Brevet FR3022590A1 — publié le 20151225

PROCEDE ET DISPOSITIF DE DEMARRAGE OU DE RELANCE D'UN MOTEUR THERMIQUE, NOTAMMENT DE VEHICULE AUTOMOBILE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION. La présente invention concerne un procédé et un dispositif de démarrage ou de relance d'un moteur thermique, notamment de véhicule automobile. L'invention concerne aussi un alterno-démarreur apte à la mise en oeuvre du procédé et compris dans ce dispositif. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION. Des considérations d'économie d'énergie et de réduction de la pollution, surtout en milieu urbain, conduisent les constructeurs de véhicules automobiles à équiper leurs modèles d'un système d'arrêt/ redémarrage automatique, tel que le système connu sous le terme anglo-saxon de « Stop and Go ». Ainsi que le rappelle la société VALEO EQUIPEMENTS ELECTRIQUES MOTEUR dans la demande de brevet FR2875549, les véhicules sont rendus aptes à fonctionner selon le mode « Stop and Go » grâce à une machine électrique réversible, ou alterno-démarreur, couplée au moteur thermique, alimentée par un onduleur en mode « démarreur ». L'utilisation d'un alterno-démarreur dans un mode de fonctionnement « Stop and Go » consiste, sous certaines conditions, à provoquer l'arrêt complet du moteur thermique lorsque le véhicule est lui-même à l'arrêt, puis à redémarrer le moteur thermique à la suite, par exemple, d'une action du conducteur interprétée comme une demande de redémarrage. Une situation typique de « Stop and Go » est celle de l'arrêt à un feu rouge. Lorsque le véhicule s'arrête au feu, le moteur thermique est automatiquement stoppé, puis, quand le feu devient vert, le moteur est redémarré au moyen de l'alterno-démarreur, comme suite à la détection par le système de l'enfoncement de la pédale d'embrayage par le conducteur. De manière générale, l'alterno-démarreur doit produire le couple moteur approprié dès l'apparition d'un stimulus traduisant la volonté du conducteur de redémarrer ou de relancer son véhicule. Il va de soi que cette fonction de redémarrage automatique réalisée par un système alterno-démarreur est une fonction qui doit être aussi transparente que 35 possible pour le conducteur du véhicule. 3022590 2 Notamment, le délai entre la commande de démarrage et le démarrage effectif du moteur thermique au moyen de l'alterno-démarreur doit être le plus bref 5 possible. Dans ce but, on réalise une étape de préflux au cours de laquelle le rotor de l'alterno-démarreur est alimenté en électricité sans que le stator soit alimenté. A l'issue de l'étape de préflux, le stator est alimenté et l'alterno-démarreur produit un couple suffisamment élevé qui permet d'entraîner rapidement le moteur 10 thermique au-delà du point de passage de compression de manière à démarrer celui-ci. Cet alternateur réversible est, le plus souvent, implanté au niveau d'une face du moteur thermique, face sur laquelle est présente une poulie de vilebrequin du moteur thermique. 15 Une courroie est prévue, d'une part, pour entraîner une poulie d'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 de vilebrequin lors des phases de redémarrage ou de relance. 20 Un tendeur est généralement également prévu pour appuyer sur un brin de la courroie entre la poulie d'alternateur et la poulie de vilebrequin. Dans cette configuration, la transmission d'un couple moteur important par la courroie à l'issue de l'étape de préflux peut endommager celle-ci. Pour pallier cet inconvénient, la société demanderesse a proposé dans la 25 demande internationale W02009/077687 de limiter la durée de l'étape de préflux. Cependant, il a été constaté que la brusque variation de couple générait, via le tendeur, des effets acoustiques jugés gênants par l'utilisateur. Dans la demande de brevet français FR2918127, la société demanderesse a proposé de tendre la courroie en appliquant un couple dans le sens opposé à celui 30 du démarrage. Mais cette solution ne diminue pas la variation de couple, au contraire, et ne supprime donc pas les effets acoustiques. De plus, le tendeur doit être compatible. Il existe par conséquent un besoin pour un procédé et un dispositif de démarrage ou de relance d'un moteur thermique qui assurent un délai de 3022590 - 3 - démarrage