Brevet FR2979603A1 — publié le 20130308

STRATEGIE DE PREPARATION DE DEMARRAGE D'UN MOTEUR DIESEL La présente invention concerne une stratégie de préparation de démarrage d'un moteur du type Diesel utilisé pour un véhicule hybride, ainsi qu'un véhicule hybride mettant en oeuvre une telle stratégie. Certains véhicules hybrides comportent un moteur Diesel et une machine électrique qui peuvent être utilisés pour la traction du véhicule, avec un montage de ces motorisations du type hybride série ou hybride parallèle. Le véhicule comporte des batteries stockant une énergie électrique, qui donnent une certaine autonomie pour réaliser un roulage électrique sans émission de gaz polluant, appelé aussi mode « ZEV ». Suivant la capacité de charge des batteries, et suivant la possibilité de recharger ces batteries sur un réseau d'alimentation électrique extérieur, par exemple avec un véhicule rechargeable sur une prise du type « Plug-in », on peut obtenir la possibilité de rouler relativement longtemps sans démarrer le moteur Diesel. On cherche à réaliser aujourd'hui sur le mode électrique des parcours de l'ordre de 30 ou 50km, ce qui est intéressant pour des roulages urbains notamment. Un calculateur de gestion des motorisations gère le fonctionnement de chaque motorisation pour répondre aux demandes du conducteur, et pour optimiser les consommations d'énergies ainsi que l'émission de gaz polluants. Pour ce type de véhicule hybride il faut pouvoir démarrer le moteur Diesel à tout instant, de manière prévue à l'avance ou de manière imprévue, afin de répondre à différents besoins comme la prolongation de l'autonomie du véhicule une fois les batteries électriques déchargées, la mise en route de fonctions de confort comme le chauffage, ou la délivrance d'un fort couple suite à la demande du conducteur, par exemple pour accélérer vivement le véhicule dans le cas d'une manoeuvre de dépassement. Un problème qui se pose alors est que le moteur Diesel se refroidit pendant ces temps d'inactivité, alors qu'il doit disposer d'une température des chambres de combustion assez élevée, pour permettre un démarrage suffisamment rapide en fonction des conditions posées par les demandes de démarrage. Le chauffage des chambres de combustion se fait par des bougies de préchauffage alimentées par un courant électrique, qui peuvent comporter différentes technologies. Une technologie dite « céramique » permet un maintien prolongé en température sans usure prématurée de ces bougies, mais elle comporte un coût élevé. Une technologie dite « métallique » comporte un coût faible, mais les bougies s'usent rapidement en cas de maintien prolongé en température. Pour anticiper des démarrages du moteur Diesel, une stratégie connue permettant de préparer certaines fonctions de ce moteur pour le démarrer, présentée notamment par le document FR-A1-2931119, réalise une détermination de la demande de couple aux roues venant du conducteur, et une détermination de seuils représentant l'optimisation énergétique ainsi que la capacité à délivrer le couple demandé par les motorisations, pour réaliser une anticipation de ces démarrages. On peut ainsi prévoir des démarrages du moteur Diesel, et réaliser à la demande des actions comme un préchauffage des bougies pour préparer ces démarrages. Toutefois cette stratégie ne tient pas compte de certaines spécificités relatives aux délais nécessaires pour le démarrage d'un moteur Diesel, 25 dépendant du temps de préchauffage des chambres de combustion, ou du temps d'actionnement du dispositif d'entrainement du moteur assurant son démarrage, comme un démarreur ou un alternodémarreur, pour arbitrer les besoins de préchauffage des bougies afin d'optimiser leur durée de vie. