Brevet FR2920205A1 — publié le 20090227

Procédé pour arrêter et démarrer un moteur thermique 5 L'invention concerne notamment un procédé pour arrêter et démarrer un moteur thermique, notamment de véhicule automobile, à l'aide d'une machine électrique tournante. 10 Une machine électrique tournante, par exemple un alternateur réversible de véhicule automobile pour réaliser une fonction Stop&Start, comporte un rotor et un stator, l'un de ces éléments générant un champ magnétique tournant de manière à entraîner l'autre élément en rotation. Le stator peut par exemple être formé de plusieurs phases 15 d'enroulement réparties sur sa périphérie et alimentées successivement de manière à générer le champ magnétique tournant. Le rotor porte un enroulement qui doit être parcouru par un courant ayant une intensité supérieure à une valeur donnée afin d'être suffisamment magnétisé pour être entraîné par le champ magnétique tournant. 20 A cet effet, il est connu de réaliser, préalablement à la génération du champ magnétique tournant par le stator, une pré-magnétisation dans laquelle une tension est appliquée aux bornes de l'enroulement du rotor, ce qui fait naître un courant croissant dans ce dernier. La demande de brevet FR 2 875 556 décrit par exemple une solution 25 pour anticiper le besoin de démarrer la machine électrique et par conséquent la nécessité d'effectuer une phase de pré-magnétisation. Le démarrage de la machine électrique par l'excitation du stator est réalisé avec un retard prédéterminé (150 ms dans l'exemple donné) par rapport au début de la pré-magnétisation. 30 Lorsque la machine électrique tournante est un alternateur réversible de véhicule automobile qui sert, en mode démarreur, à démarrer un moteur thermique, il apparaît le problème que le temps de pré-magnétisation de l'alternateur réversible se répercute sur le temps de démarrage du moteur thermique et le temps de démarrage du moteur thermique peut, dans certains cas, varier de 60 ms à 150 ms, durée qui peut s'avérer non-négligeable. L'invention vise notamment à optimiser le temps de démarrage d'un moteur thermique à l'aide d'une machine électrique tournante. L'invention a ainsi pour objet un procédé pour arrêter et démarrer un moteur thermique, notamment de véhicule automobile, à l'aide d'une machine électrique tournante, le procédé comportant les étapes suivantes : - arrêter le moteur thermique, - maintenir un courant d'excitation dans la machine électrique tournante pendant une période prédéterminée à partir de l'arrêt du moteur thermique, et couper le courant d'excitation dans la machine électrique tournante après cette période prédéterminée et en l'absence d'une commande de démarrage du moteur thermique, - commander la machine électrique tournante pour provoquer le démarrage du moteur thermique. Grâce à l'invention, si une demande de redémarrage automatique du moteur thermique intervient pendant la période de maintien du courant d'excitation dans la machine électrique, il est possible de réduire la durée de pré-magnétisation du rotor de la machine électrique car celui-ci nécessite moins de temps pour atteindre le niveau de saturation magnétique. La durée de pré-magnétisation du rotor peut ainsi être réduite de manière sensible, ce qui a pour conséquence un temps de redémarrage du moteur thermique plus court. L'invention peut permettre par exemple de réduire de plus de moitié le temps de pré-magnétisation par rapport à un démarrage hors période de maintien d'un courant d'excitation dans le rotor. Lorsqu'une demande de démarrage du moteur thermique intervient après la période de maintien du courant, ce dernier chutant alors à une valeur sensiblement nulle, le temps de démarrage du moteur thermique est alors plus long. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, pendant la période prédéterminée à partir de l'arrêt du moteur thermique, le courant dans le rotor est maintenu à une valeur correspondant à environ 50% en rapport cyclique d'excitation de la machine électrique. Le courant d'excitation du rotor peut être contrôlé directement. En variante, ce courant peut être contrôlé par l'intermédiaire du rapport cyclique (par modulation d'impulsions en largeur ou PWM). La période prédéterminée est comprise par exemple entre 5 secondes et 60 secondes, notamment entre 10 s et 30 s, étant par exemple sensiblement égale à 20 s. La période prédéterminée peut présenter une durée invariable. En variante, la durée de la période prédéterminée dépend au moins d'un paramètre de la machine électrique, notamment d'une température de la machine électrique. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, le temps pour démarrer le moteur thermique est au moins 30% ou 20% plus court lorsque le démarrage a lieu pendant la période de maintien d'un courant d'excitation que lorsque le démarrage a lieu après cessation du maintien du courant d'excitation. La machine électrique tournante est par exemple un alternateur réversible de véhicule automobile. L'invention a encore pour objet un dispositif pour arrêter et démarrer un moteur thermique, notamment de véhicule automobile, ce dispositif comportant : - une machine électrique tournante capable de provoquer le démarrage du moteur thermique, - une unité de contrôle agencée pour commander le maintien d'un courant d'excitation dans la machine électrique tournante pendant une période prédéterminée à partir d'un arrêt du moteur thermique, et couper le courant d'excitation dans la machine électrique tournante après cette période prédéterminée et en l'absence d'une commande de démarrage du moteur thermique. Avantageusement, l'unité de contrôle comporte l'un d'un microcontrôleur et d'un ASIC (Application Specific Integrated Circuit). Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'unité de contrôle est agencée pour maintenir, pendant la période prédéterminée à partir de l'arrêt du moteur thermique, le courant d'excitation à une valeur correspondant à environ 50% en rapport cyclique d'excitation de la machine électrique. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple de mise en oeuvre non limitatif de l'invention, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : la figure 1 représente, schématiquement et partiellement, un dispositif conforme à l'invention, - la figure 2 est un schéma-blocs illustrant différentes étapes du procédé mis en oeuvre sur le dispositif de la figure 1, et - les figures 3 et 4 illustrent la variation du rapport cyclique en fonction du temps, pour deux modes de pré-magnétisation différents du procédé de la figure 2. On a représenté sur la figure 1 un dispositif 1 comportant une machine électrique tournante réversible polyphasée 2 formée, dans l'exemple considéré, par un alternateur réversible de véhicule automobile. Cet alternateur 2 est capable, outre d'être entraîné en rotation par un moteur thermique pour produire de l'énergie électrique (mode alternateur), de transmettre un couple à ce moteur thermique pour un démarrage automatique (mode démarreur) permettant une fonction Stop&Start. L'alternateur 2 comporte, d'une part, un stator 3 comprenant des enroulements 31, 32 et 33 formant dans l'exemple décrit trois phases, et d'autre part, un rotor 4 comprenant un enroulement 41. Les enroulements 31, 32 et 33 du stator 3 sont disposés suivant un montage en triangle, sans point neutre. Dans une variante non représentée, les enroulements peuvent être disposés suivant un montage en étoile, avec un point neutre. Les phases du stator 3 sont reliées à un convertisseur 5 réversible alternatif-continu (AC/DC). Le convertisseur 5 AC/DC est relié à une batterie 10. La batterie 10 peut comprendre une batterie d'alimentation classique, par exemple de type batterie au plomb, ou NiMH (Nickel Métal Hydrure). La batterie 10 permet d'alimenter des réseaux électriques comprenant des consommateurs électriques du véhicule, par exemple des phares, une radio, une climatisation, des essuie-glaces. L'enroulement 41 du rotor 4 est relié à un étage de puissance 8. Le dispositif 1 comporte en outre une unité de contrôle 7 reliée au convertisseur 5 et à l'étage de puissance 8 et pouvant être alimentée par l'unité de stockage 10. L'unité de contrôle 7 peut comporter par exemple un microcontrôleur ou un ASIC. On va maintenant décrire, en référence à la figure 2, différentes étapes du procédé pour arrêter et démarrer automatiquement le moteur thermique du véhicule l'aide du dispositif 1. Après une étape 100 de démarrage du véhicule par l'utilisateur, par exemple à l'aide d'une clé, le mode Stop&Start est activé à l'étape 101, sur commande de l'utilisateur. Si l'utilisateur le souhaite, celui- ci peut commander l'inhibition du mode Stop&Start. Supposons que le véhicule vient à s'immobiliser momentanément, par exemple du fait d'un feu rouge ou d'un embouteillage, le moteur thermique est coupé automatiquement (mode Stop&Start activé) comme indiqué à l'étape 102. L'unité de contrôle 7 commande alors l'étage de puissance 8 pour maintenir un courant d'excitation dans l'enroulement 41 du rotor 4 pendant une préiode T prédéterminée de durée to à partir de l'arrêt du moteur thermique (étape 103). Le courant d'excitation est maintenu pendant la période T à une valeur correspondant par exemple à environ 50% en rapport cyclique d'excitation de la machine électrique utile au démarrage du moteur thermique. La durée to de la période T peut être choisie sensiblement égale à 20 5 secondes. Si à l'expiration de la période T après le temps to, aucun ordre de redémarrage du moteur thermique n'est émis, l'unité de contrôle 7 commande la coupure du courant d'excitation dans le rotor 4 (étapes 104 et 105). La figure 4 illustre la variation du rapport cyclique en fonction du temps dans 10 ce cas. Lorsqu'un ordre de redémarrage du moteur thermique est émis, l'étage de puissance 8 injecte le courant d'excitation utile dans le rotor 4 pour provoquer la mise en marche du moteur électrique 2 afin de démarrer automatiquement le moteur thermique (étape 106). 