ou de relance court tout en limitant les effets acoustiques perçus comme gênants par l'utilisateur. DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION. 5 La présente invention vise à satisfaire ce besoin et a précisément pour objet un procédé de démarrage ou de relance d'un moteur thermique, notamment de véhicule automobile, à l'aide d'une machine électrique tournante. Cette machine électrique tournante comporte un organe d'entraînement et est associée à un organe de transmission, du type d'une courroie ou d'une chaîne, 10 qui coopère avec cet organe d'entraînement et avec le moteur thermique pour provoquer un démarrage ou une relance de ce moteur thermique. Un tendeur est prévu pour appuyer sur un brin de l'organe de transmission qui s'étend entre la machine électrique tournante et le moteur thermique. Le procédé selon l'invention est remarquable en ce que: 15 - dans une première étape, la machine électrique tournante fournit un couple réduit prédéterminé dans le sens du démarrage pendant une durée prédéterminée pour tendre l'organe de transmission sans permettre pour autant le passage du point de compression; - dans une seconde étape, la machine électrique tournante fournit un couple 20 optimal prédéterminé pour entraîner rapidement le moteur thermique. Dans une phase de démarrage, le couple réduit prédéterminé est fort avantageusement inférieur à un couple nominal nécessaire à un passage d'un point de compression du moteur thermique. Alternativement, dans une phase de relance, le couple réduit prédéterminé 25 est fonction de préférence d'une vitesse de rotation de la machine électrique tournante. Selon le procédé de l'invention, on contrôle avantageusement le couple réduit prédéterminé en pilotant un angle d'avance d'un onduleur alimentant la machine électrique tournante. 30 Dans ce cas, on contrôle en outre de préférence le couple réduit prédéterminé en pilotant un angle d'ouverture de l'onduleur Selon le procédé de l'invention, on tire bénéfice d'un contrôle du couple réduit prédéterminé en pilotant également un courant d'excitation de la machine électrique tournante. 3022590 - 4 - La première étape du procédé de l'invention peut dans certaines applications être précédée d'une étape de préflux, la deuxième étape étant alors conçue de manière à prendre en compte cette étape de préflux et à ne dégrader son intérêt. L'invention concerne aussi un dispositif de démarrage ou de relance d'un 5 moteur thermique, notamment de véhicule automobile, adapté à la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus. Ce dispositif est du type de ceux comportant: - une machine électrique tournante munie d'un organe d'entraînement; - un organe de transmission, du type d'une courroie ou d'une chaîne, coopérant 10 avec l'organe d'entraînement de la machine électrique tournante et avec le moteur thermique pour provoquer un démarrage ou une relance de ce moteur thermique; - un tendeur pour appuyer sur un brin de l'organe de transmission s'étendant entre la machine électrique tournante et le moteur thermique; - un onduleur alimentant la machine électrique tournante; 15 - un système de pilotage de la machine électrique tournante contrôlant un couple moteur. Le dispositif de démarrage ou de relance d'un moteur thermique selon l'invention est remarquable en ce qu'il comprend en outre des moyens d'acquisition d'au moins un paramètre pris parmi le groupe: 20 - une vitesse de rotation de la machine électrique tournante; - un angle d'avance de l'onduleur; - un angle d'ouverture de l'onduleur; - un courant d'excitation de la machine électrique tournante; - une température de la machine électrique tournante; 25 et en ce que le système de pilotage comprend une cartographie d'un couple réduit prédéterminé en fonction au moins de ce paramètre de manière à tendre l'organe de transmission quand le couple moteur est égal au couple réduit prédéterminé pendant une durée prédéterminée, ce couple réduit prédéterminé étant inférieur à un couple optimal permettant d'entraîner rapidement le moteur thermique. 