encore la consommation du moteur. Le dispositif de désactivation peut être constitué par un embrayage mécanique ou électromagnétique dont le débrayage est commandé par le processeur. Dans le cas de l'alternateur, il est constitué par un dispositif de suppression du courant d'excitation. Selon un mode de réalisation de l'invention,ltor- gane d'entraînement est constitué par un variateur à courroie trapézoïdale. Selon un autre mode de réalisation de l'invention,l'organe d'entraînement est constitué par un variateur hydrostatique comprenant une pompe à cylindrée variable alimentant au moins un moteur hydraulique à cylindrée constante. Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, l'organe d'entraînement est un variateur toroïdal constitué de deux surfaces toroïdales concaves en regard l'une de l'autre sur lesquelles s'appuient un ou plusieurs éléments hémisphérique dont l'axe d'inclinaison définit le rapport de transmission. Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, l'organe d'entraînement est un variateur présentant un nombre fini de rapports de transmission. Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention,ltorgane d'entraînement est un variateur présentant deux rapports de transmission et le processeur commande le passage d'un rapport de transmission à l'autre. Selon une autre caractéristique de l'invention, on détermine, pour chaque accessoire, le seuil optimal de changement de rapport et le seuil de passage est la plus grande des valeurs de seuil de l'ensemble des accessoires. Avantageusement, on détermine une valeur de seuil optimal prenant en compte le fonctionnement du moteur à charge nulle. En cas de fonctionnement à charge faible ou nulle de l'ensemble des accessoires, on sélectionne le deuxième rapport de transmission. Par ailleurs, en cas de défaillance, on impose le deuxième rapport de transmission. En ce qui concerne l'alternateur, le courant d'excitation est supprimé lorsque la commande de l'accélérateur est supérieure à une valeur de seuil. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels - La figure 1 illustre schématiquement la mise en oeuvre du principe à la base de l'invention, - la figure 2 est le schéma de principe d'un mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 représente schématiquement un moteur équipé d'un dispositif selon l'invention, et - les figures 4 à 7 illustrent la commande de l'entraînement des différents accessoires. On voit sur la figure 1 un moteur à combustion interne schématisé en 1. Conformément à l'invention, le vilebrequin 2 entraîne un organe d'entraînement à rapport de transmission variable constitué d'un variateur 3, tel qu'un variateur à courroie trapézoïdale, à la sortie duquel est fixé un carter d'accessoires 4 qui entraîne, par l'intermédiaire de n embrayages 5, n différents accessoires 6. Chaque accessoire est entraîné à une vitesse de rotation spécifique hl, h2, . . un. Le dispositif selon l'invention comporte également un processeur, tel qu'un micro-ordinateur 7, qui reçoit des données de fonctionnement provenant des différents accessoires 6, par l'intermédiaire d'un circuit électronique 9 tel qu'un multiplexeur, et une information concernant le régime du moteur et provenant du vilebrequin 2 Ce processeur calcule, à partir des données de fonctionnement et de régime,des valeurs de consigne servant à commander les valeurs des rapports de transmission pour chaque accessoire, sur la base d'un prograne mémorisé dans le processeur. Ces valeurs de consigne sont envoyées à un circuit électronique 8 qui élabore les instructions de commande et les distribue au variateur 3 et aux embrayages 5. Ce dispositif d'entraînement fonctionne de la manière suivante. Le variateur 3 est entraîné en permanence par le moteur à une vitesse nm proportionnelle au régime du moteur et il fournit en sortie sur au moins un arbre de sortie une vitesse tva commandée par le processeur 7. Le carter d'accessoires 4 comporte plusieurs arbres de sortie tournant à des vitesses différentes t1 à flan. Les différents accessoires 6 sont donc entraînés à des vitesses différentes, chacun par l'intermédiaire d'un embrayage 5 qui permet de désactiver l'accessoire correspondant lorsqu'il n'est pas utilisé. De cette manière, chaque accessoire peut être entraîné à une vitesse spécifique qui est adaptée à ses caractéristiques techniques et à ses conditions de fonctionnement, chaque accessoire pouvant être désaccouplé lorsqu'il n'est pas utilisé. La stratégie de