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients 30 de la technique antérieure. Elle propose à cet effet une stratégie de préparation de démarrage d'un moteur Diesel utilisé pour la traction ou la propulsion d'un véhicule hybride, tenant compte de différentes informations sur l'état du véhicule ainsi que du type de fonctions qui peuvent émettre une requête de démarrage du moteur, pour déterminer des demandes de préparation comprenant le préchauffage des bougies de ce moteur, caractérisée en ce qu'elle réalise de manière périodique les étapes suivantes : - elle définit un temps de criticité de démarrage du moteur, qui prend en compte le temps maximum souhaité de mise à disposition du couple moteur dépendant de la fonction à l'origine de la requête si une requête de démarrage est émise, ainsi que le temps d'entraînement nécessaire pour son démarrage ; - en l'absence de requête émise le temps de criticité de démarrage est élevé, la stratégie demande une préparation à basse priorité donnant une faible puissance de chauffage des bougies, soit périodiquement à titre préventif, ou soit lorsqu'une requête de démarrage est anticipée ; - en la présence d'une requête émise le temps de criticité de démarrage est faible, la stratégie demande une préparation à haute priorité donnant une forte puissance de chauffage des bougies qui dépend de ce faible temps de criticité. Un avantage de la stratégie de préparation de démarrage selon l'invention, est qu'elle permet d'ajuster en permanence le niveau de préchauffage des bougies au minimum de manière à le réduire pour améliorer la durée de vie de ces bougies, tout en préservant dans les cas où un démarrage de ce moteur est anticipé ou est demandé, une réactivité suffisante permettant d'assurer le confort ainsi que la sécurité. La stratégie de préparation selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, le temps maximum souhaité de mise à disposition du couple moteur, comporte un nombre limité de temps prédéfinis, pouvant comprendre en particulier trois temps distincts. Avantageusement, en l'absence de requête de démarrage le temps maximum souhaité de mise à disposition du couple moteur est choisi à une valeur arbitraire élevée, qui peut être en particulier de l'ordre de 3s. Avantageusement, le temps de criticité de démarrage dépend du temps d'entraînement du moteur nécessaire pour le démarrer. Avantageusement, les demandes de préparation comportent un nombre limité de niveaux, qui peuvent être un niveau 0 s'il n'y a pas de demande de préparation, et trois niveaux représentant une basse, une moyenne et une haute priorité de démarrage. Avantageusement, la stratégie d'arbitrage définit des demandes de préparation des bougies, avec une dynamique ajustée pour des bougies comprenant une technologie du type « métallique ». L'invention a aussi pour objet un véhicule hybride comprenant un moteur Diesel équipé de bougies de préchauffage, une motorisation auxiliaire, ainsi qu'un calculateur supervisant le fonctionnement de ces motorisations, qui met en oeuvre une stratégie de préparation de démarrage comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple et de manière non limitative, en référence au dessin annexé de la figure 1 qui est un schéma fonctionnel de l'environnement de la stratégie de préparation selon l'invention. La figure 1 présente pour un véhicule hybride comprenant un moteur Diesel et une motorisation électrique, un ensemble de fonctions reliées à la stratégie de préparation de démarrage 2, comprenant des fonctions « i » de requête de démarrage 4, une fonction de pilotage des bougies de préchauffage 6 du moteur Diesel, une fonction de pilotage de l'injection de carburant 8 dans ce moteur, et une fonction de pilotage des organes de 2 9 79603 5 démarrage du moteur 10, pouvant comprendre deux organes comme un démarreur et un alterno-démarreur. On notera que les requêtes de démarrage 4 émises par les fonctions « i », peuvent être des requêtes de redémarrage venant après des requêtes 5 précédentes de démarrage déjà émises par ces mêmes fonctions, qui ont été suivies par des arrêts du moteur. Les différentes fonctions communiquent avec la stratégie de préparation de démarrage 2 par des échanges d'informations qui peuvent aller dans les deux sens. La stratégie de préparation de démarrage 2 est avantageusement 10 mise en oeuvre par le calculateur qui supervise et coordonne le fonctionnement des deux motorisations du véhicule hybride. Les fonctions « i » de