Brevet FR2918127A1 — publié le 20090102

Dispositif de démarrage d'un moteur thermique, notamment de véhicule automobile L'invention concerne un dispositif de démarrage d'un moteur thermique, notamment de véhicule automobile. De manière habituelle, la désignation Stop & Start se réfère à une technologie permettant l'arrêt et le redémarrage automatiques d'un moteur thermique de véhicule automobile dans des situations dans lesquelles le véhicule est immobile, moteur tournant, par exemple à un feu rouge, dans un embouteillage... Il est connu d'utiliser, pour redémarrer le moteur thermique, un alternateur réversible assurant, outre la fonction d'alternateur fournissant l'énergie électrique pour couvrir les besoins du véhicule, la fonction de démarrage du moteur thermique. Cet alternateur réversible est, dans certains cas, implanté au niveau d'une façade du moteur thermique, façade sur laquelle s'étend une poulie vilebrequin montée sur le moteur thermique. Une courroie est prévue, d'une part, pour entraîner l'alternateur et, le cas échéant un ou plusieurs accessoires, lorsque le moteur thermique est en fonctionnement, et d'autre part, pour transmettre un couple délivré par l'alternateur réversible vers la poulie vilebrequin lors des phases de redémarrage. Dans ce type de technologie, il est important de garantir une bonne maîtrise du glissement entre la courroie et des poulies de la façade du moteur, pour permettre notamment une transmission correcte du couple de l'alternateur vers la poulie vilebrequin. En effet un glissement de la courroie sur certaines poulies peut rendre 30 impossible le redémarrage du moteur thermique. La présente invention vise à améliorer les conditions du démarrage du moteur thermique, notamment en maîtrisant le glissement entre la courroie et certaines poulies de la façade du moteur lors d'un redémarrage. L'invention a ainsi pour objet un dispositif de démarrage d'un moteur thermique, notamment de véhicule automobile, comportant : - une machine électrique tournante comportant un organe d'entraînement, - un organe de transmission, notamment une courroie ou une chaîne, coopérant avec l'organe d'entraînement de la machine électrique tournante et avec le moteur thermique pour provoquer le démarrage de celui-ci à l'aide de l'organe de transmission entraîné en rotation suivant un premier sens (A) par la machine électrique, - un système de pilotage pour commander la rotation de la machine électrique suivant le premier sens (A) pour démarrer le moteur thermique et, dans une phase préalable au démarrage, suivant un deuxième sens opposé au premier Selon un aspect de l'invention, le dispositif de démarrage comporte: - une machine électrique tournante comportant un organe d'entraînement, - un organe de transmission, notamment une courroie, coopérant avec l'organe d'entraînement de la machine électrique tournante et avec le moteur thermique pour provoquer le démarrage de celui-ci à l'aide de la courroie entraînée en rotation suivant un premier sens par la machine électrique, - un tendeur en appui sur un brin de la courroie s'étendant entre la machine électrique et le moteur thermique, le tendeur pouvant être amené, lors d'une rotation de la machine électrique tournante suivant un deuxième sens opposé au premier, depuis une position d'arrêt vers une position de début de démarrage du moteur thermique, le passage de la position d'arrêt vers la position de début de démarrage s'accompagnant d'une élongation dudit brin et/ou d'un accroissement de la tension dans ce brin. Grâce à l'invention, du fait d'une élongation dudit brin et/ou d'un accroissement de la tension dans le brin de courroie qui sert à transmettre le couple de la machine électrique vers le moteur thermique (ledit brin étant un brin dur lors du démarrage du moteur thermique), le glissement de la courroie est réduit, ce qui permet un redémarrage fiable du moteur thermique. Cette manière de provoquer une élongation dudit brin et/ou un accroissement de la tension dans le brin de courroie en utilisant le tendeur et en faisant tourner préalablement la machine électrique, sur un certain angle, dans un sens inverse du sens pour le démarrage, est particulièrement simple, et notamment ne nécessite pas d'équipements supplémentaires. De préférence, le tendeur est agencé de manière à ce que, une fois que le moteur thermique a démarré, ledit brin de la courroie reprenne une longueur plus faible que dans la position de début de démarrage. Avantageusement le dispositif comporte un galet en contact avec ledit brin de la courroie, ce galet étant agencé pour être déplacé lorsque le tendeur est amené de la position d'arrêt vers la position de début de démarrage, notamment en vue d'allonger ledit brin de courroie et/ou accroître la tension dans ce brin. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, le tendeur est agencé de manière à ce que la longueur dudit brin diminue progressivement entre le début de démarrage et le démarrage effectif du moteur thermique. Avantageusement le tendeur est agencé de manière à pouvoir se détendre lors du passage de la position d'arrêt vers la position de début de démarrage, et se rétracter entre le début de démarrage et le démarrage effectif du moteur thermique. Le cas échéant, le tendeur comporte un organe d'amortissement hydraulique, présentant une fuite hydraulique différentielle, la fuite hydraulique étant plus rapide lorsque le tendeur se détend que lorsque celui-ci se rétracte. L'invention peut ainsi permettre, grâce à la rotation préalable de la machine électrique en sens inverse, d'augmenter la course, en détente, du tendeur. Ceci a pour effet, lors de la phase de démarrage à proprement parler qui suit immédiatement la rotation en sens inverse, du fait de l'augmentation de la course de retour du tendeur et d'une résistance plus importante de ce tendeur, d'assurer un temps suffisant pour le démarrage du moteur thermique, avant que le brin dur ne retrouve une longueur exposant la courroie à des risques de glissement. Dans un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention, le tendeur, par exemple de type mécanique, est agencé de manière à rester bloqué dans la position de début de démarrage au moins jusqu'à ce que le moteur thermique a effectivement démarré. Autrement dit, la longueur du brin dur est constante lors de la phase de démarrage. Le risque de glissement de la courroie est réduit par une augmentation de la tension dans le brin dur. Par exemple, le tendeur comporte un ressort, notamment un ressort du type spiral, hélicoïdal ou plat. Le dispositif peut, si on le souhaite, comporter un élément de blocage du tendeur dans la position de début de démarrage, cet élément comportant au moins : un embrayage, un électro-aimant et une roue à Rochet, un moteur électrique avec une vis sans fin... Selon un aspect de l'invention, le système de pilotage est agencé pour commander une rotation inverse de la machine électrique, dans le deuxième sens, pour déplacer la poulie vilebrequin du moteur thermique dans une position limitant le couple résistant du moteur thermique lors du passage de la première compression. De préférence, le dispositif comporte un système de pilotage de la machine électrique tournante agencé pour commander sélectivement la rotation de la machine électrique suivant les premier et deuxième sens. Le système de pilotage comporte par exemple au moins un commutateur agencé pour relier sélectivement des capteurs de position d'un rotor de la machine électrique à des commandes de bras d'un onduleur. Le système de pilotage peut comporter, si on le souhaite, au moins un microcontrôleur ou un ASIC. La machine électrique tournante est par exemple une machine synchrone, notamment polyphasée. Le cas échéant, la machine électrique est du type réversible, étant notamment un alterno-démarreur. En variante, la machine électrique tournante est un démarreur à courroie. L'invention a également pour objet une machine électrique tournante, notamment un alterno-démarreur pour véhicule automobile, agencée pour démarrer un moteur thermique, la machine électrique étant associée à un système de pilotage pour commander la rotation de la machine électrique suivant un premier sens pour démarrer le moteur thermique et, dans une phase préalable au démarrage, suivant un deuxième sens opposé au premier. L'invention a encore pour objet un procédé pour démarrer un moteur thermique, notamment de véhicule automobile, à l'aide d'une machine électrique tournante, laquelle est agencée pour démarrer le moteur thermique via la mise en rotation dans un premier sens d'un organe de transmission, notamment d'une courroie, reliant la machine électrique au moteur thermique, un tendeur étant prévu pour appuyer sur un brin de l'organe de transmission s'étendant entre la machine électrique et le moteur thermique, le procédé comportant les étapes suivantes : - faire tourner préalablement la courroie dans un deuxième sens opposé au premier, le tendeur se déplaçant alors d'une position d'arrêt vers une position de début de démarrage, - ensuite faire tourner la courroie dans le premier sens pour démarrer le moteur thermique. Le dispositif selon l'invention peut comporter un ou plusieurs tendeurs. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de l'invention, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 représente, schématiquement et partiellement, une façade de moteur thermique de véhicule automobile et un dispositif de démarrage conforme à l'invention, - les figures 2A à 2E illustrent différentes phases de fonctionnement du dispositif de démarrage de la figure 1, - les figures 3A à 3D correspondent à des courbes représentant différentes caractéristiques physiques pour les phases de fonctionnement des figures 2A à 2E, - les figures 4 et 5 représentent, schématiquement et partiellement, deux exemples de système de pilotage du dispositif de la figure 1, et - la figure 6 représente, schématiquement et partiellement, un dispositif de démarrage conforme à un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention. On