30 L'invention vise aussi un système de pilotage d'une machine électrique tournante destiné à réaliser un dispositif de démarrage ou de relance d'un moteur thermique présentant les caractéristiques ci-dessus. Dans le cadre de l'invention, un alterno-démarreur destiné à être accouplé à un moteur thermique, notamment de véhicule automobile, comprend 35 aussi fort avantageusement un tel système de pilotage intégré. 3022590 - 5 - Ces quelques spécifications essentielles auront rendu évidents pour l'homme de métier les avantages apportés par l'invention par rapport à l'état de la technique antérieur. Les spécifications détaillées de l'invention sont données dans la description 5 qui suit en liaison avec les dessins ci-annexés. Il est à noter que ces dessins n'ont d'autre but que d'illustrer le texte de la description et ne constituent en aucune sorte une limitation de la portée de l'invention. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS. 10 La Figure 1 représente partiellement une face d'un moteur thermique de véhicule automobile et un agencement mécanique d'un dispositif de démarrage ou de relance d'un type conforme à l'invention. La Figure 2 est un schéma électrique synoptique d'un dispositif de démarrage ou de relance d'un moteur thermique de véhicule automobile d'un type 15 conforme à l'invention. Les Figures 3a et 3b sont la représentation d'une cartographie, en fonction de l'angle d'avance de l'onduleur et de la température de l'alterno-démarreur, du couple réduit prédéterminé mise en oeuvre dans un mode de réalisation préféré du procédé et du dispositif de démarrage ou de relance d'un moteur thermique de 20 véhicule automobile selon l'invention, respectivement dans une phase de démarrage et dans une phase de relance (à 100 tr/ mn). DESCRIPTION DU MODE DE REALISATION PREFERE DE L'INVENTION. Le mode de réalisation préféré de l'invention concerne les véhicules équipés 25 d'un alterno-démarreur 1 agencé sur une face d'un moteur thermique 2, tel que cela est représenté sur la Figure 1. L'alterno-démarreur 1 est muni, comme le montre bien la Figure 1, d'un organe d'entraînement, formé ici par une première poulie 3, avec lequel coopère un organe de transmission constitué par une courroie 4 pour entraîner le moteur 30 thermique 2 au moyen d'une deuxième poulie 5 solidaire d'un vilebrequin de ce moteur thermique 2. Un tendeur 6 comportant un galet est en appui sur un brin 7 de la courroie 4 s'étendant entre l'alterno-démareur 1 et le vilebrequin du moteur thermique 2. 3022590 - 6 - La courroie 4 sert également, via un autre brin de la courroie 4, à entraîner au moyen d'une troisième poulie 8 un accessoire, par exemple un compresseur de climatiseur, non- représenté. De manière connue en soit l'alterno-démarreur 1 est alimenté en mode 5 moteur par un onduleur et il est piloté par un système de pilotage contrôlant le couple moteur. Le schéma synoptique de ces éléments électriques est montré sur la Figure 2. L'alterno-démarreur 1 représenté schématiquement comprend un stator 10 triphasé 9 et un rotor 10 à excitation. Les trois enroulements de phases du stator 9 sont alimentés B+, B- à partir d'une batterie connectée au réseau de puissance de bord 11 par des circuits de puissance 12 commandés par le système de pilotage 13. Le système de pilotage 13 contrôle également un courant d'excitation EXC 15 circulant dans un inducteur du rotor 10. Le système de pilotage électronique 13 reçoit des paramètres de fonctionnement du moteur thermique 2, et d'autres informations de contexte par des liaisons filaires dédiées ou par un bus de communication de données embarqué de type LIN ou CAN à partir de l'unité de contrôle moteur 14. 20 Dans le but de limiter les effets vibratoires gênants, le procédé de démarrage ou de relance du moteur thermique 2 selon l'invention consiste essentiellement à pré-tendre la courroie 4 avant que l'alterno-démarreur 1 n'applique un couple moteur suffisant pour entraîner rapidement le moteur thermique 2. Dans une première étape, le système de pilotage 13 pilote donc l'alterno25 démarreur 1 de manière à ce qu'il fournisse seulement un couple réduit prédéterminé pour tendre la courroie 4. Pour ce faire, le dispositif de démarrage ou de relance selon l'invention comprend trois capteurs à effet Hall 15 solidaires du stator 9 qui permettent de déterminer la position angulaire du rotor 10 par rapport au stator 9 grâce à une cible 30 magnétique 16 fixée sur le rotor 10. En fonction de cette position angulaire, le système de pilotage 13 commande les courants de phases de manière à ce qu'ils présentent un angle d'avance (différence de phase avec la fcem de la machine) correspondant au couple réduit prédéterminé souhaité. 