Brevet FR3024752A1 — publié le 20160212

PROCEDE DE GESTI ON DU FONCTI ONNEMENT D'UN MOTEUR THERMI QUE D'UN VEHI CULE HYBRIDE L'invention se rapporte à un procédé de gestion du fonctionnement 5 d'un moteur thermique d'un véhicule hybride. Pour rappel, un véhicule hybride comprend un moteur électrique et un moteur thermique, ledit moteur thermique venant en appoint du moteur électrique sur certains secteurs d'un parcours routier. Lors d'une phase de roulage d'un véhicule hybride, assurée 10 uniquement par le moteur électrique, il arrive que le conducteur dudit véhicule demande une augmentation du couple, qui ne peut pas être fournie par le seul moteur électrique. Pour répondre à cette requête, il doit donc solliciter le moteur thermique, en le redémarrant puis en l'amenant à un régime et à une charge cibles correspondant à sa demande de couple. Or, généralement, le 15 temps de réponse du moteur thermique pour parvenir au résultat souhaité, est important, obligeant le conducteur à patienter un temps assez long, avant de voir son véhicule réagir à la sollicitation demandée. Ce décalage temporel entre l'ordre de commande et la réaction du moteur est mal perçu par le conducteur, qui a l'impression que son véhicule réagit à retardement. 20 Dans le cas des moteurs suralimentés, ce démarrage rapide n'est pas possible, sans une intervention sur le système de suralimentation. A titre d'exemple, la demande de brevet européen EP0367406 décrit un véhicule comprenant un moteur thermique, associé à un turbocompresseur doté d'une machine électrique. Ainsi, lors du démarrage du moteur thermique, la machine 25 électrique est actionnée pour augmenter l'accélération du turbocompresseur, qui est alors apte à fournir le couple recherché. Cette configuration présente toutefois l'inconvénient de nécessiter la présence d'une motorisation supplémentaire pour actionner le turbocompresseur afin qu'il fournisse le couple demandé. 30 Un autre moyen permettant d'accélérer un turbocompresseur à géométrie fixe, consisterait à concevoir une turbine de plus petite inertie. Mais 3024752 2 avec une plus petite turbine, il ne serait pas possible de conserver les performances du moteur à haut régime. Un procédé de gestion du fonctionnement d'un moteur thermique d'un véhicule hybride selon l'invention, permet audit moteur de fournir instantanément la prestation demandée en matière de couple, sans l'ajout de pièces supplémentaires, et sans avoir à redimensionner en profondeur le turbocompresseur. L'invention a pour objet un procédé de gestion du fonctionnement d'un moteur thermique d'un véhicule hybride lors d'une demande de couple, ledit moteur étant suralimenté au moyen d'un turbocompresseur dont au moins la turbine ou le compresseur est à géométrie variable, et comprend des ailettes orientables et aptes à être déplacées entre une position d'ouverture pour laquelle elles favorisent le passage des gaz et une position de fermeture pour laquelle elles offrent une résistance maximale auxdits gaz. La principale caractéristique d'un procédé selon l'invention, est qu'il comprend les étapes suivantes, une étape de demande de couple par le conducteur et que le moteur électrique n'est pas en mesure de fournir à lui tout seul, une étape de manoeuvre des ailettes au moyen d'un dispositif de commande pour les placer dans une position de fermeture, dès que ladite demande de couple a été initiée, une étape de démarrage du moteur thermique, une fois que lesdites ailettes ont été placées dans ladite position de fermeture. Il est supposé qu'un véhicule hybride comprend un moteur électrique et un moteur thermique, et qu'un turbocompresseur comprend une turbine couplée à un compresseur. Ainsi, selon un tel procédé de gestion, le conducteur effectue une demande de couple, que le véhicule soit arrêté ou en phase de roulage. Les ailettes orientables du compresseur et/ou de la turbine, sont alors instantanément placées dans une position de fermeture de manière à présenter le maximum de résistance aux passages des gaz. De cette manière, le moteur thermique associé au turbocompresseur à géométrie 3024752 3 variable, réagit en temps réel à cette demande de couple, effaçant ainsi les retards de mise en action, entrevus avec les architectures de véhicules hybrides suralimentées existantes. Préférentiellement, les ailettes sont mobiles en rotation pour passer de la position d'ouverture à la position de fermeture. 5 Les ailettes orientables peuvent se retrouver implantées, soit dans le compresseur, soit dans la turbine, soit à la fois dans ledit compresseur et ladite turbine. Il est en effet supposé que le moteur électrique du véhicule hybride, n'est pas en mesure de fournir à lui tout seul, la demande de couple demandée par le conducteur, et donc que le moteur thermique doit être 10 obligatoirement sollicité pour cette prestation. Le dispositif de commande est autonome et peut être piloté indépendamment de l'état du moteur thermique et du moteur électrique. Avantageusement, les ailettes orientables sont implantées uniquement dans la turbine. 