Brevet FR2840961A1 — publié le 20031219

L'invention se rapporte au domaine des systèmes électriques pour automobiles. De manière spécifique, l'invention est dirigée vers un procédé et vers un dispositif pour empêcher un état de calage dans un système de moteur à combustion interne équipé d'un ensemble à démarreur-alternateur. Une tendance récente dans les systèmes électriques pour automobiles concerne la combinaison des éléments constitutifs du démarreur et de l'alternateur/générateur fonctionnant et agissant précédemment de manière séparée. Au fur et à mesure que les automobiles deviennent de plus en plus renforcées électroniquement, en termes d'accessoires électroniques et de sophistication des systèmes de commande, le besoin se fait de plus en plus sentir pour une augmentation de l'énergie électrique à fournir aux divers systèmes. Il en résulte que l'alternateur est devenu physiquement plus gros et davantage puissant au fur et à mesure qu'ont augmenté les besoin électriques des automobiles. En outre, la nécessité d'augmenter l'efficience de fonctionnement des moteurs à combustion interne exige un démarreur puissant et actionné fréquemment de manière à reprendre le fonctionnement du moteur à combustion interne sur de courts cycles de demande. De même, alors que ces tendances distinctes ont pris place, un troisième élément toujours présent dans la conception des automobiles concerne l'efficience d'implantation en terme d'espace sous capot. Au fur et à mesure que ces tendances ont progressé, une stratégie communément proposée à consisté à combiner le démarreur et l'alternateur/générateur en un seul élément. A ce sujet, la fonction de démarrage du démarreur/alternateur peut être très puissante vis-à-vis du moteur à combustion interne en cours de démarrage pour autant que le moteur à combustion interne doit atteindre un fonctionnement autoentretenu dans un intervalle de temps de 0,5 à 1 seconde à partir de la mise en route du démarreur. De même, la fonction de production de énergie électrique de l'ensemble à démarreur-alternateur peut être également puissante vis-à-vis de la capacité du moteur à combustion interne de produire un couple suffisant plus particulièrement au cours d'une charge relative élevée et d'une vitesse relative basse du moteur. Dans ce cas, un état de calage du moteur à combustion interne peut rapidement se produire si on laisse la charge produite par la fonction de production d'énergie électrique de l'ensemble à démarreur/alternateur écraser le couple fourni par le moteur à combustion interne. Cette situation peut être peu sûre dans des cas où le démarrage du moteur à combustion interne à partir de son état statique est défavorable (c'est-à-dire, un état de chaleur élevée sous une charge élevée). En outre, si l'état de calage est répété successivement en étant suivi par des séquences de redémarrage du moteur à combustion interne, l'ensemble à démarreur/alternateur peut rapidement trop chauffer et ne plus pouvoir fonctionner. La présente invention est dirigée vers la résolution d'au moins un des problèmes potentiels associés à la tendance vers une combinaison des fonctions de démarreur et de générateur/alternateur. De manière spécifique, la présente invention propose un procédé et un dispositif qui lui est associé pour détecter un état naissant de calage d'un système à moteur à combustion interne équipé d'un ensemble à démarreur-alternateur. Lorsqu'un début de calage est détecté, le procédé selon la présente invention met hors service la fonction de production l'énergie électrique de l'ensemble à démarreur-alternateur pour faire reprendre une vitesse suffisante au moteur à combustion interne afin d'éliminer l'état de calage. Après cela, lorsqu'est détectée une vitesse suffisante du moteur à combustion interne, la fonction de production d'énergie électrique est redonnée à l'ensemble à démarreur-alternateur. L'état de calage peut être détecté directement à partir d'un capteur de rotation et/ou de position monté sur l'ensemble à démarreur-alternateur ou, en variante, l'état de calage peut être détecté à partir d'un autre accessoire entraîné par le moteur à combustion interne et qui est équipé de manière analogue d'un capteur de rotation et/ou de vitesse. Un tel accessoire peut comprendre, mais sans être limité à cela, le ventilateur de refroidissement entraîné par le moteur, le compresseur, la pompe de direction assistée ou l'arbre à cames du moteur à combustion interne. Conformément à la présente invention, on empêche l'état de calage, ce qui a pour résultat une continuité du fonctionnement du moteur à combustion interne et préserve également l'ensemble à démarreuralternateur d'une usure excessive dans le mode de démarrage. L'invention concerne ainsi un procédé pour empêcher un état de calage dans un système à moteur à combustion interne équipé d'un ensemble à démarreur-alternateur commandé par