Brevet FR2956447A1 — publié le 20110819

PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE COMMANDE D'UN REDÉMARRAGE D'UN MOTEUR THERMIQUE [0001 L'invention concerne un procédé et un dispositif de commande d'un redémarrage d'un moteur thermique à combustion interne, c'est-à-dire d'un démarrage autre qu'un démarrage à froid, à l'exemple d'un redémarrage suivant un arrêt automatique du moteur thermique (véhicules hybrides ou équipés d'un système d'arrêt et de redémarrage automatique du moteur de type Stop & Start). [0002] Des procédés connus comportent : • la commande d'un démarrage assisté du moteur thermique dans lequel un moteur électrique entraîne en rotation l'arbre du moteur thermique, et en alternance • la commande d'un démarrage autonome du moteur thermique dans lequel on exploite uniquement la rotation résiduelle de l'arbre du moteur maintenu en rotation par son inertie depuis le dernier arrêt du moteur. [0003] Le démarrage autonome est un démarrage sans recours à un moteur électrique du type démarreur ou alterno-démarreur pour entraîner l'arbre du moteur thermique en rotation. Il est rendu possible par le fait que l'arbre du moteur continue à tourner pendant quelques instants (par exemple quelques centaines de millisecondes) après l'arrêt du moteur à cause de son inertie. [0004] Le déposant connaît des procédés où le choix entre un démarrage assisté ou autonome est fait en fonction du régime moteur actuel. Le régime moteur est le nombre de tours par minute de l'arbre du moteur thermique. [0005] Ensuite, le régime moteur est comparé à un seuil pour autoriser ou non le démarrage autonome du moteur thermique. Etant donné que le temps de réponse du moteur n'est pas instantané, ce seuil est surdimensionné. Cela conduit à réaliser des démarrages assistés dans des situations où un démarrage autonome aurait été possible. Cela accélère donc l'usure du moteur électrique utilisé pour entraîner l'arbre du moteur thermique. [0006] L'invention vise à remédier à cet inconvénient en proposant un procédé de commande du redémarrage d'un moteur thermique comportant : • la prédiction du régime du moteur thermique au prochain point mort haut, et • le choix entre la commande du démarrage assisté ou autonome en fonction de ce régime prédit. [0007] Choisir entre les démarrages assisté et autonome en fonction du régime moteur prédit au prochain point mort haut permet d'identifier plus de situation dans lesquelles un démarrage autonome peut être réalisé. Ainsi, on réduit le nombre de démarrages assistés et donc l'usure du moteur électrique utilisé lors de ces démarrages assistés. Pour rappel, le point mort haut correspond à la position du piston dans un cylindre où le volume de la chambre de combustion dans ce cylindre est le plus petit. [0008] Les modes de réalisation de ce procédé peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : ^ le choix est réalisé en comparant le régime moteur prédit à un seuil prédéterminé ; ^ le seuil prédéterminé est fonction de la température du moteur thermique ; ^ le régime moteur prédit est obtenu à l'aide de la relation suivante : C. 3 0 N,+1 = Ni - .-.T J PMH où : • Ni et Ni+1 sont, respectivement, le régime moteur actuel et le régime moteur prédit, • Ci est le couple actuel de l'arbre du moteur, • J est l'inertie de l'arbre du moteur thermique, et • TPMH est la durée entre deux points morts hauts successifs ; ^ la durée TPMH est calculée à l'aide de la relation suivante : i J 2 8.z C. T û N..- - (N..ù) PMH û C. ` 30 ` 30 N J où Ncy1 est le nombre de cylindres du moteur. [0009] L'invention a également pour objet un support d'enregistrement d'informations comportant des instructions pour la mise en oeuvre du procédé de commande ci-dessus, lorsque ces instructions sont exécutées par un calculateur électronique. [0010] L'invention a également pour objet un dispositif de commande du démarrage d'un moteur thermique à combustion interne, ce dispositif comprenant une unité de commande apte : • à commander un démarrage assisté du moteur thermique dans lequel un moteur électrique entraîne en rotation l'arbre du moteur thermique, et en 30 alternance, • à commander un démarrage autonome du moteur thermique dans lequel on exploite uniquement la rotation résiduelle de l'arbre du moteur maintenu en rotation par son inertie depuis le dernier arrêt du moteur, • à prédire le régime du moteur thermique au prochain point mort haut, et 35 • à choisir entre la commande du démarrage assisté ou autonome en fonction de ce régime prédit. [0011] Enfin, l'invention a également pour objet un véhicule comportant le dispositif de commande ci-dessus. 