Brevet FR2934646A1 — publié le 20100205

PROCEDE ET DISPOSITIF DE DETECTION DE LA ROTATION DU VILEBREQUIN D'UN MOTEUR A COMBUSTION [0001] L'invention porte sur le démarrage d'un moteur à combustion. Plus particulièrement, elle porte sur les moyens et procédés permettant la détection de la rotation du moteur lors du démarrage. [0002] Lors du démarrage d'un moteur à combustion, une information sur le fait que le vilebrequin est en rotation est fondamentale pour que le contrôle moteur puisse initier le démarrage effectif du moteur, c'est-à-dire commencer à calculer les stratégies d'injection de carburant dans les cylindres du moteur, mais aussi autoriser le calcul des stratégies de contrôle moteur et notamment initier le calcul du régime, et commencer à calculer les allumages dans le cadre d'un moteur à allumage commandé qui pourront être effectifs après synchronisation du moteur. [0003] Afin de constater cet état de rotation mais aussi de connaitre et de suivre la position de chacun des cylindres dans un cycle, le système de contrôle du moteur dispose principalement d'informations fournies par deux capteurs, qui caractérisent respectivement la rotation du vilebrequin du moteur et la rotation d'au moins un arbre à cames. Plus précisément, une roue dentée, solidaire du vilebrequin du moteur, est pourvue sur sa périphérie d'un ensemble de dents en regard desquelles est positionné un capteur. Il s'agit du capteur dit � régime / position �, qui est généralement constitué d'un bobinage et d'un noyau magnétique. Il délivre une tension alternative dont la fréquence varie avec le régime du moteur. Le capteur détecte la fin de chaque dent de la cible portée par le volant moteur, cette information étant traduite dans la tension de sortie du capteur par un front électrique descendant. [0004] Cette information permet de déterminer le régime du moteur. De plus, on ménage des dents manquantes sur la denture portée par le volant moteur. Le capteur va détecter ces lacunes apportant ainsi une information sur la position du vilebrequin dans le cycle du moteur. [0005] On connait dans l'art antérieur le brevet US6568372 qui propose un procédé de contrôle des injections au démarrage d'un moteur, dans lequel la mise en rotation du moteur est constatée par un capteur observant la rotation du vilebrequin. [0006] Cependant, il est par ailleurs connu que le capteur peut générer des signaux électriques erronés, dus par exemple aux vibrations provoquées par l'enclenchement d'un démarreur sur la couronne dentée liée au vilebrequin. Pour palier à ce problème, un procédé connu consiste à attendre un certain temps de stabilisation du signal consécutivement à la détection du premier front du signal électrique du capteur de position moteur afin d'éviter la détection de signaux électriques erronés. Selon un procédé connu, au bout de ce temps de stabilisation, le système attend à nouveau l'observation d'un front du signal électrique du capteur position moteur, puis l'observation d'au moins trois nouveaux fronts électriques (ces fronts correspondant physiquement au passage devant le capteur de dents de la couronne dentée liée vilebrequin) ; le vilebrequin est alors déclaré comme tournant. Les calculs de gestion de l'injection et de l'allumage sont alors autorisés, et le moteur peut démarrer. [0007] Ce procédé de déclaration du vilebrequin comme tournant est relativement long, car il implique la détection d'au moins 5 fronts de signal et l'observation d'une temporisation pour la stabilisation du signal. Ce temps perdu avant les premières combustions dans le moteur augmente d'autant le temps de démarrage total du moteur tel qu'il est perçu par son utilisateur. Ceci est problématique du point de vue de la prestation offerte à l'utilisateur, notamment dans le cas de redémarrages fréquents. Dans le cas de système d'arrêt / redémarrage automatique (système dit � Stop & Start �) cela peut en outre poser des problèmes de sécurité, car il est souhaitable dans de nombreuses situations que le redémarrage du moteur soit le plus instantané possible. [0008] Dans l'invention, la solution pour réduire le temps de démarrage du moteur consiste à réduire au minimum l'observation du nombre de front du signal électrique en provenance du capteur régime/position du moteur pour déclarer la rotation effective, ceci en s'appuyant sur une information en provenance du dispositif assurant la mise en rotation du moteur lors du démarrage, typiquement un démarreur. D'autres machines électriques de démarrage peuvent être employées pour la mise