3022590 - 7 - Une cartographie du couple réduit prédéterminé en fonction de l'angle d'avance est stockée dans une mémoire 17 du système de pilotage 13. La Figure 3a est une représentation d'un exemple d'une cartographie utilisée au démarrage d'un moteur thermique 2 d'une cylindrée courante. 5 Dans cet exemple, un angle d'ouverture de l'onduleur 12, 13 (c'est-à-dire le rapport cyclique des courants de phases en degrés) a été fixé à 135 °; une intensité du courant d'excitation EXC a été fixée à 8 A. Cette intensité correspond à une valeur cible de l'étape de préflux précédant la première étape d'application du couple réduit prédéterminé. 10 Un angle d'avance d'environ 60° permet d'obtenir un couple réduit sensiblement égal à 20 N.m. Ce couple réduit fourni par l'alterno-démarreur 1 ne permet pas au moteur thermique 2 de franchir un premier point de compression, mais permet une mise en tension de la courroie 4. 15 La cartographie prend en compte une température de l'alterno-démarreur 1. Mais, comme le montre bien la Figure 3a, il s'avère que celle-ci n'a que peu d'impact pour la machine considérée (courbe en trait plein pour - 28°C, en trait pointillé fin pour -10°C, en trait pointillé épais pour 25 °C,en trait tireté pour 50°C, en trait mixte pour 120°C). 20 Dans une phase de relance du moteur thermique 2, la cartographie prend en compte la vitesse de rotation de l'alterno-démarreur 1. La Figure 3b est un exemple pour une vitesse de rotation de 100 tr/mn, dans les mêmes conditions que pour la Figure 3a, c'est-à-dire un angle d'ouverture de 135° et un courant d'excitation EXC de 8A. 25 Un angle d'avance de sensiblement 60° permet dans ce cas également d'obtenir un couple réduit d'environ 20N.m. Selon l'invention, la cartographie du couple réduit prédéterminé en fonction de l'angle d'avance prend en général en compte la vitesse de rotation de l'alternodémarreur 1 de préférence dans une plage de 0 à environ 200 tr/mn, ainsi que 30 d'autres paramètres, comme l'intensité du courant d'excitation EXC, l'angle d'ouverture de l'onduleur et la température. Le dispositif de démarrage ou de relance d'un moteur thermique 2 selon l'invention comprend donc autant que de besoin des capteurs correspondants 15, par exemple un shunt au niveau du circuit d'excitation pour la mesure de l'intensité 35 du courant d'excitation EXC. 3022590 - 8 - Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas au seul mode d'exécution préférentiel décrit ci-dessus. La cartographie présentée ne correspond qu'aux caractéristiques particulières d'un alterno-démarreur 1 et d'un moteur thermique 2 choisis à titre 5 d'exemple. La description ci-dessus s'appliquerait à des machines électriques tournantes autres qu'un alterno-démarreur triphasé à excitation 1. Le nombre de phases de ces machines électriques peut être supérieur à trois, étant par exemple égal à six pour des machines hexaphasées. 10 Le procédé de démarrage ou de relance d'un moteur thermique 2 à l'aide d'une machine électrique tournante 1 selon l'invention s'applique de manière générale aussi bien à des machines synchrones à aimants permanents, à des machine à griffes, à des machines à rotor bobiné à double excitation, à des machines asynchrones, à des machines à reluctance variable, ou à des machines à 15 courant continu. L'invention embrasse donc au contraire toutes les variantes possibles de réalisation qui resteraient dans le cadre défini par les revendications ci-après. REVENDICATIONS1) Procédé de démarrage ou de relance d'un moteur thermique (2), notamment de véhicule automobile, à l'aide d'une machine électrique tournante (1) comportant un 5 organe d'entraînement (3) et d'un organe de transmission (4), du type d'une courroie (4) ou d'une chaîne, coopérant avec ledit organe d'entraînement (3) et avec ledit moteur thermique (2) pour provoquer un démarrage ou une relance dudit moteur thermique (2), un tendeur (6) étant prévu pour appuyer sur un brin (7) dudit organe de transmission (4) s'étendant entre ladite machine électrique tournante (1) 10 et ledit moteur thermique (2), caractérisé en ce que: - dans une première étape, ladite machine électrique tournante (1) fournit un couple réduit prédéterminé dans le sens dudit démarrage pendant une durée prédéterminée pour tendre ledit organe de transmission (4); - dans une seconde étape, ladite machine électrique tournante (1) fournit un couple 15 optimal prédéterminé pour entraîner rapidement ledit moteur thermique (2) et provoquer son démarrage. 