Brevet FR2794805A1 — publié le 20001215

La présente invention concerne un procédé de ré- gulation d'un moteur à combustion interne fournissant un cou- ple prédéterminé à l'arbre entraînant un véhicule, comprenant un générateur réglable entraîné par l'arbre d'entraînement et générant de l'énergie électrique en appliquant ainsi un cou- ple de freinage à l'arbre d'entraînement, et au moins une installation de régulation qui assure la régulation du couple selon les conditions prédéterminées. Etat de la technique: Il est connu de réguler des moteurs à combustion interne en fonction du couple. Cela signifie que le couple fourni par le moteur à combustion interne doit permettre de réaliser l'état de fonctionnement souhaité par le conducteur et de garantir le fonctionnement de tous les composants ac- cessoires. Selon un procédé consistant à prédéterminer le couple du moteur à combustion interne, l'appareil de commande du moteur détermine un certain couple d'entraînement des roues selon la position de la pédale d'accélérateur. Ce cou- ple d'entraînement de roues souhaité nécessite un certain couple que doit fournir le moteur à combustion interne mais qui ne dépend pas seulement du couple d'entraînement de roues souhaité, mais par exemple également des couples à fournir pour entraîner les installations accessoires, comme par exem- ple l'installation de climatisation ou un générateur, et des énergies de frottement qu'il faut vaincre. Le couple moteur nécessaire est ainsi défini uniquement en fonction de la po- sition de la pédale d'accélérateur qui ne définit en défini- tive que le couple d'entraînement souhaité pour les roues alors qu'un grand nombre d'autres grandeurs intervient dans la détermination du couple. Un système de régulation en fonction du couple pour un moteur à combustion interne est par exemple décrit dans le document DE-OS 42 32 974. Ce document indique comment régler le couple d'un moteur à essence. Pour une vitesse de rotation prédéterminée, ce couple dépend de la masse d'air et de l'angle d'allumage. A partir de ces deux grandeurs, on dé- termine un couple de consigne. Le couple de consigne est com- paré au couple réel effectif et en cas de différence de cou- ple, on agit soit sur le débit d'air en modifiant l'angle du volet d'étranglement, soit par une modification de l'angle d'allumage. Par intervention sur le débit de la masse d'air, on obtient les variations de couple important, nécessaires alors que le réglage fin des variations de couple se fait par les variations d'angle d'allumage. Le générateur entraîné par le moteur à combustion interne, fournissant l'énergie électrique nécessaire à l'alimentation du véhicule, a une influence considérable sur le couple disponible pour l'entraînement du véhicule. Si le générateur fournit trop d'énergie électrique, il exerce un couple de freinage important par exemple sur le vilebrequin. Si le générateur n'est au contraire chargé que faiblement ou est désexcité, le couple de freinage est faible. En régulant le générateur et le moteur à combustion interne, on tient compte de cette relation. C'est ainsi que par exemple le do- cument DE-OS 196 38 357 décrit une installation de régulation de tension d'un générateur à excitation extérieure entraîné par un moteur à combustion interne; un microprocesseur qui régule la tension fournie par le générateur traite non seule- ment les données spécifiques au générateur telles que la ten- sion de sortie du générateur et la température de la batterie mais également la vitesse de rotation du vilebrequin ainsi que les autres données du moteur à combustion interne. Le mi- croprocesseur agit non seulement sur le générateur mais éga- lement sur le moteur à combustion interne pour que tous deux soient régulés de manière fiable. Une régulation en fonction du couple n'est toutefois pas proposée. Avantages de l'invention: La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des solutions connues et concerne à cet effet un procédé de régulation du type défini ci-dessus, caractéri- sé en ce que le couple est régulé de manière optimale du point de vue de l'émission des gaz d'échappement et/ou de la consommation, et pour atteindre une régulation optimale du point de vue des gaz d'échappement et/ou de la consommation, dans des conditions définies, on fournit un couple