en rotation. Sur les véhicules équipés d'un système d'arrêt / redémarrage automatique (� Stop & Start �), on utilise communément un alterno-démarreur. Ce dispositif est constitué d'une machine électrique qui peut, en prélevant du couple sur le moteur, produire de l'énergie électrique ou fournir un couple pour la mise en rotation du moteur. [0009] Plus précisément, l'invention porte sur un procédé de détection de la rotation du vilebrequin d'un moteur à combustion muni d'un système de contrôle moteur dans lequel on active au démarrage une machine électrique de démarrage pour mettre en rotation le moteur, caractérisé en ce qu'une information transmise par la machine électrique de démarrage au contrôle moteur selon laquelle elle entraine le moteur est utilisée pour valider une observation de la rotation effective du vilebrequin du moteur. [0010] Dans une variante, attend en outre l'écoulement une durée de sécurité (DS) à partir de l'activation de la machine électrique de démarrage pour valider l'observation de la rotation effective du vilebrequin du moteur. [0011] L'observation de la rotation du vilebrequin peut être obtenue en observant la rotation d'une roue dentée liée au vilebrequin du moteur. On peut dans alors, dans une variante de l'invention, conclure à la rotation du vilebrequin si l'on perçoit lors de l'observation de la rotation de la roue dentée (observation validée par l'information transmise par la machine électrique de démarrage) un nombre prédéterminé de signaux caractéristiques de l'observation d'une dent de la roue dentée. Le nombre prédéterminé de signaux peut notamment être égal à un. [0012] Dans une variante de l'invention, visant à assurer un déclaration rapide de l'état de rotation du vilebrequin, même si des lacunes de dents se présentent au capteur pendant l'observation de la roue dentée, on conclut à la rotation du vilebrequin si une durée calibrée sensiblement égale (mais de préférence légèrement supérieure) au temps escompté pour observer le nombre prédéterminé de signaux caractéristiques moins un, au régime courant de la machine électrique de démarrage, s'est écoulée depuis l'observation du premier signal caractéristique de l'observation d'une dent de la roue dentée. [0013] Dans une autre variante ayant le même objectif, et qui est plus robuste, on conclut à la rotation du vilebrequin si l'on perçoit lors de l'observation de la rotation de la roue dentée liée au vilebrequin un nombre prédéterminé de signaux caractéristiques de l'observation d'une dent de la roue dentée moins le nombre de dents manquantes sur la roue dentée liée au vilebrequin, et si une durée calibrée sensiblement égale (mais de préférence légèrement supérieure) au temps escompté pour observer le nombre prédéterminé de signaux caractéristiques moins un, au régime courant de la machine électrique de démarrage, s'est écoulée depuis l'observation du premier signal. [0014] L'invention porte également sur un dispositif permettant la mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention, et comportant un moteur à combustion, un système de contrôle moteur équipant ledit moteur, et une machine électrique de démarrage, caractérisé en ce que la machine électrique de démarrage est capable d'émettre une information sur la mise en rotation du moteur vers le système de contrôle moteur. [0015] L'invention est décrite plus en détail ci-après et en référence aux figures représentant schématiquement le système et ses effets sur le démarrage dans son mode de réalisation préférentiel. [0016] La figure 1 représente la séquence de démarrage telle que proposée dans l'invention, sous la forme d'un diagramme général. [0017] La figure 2 présente sur un graphe temporel les différents événements propres à la détection de la rotation du vilebrequin, selon l'invention, dans le cas où l'on a fixé à 1 le nombre de front à observer avant déclaration de la rotation du moteur. [0018] La figure 3 présente sur un graphe temporel les différents événements propres à la détection de la rotation du vilebrequin, selon l'invention, dans le cas particulier ou la lacune de deux dents suit immédiatement la première dent détectée, et où l'on a fixé à 2 le nombre de fronts à observer avant déclaration de la rotation du moteur. [0019] La figure 4 représente schématiquement le dispositif mis en oeuvre pour la réalisation de l'invention. [0020] La figure 1 présente un diagramme du procédé dans son mode de réalisation préférentiel. Lorsqu'un ordre de démarrage est donné dans une étape A, plusieurs étapes vont être menées