2) Procédé de démarrage ou de relance d'un moteur thermique (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans une phase de démarrage ledit couple 20 réduit prédéterminé est inférieur à un couple nominal nécessaire à un passage d'un point de compression dudit moteur thermique (2). 3) Procédé de démarrage ou de relance d'un moteur thermique (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans une phase de relance ledit couple 25 réduit prédéterminé est fonction d'une vitesse de rotation de ladite machine électrique tournante (1). 4) Procédé de démarrage ou de relance d'un moteur thermique (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 précédentes, caractérisé en ce que l'on 30 contrôle ledit couple réduit prédéterminé en pilotant un angle d'avance d'un onduleur (12, 13) alimentant ladite machine électrique tournante (1). 3022590 - 10 - 5) Procédé de démarrage ou de relance d'un moteur thermique (2) selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on contrôle en outre ledit couple réduit prédéterminé en pilotant un angle d'ouverture dudit onduleur (12, 13). 6) Procédé de démarrage ou de relance d'un moteur thermique (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 précédentes, caractérisé en ce que l'on contrôle ledit couple réduit prédéterminé en pilotant un courant d'excitation (EXC) de ladite machine électrique tournante (1). 7) Procédé de démarrage ou de relance d'un moteur thermique (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 précédentes, caractérisé en ce que ladite première étape est précédé d'une étape de préflux. 8) Dispositif de démarrage ou de relance d'un moteur thermique (2), notamment de 15 véhicule automobile, adapté à la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 précédentes, ledit dispositif étant du type de ceux comportant: - une machine électrique tournante (1) munie d'un organe d'entraînement (3); - un organe de transmission (4), du type d'une courroie (4) ou d'une chaîne, 20 coopérant avec ledit organe d'entraînement (3) de ladite machine électrique tournante (1) et avec ledit moteur thermique (2) pour provoquer un démarrage ou une relance dudit moteur thermique (2); - un tendeur (6) pour appuyer sur un brin (7) dudit organe de transmission (4) s'étendant entre ladite machine électrique tournante (1) et ledit moteur 25 thermique (2); - un onduleur (12, 13) alimentant ladite machine électrique tournante (1); - un système de pilotage (13) de ladite machine électrique tournante (1) contrôlant un couple moteur; caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens d'acquisition d'au moins un 30 paramètre pris parmi le groupe: - une vitesse de rotation de ladite machine électrique tournante (1); - un angle d'avance dudit onduleur (12, 13); - un angle d'ouverture dudit onduleur (12, 13); - un courant d'excitation (EXC) de ladite machine électrique tournante (1); 35 - une température de ladite machine électrique tournante (1); 3022590 - 11 - et en ce que ledit système de pilotage (13) comprend une cartographie (17) d'un couple réduit prédéterminé en fonction dudit au moins un paramètre de manière à tendre ledit organe de transmission (4) quand ledit couple moteur est égal audit couple réduit prédéterminé pendant une durée prédéterminée, ledit couple réduit 5 prédéterminé étant inférieur à un couple optimal permettant d'entraîner rapidement ledit moteur thermique (2). 9) Système de pilotage (13) d'une machine électrique tournante (1) destiné à réaliser un dispositif de démarrage ou de relance d'un moteur thermique (2) selon 10 la revendication 8. 10) Alterno-démarreur (1) destiné à être accouplé à un moteur thermique (2), notamment de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un système de pilotage (13) selon la revendication 9 intégré.15