a représenté sur la figure 1 une façade avant d'un moteur thermique 1 de véhicule automobile, sur laquelle s'étend une poulie vilebrequin 2 pouvant être entraînée en rotation par le moteur thermique lorsque celui-ci est en fonctionnement. Un dispositif de démarrage 10 pour démarrer le moteur thermique 1 est monté au niveau de la façade du moteur. Ce dispositif 10 comporte : - un alterno-démarreur 11 comportant un organe d'entraînement formé, dans l'exemple considéré, par une poulie 12, - une courroie 13 coopérant avec la poulie 12 de la machine électrique tournante 11 et avec le moteur thermique 1 pour provoquer le démarrage de celui-ci à l'aide de la courroie 13 entraînée en rotation suivant un premier sens A par la machine électrique 11, - un tendeur 15, de type hydraulique, en appui sur un brin 16 de la courroie 13 s'étendant entre la machine électrique 11 et le moteur thermique 1, le tendeur 15 pouvant être amené, lors d'une rotation de la machine électrique tournante suivant un deuxième sens B opposé au premier sens A, depuis une position d'arrêt vers une position de début de démarrage du moteur thermique 1, le passage de la position d'arrêt vers la position de début de démarrage s'accompagnant d'une élongation dudit brin 16 et/ou d'un accroissement de la tension dans ce brin 16. Dans l'exemple considéré, le tendeur 15 appuie sur le brin 16 de courroie via un galet 18 monté rotatif sur un support 19, lequel est fixé d'une part de manière pivotante sur un point fixe 20 de la façade, et d'autre part également de manière pivotante à une extrémité d'un organe d'amortissement hydraulique 21 du tendeur 15. L'organe hydraulique 21 est entouré par un ressort 22, notamment hélicoïdal, et peut se détendre ou se rétracter en fonction de l'effort subi par le tendeur 15. Cet organe hydraulique 21 présente une fuite hydraulique différentielle, la fuite hydraulique étant plus rapide lorsque l'organe hydraulique 21 se détend que lorsque celui-ci se rétracte, en phase d'amortissement. Lorsque l'organe hydraulique 21 se détend ou se rétracte, le galet 18 se déplace et la longueur du brin 16 de courroie varie. Le tendeur 15 permet, en fonctionnement normal, de maîtriser la tension moyenne, notamment en la maintenant sensiblement constante, au sein du brin 16. Par exemple, la longueur du brin 16 diminue progressivement entre la position de début de démarrage et le démarrage effectif du moteur thermique. La courroie 13 sert également, via un brin 25 de courroie, à entraîner une poulie accessoire 26, associée par exemple à un compresseur de climatiseur, non- représenté. La mise en rotation de l'alterno-démarreur 11 est commandée par un système de pilotage 28 représenté très schématiquement sur la figure 2A, agencé pour commander sélectivement la rotation de l'alterno-démarreur 11 suivant les premier sens A et deuxième sens B. Comme illustré sur la figure 4, le système de pilotage 28 peut comporter par exemple un détecteur de position 30 formé par trois capteurs à effet Hall 31 à 33 permettant de détecter la position d'un rotor de l'alterno-démarreur 11. Les capteurs 31 à 33 sont par exemple séparés les un des autres par un angle électrique de 120 . Le capteur 31, respectivement 32 et 33, est associé à un bras U, respectivement V et W, d'un onduleur de la machine électrique 11. Le système de pilotage 28 comprend en outre trois commutateurs 34 à 36 30 associés chacun à un capteur 31 à 33. Le commutateur 34 par exemple est agencé pour relier sélectivement le capteur 31 aux bras U ou V de l'onduleur. Afin de faire tourner la machine électrique 11 suivant le sens B préalablement au démarrage à proprement parler du moteur thermique 1, le système de pilotage 28 agit sur les commutateurs 34 à 36 de manière à ce que le capteur 31 soit affecté sur le bras W, le capteur 32 sur le bras U et le capteur 33 sur le bras V (voir le basculement des commutateurs représenté en pointillés). Il est ainsi possible de réaliser une rotation inverse de la machine électrique 11, suivant le sens B, avec une avance optimale. En variante, comme illustré sur la figure 5, le système de pilotage 28 comporte un microcontrôleur ou un ASIC (Application Specific Integrated Circuit) 38 interposé entre les capteurs 31 à 33, et l'onduleur 39. Bien entendu, le nombre de phases de la machine électrique 11 peut être supérieur à trois, étant par exemple égal à sept pour une machine heptaphasée. On va maintenant décrire en référence aux figures 2A à 2E et 3A à 3D, différentes phases de fonctionnement du dispositif de démarrage 10. A l'étape 2A, le tendeur 15 est en position d'arrêt et présente une longueur L1 A l'étape 2B, l'alterno-démarreur 11 est pilotée par le système de pilotage 28 de manière à accomplir une rotation préalable dans le sens de la flèche B. Cette rotation inverse a pour effet de permettre au brin 16 de courroie de s'allonger et au tendeur 15 de se détendre. Le tendeur 15 présente alors une longueur L2 supérieure à Li. Le brin 16 est un brin `mou' lors de cette étape 