requête de démarrage 4 sont des fonctions qui peuvent intervenir suivant l'état de leur système, afin de demander des démarrages du moteur permettant de délivrer un couple qui peut servir pour 15 la traction du véhicule, pour entraîner des accessoires comme le compresseur de climatisation, ou pour d'autres impératifs comme la production de calories délivrées ensuite au système de chauffage de l'habitacle. Chaque fonction « i » envoie à la stratégie de préparation 2, un niveau 20 de requête de redémarrage 20 « Ri_redem_MTH » qui est à 0 en l'absence de demande, et à 1 dans le cas d'une demande. Les fonctions « i » peuvent aussi être traitées par une stratégie d'anticipation 12 comme celle présentée notamment par le document FR-A1- 2931119, pour anticiper un besoin de redémarrage du moteur, et envoyer à 25 la stratégie de préparation 2 un niveau de requête d'anticipation de redémarrage 22 « Ri_redem_MTH_ant » qui est à 0 en l'absence d'anticipation, et à 1 dans le cas d'une anticipation. Les fonctions « i » sont de plus traitées 14 pour déterminer la criticité de leur requête de redémarrage, et envoyer à la stratégie de préparation 2 un 30 temps maximum souhaité 24 de mise à disposition du couple moteur « Ti_max_MTH_tournant ». On obtient les valeurs suivantes pour un premier groupe de fonctions de confort habitacle comme le chauffage, la climatisation ou le désembuage des vitres, qui peuvent émettre des requêtes de redémarrage du moteur de manière imprévisible mais dont ces demandes sont peu urgentes car les effets se font sentir lentement : - « Ri_redem_MTH » = 1, lors de l'activation de la fonction par le conducteur, ou en fonction de l'évolution de grandeurs propres à cette fonction ; - « Ri_redem_MTH_ant » = NA, pas de possibilité d'anticipation ; - « Ti_max_MTH_tournant » = 3s, ce qui est un temps long donné à titre d'exemple. On obtient les valeurs suivantes pour un deuxième groupe de fonctions dépendant de grandeurs évoluant avec des dynamiques lentes comme la température de l'air ou du liquide de refroidissement du moteur, ou la charge de la batterie de la machine électrique de traction, qui peuvent émettre des requêtes de redémarrage du moteur de manière prévisible, et dont ces demandes sont peu urgentes car non sécuritaires : - « Ri_redem_MTH » = 1, lors du dépassement d'un seuil ; - « Ri_redem_MTH_ant » = 1, lors du dépassement d'un seuil en anticipation d'un autre seuil ; - « Ti_max_MTH_tournant » = 2,5s, ce qui est un temps moyen donné à titre d'exemple. On obtient les valeurs suivantes pour un troisième groupe de fonctions dépendant de grandeurs évoluant avec des dynamiques rapides, comme la consigne de couple aux roues dépendant de la volonté du conducteur, dont la prévisibilité est fortement variable mais peut être améliorée grâce à la stratégie d'anticipation 12 : - « Ri_redem_MTH » = 1, lors du dépassement d'un seuil ; - « Ri_redem_MTH_ant » = 1, lors du dépassement d'un seuil en anticipation d'un autre seuil ; - « Ti_max_MTH_tournant » = 2s, ce qui est un temps court donné à titre d'exemple. Dans cet exemple le temps maximum souhaité 24 de mise à disposition du couple moteur « Ti_max_MTH_tournant », est limité à trois valeurs distinctes prédéfinies pour toutes les fonctions. En variante le nombre de valeurs peut être plus important, chaque fonction pouvant même disposer de ses propres valeurs. Par ailleurs, la fonction de pilotage des bougies de préchauffage 6 calcule périodiquement le besoin de préchauffage du moteur pour le démarrer, qui est fonction notamment de la température du fluide de refroidissement, de la température de l'air et de la pression atmosphérique. La fonction de pilotage des bougies de préchauffage 6 indique à la stratégie de préparation 2 un temps restant de préchauffage rapide conseillé 28 avant l'entraînement du moteur « Tatt_dem_MTH », pour obtenir un démarrage de qualité sans raté dans l'inflammation du carburant injecté. A titre d'exemple, un démarrage immédiat du moteur avec un temps restant de préchauffage conseillé 28 de Os est excellent, avec un temps compris entre 0 et 0,5s est correct, entre 0,5 et 1 s est acceptable, entre 1 et 2s est mauvais avec des risques de ratés, et avec un temps supérieur à 2s 20 est très mauvais avec des risques de non démarrage. Avant de démarrer le moteur, la stratégie de préparation 2 va demander à la fonction de pilotage des bougies de préchauffage 6 une préparation des bougies 26 « Dde_prep_MTH », avec une dynamique qui dépend de l'urgence du démarrage prévu. 