Brevet FR2815087A1 — publié le 20020412

L'invention concerne un dispositif pour démarrer un moteur à combustion interne, constitué d'une machine électrique, reliée à un vilebrequin et exploitable en tant qu'unité démarreur/générateur et d'un système de définition de la position de rotation du vilebrequin. On connaît un dispositif pour démarrer un moteur à combustion interne (WO 91/16538), dans lequel un moteur électrique, qui fait office de générateur et de démarreur est couplé sur un vilebrequin. Avant le démarrage du moteur à combustion interne, le démarreur permet d'amener le vilebrequin en position favorable, dans laquelle les pistons sont alignés sur une ligne. La position de rotation du vilebrequin est définie par l'intermédiaire d'un capteur. Les systèmes d'allumage et d'injection usuels, sont équipés de capteurs situés sur le volant du démarreur, destinés à détecter le point mort supérieur OT des pistons, et d'un système de détection des secteurs 0-360 degrés et 360-720 degrés de l'arbre à cames. Pour permettre à un dispositif de commande relié au système d'allumage ou au système d'injection de déterminer la position actuelle du vilebrequin à partir des signaux émis par le capteur, le démarreur doit toutefois faire tourner le vilebrequin de plus d'un tour, jusqu'à 660 degrés maximum sur un moteur à six cylindres. Dans les dispositifs start-stop modernes, il est possible à présent d'atteindre la vitesse de démarrage requise pour le moteur à combustion interne, dès que le vilebrequin a atteint un angle de rotation de 90 degrés. L'inconvénient réside dans le fait, que bien que la vitesse de démarrage soit atteinte, aucune explosion ne peut avoir lieu, car l'affectation claire à la position de rotation actuelle du vilebrequin ou à la position des pistons qui est nécessaire à cet effet n'est pas encore donnée, alors qu'elle est demandée par le dispositif de commande avant de déclencher l'allumage. Pour des raisons inhérentes aux gaz d'échappement et au confort aux vibrations, le moteur à combustion interne devrait être amené le plus rapidement possible à la vitesse de rotation prévue pour son démarrage. Une montée en régime rapide peut générer des vitesses d'air relativement élevées, lors de l'aspiration, ce qui améliore la préparation du carburant injecté pour le démarrage. Par ailleurs, du fait des rotations répétées du moteur à combustion interne, qui étaient usuelles jusqu'à ce jour avant l'amorçage du démarrage, l'accumulateur (batterie du démarreur) est soumis à des contraintes thermiques et à des contraintes de puissance trop importantes. En outre, l'énergie prélevée dans l'accumulateur doit être remplacée plus tard, ce qui influence négativement le degré d'efficacité du moteur à combustion directe. Selon l'invention, lors de la coupure du moteur à combustion interne, des moyens de freinage ou d'entraînement amènent le vilebrequin dans une position de repos prédéfinie, à partir de laquelle, la position de rotation du vilebrequin peut être clairement définie lors du prochain démarrage du moteur à combustion interne, avant que le vilebrequin n'ait effectue un tour complet. Le dispositif de démarrage d'un moteur à combustion interne selon l'invention présente l'avantage de permettre un démarrage très sûr et très rapide du moteur à combustion interne. Il en résulte avantageusement, que les gaz d'échappement contiennent moins de composantes nocives, en particulier lors du démarrage à froid. Par ailleurs, le démarrage du moteur à combustion interne est presque imperceptible par le conducteur, ce qui peut augmenter le degré d'acceptation d'un dispositif start-stop sur les moteurs à combustion interne. Un avantage particulier réside dans le fait, qu'en utilisant un système de définition usuel, donc économique, des positions de rotation, on peut réaliser un démarrage direct particulièrement fiable du moteur à combustion interne. Les caractéristiques préférentielles, mais non obligatoires, qui suivent décrivent des perfectionnements et des améliorations avantageuses du dispositif pour démarrer un moteur à combustion interne précité : - dans le cas d'un moteur à combustion interne à quatre cylindres, la position de repos prédéfinie du vilebrequin est environ de 90 degrés avant OT ; - dans le cas d'un moteur à combustion interne à six cylindres, la position de repos prédéfinie du vilebrequin est environ de 60 degrés ou de 180 degrés ou de 300 degrés avant OT ; - le moment de coupure de