en parallèle consécutivement à l'ordre de démarrage : • Une machine électrique de démarrage (pouvant être de tout type, par exemple un démarreur classique ou un alterno-démarreur) entre en action dans une étape d'entrainement du moteur B, et provoque la rotation du vilebrequin du moteur. Dans une étape d'information du contrôle moteur C, la machine électrique de démarrage envoie une information à destination du système de contrôle moteur afin de l'avertir de la mise en rotation du moteur. Cette information peut par exemple traduire l'entrainement du vilebrequin, ou encore une vitesse de rotation non nulle de la machine électrique de démarrage. • Dans une étape de réveil du contrôle moteur D, le système électronique de contrôle moteur est mis dans un état de fonctionnement tel que le comptage des dents de la roue dentée fixée au vilebrequin du moteur, via les informations fournies par le capteur régime/position, peut débuter. • Dans une étape de temporisation de sécurité E, on attend l'écoulement d'une durée de sécurité, qui va garantir au système de contrôle moteur de ne pas prendre en compte des signaux erronés, du par exemple à l'enclenchement du moyen d'entrainement. [0021] On vérifie si les conditions suivantes sont réunies : le contrôle moteur est actif pour recevoir les informations du capteur régime/position, La machine électrique de démarrage envoie une information de mise en rotation du moteur, et la durée de sécurité s'est écoulée depuis l'ordre de démarrage. Si ces trois conditions sont réunies, on valide l'observation et de la rotation du vilebrequin. Le contrôle moteur est alors autorisé à prendre en compte les informations envoyées par le capteur régime/position, et on compte alors dans une étape de comptage F le nombre de dents observées par le capteur régime/position. [0022] Dans une variante de l'invention, pour une application où l'on cherche à observer x dents avant de déclarer le vilebrequin en rotation effective (x étant un nombre paramétrable selon l'application envisagée), le vilebrequin est déclaré tournant dans une étape VT dès la survenue du premier des deux événements suivants : • x dents ont été vues par le capteur régime/position ou • une dent a été vue par le capteur régime/position et une durée calibrable, sensiblement égale au temps d'observation escompté pour observer (x-1) dents, au régime courant de la machine électrique de démarrage, s'est écoulée depuis l'observation du premier signal caractéristique de l'observation d'une dent de la roue dentée. (Le régime courant de la machine électrique de démarrage étant son régime lorsqu'elle est alimentée sous la tension nominale prévue et qu'il subit la charge mécanique liée à la mise en rotation du moteur.). Cette condition est vérifiée dans une étape G. [0023] Dans une autre variante de l'invention, pour une application où l'on cherche à observer x dents avant de déclarer le vilebrequin en rotation effective (x étant un nombre paramétrable selon l'application envisagée), et dans le cas ou la couronne denté présente une lacune de n dents, le vilebrequin est déclaré tournant dans une étape VT dès la 30 survenue du premier des deux événements suivants : • x dents ont été vues par le capteur régime/position 25 ou • (x û n) dents ont été vues par le capteur régime/position et une durée calibrable sensiblement égale au temps d'observation escompté pour observer (x-1) dents, au régime courant de la machine électrique de démarrage, s'est écoulée depuis l'observation du premier signal caractéristique de l'observation d'une dent de la roue dentée. (Le régime courant de la machine électrique de démarrage étant son régime lorsqu'elle est alimentée sous la tension nominale prévue et qu'il subit la charge mécanique liée à la mise en rotation du moteur.) [0024] La figure 2 présente sur un graphe temporel les effets de l'invention dans son mode de réalisation préférentiel, et pour un nombre de fronts dans le signal du capteur régime / position représentatifs de l'observation d'une dent de la roue dentée liée au vilebrequin à observer avant déclaration de la rotation du vilebrequin fixé à 1. [0025] On envoie au moteur un ordre de démarrage à un instant 1 et on active une machine électrique de démarrage. Suite à cet ordre, le contrôle moteur est activé à un instant 2. A partir d'un instant 3, la machine électrique de démarrage envoie une information sur sa rotation au contrôle moteur qui perçoit donc dans le cas présent son régime de rotation, représenté par la courbe R. A cet instant 3 débute la perception