microprocesseur et fonctionnant dans le mode générateur pour produire de l'énergie électrique, comprenant les étapes consistant à : mettre en service le mode générateur dudit ensemble à démarreur-alternateur ; détecter une vitesse de rotation dudit moteur à combustion interne et obtenir une première vitesse détectée ; comparer cette première vitesse détectée avec un premier seuil acceptable prédéterminé de vitesse de rotation dudit moteur à combustion interne représentatif d'un état naissant de calage dudit moteur à combustion interne ; et mettre ledit ensemble à démarreuralternateur hors service dans ledit mode générateur lorsque ladite vitesse détectée tombe en dessous dudit seuil acceptable prédéterminé de vitesse de rotation. Conformément à une caractéristique avantageuse de l'invention, le procédé comprend l'étape supplémentaire consistant à détecter une seconde vitesse de rotation dudit moteur à combustion interne après ladite étape de mise hors service et obtenir une seconde vitesse détectée ; comparer ladite seconde vitesse détectée avec un second seuil acceptable prédéterminé de vitesse de rotation ; et remettre en service ledit mode générateur dudit ensemble à démarreur-alternateur. Selon encore une autre caractéristique avantageuse de l'invention, ladite étape de détection de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne est effectuée en utilisant une vitesse détectée de rotation dudit ensemble à démarreur-alternateur. De même, ladite étape de détection de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne peut être effectuée en utilisant une vitesse détectée de rotation d'un accessoire entraîné par le moteur à combustion interne. L'invention s'étend également à un dispositif pour empêcher le calage d'un moteur à combustion interne dans un véhicule à moteur équipé d'un ensemble à démarreuralternateur commandé par microprocesseur, caractérisé en ce qu'il comprend . un moteur à combustion interne ; un ensemble à démarreur-alternateur couplé pour tourner en même temps que le vilebrequin dudit moteur à combustion interne ; un organe de commande système relié de manière opérationnelle à la fois audit élément à démarreuralternateur et au moteur à combustion interne pour commander respectivement leur fonctionnement ; un capteur de vitesse pour détecter la vitesse de rotation dudit moteur à combustion interne relié audit organe de commande système ; et en ce que ledit organe de commande du système met hors service la fonction de production d'énergie électrique dudit ensemble à démarreuralternateur lorsque ledit capteur de vitesse détecte une vitesse de rotation dudit moteur à combustion interne endessous d'un seuil prédéterminé de vitesse de rotation indicateur d'un état naissant de calage dudit moteur à combustion interne. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels : - la figure 1 est un schéma synoptique d'un mode de réalisation des capteurs et du matériel informatique qui sont nécessaires pour mettre en #uvre la présente invention ; - la figure 2 montre un organigramme d'obtention du procédé utilisé par l'organe de commande système afin de déterminer un état de calage du moteur à combustion interne et mettre hors service la fonction de production d'énergie électrique lorsque cela est nécessaire. - la figure 3 est une représentation graphique d'une courbe de fonctionnement pour mettre hors service et reprendre le fonctionnement de production d'énergie électrique de l'ensemble à démarreur-alternateur sur la base de la détection d'une vitesse détectée du moteur à combustion interne. La présente invention est ainsi dirigée vers un procédé de commande d'un ensemble à démarreur-alternateur 10 dans une installation à moteur à combustion interne et est dirigée de manière spécifique vers une mise hors service de la fonction de production d'énergie électrique lorsqu'un état naissant de calage a été détecté pour le moteur à combustion interne. L'ensemble à démarreuralternateur 10 peut être sous une forme intégrée, c'est- à-dire en combinaison avec le volant ou le dispositif d'équilibrage monté sur le vilebrequin, ou sous une forme séparée de type entraînée/entraînant à courroie, chaîne ou engrenage. Dans toutes ces configurations, l'ensemble 10 est utilisé pour démarrer le moteur à combustion interne en accord avec une instruction prédéterminée, c'est-à-dire sous l'ordre d'un opérateur ou de la charge d'un accessoire, et il est utilisé pour fournir de l'énergie électrique en vue soit d'une consommation immédiate soit d'un stockage, c'est-à-dire le chargement d'une batterie. L'ensemble à démarreur-alternateur 10 est directement couplé pour tourner avec le moteur 12. Le moteur 12 est équipé de divers capteurs pour déterminer la vitesse de rotation, la température, la position du vilebrequin, la position des cames, etc., et fournir ces informations à un organe de commande système 16, ou à un autre