l'injection de carburant dans les chambres de combustion du moteur à combustion interne est défini de manière à ce que la mise à l'arrêt automatique du vilebrequin ramène ce dernier dans la position de repos prédéfinie ; - la machine électrique de l'unité démarreur/générateur, freine le vilebrequin dans la position de repos prédéfinie ; - la machine électrique de l'unité démarreur/générateur est un générateur de démarrage du vilebrequin ; un système d'enregistrement de la position de rotation préalablement existant sur le générateur de démarrage du vilebrequin est utilisé pour définir la position de rotation du vilebrequin ; un capteur est prévu sur un volant relié à la machine électrique de l'unité démarreur/générateur, pour définir la position de rotation du vilebrequin ; le moyen de freinage ou d'entraînement utilisé consiste en un ajustage du papillon du moteur à combustion interne ; le moyen de freinage ou d'entraînement utilisé consiste en un ajustage de la charge d'un compresseur de climatisation du moteur à combustion interne ; le moyen de freinage ou d'entraînement utilisé consiste en un ajustage de l'angle d'allumage, lors du dernier cycle de fonctionnement avant le stop, dans le sens tard ou très tôt ; et - le moyen de freinage ou d'entraînement utilisé est un système de freinage mécanique sur le vilebrequin. La montée en vitesse rapide du moteur à combustion interne en moins d'une rotation complète du vilebrequin, permet d'éviter avantageusement que le carter du moteur à combustion directe ne passe en fréquence de vibration propre. Les dessins annexés représentent une forme simplifiée d'un exemple de réalisation de l'invention, qui fait l'objet d'une description détaillée ci-dessous. Les représentations schématiques simplifiées concernent, pour la figure 1 une vue de face d'un dispositif pour démarrer un moteur à combustion interne selon l'invention, pour la figure 2, le diagramme d'un programme au banc-balance réalisé selon l'invention, dans lequel cas la vitesse de rotation du moteur à combustion interne est mentionnée dans le temps et selon l'angle du vilebrequin. La figure 1 est une représentation schématique simplifiée de la vue de face d'un dispositif pour démarrer un moteur à combustion interne selon l'invention, qui englobe une machine électrique 1, qui peut être exploitée comme une unité démarreur/générateur. La machine électrique 1, représentée en figure 1 par des pointillés est reliée à un volant 2, dont le pourtour extérieur est muni par exemple d'une denture 4. Dans la denture 4, on a prévu un marquage de la position 6 d'un vilebrequin 3, relié à la machine électrique 1. Le marquage de position 6 reproduit la position de rotation du vilebrequin 3 et donc la position actuelle des pistons du moteur à combustion interne. A l'aide de la position actuelle des pistons, l'allumage peut être provoqué en temps utile, dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne. En règle générale, une position du piston avant OT est prévue dans le cycle de compression, pour le procédé d'allumage. Le marquage de position 6 est réalisé par un écart plus important entre les dents de la denture 4, ainsi un capteur de position 5, situé à proximité de la denture 4, qui peut être conçu par exemple sous forme d'un compteur d'impulsions ou d'un capteur d'induction, identifie la position de rotation du vilebrequin 3, lorsque le marquage de position 6, passe devant le capteur de position 5, lors de la rotation. Si on y rajoute le signal d'un capteur d'arbre à cames du moteur à combustion interne, qui n'est pas détaillé dans la figure 1, on peut définir exactement la position des pistons, par l'intermédiaire de la position de rotation du vilebrequin. Dans le cas d'un moteur à combustion interne à allumage par étincelles (Otto), ceci permet de reconnaître par exemple, si un piston se trouve en début d'allumage ou en début d'admission. Mais l'invention ne se limite pas aux moteurs à allumage par étincelles. De la même manière ou d'une manière dérivée, l'invention est également adaptée aux moteurs à combustion interne à allumage spontané (diesel). La denture 4 peut également être remplacée par un disque perforé. Le volant 4 et un rotor de la machine électrique 1 peuvent être monobloc. De même, la denture 4 et le marquage de position 6 peuvent être fixés directement sur le rotor de la machine électrique. Selon l'invention, lors de la coupure du moteur à combustion interne, le ralentissement