2B. A l'étape 2C, immédiatement après l'étape 2B, l'alterno-démarreur 11 est piloté pour tourner suivant la flèche A, en vue de transmettre un couple suffisant (via le brin 16 qui est alors un brin dur) au moteur thermique 1 pour le démarrer. Grâce à la rotation préalable en sens inverse suivant la flèche B, il est possible d'augmenter la course, en détente, du tendeur 15. Ceci a pour effet, lors de la phase de démarrage à proprement parler, du fait de l'augmentation de la course de retour du tendeur 15 et d'une résistance plus importante de ce tendeur 15, d'assurer un temps suffisant pour le démarrage du moteur thermique 1. Durant cette étape 2C, la longueur L3 du tendeur 15 diminue de L2 vers L1. A l'étape 2D, le moteur thermique 1 a démarré. A l'étape 2E, l'alterno-démarreur 11 entraîné par le moteur thermique 1 fonctionne en alternateur, assurant une production d'énergie électrique. Lors de ce fonctionnement en alternateur, le brin 16 de courroie présente une longueur L5 supérieure à Li. Les graphes des figures 3A à 3D illustrent respectivement l'évolution du couple de la machine électrique 11, de la vitesse de rotation de la machine électrique 11, de la tension mécanique dans le brin 16 de courroie et de la course hydraulique liée à l'organe hydraulique 21 du tendeur 15, pour la succession de phases 2A à 2E. On a représenté sur la figure 6 un dispositif de démarrage 40 conforme à un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention. Ce dispositif 40, à l'instar du dispositif 10 précédemment décrit, comporte une courroie 13 agencée pour transmettre un couple depuis une machine électrique 11 équipée d'une poulie 12, vers un moteur thermique 1 sur sa poulie vilebrequin 2. La courroie 13 entraîne des poulies accessoires 42. Le dispositif 40 comprend un tendeur 44 pourvu d'un galet 18 en contact avec le brin 16 de la courroie 13. Le tendeur 44 peut être amené, lors d'une rotation inverse de la machine électrique tournante suivant la flèche B, depuis une position d'arrêt (position a sur la figure 6) vers une position de début de démarrage du moteur thermique (position b sur la figure 6), le passage de la position d'arrêt vers la position de début de démarrage s'accompagnant d'une élongation dudit brin et d'un accroissement de la tension mécanique dans ce brin. Le tendeur 44, de type mécanique, est agencé de manière à rester bloqué dans la position de début de démarrage jusqu'à ce que le moteur thermique a effectivement démarré. Le tendeur 40 comporte, dans l'exemple considéré, un ressort 46, par exemple de type spiral. Le dispositif 40 peut comporter un élément de blocage du tendeur 44 dans la position de début de démarrage, cet élément comportant au moins : un embrayage, un électro-aimant et une roue à Rochet, un moteur électrique avec une vis sans fin... Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de mise en oeuvre qui viennent d'être décrits. Par exemple, la machine électrique 11 peut être une machine autre qu'un alterno-démarreur (machine à griffes). Cette machine 11 peut par exemple être une machine synchrone à aimants, à rotor bobiné à double excitation, une machine asynchrone, à reluctance variable, ou une machine à courant continu.15 Revendications 1. Dispositif de démarrage (10) d'un moteur thermique (1), notamment de véhicule automobile, comportant : - une machine électrique tournante (11) comportant un organe d'entraînement (12), - un organe de transmission, notamment une courroie (13) ou une chaîne, coopérant avec l'organe d'entraînement de la machine électrique tournante et avec le moteur thermique pour provoquer le démarrage de celui-ci à l'aide de l'organe de transmission entraîné en rotation suivant un premier sens (A) par la machine électrique, - un système de pilotage pour commander la rotation de la machine électrique suivant le premier sens (A) pour démarrer le moteur thermique et, dans une phase préalable au démarrage, suivant un deuxième sens opposé au premier. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte un tendeur (15) en appui sur un brin (16) de l'organe de transmission s'étendant entre la machine électrique et le moteur thermique, le tendeur pouvant être amené, lors d'une rotation de la machine électrique tournante suivant le deuxième sens (B) opposé au premier, depuis une position d'arrêt vers une position de début de démarrage du moteur thermique, le passage de la position d'arrêt vers la position de début de démarrage s'accompagnant d'une élongation dudit brin et/ou d'un accroissement de la tension dans ce brin. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que 30 le tendeur (15) est agencé de manière à ce que, une fois que le moteurthermique a démarré, ledit brin (16) de l'organe de transmission reprenne une longueur plus faible que dans la position de début de démarrage. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte un galet (18) en contact avec ledit brin de l'organe de transmission, et par le fait que le galet est agencé pour être déplacé lorsque le tendeur est amené de la position d'arrêt vers la position de début de démarrage. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le tendeur (15) est agencé de manière à ce que la longueur dudit brin diminue progressivement entre le début de démarrage et le démarrage effectif du moteur thermique. 6. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le tendeur (15) est agencé de manière à pouvoir se détendre lors du passage de la position d'arrêt vers la position de début de démarrage, et se rétracter entre le début de démarrage et le démarrage effectif du moteur thermique. 7. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le tendeur comporte un organe d'amortissement hydraulique (21), présentant une fuite hydraulique différentielle, la fuite hydraulique étant plus rapide lorsque le tendeur se détend que lorsque celui-ci se rétracte. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le tendeur (44) est agencé de manière à rester bloqué dans la position de début de démarrage au moins jusqu'à ce que le moteur thermique a effectivement démarré. 9. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le 30 tendeur (44) est de type mécanique. 10. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le tendeur (44) comporte un ressort (46), notamment un ressort du type spiral, hélicoïdal ou plat. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé par le fait qu'il comporte un élément de blocage du tendeur dans la position de début de démarrage, cet élément comportant au moins : un embrayage, un électro-aimant et une roue à Rochet, un moteur électrique avec une vis sans fin. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le système de pilotage (28) est agencé pour commander une rotation inverse de la machine électrique, dans le deuxième sens, pour déplacer la poulie vilebrequin du moteur thermique dans une position limitant le couple résistant du moteur thermique lors du passage de la première compression. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le système de pilotage (28) de la machine électrique tournante (11) est agencé pour commander sélectivement la rotation de la machine électrique suivant les premier et deuxième sens. 14. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le système de pilotage comporte au moins un commutateur (34 ; 35 ; 36) agencé pour relier sélectivement des capteurs de position (31 ; 32 ; 33) d'un rotor de la machine électrique à des commandes de bras (U ; V ; W) d'un onduleur. 15. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé par le fait que le système de pilotage comporte au moins un microcontrôleur (38) ou un ASIC. 16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la machine électrique tournante (11) est une machine synchrone. 17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la machine électrique (11) est un alterno-démarreur. 18. Dispositif de démarrage d'un moteur thermique, notamment de véhicule automobile, comportant : - une machine électrique tournante comportant un organe d'entraînement, - un organe de transmission, notamment une courroie, coopérant avec l'organe d'entraînement de la machine électrique tournante et avec le moteur thermique pour provoquer le démarrage de celui-ci à l'aide de l'organe de transmission entraîné en rotation suivant un premier sens par la machine électrique, - un tendeur en appui sur un brin de l'organe de transmission s'étendant entre la machine électrique et le moteur thermique, le tendeur pouvant être amené, lors d'une rotation de la machine électrique tournante suivant un deuxième sens opposé au premier, depuis une position d'arrêt vers une position de début de démarrage du moteur thermique, le passage de la position d'arrêt vers la position de début de démarrage s'accompagnant d'une élongation dudit brin et/ou d'un accroissement de la tension dans ce brin 19. Machine électrique tournante (11), notamment un alterno-démarreur pour véhicule automobile, agencée pour démarrer un moteur thermique, la machine électrique étant associée à un système de pilotage pour commander la rotation de la machine électrique suivant un premier sens pour démarrer le moteur thermique et, dans une phase préalable au démarrage, suivant un deuxième sens opposé au premier. 20. Procédé pour démarrer un moteur thermique, notamment de véhicule automobile, à l'aide d'une machine électrique tournante (11), laquelle est agencée pour démarrer le moteur thermique via la mise en rotation dans un premier sens d'un organe de transmission, notamment une courroie, reliant la machine électrique au moteur thermique, un tendeur (15) étant prévu pour appuyer sur un brin de l'organe de transmission s'étendant entre la machine électrique et le moteur thermique, le procédé comportant les étapes suivantes : - faire tourner préalablement l'organe de transmission dans un deuxième sens opposé au premier, le tendeur se déplaçant alors d'une position d'arrêt vers une position de début de démarrage, - ensuite faire tourner l'organe de transmission dans le premier sens pour démarrer le moteur thermique.