organe de commande dédié relié au système. L'organe de commande système 16 reçoit et transmet de même des informations de fonctionnement vers et à partir d'un inverseur de l'ensemble à démarreur-alternateur qui comprend un organe de commande associé pour choisir de manière sélective soit la fonction démarreur soit la fonction alternateur pour l'ensemble à démarreuralternateur 10. La batterie 20 fait également partie du système pour fournir de l'énergie électrique afin d'activer l'ensemble à démarreur-alternateur lorsque la fonction démarreur est choisie. Le moteur 12 est également équipé de divers accessoires 14 entraînés par le moteur tel que par exemple un ventilateur de refroidissement, un compresseur, une pompe de direction assistée, une pompe à eau, une pompe des gaz d'échappement, un arbre à cames, etc. Au cas où on détecte que le moteur 12 se trouve dans un état naissant de calage après une séquence de détection prédéterminée amorcée par l'organe de commande système 16, la fonction de production d'énergie électrique de l'ensemble à démarreur-alternateur est mise hors service. L'état naissant de calage du moteur à combustion interne 12 pourrait provenir d'un grand nombre de défauts du système, à savoir une charge élevée, une arrivée intermittente de carburant, un mauvais fonctionnement de l'allumage ou de l'injection, ou une batterie faible. Quelle que soit cependant la raison pour cet état, si la vitesse de rotation du moteur à combustion interne tombe en-dessous d'un seuil prédéterminé de vitesse N-1 (voir figure 3) à partir d'un état de fonctionnement normal N-o, l'organe de commande système 16 met hors circuit la fonction de production d'énergie électrique de l'ensemble à démarreuralternateur 10. Lorsque la vitesse de rotation du moteur à combustion interne commence à augmenter au-dessus d'un seuil N-2, l'organe de commande système 16 réactive la fonction de production d'énergie électrique de l'ensemble à démarreur-alternateur 10. La figure 2 montre un organigramme de la séquence logique de l'organe de commande système 16 utilisant le procédé de la présente invention. Le mode de production d'énergie électrique de l'ensemble à démarreuralternateur est tout d'abord engagé. Après cela, la vitesse du moteur à combustion interne est détectée et elle est comparée à un seuil de vitesse N-1. Si la vitesse détectée du moteur à combustion interne tombe endessous du seuil de vitesse N-1, l'organe de commande système 16 met l'ensemble à démarreur-alternateur hors service dans le mode de production d'énergie électrique. Après cela, la vitesse du moteur à combustion interne est à nouveau détectée et comparée à un seuil de vitesse N-2 pour reprendre le mode de production d'énergie électrique de l'ensemble à démarreur-alternateur. Si la vitesse du moteur à combustion interne reste en-dessous du seuil de vitesse N-2, la fonction de production d'énergie électrique de l'ensemble à démarreur-alternateur reste hors service. Si au contraire la vitesse détectée du moteur à combustion interne est au-dessus du seuil de vitesse N-2, la fonction de production d'énergie électrique de l'ensemble à démarreur-alternateur est réengagée. La vitesse du moteur peut, dans le procédé selon la présente invention, être vérifiée soit par une vérification directe sur la vitesse de l'ensemble à démarreur-alternateur, soit par une vérification d'un élément quelconque entraîné par le moteur et équipé de capteurs de vitesse de rotation et/ou de position (en prenant en compte des différences de vitesse entre le moteur et l'ensemble à démarreur-alternateur du fait de rapports de poulies, de rapports d'engrenages, etc.). On effectue alors une comparaison pour déterminer si la vitesse détectée du moteur à combustion interne a dépassé ou est tombée en-dessous d'une gamme de vitesses de rotation acceptable prédéterminée pour l'un quelconque de N-1 ou N-2 selon l'étape du procédé en cours d'exécution. Si la vitesse est inférieure, l'ensemble à démarreuralternateur peut continuer dans un mode de production d'énergie électrique mis hors service, au contraire si cette vitesse est plus élevée, le mode de production d'énergie électrique peut être réengagé. L'ensemble à démarreur-alternateur 10 utilisé dans la présente invention peut être du type à réluctance commutée ou être un autre ensemble à démarreur-alternateur commandé par microprocesseur où le réengagement et le désengagement de la fonction de production d'énergie électrique peut se produire dans un intervalle de temps de quelques micro secondes selon les signaux de commande reçus de l'organe de commande système 16. Le procédé ci-dessus améliorera les performances et la fiabilité d'ensemble du système à démarreuralternateur en contrôlant et en limitant une usure excessive de l'ensemble à démarreur-alternateur dans le mode démarreur due à des cycles répétés de calage du moteur à combustion