complémen- taire nécessaire par la commande appropriée du générateur et en augmentant ainsi le couple de freinage. Le procédé de régulation selon l'invention offre l'avantage dans le cas d'une régulation en fonction du couple que le couple ne soit pas régulé nécessairement en fonction du souhait du conducteur mais en tenant compte de grandeurs prédéterminées. Une telle régulation du couple est faite avantageusement de manière optimale pour les gaz d'échappement et/ou la consommation. Il est possible que le couple généré soit supérieur dans certaines conditions au couple souhaité par le conducteur. Le couple excédentaire se compense en commandant le générateur de façon à fournir un couple de freinage plus important appliqué à l'arbre moteur, ce qui produit avantageusement une compensation des couples. Selon une caractéristique de l'invention: - le couple de freinage généré par le générateur est régulé par une modification prédéterminée du courant d'exci- tation, et - la puissance électrique créée par cette plus forte excita- tion est utilisée pour charger une batterie et/ou pour alimenter un consommateur branché sur le réseau. Pour que le générateur fournisse un couple de freinage plus important, on augmente par exemple l'excitation en augmentant le courant d'excitation; le générateur fournit ainsi une puissance électrique plus élevée utilisée avanta- geusement pour charger de façon complémentaire la batterie. De façon avantageuse, le procédé prévoit qu'une augmentation du couple fournie par le moteur à combustion in- terne par rapport au couple nécessaire à l'entraînement du véhicule se fait dans les conditions suivantes: - - au démarrage avec un catalyseur froid pendant la phase de chauffage, dans la mesure o la température de catalyseur descend en dessous d'un seuil prédéterminé, - pendant une phase de ventilation du réservoir pour augmen- ter le taux de ventilation pendant une insufflation d'air secondaire pour garantir un lancement rapide du cataly- seur, - l'énergie électrique générée par le générateur notamment l'énergie électrique supplémentaire est utilisée pour chauffer le catalyseur pendant la phase de chauffage du moteur à combustion interne. Le couple moteur demandé en plus par le généra- teur peut avantageusement être utilisé par des consommateurs électriques supplémentaires comme par exemple des dispositifs de chauffage électriques de l'eau de refroidissement ou du catalyseur pendant la phase de chauffage, ce qui offre l'avantage supplémentaire que le catalyseur arrive particu- lièrement rapidement à sa température de fonctionnement d'une part grâce au couple moteur plus élevé et d'autre part grâce à la puissance électrique supplémentaire. Une augmentation du couple moteur permet avantageusement un taux de rin- çage/ventilation plus élevé du réservoir, car le débit d'air augmente plus rapidement. Une commande ou une régulation sup- plémentaire de la masse d'air pendant une insufflation d'air secondaire permet également un lancement plus rapide du cata- lyseur et une meilleure post-oxydation des composants nocifs des gaz d'échappement par un réglage plus précis du mélange gaz d'échappement/air en amont du catalyseur. Selon d'autres cas de l'invention: - le générateur fait partie d'une combinaison démar- reur/générateur notamment d'un générateur démarreur de vi- lebrequin fonctionnant comme machine asynchrone, comme démarreur ou comme moteur de lancement, - une réduction du couple fourni par le moteur à combustion interne vis-à-vis du couple nécessaire à l'entraînement du véhicule se fait si une dépression plus importante est né- cessaire dans la tubulure d'aspiration du moteur à combus- tion interne, - la dépression est utilisée pour la commande d'un amplifi- cateur de force de freinage. Au cas o le réglage du couple moteur de façon optimale en fonction des gaz d'échappement et/ou de la con- sommation aboutit à un couple moteur inférieur à celui sou- haité par le conducteur, en agissant sur le générateur, par exemple en abaissant le courant d'excitation, on peut dimi- nuer le couple moteur pour que le couple optimisé du point de vue de la consommation et/ou de l'émission des gaz d'échappement corresponde de nouveau au couple souhaité par le conducteur. Par une réduction du couple exercée par le gé- nérateur, il faut toutefois veiller à ce