15 Le redémarrage nécessite alors une pré-magnétisation complète (de durée t3, par exemple comprise entre 60 ms et 100 ms) du rotor 4. Dans le cas où un ordre de redémarrage du moteur thermique intervient avant l'expiration de la période T de durée prédéterminée to (étape 104), le redémarrage peut s'effectuer avec un temps de pré-magnétisation plus court car 20 un courant d'excitation est maintenu à ce moment dans le rotor 4 (étape 107). La figure 3 illustre la variation du rapport cyclique en fonction du temps dans ce cas. Le temps de pré-magnétisation t1, par exemple de 30 ms, dans l'étape 107 peut par exemple être réduit environ de moitié par rapport au temps t3 à l'étape 25 105. La durée t2 pour démarrer le moteur thermique, par exemple comprise entre 300 ms et 350 ms, avec une pré-magnétisation t1 plus courte, est plus faible que la durée t4, par exemple comprise entre 400 ms et 500 ms, avec une pré-magnétisation complète t3 (voir figures 3 et 4). 30 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de mise en oeuvre qui vient d'être décrit. Par exemple, la durée de la période T peut dépendre de la température de la machine électrique. Revendications 5 1. Procédé pour arrêter et démarrer un moteur thermique, notamment de véhicule automobile, à l'aide d'une machine électrique tournante (1), le procédé comportant les étapes suivantes : 10 - arrêter le moteur thermique (étape 102), - maintenir un courant d'excitation dans la machine électrique tournante pendant une période prédéterminée à partir de l'arrêt du moteur thermique (étape 103), et couper le courant d'excitation dans la machine électrique tournante après cette période prédéterminée et en l'absence d'une 15 commande de démarrage du moteur thermique (étape 105), - commander la machine électrique tournante pour provoquer le démarrage du moteur thermique (étape 106 ; étape 107). 2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que, 20 pendant la période prédéterminée (T) à partir de l'arrêt du moteur thermique, le courant dans le rotor est maintenu à une valeur correspondant à environ 50% en rapport cyclique d'excitation de la machine électrique. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait 25 que la période prédéterminée présente une durée (ta) comprise entre 5 secondes et 60 secondes, notamment entre 10 s et 30 s, étant par exemple sensiblement égale à 20 s. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, 30 caractérisé par le fait que la période prédéterminée présente une durée invariable. 9 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la durée de la période prédéterminée dépend au moins d'un paramètre de la machine électrique (2), notamment d'une température de la machine électrique. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le courant dans le rotor est contrôlé directement ou par l'intermédiaire du rapport cyclique d'excitation. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la machine électrique est un alternateur réversible (2). 8. Dispositif (1) pour arrêter et démarrer un moteur thermique, notamment de 15 véhicule automobile, ce dispositif comportant : - une machine électrique tournante (2) capable de provoquer le démarrage du moteur thermique, une unité de contrôle (7) agencée pour commander le maintien d'un courant d'excitation dans la machine électrique tournante pendant une 20 période prédéterminée (T) à partir d'un arrêt du moteur thermique, et couper le courant d'excitation dans la machine électrique tournante après cette période prédéterminée et en l'absence d'une commande de démarrage du moteur thermique. 25 9. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que l'unité de contrôle (7) comporte l'un d'un microcontrôleur et d'un ASIC. 10. Dispositif selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé par le fait que l'unité de contrôle est agencée pour maintenir, pendant la période prédéterminée 30 à partir de l'arrêt du moteur thermique, le courant d'excitation à une valeur 10 correspondant à environ 50% en rapport cyclique d'excitation de la machine électrique. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé 5 par le fait que la machine électrique est un alternateur réversible.