du vilebrequin 3 est influencé de telle manière, qu'il s'arrête dans une position de repos bien définie. Cette position de repos est caractérisée en ce que, lors du prochain démarrage du moteur à combustion interne et de sa montée en régime par l'intermédiaire de la machine électrique 1, une vitesse de démarrage prévue est atteinte avant même, que le marquage de position 6 du volant 2 n'ait atteint le capteur 5. De ce fait, dans la phase de démarrage et avant que le vilebrequin n'ait fait un tour complet, un dispositif de commande relié au capteur 5 et qui n'est pas représenté plus en détails, reçoit de la part du capteur 5 un signal à partir duquel, en liaison avec le capteur de l'arbre à cames, la position du vilebrequin 3 et donc des pistons peut être clairement définie, avant même, que le vilebrequin n'ait effectué un tour complet. A cet effet, une position du piston avant OT peut être enregistrée, après quoi dès que le capteur 5 a restitué un signal au dispositif de commande, une explosion du moteur à combustion interne est induite par injection du carburant et par son allumage. La position de repos sélectionnée du vilebrequin 3 ou celle d'un angle 8, compris entre le marquage de position 6 et le capteur 5, ne devra pas être plus importante que nécessaire, c'est à dire la plus réduite possible, dans lequel cas la vitesse atteinte au démarrage par le disque volant est juste assez importante pour permettre de générer un signal clair, lorsque le marquage de position 6 passe devant le capteur 5. Dans le cas d'un moteur à 4 cylindres, 90 degrés environ sont suffisants. Dans un moteur à six cylindres, des angles 8 de 60 degrés, de 60+120 degrés ou de 60+240 degrés sont possibles, par exemple. Comme pour les moteurs à 6 cylindres, le trajet de démarrage de 60 degrés serait trop petit pour générer au capteur 5, un signal clair qui dépend du couple disponible sur la machine électrique 1, il faut prévoir un angle de 180 degrés pour la position de repos souhaitée du vilebrequin. Dans le présent exemple, après la coupure du moteur à combustion interne, il faut donc garantir à l'aide des moyens de freinage et d'entraînement, que le vilebrequin 3 soit arrêté dans une position de rotation telle, que le marquage de position se trouve à 180 degrés du capteur, selon l'invention. A cet effet, le freinage peut être réalisé de la manière suivante. La figure 2 représente un cycle de coupure du moteur à combustion interne avec freinage induit, caractérisé par la ligne 11. Dans le diagramme, la vitesse de rotation est mentionnée dans le temps et en fonction de l'angle de rotation du vilebrequin. A la demande du conducteur, par l'intermédiaire de la clé de contact ou en cas de coupure automatique en exploitation arythmique, une marche à vide, commandée par le dispositif de commande (section 12 de la ligne 11) est d'abord induite, suivie par un freinage dans la position de repos optimale (ligne 11 et section 14) ou à proximité de la position de repos optimale. Comparativement, la ligne pointillée 15 montre l'arrêt conventionnel d'un moteur, sans moyens de freinage ou d'entraînement. Le moyen de freinage ou d'entraînement utilisé peut être un générateur usuel (dynamo) à commutation active en transmission par courroie. A cet effet, le générateur peut être utilisé à court terme en tant qu'entraînement. Par ailleurs, le générateur de démarrage du vilebrequin d'un dispositif start-stop qui n'est pas représenté plus en détails peut être utilisé en tant que moyen d'entraînement ou de freinage. De tels générateurs de démarrage sont connus par exemple par DE 199 05 366 A1 ou EP 0 311 688 Bl. Le générateur de démarrage du vilebrequin présente l'avantage que, grâce à son couple élevé il est capable de démarrer le vilebrequin dans n'importe quelle position, sans considération de l'élan momentané. En outre, le générateur de démarrage dispose déjà d'un système d'enregistrement de l'angle de rotation, constitué d'un capteur, qui par exemple définit la position du vilebrequin 3 au rotor. A cet effet, le rotor du générateur de démarrage du vilebrequin remplace le volant du démarreur. Par le freinage du vilebrequin à l'aide du générateur de démarrage du vilebrequin, on peut alors, selon la description précédente, ramener de la même manière le vilebrequin dans une position définie, optimale pour le prochain démarrage. Dans d'autres variantes de l'invention, il est également possible de prévoir un générateur de démarrage