25 La dynamique de préparation est caractérisée par la puissance de chauffage des bougies, donnée par la tension d'alimentation de ces bougies. On notera qu'une forte puissance délivrée aux bougies réduit le temps de préchauffage, mais provoque une usure plus importante de ces bougies. A titre d'exemple, la demande de préparation des bougies 26 30 « Dde_prep_MTH » peut comporter un niveau 0 s'il n'y a pas de demande de préparation, un niveau 1 pour une demande basse priorité, un niveau 2 pour une demande moyenne priorité, et un niveau 3 pour une demande haute priorité. En retour de la demande de préparation des bougies 26 « Dde_prep_MTH » par la stratégie d'arbitrage 2, la fonction de pilotage des 5 bougies de préchauffage 6 commence un compte à rebours ou « Time out » indiquant le temps de préchauffage restant. La fonction pilotage de l'injection de carburant 8 calcule les quantités de carburant à injecter pour chaque combustion lors du démarrage du moteur, en fonction d'autres paramètres, notamment du choix de l'organe de 10 démarrage qui va être utilisé dans le cas où il y en a deux, notamment un démarreur classique et un alterno-démarreur. Le choix de l'organe de démarrage est donné directement 32 par la fonction de pilotage de l'organe de démarrage 10. La fonction pilotage de l'injection de carburant 8 reçoit de la stratégie de 15 préparation 2 une consigne de démarrage 30 « Dde_dem_MTH », pour réaliser les injections nécessaires lors de ce démarrage. La fonction de pilotage de l'organe de démarrage 10 estime en permanence pour chacun des organes de démarrage, le temps d'entraînement nécessaire pour le démarrage du moteur 34 20 « Tent_dem_MTH », et transmet ce temps à la stratégie de préparation 2. Le temps d'entraînement pour le démarrage du moteur 34 « Tent_dem_MTH », dépend des différents niveaux de couple que peut délivrer l'organe de démarrage sélectionné, suivant sa vitesse de rotation, qui sont liés en particulier à l'état de cet organe comme sa température, ou 25 d'autres composants comme la tension des batteries qui l'alimentent. Le temps d'entraînement dépend aussi du couple résistif de rotation du moteur qui est lié à de nombreux paramètres comme la température du liquide de refroidissement, de l'huile ou de l'air. En retour, la fonction de pilotage de l'organe de démarrage 10 reçoit la 30 consigne de démarrage du moteur 30 « Dde_dem_MTH ». Suivant les différentes informations reçues de manière périodique, la stratégie de préparation 2 va demander une préparation des bougies 26 « Dde_prep_MTH » de manière opportune, en réalisant un compromis pour limiter autant que possible les temps et les puissances de chauffage afin de préserver la durée de vie de ces bougies, tout en assurant les démarrages nécessaires avec des conditions suffisantes de réactivité et de qualité de ces démarrages. La demande de préparation des bougies 26 « Dde_prep_MTH » est élaborée par la stratégie de préparation 2, à partir d'un temps de criticité courante de démarrage « T_criticité_dem_MTH » qu'elle définit en interne. Le temps de criticité courante de démarrage « T_criticité_dem_MTH » dépend de la présence ou non de requêtes de démarrage 20 « Ri_redem_MTH », qui sont associées chacune à leur temps maximum souhaité de mise à disposition du couple moteur 24 15 « Ti_max_MTH_tournant », et dépend aussi du temps d'entraînement nécessaire pour le démarrage du moteur 34 « Tent_dem_MTH ». Le démarrage du moteur est d'autant plus urgent que le temps de criticité courante de démarrage « T_criticité_dem_MTH » est faible, et d'autant moins urgent que ce temps est élevé. 