3 [0012] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels : • la figure 1 est une illustration schématique de l'architecture d'un véhicule équipé d'un dispositif de commande du démarrage d'un moteur thermique, et • la figure 2 est un organigramme d'un procédé de commande du démarrage du moteur thermique du véhicule de la figure 1. [0013] Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l'homme du métier ne sont pas décrites en détail. [0014] La figure 1 représente partiellement en vue de dessus la partie avant d'un véhicule 2. Par exemple, le véhicule 2 est un véhicule automobile tel qu'une voiture. Ce véhicule 2 est équipé d'un moteur thermique 4 à combustion interne. Ce moteur 4 est équipé d'un arbre 6 qui entraîne en rotation des roues motrices 8, 10 du véhicule 2. [0015] Typiquement, le moteur 4 est un moteur à quatre temps équipé de quatre cylindres 12 à 15. Dans un tel moteur, l'arbre 6 fait deux tours pour réaliser un cycle complet d'un piston à l'intérieur du cylindre. L'arbre 6 présente une inertie notée J et considérée comme constante. Sous l'effet de cette inertie, l'arbre 6 peut continuer à tourner pendant plus d'une centaine de millisecondes après l'arrêt du moteur 4. [0016] L'arbre 6 est mécaniquement raccordé à un arbre 18 d'un moteur électrique 20 par l'intermédiaire d'une courroie d'entraînement 22. Le moteur 20 est conçu pour entraîner en rotation l'arbre 6 afin de permettre le démarrage du moteur 4. Typiquement, le moteur 20 est un démarreur ou un alterno-démarreur. Lorsque le moteur 20 est utilisé pour le démarrage du moteur 4 on parle alors de démarrage assisté. [0017] Le véhicule 2 comprend également un dispositif 26 de commande du démarrage du moteur 4. Ce dispositif 26 est équipé d'une unité 28 de commande du démarrage du moteur 4. Par exemple, cette unité 28 est réalisée à partir d'un ou plusieurs calculateurs électroniques programmables aptes à exécuter des instructions enregistrées sur un support d'enregistrement d'informations. A cet effet, l'unité 28 est raccordée à une mémoire 30 contenant les instructions nécessaires pour exécuter, entre autres, le procédé de la figure 2. [0018] En particulier, la mémoire 30 comprend une cartographie PM et une cartographie SM. La cartographie PM associe à chaque régime Ni du moteur 4 un couple C; de perte. Ce couple de perte correspond au couple exercé sur l'arbre 6 par l'ensemble des forces qui freinent la rotation de cet arbre. Typiquement, il s'agit essentiellement de forces de frottement et de couples résistifs exercés par différents accessoires entraînés en rotation par l'arbre 6. Par exemple, l'accessoire est un alternateur, un moteur d'une climatisation ou autre. [0019] Cette cartographie PM est par exemple construite expérimentalement. A cet effet, pour différents régimes Ni du moteur, le couple C; de ce moteur est mesuré. [0020] La cartographie SM associe la valeur d'un seuil S1 à différentes conditions de fonctionnement du moteur 4. Ce seuil S, correspond à un seuil de régime moteur au- delà duquel un démarrage autonome du moteur 4 est possible. Ici, pour simplifier, le seuil S, est uniquement fonction de la température du moteur 4. Ainsi, la cartographie associe une valeur du seuil S, à chaque température du moteur 4. [0021] Par exemple, la cartographie SM est construite expérimentalement pour différentes températures du moteur 4. [0022] L'unité 28 pilote le démarrage du moteur 4 selon la procédure connue sous l'expression anglaise de « stop and start ». Ce pilotage du moteur 4 consiste à arrêter automatiquement le moteur 4 lorsque le véhicule