commande de la vitesse d'entraînement de chaque accessoire est la suivante. Chaque accessoire est entraîné à une vitesse proportionnelle à celle du moteur tant que celle-ci n'est pas supérieure à un seuil prédéterminée. Lorsque le régime du moteur est supérieur à ce seuil, chaque accessoire est entraîné à une vitesse constante indépendante de la vitesse du moteur; cette vitesse constante est optimisée par le processeur 7 en fonction d'un algorithme de calcul et des données de fonctionnement. Le variateur peut être un variateur à courroie trapézoïdale permettant d'obtenir une vitesse constante en agissant sur une poulie. Ceci peut être obtenu en agissant hydrauliquement au moyen d'un piston. L'algorithme de calcul de la vitesse d'entraînement permet d'obtenir la vitesse optimale prenant en compte les conditions de fonctionnement de manière à réduire fortement la puissance absorbée par les accessoires, surtout à haut régime, et par suite d'augmenter le rendement global du moteur. La figure 2 représente schématiquement un mode de réalisation de l'invention. On retrouve le processeur 7, les circuits électroniques 8 et 9 et le vilebrequin 2. Dans ce mode de réalisation,le vilebrequin entraîne un organe d'entraînement 11 à deux rapports de transmission de manière à entraîner un alternateur 12 à une vitesse nl une pompe de direction assistée 13 à une vitesse n2, et un compresseur de climatisation 14 à une vitesse fil3. La pompe 13 est entraînée par l'intermédiaire d'un dispositif de désactivation constitué par un embrayage 15. En ce qui concerne l'alternateur, le dispositif de désactivation est constitué par un dispositif de suppression du courant d'excitation. En ce qui concerne le compresseur de climatisation, le dispositif de désactivation est constitué par un embrayage 16. La figure 3 représente schématiquement un moteur 1 équipé d'un dispositif d'entraînement des accessoires conforme à la présente invention, on y retrouve le processeur 7, le convertisseur à deux rapports de transmission 11, l'alternateur 12 qui est entraîné à la vitesse hl, la pompe 13 de direction assistée qui est entraînée à la vitesse n2, et le compresseur de climatisation 14 qui est entraîné à la vitesse n3, ces deux derniers accessoires étant entraînés ensemble par une même courroie. Les deux rapports de transmission du dispositif 11 sont utilisés de la manière suivante. Le premier rapport est utilisé pour les faibles régimes avec un rapport global permettant d'assurer les prestations de l'accessoire au ralenti comme dans le cas d'un entraînement a rapport fixe. Le second rapport du variateur 11 réduit le rapport global d'entraînement de chaque accessoire pour les hauts régimes de manière à faire fonctionner l'accessoire à un régime pour lequel son rendement est optimal. La logique de commande gère les changements de rapport du convertisseur 11, agit sur l'embrayage 15 de la pompe 13 et la coupure de l'excitation en fonction des prestations demandées pour chaque accessoire, à savoir: - besoin d'assistance de la direction qui est évalué à partir du couple au volant de direction et de la vitesse du véhicule - puissance électrique nécessaire qui est évaluée à partir de la tension de la batterie, - charge du moteur. La figure 4 représente la loi d'évolution du régime de changement de rapport en fonction du bilan électrique en ce qui concerne l'alternateur. L'évaluation du bilan électrique consiste à comparer la valeur moyenne de la tension de la batterie Ubatmoy à une tension de batterie nominale Ubatnom et à incrémenter ou décrémenter la valeur Cnt d'un compteurdécompteur, cette valeur Cnt constituant une image de ce bilan électrique. La tension moyenne est calculée de la manière suivante en fonction de la valeur instantanée de la tension de la batterie Ubat: Ubatmoyi+l = Ubatmoyi + f(Ubati+l - Ubatmoyi) Le bilan électrique ou valeur du compteur-décompteur est calculé de la manière suivante: si Ubat Cnti+l = Cnti + a (Ubatmoyi+l - Ubatnom) et si Ubat > Ubatnom Cnti+l = Cnti + b (Ubatmoyi+l -Ubatnom) La valeur Cnt du compteur-décompteur est comprise entre 0 et 255; f est un filtre de tension et a et b sont des coefficients qui sont choisis pour obtenir la sensibilité désirée. La vitesse de changement de rapport ns varie entre deux valeurs nsmin et nsaltmax pour des valeurs de bilan électrique comprises entre deux valeurs Cntl et Cnt2 suivant la loi décrite sur la figure 4. Si Cnt est supérieur à Cnt2, la vitesse ns est égale à nsmin et si