du régime de rotation de la machine électrique par le contrôle moteur. Il s'écoule en effet un temps entre le moment où la machine électrique bouge et le moment ou le moteur le perçoit, temps lié au transport de l'information via le réseau de bord. [0026] Au bout d'une durée de sécurité DS, calibrable et commençant à l'instant de l'ordre de démarrage 1, et puisque le contrôle moteur a une information sur la mise en rotation effective du vilebrequin par le démarreur (régime non nul), on valide l'observation de la rotation du vilebrequin et le contrôle moteur est autorisé à partir d'un instant 4 à prendre en considération les signaux envoyés par le capteur régime/position. [0027] Au premier front observé, (puisque l'on a fixé le nombre de fronts à observer avant déclaration de la rotation du moteur à 1), à l'instant 5, le vilebrequin est déclaré tournant. [0028] La figure 3 présente un graphe similaire à celui de la figure 1, mais dans le cas où le nombre de fronts dans le signal du capteur régime / position, représentatifs de l'observation d'une dent de la roue dentée liée au vilebrequin à observer avant déclaration 6 de la rotation du vilebrequin est fixé à 2, et que, en outre, la singularité de la roue dentée (en l'occurrence une lacune de 2 dents) est positionnée juste après le premier front observé. [0029] Le début de la séquence est similaire au cas précédent. On envoie au moteur un ordre de démarrage à un instant 1. Suite à cet ordre, le contrôle moteur est activé à un instant 2. A partir de cet instant 3, le démarreur envoie une information sur sa rotation au contrôle moteur qui perçoit donc dans le cas présent son régime de rotation, représenté par la courbe R. [0030] Au bout d'une durée de sécurité DS, calibrable et commençant à l'instant de l'ordre de démarrage 1, et puisque le contrôle moteur a une information sur la mise en rotation effective du vilebrequin par le démarreur (régime non nul), le contrôle moteur est autorisé à partir d'un instant 4 à prendre en considération les signaux envoyés par le capteur régime/position. [0031] Le premier signal représentatif d'une dent (front) est observé à l'instant 5. [0032] Dans une première variante de l'invention, le système va alors attendre le premier des événements suivants pour déclarer le moteur tournant : l'observation d'un second front, ou l'écoulement d'une durée calibrée DC qui débute à l'instant d'observation du premier front 5 et qui est sensiblement égale (et de préférence légèrement supérieure) à la durée escomptée pour observer le nombre prédéterminé de signaux caractéristiques moins un, au régime courant du démarreur, c'est-à-dire au régime du démarreur alimenté sous la tension nominale prévue et subissant la charge liée à la mise en rotation du moteur. [0033] Dans une seconde variante de l'invention, le système va alors attendre le premier des événements suivants pour déclarer le moteur tournant : l'observation d'un second front, ou l'observation de (x-n) dents (critère ici rempli dès l'observation du premier front, car dans le cas présent (x-n)=(2-2)=0, l'observation théorique d'un nombre nul ou négatif de dents devant s'interpréter comme l'absence de nécessité d'observer un front supplémentaire) et l'écoulement d'une durée calibrée DC qui débute à l'instant d'observation du premier front 5 et qui est sensiblement égale (et de préférence légèrement supérieure) à la durée escomptée pour observer le nombre prédéterminé de signaux caractéristiques moins un. [0034] En l'occurrence, que l'on applique la première ou la seconde variante de l'invention, et puisque la roue dentée présente une lacune de deux dents juste après la première dent détectée, c'est l'écoulement de la durée calibrée, ici sensiblement égale à la durée escomptée pour observer un front supplémentaire, qui se produit en premier, à l'instant 6. Le vilebrequin est alors déclaré tournant. [0035] Cette disposition permet de réduire significativement le temps mis par le contrôle moteur pour savoir que le moteur est en rotation effective, tout en garantissant une régularité dans le temps de déclaration de l'état de rotation du moteur, même dans le cas particulier et peu fréquent ou la lacune de dents présentée pas la roue dentée se présente face au capteur régime/position lors du comptage au démarrage des fronts représentatifs du passage des dents de la roue dentée face au capteur régime/position. [0036] Le dispositif mis en oeuvre est présenté à la figure 4. Un moteur (non représenté) présente un vilebrequin muni d'une couronne dentée 8 en regard