20 En l'absence de demande de requête de démarrage 20 on a « Ri_redem_MTH » = 0 quelles que soient les fonctions « i » de requête de démarrage 4, et le temps de criticité courante de démarrage « T_criticité_dem_MTH » est défini à une valeur arbitraire élevée, par exemple 3s. 25 La stratégie de préparation 2 réalise alors à titre préventif une demande basse priorité de préparation des bougies 26 « Dde_prep_MTH » avec une dynamique faible de niveau 1, soit dès qu'une requête d'anticipation de redémarrage 22 se présente avec « Ri_redem_MTH_ant » = 1, ou soit à intervalles réguliers en l'absence de requête d'anticipation de redémarrage 30 22 avec quelle que soit la fonction « i », « Ri_redem_MTH_ant » = 0. 2 9 79603 10 La demande basse priorité de préparation des bougies 26 « Dde_prep_MTH » réalisée à intervalles réguliers permet ainsi d'étaler un préchauffage modéré des bougies avec une faible puissance pour réduire leur usure, qui maintient en permanence une possibilité de démarrage pas 5 trop lent du moteur grâce à l'inertie thermique au niveau de ces bougies. En la présence de requêtes de démarrage 20 pour au moins une fonction « i » on a « Ri_redem_MTH » = 1. Le temps de criticité courante de démarrage « T_criticité_dem_MTH » est calculé pour la requête de démarrage la plus critique, comportant le temps maximum souhaité 24 de 10 mise à disposition du couple moteur « Ti_max_MTH_tournant » qui est le plus faible, en fonction de ce temps maximum souhaité 24 de mise à disposition du couple, et du temps d'entraînement nécessaire pour le démarrage du moteur 34 « Tent_dem_MTH ». La stratégie d'arbitrage 2 réalise alors à titre curatif une demande de 15 préparation des bougies 26 « Dde_prep_MTH », avec une dynamique ajustée suivant le temps de criticité courante de démarrage « T_criticité_dem_MTH » pour la fonction « i » à l'origine de la requête la plus critique, et suivant le temps restant de préchauffage rapide conseillé 28 avant l'entraînement du moteur « Tatt_dem_MTH », qu'il peut respecter ou 20 pas. On réalise ainsi un préchauffage adapté au minimum nécessaire, qui sollicite peu les bougies dans le cas où la requête ayant le temps maximum souhaité 24 de mise à disposition du couple moteur « Ti_max_MTH_tournant » le plus faible n'est pas très urgente, et qui les 25 sollicite fortement dans le cas où la requête ayant le temps maximum souhaité 24 de mise à disposition du couple moteur « Ti_max_MTH_tournant » le plus faible est urgente. Si plusieurs requêtes de démarrage 20 apparaissent simultanément alors la requête de démarrage la plus critique, c'est à dire celle comportant le 30 temps maximum souhaité 24 de mise à disposition du couple moteur « Ti_max_MTH_tournant » le plus faible, est prise en compte par la stratégie d'arbitrage 2 pour établir le temps de criticité courante de démarrage « T_criticité_dem_MTH ». Cette première valeur de temps de criticité courante de démarrage « T_criticité_dem_MTH » est utilisée pour initialiser la valeur du compte à 5 rebours activé dès la présence d'une requête de démarrage « Ri_redem_MTH ». Le temps de criticité courante de démarrage « T_criticité_dem_MTH » est ensuite mis à jour à une valeur plus faible seulement si une évolution des requêtes de démarrage 20 associées à leur temps de mise à disposition du 10 couple moteur « Ti_max_MTH_tournant » 24, ou une évolution du temps d'entraînement pour le démarrage du moteur 34 « Tent_dem_MTH » donné par la fonction de pilotage de l'organe de démarrage 10, conduit à une valeur du temps de criticité courante de démarrage « T_criticité_dem_MTH » plus faible que la valeur instantanée du compte à rebours en cours d'activation. 15 Dans ce cas de mise à jour, le compte à rebours en cours d'activation est alors réinitialisé à la nouvelle valeur du temps de criticité courante de démarrage « T_criticite_dem_MTH », et la dynamique de demande de préparation des bougies 26 « Dde_prep_MTH » est mise à jour en conséquence. 