Cnt est inférieur à Cntl, elle est égale à flsaltmax. La valeur minimale nsmin est fixée de manière à respecter les régimes minimaux de l'alternateur et de la direction assistée. La valeur maximale nsaltmax est calculée de manière à assurer un bilan électrique satisfaisant pour une consommation électrique maximale, et doit être inférieure à la valeur nsmax correspondant aux régimes maximaux des accessoires. La variation de la vitesse de passage dnsalt est conservée pendant une durée égale à Tmpalt, puis elle est recalculée périodiquement suivant la même loi. La figure 5 représente la loi d'évolution du régime de changement de rapport en vue d'améliorer les prestations du dispositif de climatisation. Celles-ci sont calculées en fonction de la durée d'actionnement consécutif du compresseur, Tcli, de la température de lthabita- cle et de son évolution dans le temps. Les prestations du dispositif de climatisation sont considérées comme insuffisantes si les trois conditions suivantes sont remplies: -la durée d'actionnement du compresseur est supérieure à une durée de référence: Tcli > Tclimax - la température de l'habitacle est supérieure à la température de confort: Ohab > Ohabnom - la variation de température pendant l'unité de temps At est inférieure à la variation nominale Dans le cas contraire, les prestations sont considérées comme suffisantes. Lorsque le compresseur est embrayé, la vitesse minimale de seuil est fixée à une valeur nsb supérieure ou égale à nsmin. Tant que les prestations sont insuffisantes, la vitesse de seuil augmente d'une quantité dnscli de manière périodique, la période étant égale à Tclimax, comme on peut le voir sur la figure 5. La vitesse maximale est fixée à une valeur nsmax qui est compatible avec les régimes maximaux de l'ensemble des accessoires, et qui est supérieure ou égale à Qsaltmax. Le régime de changement de rapport prend également en compte la charge du moteur. Lorsque la charge est nulle, l'angle du papillon d'admission étant nul, ce qui se produit lors d'un freinage ou dans une descente, on impose la condition supplémentaire suivante: ns > nSb + dnsfr où dnsfr est la variation de la vitesse de passage pour une charge du moteur nulle. La vitesse définitive de changement de rapport est déterminée de la manière suivante. La valeur de cette vitesse ns retenue est la plus grande des valeurs imposées par les différentes lois décrites ci-dessus, y compris le cas particulier de la charge moteur nulle. On détermine un décalage dns entre la valeur ns, la valeur nsl de passage du premier rapport, R1, au deuxième rapport, R2, et la valeur ns2 de passage du second rapport au premier rapport: nsl = ns + dns ns2 = ns - dns Le passage du premier rapport R1 au deuxième rapport R2 est effectué pour un régime moteur, nmot, supérieur ou égal à nsl et le passage inverse est effectué pour un régime moteur inférieur ou égal à ts2 comme cela est représenté sur la figure 6. Si le moteur est équipé d'un calculateur d'injection commandant les durées d'ouverture d'injection, la valeur de hs choisie sera fournie à ce calculateur pour lui permettre d'anticiper sur la commande de l'injection. L'algorithme de commande du dispositif d'entraînement comporte une stratégie de désactivation des accessoires; la pompe du dispositif de direction assistée est embrayée en cas de besoin d'assistance de direction: - si le couple au volant de direction est supérieur à une valeur de seuil, - si la vitesse du véhicule est inférieure à une valeur de seuil, l'assistance de la direction étant inutile à grande vitesse. Pour diminuer le nombre d'à-coups, la commande du débrayage de la pompe est temporisée. De même, le courant d'excitation de l'alternateur peut être coupé comme représenté sur la figure 7 qui est une courbe du courant d'excitation en fonction du temps. La coupure de l'excitation intervient: - soit lors des fortes accélérations du moteur, si cette accélération est supérieure à un seuil déterminé et si le bilan électrique est satisfait - soit lors de la détection d'une ouverture maximale du papillon d'injection (pédale d'accélérateur à fond") - soit lors des phases de démarrage du moteur, le régime moteur étant inférieur à une valeur de seuil - soit pendant les phases de passage d'un rapport d'entraînement à l'autre afin de diminuer la puissance mécanique à commuter et pour ne pas créer de surtension sur le réseau électrique utilisateur en phase de décélération du moteur. Dans tous les cas, cette coupure de