de laquelle est positionné un capteur régime/position 9. Il peut s'agir par exemple d'une cible de type � 60-2 � constituée d'une couronne dentée fixée sur le vilebrequin, comportant 58 dents et une lacune de 2 dents qui constitue une singularité généralement placée 114° avant les points morts hauts de deux des cylindres du moteur. Le capteur 9 peut être placé sur le carter moteur en regard de cette cible régime. [0037] Suite à une commande de démarrage, une machine électrique de démarrage 7 (pouvant être de tout type, tel un démarreur classique, un alterno-démarreur, ou une combinaison de plusieurs dispositifs d'entrainement) est actionnée, et met en rotation le vilebrequin du moteur. Un système de contrôle moteur 10 est réveillé à l'ordre de démarrage. Il observe une temporisation de sécurité avant de prendre en compte les informations transmises par le capteur régime/position 9 via un bus 11. Dans l'invention, le démarreur 7 communique des informations sur son entrainement effectif du moteur ou sur sa vitesse de rotation, par exemple via un bus 12. [0038] Le procédé et le dispositif ainsi développés permettent de détecter la rotation vilebrequin très rapidement, et, dans le mode de réalisation préférentiel de l'invention, dès l'observation du premier front du signal de position du moteur. Le temps de déclaration de l'état vilebrequin tournant est alors sensiblement raccourci, le temps total de démarrage moteur est ainsi beaucoup plus court que ce qu'il est possible d'obtenir selon l'art antérieur. [0039] Par ailleurs, dans le cas où l'on souhaite déclarer le vilebrequin tournant au bout de la détection de plusieurs fronts, le procédé décrit permet d'obtenir un temps de déclaration robuste et constant quelle que soit la position de démarrage moteur. Revendications: 1. Procédé de détection de la rotation du vilebrequin d'un moteur à combustion muni d'un système de contrôle moteur (10) dans lequel on active au démarrage une machine électrique de démarrage (7) pour mettre en rotation le moteur, caractérisé en ce qu'une information transmise par la machine électrique de démarrage (7) au système de contrôle moteur (10) selon laquelle elle entraine le moteur est utilisée pour valider une observation de la rotation effective du vilebrequin du moteur. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on attend en outre l'écoulement une durée de sécurité (DS) à partir de l'activation de la machine électrique de démarrage (7) pour valider l'observation de la rotation effective du vilebrequin du moteur. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'observation de la rotation effective du vilebrequin est obtenue en observant la rotation d'une roue dentée (8) liée au vilebrequin du moteur. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on conclut à la rotation du vilebrequin si l'on perçoit lors de l'observation de la rotation de la roue dentée liée au vilebrequin un nombre prédéterminé de signaux caractéristiques de l'observation d'une dent de la roue dentée (8). 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en en ce que le nombre prédéterminé de signaux est égal à un. 6. Procédé selon la revendication 3 ou la revendication 4 caractérisé en ce qu'on conclut à la rotation du vilebrequin si une durée calibrée (DC) sensiblement égale au temps escompté pour observer le nombre prédéterminé de signaux caractéristiques moins un, au régime courant de la machine électrique de démarrage (7), s'est écoulée depuis l'observation du premier signal caractéristique de l'observation d'une dent de la roue dentée (8). 7. Procédé selon la revendication 3 ou la revendication 4 caractérisé en ce qu'on conclut à la rotation du vilebrequin si l'on perçoit lors de l'observation de la rotation de la roue dentée liée au vilebrequin un nombre prédéterminé de signaux caractéristiques de l'observation d'une dent de la roue dentée (8) moins le nombre de dents manquantes sur la roue dentée liée au vilebrequin, et qu'une une durée calibrée (DC) sensiblementégale au temps escompté pour observer le nombre prédéterminé de signaux caractéristiques moins un, au régime courant de la machine électrique de démarrage (7), s'est écoulée depuis l'observation du premier signal. 8. Dispositif comportant un moteur à combustion, un système de contrôle moteur (10) équipant ledit moteur, et une machine électrique de démarrage (7), caractérisé en ce que la machine électrique de démarrage (7) est capable d'émettre une information selon laquelle elle entraine le moteur, vers le système de contrôle moteur (10).