est à l'arrêt et à commander automatiquement le démarrage du moteur 4 quand le conducteur souhaite avancer. Les conditions d'arrêt et de démarrage automatiques du moteur sont déterminées à partir de différentes grandeurs physiques mesurées sur le véhicule 2 tels que sa vitesse, l'enfoncement de la pédale d'accélération, l'enclenchement d'une vitesse ou autres. [0023] L'unité 28 est capable aussi bien de commander un démarrage autonome du moteur 4 qu'un démarrage assisté du moteur 4. Pour choisir entre ces deux modes de démarrage, elle met en oeuvre le procédé de la figure 2. Pour mettre en oeuvre le procédé de la figure 2, l'unité 28 est raccordée à un capteur 32 du régime moteur actuel Ni à chaque point mort haut et à un capteur 34 de la température du moteur 4. Par exemple, le capteur 34 mesure la température de l'eau de refroidissement du moteur 4. [0024] Le fonctionnement du dispositif 26 va maintenant être décrit plus en détail en regard du procédé de la figure 2. [0025] Après avoir commander l'arrêt du moteur 4, l'unité 28 procède à une étape 40 de prédiction du régime moteur au prochain point mort haut. Ce régime moteur prédit est noté N;+1. [0026] A cet effet, lors d'une opération 42, le régime moteur actuel Ni au précédent point mort haut est mesuré par le capteur 32. [0027] Ensuite, lors d'une opération 44, le couple actuel C; du moteur 4 est calculé. Lorsque le moteur est à l'arrêt et que l'arbre 6 continue à tourner sur sa lancée, le couple C; actuel est égal au couple des pertes. Ce couple C; est donc calculé en utilisant la cartographie PM et la valeur du couple Ni mesurée lors de l'opération précédente. [0028] Dans la suite de ce procédé, on considère que ce couple C; est constant entre le précédent point mort haut et le prochain point mort haut atteint par l'un des pistons du moteur 4. Avec cette hypothèse, lors d'une opération 45, la durée TPMH entre deux points morts hauts successifs est calculée. Pour cela, on connaît la distance angulaire R parcourue par l'arbre 6 entre deux points morts successifs. Cette distance R est donnée par la relation suivante : R=2*2.7r où Ncy1 • Ncyl est le nombre de cylindres du moteur 4 c'est-à-dire ici quatre, et • « 2 » est fixé par le nombre de tours de l'arbre 4 pour faire un cycle complet. [0029] Ensuite, l'équation dynamique suivante est intégrée deux fois pour obtenir une équation du second degré : C=J. - . 30 dt [0030] Le terme -rr/30 est introduit car l'équation dynamique est exprimée avec le 10 régime moteur N et non pas avec une vitesse angulaire en radis. [0031] L'équation du second degré obtenue est la suivante : C; 2 7r 4.7r .T -N. • 30 •TPMH + N=0 2.J PMH cyl où TPMH est la durée entre deux points morts hauts successifs [0032] En résolvant cette équation du second degré, on obtient la durée TPMH. La 15 durée TPMH est donnée par la relation suivante : ( J ;r ?c 2 8.7r C. TPMHù i N. _ ~ ' 30 30 ~ _ C N~ , J ~ Y [0033] A partir de cette durée TPMH, lors d'une opération 46, le régime moteur prédit est calculé à l'aide de la relation suivante : C. 30 N;+1= Ni ù .--Tp J 7r 20 [0034] En simplifiant la relation ci-dessus, on obtient la relation suivante donnant la valeur du régime N;+1 : 2 7200 C .34 [0035] En parallèle de l'étape 40, lors d'une étape 50, l'unité 28 calcule également la valeur du seuil SI à l'aide de la cartographie SM. Lors de l'étape 50, la température 25 du moteur 4 est mesurée par le capteur 34. A partir de cette température mesurée et de la cartographie SM, la valeur du seuil SI est obtenue. [0036] Lors d'une étape 52, le régime moteur prédit N;+1 est comparé à la valeur du seuil Si. Si le régime prédit dépasse la valeur du seuil SI, alors on procède, lors d'une étape 54, à la commande du démarrage automatique du moteur 4. Plus précisément, lors de l'étape 54, on commande l'injection de carburant et de comburant dans les cylindres du moteur 4 puis l'explosion de ce mélange de carburant et de comburant au moment où le piston atteint le point mort haut. Lors de l'étape 54 l'arbre 6 n'est pas entraîné en rotation par un moteur électrique. [0037] Dans le cas