que l'état de charge de la batterie ou plus généralement de l'énergie électrique disponible soit suffisant. Dessins: Un exemple de réalisation de la présente inven- tion sera décrit de manière plus détaillée à l'aide des des- sins annexés, dans lesquels: - la figure 1 montre les composants principaux d'un véhicule automobile, nécessaires à la compréhension de l'invention, - la figure 2 montre une vue de détail du générateur selon l'invention. Description: La figure 1 montre les différents composants d'un véhicule automobile, nécessaires à la compréhension de l'invention. De façon plus détaillée, le moteur à combustion interne entraînant le véhicule porte la référence BKM. Le mo- teur à combustion interne ou plus simplement le moteur génère un couple M transmis par l'embrayage K et par une boîte de vitesses GE et servant à créer un couple de roues RM qui as- sure finalement l'entraînement du véhicule. Le moteur à com- bustion interne est un moteur commandé en fonction du couple. La grandeur de régulation " couple moteur M " est commandée en influençant la position du volet d'étranglement DK et ain- si en réglant la masse d'air aspiré ainsi qu'en réglant l'angle d'allumage ZW. Le réglage de l'angle d'allumage ZW et la définition de la position du volet d'étranglement DK sont assurés par un appareil de commande SG. L'appareil de com- mande SG fournit par les entrées El, E2, un grand nombre de grandeurs d'entrée obtenues par exemple à l'aide de capteurs appropriés Si, S2. L'appareil de commande SG assure toutes les commandes nécessaires à la régulation du moteur à combus- tion interne par les sorties Ai, A2. Le moteur à combustion interne reçoit en entrée par la tubulure d'aspiration SR, l'air nécessaire à la com- bustion; en sortie, la tubulure d'échappement AR est équipée d'au moins un catalyseur KAT. Le catalyseur est chauffé d'une part par les gaz d'échappement chauds du moteur à combustion interne mais également en plus par un chauffage électrique H pour qu'il atteigne aussi rapidement que possible sa tempéra- ture optimale de fonctionnement après le démarrage des mo- teurs à combustion interne. L'énergie électrique nécessaire au chauffage H du catalyseur KAT est fournie soit par le gé- nérateur G, soit par la batterie B par l'intermédiaire de l'interrupteur SCH1. La commande de l'interrupteur SCH1 est assurée par l'appareil de commande SG; cette commande se fait en tenant compte de critères prédéterminés. Le moteur à combustion interne BKM entraîne non seulement les roues du véhicule, mais également par l'intermédiaire de moyens de couplage KO, par exemple une courroie crantée ou une boite de vitesses ou un arbre, le gé- nérateur G. Le moteur à combustion interne fournit ainsi un couple MG1 qui, après transformation dans les moyens de cou- plage KO apparaît comme couple MG2 pour l'entraînement du gé- nérateur. Le générateur G est régulé à l'aide d'un régula- teur de tension, de manière généralement connue, ce régula- teur étant intégré par exemple au générateur pour obtenir sur la borne de sortie B+, une tension de sortie UB+; cette ten- sion est utilisée pour alimenter la batterie B et les utili- sateurs branchés sur le réseau embarqué. Les utilisateurs branchés sur le réseau embarqué sont représentés par le seul utilisateur V qui se branche ou se coupe par l'interrupteur SCH2. La figure 2 montre le générateur G d'une manière plus explicite. Dans le détail, on a représenté les enroule- ments de stator U, V, W et les diodes Zener D1-D6 du pont re- dresseur. A la place de diodes Zener, on peut également par une adaptation appropriée, utiliser d'autres composants re- dresseurs mono ou bidirectionnels. Si l'on utilise des semi- conducteurs commandés, on peut assurer leur commande à partir du régulateur de tension ou de l'appareil de commande. Le pont redresseur fournit à sa sortie B+ la tension UB+ comme cela est habituel. La régulation de la tension de sortie UB+ du générateur se fait à l'aide du régulateur de tension REG qui régule de façon connue le courant d'excitation IE traver- sant l'enroulement d'excitation EW. En parallèle à l'enroulement d'excitation EW, on a une diode de roue libre FD. Le régulateur de tension REG comprend usuellement une partie de commande ST et une partie de puissance symboli- sée par le transistor T. La partie de