20 Le début de l'entraînement du moteur pour son démarrage sera effectif dès que le compte à rebours sera terminé, ou dès que le temps restant de préchauffage rapide conseillé 28 avant l'entraînement du moteur « Tatt_dem_MTH » est égale à zéro, afin d'arbitrer le compromis entre la qualité et la sécurité du démarrage du moteur d'une part, et l'urgence de ce 25 démarrage d'autre part. Cet arbitrage est effectué à chaque fois qu'en l'absence de requête de démarrage « Ri_redem_MTH », une ou plusieurs requêtes de démarrage MTH apparaissent. On peut ainsi en optimisant les démarrages d'un moteur Diesel, utiliser 30 ce type de moteur qui comporte un rendement supérieur aux moteurs à essence tout en préservant la durée de vie des bougies de préchauffage, ce qui peut permettre d'utiliser des bougies à technologies « métalliques » comprenant un coût réduit. On peut aussi assurer le compromis entre la durée de vie des bougies d'une part, et les exigences de confort et de sécurité de la conduite d'autre part. La stratégie de préparation de démarrage peut ainsi augmenter la durée des roulages en mode électrique, et permettre de réaliser des parcours pouvant atteindre des distances de trente ou cinquante km, avec des températures extérieures basses qui peuvent être comprises entre +5 et -5°C, tout en préservant la qualité de démarrage suivant les possibilités. REVENDICATIONS1 - Stratégie de préparation de démarrage d'un moteur Diesel utilisé pour la traction ou la propulsion d'un véhicule hybride, tenant compte de différentes informations sur l'état du véhicule ainsi que du type de fonctions (4) qui peuvent émettre une requête de démarrage du moteur (20), pour déterminer des demandes de préparation (26) comprenant le préchauffage des bougies de ce moteur, caractérisée en ce qu'elle réalise de manière périodique les étapes suivantes : - elle définit un temps de criticité de démarrage du moteur, qui prend en compte le temps maximum souhaité (24) de mise à disposition du couple moteur dépendant de la fonction (i) à l'origine de la requête si une requête de démarrage est émise (20), ainsi que le temps d'entraînement nécessaire pour son démarrage (34) ; - en l'absence de requête émise le temps de criticité de démarrage est élevé, la stratégie demande une préparation (26) à basse priorité donnant une faible puissance de chauffage des bougies, soit périodiquement à titre préventif, ou soit lorsqu'une requête de démarrage est anticipée (22) ; - en la présence d'une requête émise le temps de criticité de démarrage est faible, la stratégie demande une préparation (26) à haute priorité donnant une forte puissance de chauffage des bougies qui dépend de ce faible temps de criticité. 2 - Stratégie de préparation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le temps maximum souhaité de mise à disposition du couple moteur (24), comporte un nombre limité de temps prédéfinis, pouvant comprendre en particulier trois temps distincts. 3 - Stratégie de préparation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'en l'absence de requête de démarrage (20), le temps maximum souhaité de mise à disposition du couple moteur (24) est choisi à une valeur arbitraire élevée, qui peut être en particulier de l'ordre de 3s. 4 - Stratégie de préparation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le temps de criticité de démarrage dépend du temps d'entraînement du moteur nécessaire pour le démarrer (34). 5 - Stratégie de préparation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les demandes de préparation (26) comportent un nombre limité de niveaux, qui peuvent être un niveau 0 s'il n'y a pas de demande de préparation, et trois niveaux représentant une basse, une moyenne et une haute priorité de démarrage. 6 - Stratégie de préparation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle définit des demandes de préparation des bougies (26), avec une dynamique ajustée pour des bougies comprenant une technologie du type « métallique ». 7 - Véhicule hybride comprenant un moteur Diesel équipé de bougies de préchauffage, une motorisation auxiliaire, ainsi qu'un calculateur qui supervise le fonctionnement de ces motorisations, caractérisé en ce que le calculateur met en oeuvre une stratégie de préparation de démarrage (2) réalisée selon l'une quelconque des revendications précédentes.