entraîné par courroie. Un autre moyen d'influence sur le freinage ou l'accélération du vilebrequin 3 peut consister à ajuster le papillon des gaz du moteur à combustion interne. La connexion ou l'ajustage de la charge d'un compresseur de climatisation prévu est également envisageable. Le vilebrequin peut être freiné ou accéléré, par influence sur l'angle d'allumage, lors du dernier cycle de fonctionnement, par exemple dans le sens tard ou très tôt (couple résistant). Par ailleurs, il est envisageable de prévoir un système de freinage mécanique sur le vilebrequin 3, tel qu'il est utilisé sur l'auxiliaire de synchronisation de la boîte. Le dispositif de commande électrique peut consigner dans sa mémoire, si la position de repos correcte ou optimale du vilebrequin 3 a été atteinte ou si des secousses résiduelles ont été générées, suite à un freinage trop violent ou trop faible. Si un écart est constaté par rapport à l'atterrissage idéal du vilebrequin, une régulation autodidacte prévue dans le dispositif de commande permet d'atteindre graduellement la position de repos optimale, lors du prochain cycle de coupure du moteur, par modification des paramètres de freinage ou d'accélération. Les explications précédemment fournies sont applicables de la même manière aux moteurs à deux ou à quatre temps. Pour le principe à quatre temps, la position dans laquelle se trouve l'arbre à cames doit être analysée en supplément ou consignée dans la mémoire du dispositif de commande, pour l'affection de l'allumage au cycle de fonctionnement. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour démarrer un moteur à combustion interne, constitué d'une machine électrique (1), reliée à un vilebrequin (3) et exploitable en tant qu'unité démarreur/générateur et d'un système de définition de la position de rotation du vilebrequin, caractérisé en ce que, lors de la coupure du moteur à combustion interne, des moyens de freinage ou d'entraînement (1) amènent le vilebrequin dans une position de repos prédéfinie, à partir de laquelle, la position de rotation du vilebrequin (3) peut être clairement définie lors du prochain démarrage du moteur à combustion interne, avant que le vilebrequin (3) n'ait effectue un tour complet. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas d'un moteur à combustion interne à quatre cylindres, la position de repos prédéfinie du vilebrequin (3) est environ de 90 degrés avant OT. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas d'un moteur à combustion interne à six cylindres, la position de repos prédéfinie du vilebrequin (3) est environ de 60 degrés ou de 180 degrés ou de 300 degrés avant OT. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moment de coupure de l'injection de carburant dans les chambres de combustion du moteur à combustion interne est défini de manière à ce que la mise à l'arrêt automatique du vilebrequin (3) ramène ce dernier dans la position de repos prédéfinie. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la machine électrique (1) de l'unité démarreur/générateur, freine le vilebrequin (3) dans la position de repos prédéfinie. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la machine électrique (1) de l'unité démarreur/générateur est un générateur de démarrage du vilebrequin. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un système d'enregistrement de la position de rotation préalablement existant sur le générateur de démarrage du vilebrequin est utilisé pour définir la position de rotation du vilebrequin. 8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un capteur (5) est prévu sur un volant (2) relié à la machine électrique (1) de l'unité démarreur/générateur, pour définir la position de rotation du vilebrequin. 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de freinage ou d'entraînement utilisé consiste en un ajustage du papillon du moteur à combustion interne. 10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de freinage ou d'entraînement utilisé consiste en un ajustage de la charge d'un compresseur de climatisation du moteur à combustion interne. 11. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de freinage ou d'entraînement utilisé consiste en un ajustage de l'angle d'allumage, lors du dernier cycle de fonctionnement avant le stop, dans le sens tard ou très tôt. 12. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de freinage ou d'entraînement utilisé est un système de freinage mécanique sur le vilebrequin.