commande assure la com- mande du transistor T; elle est par exemple reliée à l'appareil de commande SG avec lequel elle échange des infor- mations. Le transistor T peut également être commandé direc- tement par l'appareil de commande SG. Les composants du véhicule représentés aux figu- res 1 et 2 permettent de réguler le moteur à combustion in- terne ou le moteur du véhicule en fonction du couple. Cette régulation en fonction du couple se réalise en régulant le moteur à combustion interne pour le couple fourni que l'on optimise vis-à-vis des gaz d'échappement et/ou de la consom- mation de carburant. Dans une telle régulation, il peut arri- ver que le couple M généré par le moteur à combustion interne pour entraîner le véhicule soit inférieur au couple qui se- rait le meilleur pour l'optimisation vis-à-vis des gaz d'échappement et/ou de la consommation. Le couple excéden- taire dans ce cas est utilisé pour charger plus fortement le générateur G. Pour cela, on augmente par exemple le courant d'excitation IE traversant l'enroulement d'excitation E. Cela augmente le champ d'excitation et le générateur G exerce un couple de freinage plus intense appliqué au moteur à combus- tion interne BKM qui l'entraîne. L'augmentation du courant d'excitation IE peut être initialisée directement par l'appareil de commande SG; il est également possible de faire agir l'appareil de commande SG par un circuit intégré comprenant le régulateur de tension REG pour agir sur la com- mande du transistor T. Par l'interface entre le régulateur de tension REG et l'appareil de commande SG, on peut régler la charge que le générateur G exerce sur le moteur à combustion interne BKM en utilisant l'appareil de commande SG. L'énergie électrique supplémentaire générée par le couple supplémen- taire fourni au générateur peut servir à charger la batterie B. Il est également possible et notamment intéressant pendant la phase de chauffage, d'utiliser l'énergie électrique sup- plémentaire fournie par le générateur pour alimenter un dis- positif de chauffage électrique installé dans l'eau de refroidissement ou un chauffage électrique H du catalyseur KAT par l'intermédiaire de l'interrupteur SCH1 alors fermé. Ce chauffage électrique supplémentaire pendant la phase de chauffage permet d'atteindre plus rapidement la température de fonctionnement du catalyseur KAT et d'augmenter en outre le fonctionnement optimum du point de vue de l'émission des gaz du moteur BKM, pour ainsi réduire l'émission de gaz no- cifs. La régulation du moteur à combustion interne faite en fonction du couple en utilisant le générateur G of- fre un degré de liberté supplémentaire pour la régulation. Indépendamment du souhait du conducteur, on peut modifier le couple moteur, c'est-à-dire le couple M fourni par le moteur à combustion interne et l'optimiser. L'augmentation du couple moteur M pour charger la batterie B ou chauffer le catalyseur KAT consomme moins de carburant que l'augmentation du régime (vitesse de rotation) pratiquée usuellement actuellement lorsque l'état de charge de la batterie est mauvais. Pour ef- fectuer la stratégie de régulation, il est avantageux de dé- terminer l'état de charge de la batterie et d'intégrer cet état dans la stratégie de régulation. Cela permet de réduire la surcharge de la batterie. La régulation en fonction du couple et en tenant compte de la charge appliquée au générateur peut notamment s'utiliser de manière avantageuse pour les exemples d'ap- plication suivants: 1. Pour le démarrage avec un catalyseur froid, l'augmentation du couple pendant la phase de chauffage assure une mise en oeuvre plus rapide du catalyseur par un débit d'air plus élevé et en outre un chauffage plus rapide par le moyen de chauffage électrique utilisant l'énergie électrique supplémentaire fournie par le générateur. 2. Une augmentation du couple moteur peut être prévue, si la température du catalyseur tombe en dessous d'un seuil prédéterminé. Grâce à cette augmentation du couple mo- teur, on peut maintenir le catalyseur en température. 3. Il peut être nécessaire d'augmenter le couple moteur pour obtenir un taux plus élevé de rinçage/ventilation du réservoir. 