contraire, c'est-à-dire si le régime moteur prédit Ni+1 est inférieur au seuil S1 alors, lors d'une étape 56, l'unité 28 commande le démarrage assisté du moteur 4. Pour cela, l'unité 28 commande le moteur 20 pour entraîner en rotation l'arbre 6 puis, l'unité 28 commande l'injection de carburant et de comburant dans les cylindres et leur explosion au moment où le point mort haut est atteint de manière à entraîner en rotation l'arbre 6. Quand le régime moteur atteint est supérieur à un seuil S2, le moteur électrique 20 est arrêté et seul le moteur thermique 4 est utilisé pour entraîner en rotation l'arbre 6. [0038] A l'issu des étapes 54 ou 56, le procédé retourne aux étapes 40 et 50 qui seront de nouveaux exécutées lors d'un prochain démarrage du moteur 4. [0039] De nombreux autres modes de réalisations sont possibles. Par exemple, le seuil S1 peut être calculé autrement. [0040] D'autres moteurs qu'un moteur quatre temps quatre cylindres peuvent être commandés par le dispositif 26. Par exemple, le nombre de cylindres peut être différents ou le nombre de tours par cycle peut être différents. Dans ces cas, les différentes relations données dans le cas particulier d'un moteur quatre temps à quatre cylindres sont adaptées à cette nouvelle configuration du moteur 4. [0041] Le couple C; peut être mesuré plutôt que estimé à partir du régime moteur mesuré. REVENDICATIONS1. Procédé de commande du redémarrage d'un moteur thermique à combustion interne, ce procédé comportant : • la commande (56) d'un démarrage assisté du moteur thermique dans lequel un moteur électrique entraîne en rotation l'arbre du moteur thermique, et en alternance • la commande (54) d'un démarrage autonome du moteur thermique dans lequel on exploite uniquement la rotation résiduelle de l'arbre du moteur maintenu en rotation par son inertie depuis le dernier arrêt du moteur, caractérisé en ce que le procédé comporte : • la prédiction (40) du régime du moteur thermique au prochain point mort haut, et • le choix entre la commande du démarrage assisté ou autonome en fonction de ce régime prédit. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le choix est réalisé en comparant (52) le régime moteur prédit à un seuil prédéterminé. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le seuil prédéterminé est fonction de la température du moteur thermique. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le régime moteur prédit est obtenu à l'aide de la relation suivante : C. 30 N,+i = N, ù .ù.TPMH J où : • Ni et Ni+1 sont, respectivement, le régime moteur actuel et le régime moteur prédit, • Ci est le couple actuel de l'arbre du moteur, • J est l'inertie de l'arbre du moteur thermique, et • TPMH est la durée entre deux points morts hauts successifs. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la durée TPMH est calculée à l'aide de la relation suivante : ( J Ar _ ~(AT Z 2 _ 8.z Ci TPMH - CZ 8 où Ney, est le nombre de cylindres du moteur. 6. Support (30) d'enregistrement d'informations, caractérisé en ce qu'il comporte des instructions pour l'exécution d'un procédé de commande conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, lorsque ces instructions sont exécutées par un calculateur électronique. 7. Dispositif de commande du redémarrage d'un moteur thermique à combustion interne, ce dispositif comprenant une unité de commande (28) apte : • à commander un démarrage assisté du moteur thermique dans lequel un moteur électrique entraîne en rotation l'arbre du moteur thermique, et en alternance, • à commander un démarrage autonome du moteur thermique dans lequel on exploite uniquement la rotation résiduelle de l'arbre du moteur maintenu en rotation par son inertie depuis le dernier arrêt du moteur, caractérisé en ce que l'unité de commande est également apte : • à prédire le régime du moteur thermique au prochain point mort haut, et • à choisir entre la commande du démarrage assisté ou autonome en fonction de ce régime prédit. 8. Véhicule (2), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (26) de commande du démarrage d'un moteur thermique conforme à la revendication 7.