interne. Conformément à ce procédé, le système à démarreur-alternateur est préservé d'un fonctionnement excessif destructeur. Les limitations spécifiques et les paramètres utilisés dans le procédé et le dispositif de la présente invention pour ce qui est considéré comme un état naissant de calage, c'est-à-dire N-1, et une vitesse suffisante du moteur à combustion interne pour reprendre la fonction générateur, c'est-àdire N-2, dépendent des critères de conception du système à démarreur-alternateur et du moteur à combustion interne associé. Il en est, par exemple, des dimensions relatives, de la configuration des cylindres, ainsi que de la capacité de production de couple du moteur à combustion interne, des dimensions, de la capacité d'absorption de couple de l'ensemble à démarreuralternateur dans le mode de production d'énergie électrique, ainsi que des critères de fonctionnement attendus du moteur à combustion interne en tenant compte des conditions ambiantes (c'est-à-dire s'il fait chaud ou froid, si l'air est humide ou sec, quelle est la pression ou la densité de l'air, etc.). Par exemple, un moteur à combustion interne de type diesel turbo à six cylindres en ligne d'une cylindrée de trois litres aurait un nombre de tours par minute d'état naissant de calage (450 tpm) très différent d'un moteur à combustion interne à trois cylindres alimenté en alcool d'une capacité de 900 cm3 (800 tpm), lequel aurait à son tour un nombre de tours par minute d'état naissant de calage très différent d'un moteur à combustion interne de petite cylindrée du type deux temps (1100 tpm). Quels que soient les paramètres de conception, cependant, le procédé selon la présente invention suivrait les étapes de détection et de comparaison nécessaires aux critères prédéterminés spécifiés pour l'ensemble à démarreur-alternateur et le moteur à combustion interne associé. L'invention n'est cependant pas limité à l'exemple de réalisation représenté et décrit en détail car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Procédé pour empêcher un état de calage dans un système à moteur à combustion interne équipé d'un ensemble à démarreur-alternateur commandé par microprocesseur et fonctionnant dans le mode générateur pour produire de l'énergie électrique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : - mettre en service le mode générateur dudit ensemble à démarreur-altrenateur ; - détecter une vitesse de rotation dudit moteur à combustion interne et obtenir une première vitesse détectée ; - comparer cette première vitesse détectée avec un premier seuil acceptable prédéterminé de vitesse de rotation dudit moteur à combustion interne représentatif d'un état naissant de calage dudit moteur à combustion interne ; et - mettre ledit ensemble à démarreur-alternateur hors service dans ledit mode générateur lorsque ladite vitesse détectée tombe en-dessous dudit seuil acceptable prédéterminé de vitesse de rotation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes consistant à : - détecter une seconde vitesse de rotation dudit moteur à combustion interne après ladite étape de mise hors service et obtenir une seconde vitesse détectée ; - comparer ladite seconde vitesse détectée avec un second seuil acceptable prédéterminé de vitesse de rotation ; et - remettre en service ledit mode générateur dudit ensemble à démarreur-alternateur. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape de détection de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne est effectuée en utilisant une vitesse détectée de rotation dudit ensemble à démarreur-alternateur. 4. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape de détection de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne est effectuée en utilisant une vitesse détectée de rotation d'un accessoire entraîné par le moteur à combustion interne. 5. Un dispositif pour empêcher le calage d'un moteur à combustion interne dans un véhicule à moteur équipé d'un ensemble à démarreur-alternateur commandé par microprocesseur, caractérisé en ce qu'il comprend : - un moteur à combustion interne ; - un ensemble à démarreur-alternateur couplé pour tourner avec le vilebrequin dudit moteur à combustion interne ; - un organe de commande système relié de manière opérationnelle à la fois dudit ensemble à démarreuralternateur et au moteur à combustion interne pour commander respectivement leur fonctionnement ; - un capteur de vitesse pour détecter la vitesse de rotation dudit moteur à combustion interne relié audit organe de commande système ; et en ce que : ledit organe de commande système met hors service la fonction de production d'énergie électrique dudit ensemble à démarreur-alternateur lorsque le capteur de vitesse détecte une vitesse de rotation dudit moteur à combustion interne en-dessous d'un seuil prédéterminé de vitesse de rotation indicateur d'un état naissant de calage dudit moteur à combustion interne.