4. Il est possible de commander ou de réguler de manière complémentaire la masse d'air pendant l'insufflation d'air secondaire. Cela correspond à un degré de liberté sup- plémentaire, car de façon classique, on ne peut modifier la masse d'air secondaire. En particulier, cette procédure per- met de lancer plus rapidement le catalyseur. De plus, la com- mande plus précise ainsi rendue possible du rapport gaz d'échappement/air aboutit à une meilleure post-oxydation des composants polluants. 5. Les différentes fonctions nécessitent une dé- pression suffisante dans la tubulure d'aspiration SR du mo- teur à combustion interne BKM comme par exemple un amplificateur de force à commande par dépression. En cas de dépression insuffisante, le degré de l'amplification diminue. C'est pourquoi, il peut être avantageux dans ce cas de ré- duire la charge du générateur pour réduire celle du moteur BKM et aboutir ainsi à une plus forte dépression dans la tu- bulure d'aspiration. Lorsqu'on utilise une combinaison démar- reur/générateur dans laquelle le générateur fonctionne comme démarreur, il est également possible d'atteindre la dépres- sion nécessaire dans la tubulure d'aspiration en faisant fonctionner la combinaison démarreur/générateur comme moteur. Cela se traduit par un étranglement déterminé (fermeture du volet d'étranglement DK) et ainsi une réduction de la charge appliquée au moteur BKM. R E V E N D I C A T I ON S 1 ) Procédé de régulation d'un moteur à combustion interne fournissant un couple prédéterminé à l'arbre entraînant un véhicule, comprenant un générateur réglable entraîné par l'arbre d'entraînement et générant de l'énergie électrique en appliquant ainsi un couple de freinage à l'arbre d'entraînement, et au moins une installation de régulation qui assure la régulation du couple selon les conditions pré- déterminées, caractérisé en ce que le couple (M) est régulé de manière optimale du point de vue de l'émission des gaz d'échappement et/ou de la consommation, et pour atteindre une régulation optimale du point de vue des gaz d'échappement et/ou de la consommation, dans des condi- tions définies, on fournit un couple complémentaire néces- saire par la commande appropriée du générateur (G) et en augmentant ainsi le couple de freinage. 2 ) Procédé de régulation d'un moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que - le couple de freinage généré par le générateur (G) est ré- gulé par une modification prédéterminée du courant d'excitation (IE), et - la puissance électrique créée par cette plus forte excita- tion est utilisée pour charger une batterie (B) et/ou pour alimenter un consommateur (V) branché sur le réseau. 3 ) Procédé de régulation d'un moteur à combustion interne selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu' une augmentation du couple (M) fournie par le moteur à com- bustion interne (BKM) par rapport au couple nécessaire à l'entraînement du véhicule se fait dans les conditions sui- vantes: - au démarrage avec un catalyseur froid (KAT), pendant la phase de chauffage, dans la mesure o la température de Il catalyseur (KAT) descend en dessous d'un seuil prédétermi- né, - pendant une phase de ventilation du réservoir pour augmen- ter le taux de ventilation pendant une insufflation d'air secondaire pour garantir un lancement rapide du catalyseur (KAT). 4 ) Procédé de régulation d'un moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'énergie électrique générée par le générateur (G) notamment l'énergie électrique supplémentaire est utilisée pour chauf- fer le catalyseur (KAT) pendant la phase de chauffage du mo- teur à combustion interne (BKM). ) Procédé de régulation d'un moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur (G) fait partie d'une combinaison démar- reur/générateur notamment d'un générateur démarreur de vile- brequin fonctionnant comme machine asynchrone, comme démarreur ou comme moteur de lancement. 6 ) Procédé de régulation d'un moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 5, caractérisé en ce qu' une réduction du couple fourni par le moteur à combustion in- terne (BKM) vis-à-vis du couple nécessaire à l'entraînement du véhicule se fait si une dépression plus importante est né- cessaire dans la tubulure d'aspiration du moteur à combustion interne (BKM). 7 ) Procédé de régulation d'un moteur à combustion interne selon la revendication 6, caractérisé en ce que la dépression est utilisée pour la commande d'un amplifica- teur de force de freinage.