l'excitation est effectuée le plus rapidement possible. Par contre, le rétablissement du courant d'excitation s'effectue en évitant une mise en charge brusque de l'alternateur en limitant la pente de la variation du courant d'excitation en imposant une rampe Tm de valeur fixe ou dépendante du régime du moteur. Pour des fonctionnements à faible charge, lorsque le régime du moteur est inférieur au seuil tus2, si toutes les demandes sont satisfaites, c'est-à-dire si la climatisation ne fonctionne pas, si la pompe de direction assistée est débrayée et si le bilan électrique est satisfait, le rapport d'entraînement choisi est le rapport "économique", à savoir le deuxième rapport R2. En cas de défaillance du dispositif selon l'invention, le rapport de transmission est bloqué sur la valeur R2 afin de ne pas détériorer les accessoires à haut régime. On voit que l'invention permet de faire fonctionner les accessoires dans des conditions optimales tout en évitant les excès de consommation du moteur et en protégeant les accessoires, en particulier l'alternateur, pour les régimes extrêmes du moteur. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'entraînement des accessoires (6) du moteur à combustion interne (1) d'un véhicule automobile, tels que notamment l'alternateur (12), la pompe hydraulique (13) du dispositif de direction assistée, le compresseur (14) du dispositif de climatisation, caractérisé en ce qu'il comporte un organe (3,4,5;11,15,16) d'entraînement à rapport de transmission variable qui est entraîné par le vilebrequin (2) et qui entraîne les différents accessoires (6) et qui comporte un processeur (7) qui commande ledit organe (3,4,5;;11,15,16) d'entraînement de telle sorte que les accessoires (6) sont entraînés à une vitesse proportionnelle à la vitesse (flipot) de rotation du vilebrequin (2) tant que cette dernière est inférieure à une valeur de seuil, et à une vitesse optimale lorsque la vitesse du vilebrequin (2) est supérieure à cette valeur de seuil. 2. Dispositif d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif de désactivation (5;15,16) d'un accessoire (6) commandé par le processeur (7). 3. Dispositif d'entraînement selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de désactivation est constitué par un embrayage (5;15,16). 4. Dispositif d'entraînement selon la revendication 2, caractérisé en ce que, en ce qui concerne l'alternateur, le dispositif de désactivation est constitué par un dispositif de suppression du courant d'excitation. 5. Dispositif d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe (3,4,5;11,15) d'entrainement est constitué par un variateur à courroie trapézoïdale. 6. Dispositif d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe (3,4,5;11,15) d'entraînement est constitué par un variateur hydrostatique comprenant une pompe à cylindrée variable alimentant au moins un moteur hydraulique à cylindrée constante. 7. Dispositif d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe d'entraînement est un variateur toroidal. 8. Dispositif d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe d'entraînement est un variateur présentant un nombre fini de rapports de transmission. 9. Dispositif d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe d'entraînement est un variateur (11) présentant deux rapports de transmission (R1,R2) et en ce que le processeur (7) commande le passage d'un rapport de transmission à l'autre. 10. Dispositif d'entraînement selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'on détermine, pour chaque accessoire, le seuil optimal de changement de rapport et en ce que le seuil de passage est la plus grande des valeurs de seuil de l'ensemble des accessoires. 11. Dispositif d'entraînement selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'on détermine une valeur de seuil optimal prenant en compte le fonctionnement du moteur à charge nulle. 12. Dispositif d'entraînement selon la revendication 9, caractérisé en ce que, en cas de fonctionnement à charge faible ou nulle de l'ensemble des accessoires, on sélectionne le deuxième rapport de transmission (R2). 13. Dispositif d'entraînement selon la revendication 9, caractérisé en ce que, en cas de défaillance, on impose le deuxième rapport de transmission(R2). 14. Dispositif d'entraînement selon la revendication 4, caractérisé en ce que, en ce qui concerne l'alternateur (12), le courant d'excitation est supprimé lorsque la commande de l'accélérateur est supérieure à une valeur de seuil.