15 Selon un mode de réalisation préféré d'un procédé de gestion selon l'invention, le dispositif de commande est un dispositif pneumatique comprenant une réserve de vide. Préférentiellement, la réserve de vide est réalisée au moyen d'une pompe à vide électrique, capable de fonctionner pendant la phase de roulage 20 du véhicule. De cette manière, le vide est créé pendant que le véhicule hybride est en phase de roulage. Selon un autre mode de réalisation préféré d'un procédé de gestion selon l'invention, le dispositif de commande est un dispositif électrique comprenant un moteur électrique secondaire et une tige de manoeuvre, ledit 25 moteur électrique déplaçant la tige pour actionner le mécanisme de déplacement des ailettes. Avantageusement, le moteur électrique secondaire est apte à être mis en rotation pour déplacer la tige de manoeuvre. D'autres types de dispositifs électriques sont possibles. Par exemple, on peut utiliser un solénoïde pour 30 assurer le déplacement de la tige, de façon à actionner le mécanisme de déplacement des ailettes. 3024752 4 De façon préférentielle, un procédé de fonctionnement selon l'invention comprend une étape de sécurité consistant à replacer automatiquement les ailettes dans une position d'ouverture, dans le cas d'une défaillance du dispositif de commande, après que les ailettes aient été placées dans une 5 position de fermeture. En effet, lors d'une demande de couple par le conducteur, les ailettes sont instantanément placées dans une position de fermeture. Cette demande de couple est généralement limitée dans le temps pour répondre à un besoin ponctuel. Or, si le dispositif de commande tombe en panne, les ailettes peuvent avoir tendance à demeurer figées dans leur 10 position de fermeture, rallongeant intempestivement la phase d'accélération du moteur thermique, et augmentant les risques potentiels d'accident. L'étape de sécurité tend à ramener par défaut, les ailettes orientables dans leur position d'ouverture. Avantageusement, l'étape de sécurité est réalisée au moyen d'un 15 dispositif à ressort précontraint permettant de replacer les ailettes dans leur position d'ouverture. Il est supposé que le dispositif de commande doit d'abord vaincre les efforts engendrés par le ressort précontraint, pour pouvoir placer les ailettes dans une position de fermeture. Dans le cas d'une défaillance dudit dispositif de commande une fois que lesdites ailettes ont été placées dans 20 cette position de fermeture, le ressort ramène lesdites ailettes dans une position d'ouverture, en tentant de retrouver sa position de relaxation. De façon préférentielle, un procédé de fonctionnement selon l'invention est piloté par un calculateur embarqué. En effet, le calculateur reçoit la demande de couple, puis transmet instantanément un signal au dispositif de 25 commande pour placer les ailettes dans une position de fermeture. Le moteur thermique peut alors démarrer une fois que lesdites ailettes sont parvenues à cette position de fermeture. Lorsque la demande de couple cesse, le calculateur envoie un signal de désactivation au dispositif de commande pour replacer les ailettes dans une position d'ouverture. Ce replacement peut être 30 effectué, soit de façon active au moyen d'un organe moteur spécifique spécialement conçu pour ce replacement, soit de façon passive par 3024752 5 l'intermédiaire d'un moyen de rappel entrant en action une fois que le dispositif de commande a été désactivé. L'invention a pour deuxième objet un élément de motorisation d'un véhicule hybride permettant la mise en oeuvre d'un procédé conforme à 5 l'invention, ledit élément comprenant un moteur thermique, et un turbocompresseur, dont au moins la turbine ou le compresseur est à géométrie variable et comprend des ailettes orientables et aptes à être déplacées entre une position d'ouverture pour laquelle elles favorisent le passage des gaz et une position de fermeture pour laquelle elles offrent une 10 résistance maximale auxdits gaz. La principale caractéristique d'un élément de motorisation selon l'invention est qu'il comprend un dispositif de commande apte à être déclenché lors d'une demande de couple, pour placer les ailettes dans une position de fermeture pour laquelle elles offrent une résistance maximale aux gaz. Il est 15 supposé que le dispositif de commande est activé par l'intermédiaire d'un calculateur embarqué apte à gérer le fonctionnement du moteur thermique et du turbocompresseur. Un procédé de gestion du fonctionnement d'un moteur thermique d'un véhicule hybride selon l'invention, présente l'avantage de ne nécessiter aucune 20 pièce supplémentaire encombrante, susceptible d'alourdir le véhicule et d'occuper une place trop importante dans le véhicule. Il a de plus l'avantage de permettre au moteur thermique de répondre, de façon fiable, reproductible et rigoureuse à une demande de couple de la part du conducteur, car les caractéristiques de fonctionnement d'un turbocompresseur à géométrie 25 variable sont connues et bien maitrisées. On donne ci-après, une description détaillée d'un mode de réalisation préféré d'un procédé de gestion du fonctionnement d'un moteur thermique d'un véhicule hybride selon l'invention et d'un élément de motorisation d'un véhicule hybride permettant la mise en oeuvre d'un tel procédé, en se référant 30 aux figures 1 à 4. 3024752 6 La figure 1 est une vue schématique d'un élément de motorisation d'un véhicule hybride selon l'invention, La figure 2A est une figure schématique d'une turbine à géométrie variable, pour laquelle les ailettes sont en position de fermeture, 5 La figure 2B est une figure schématique d'une turbine à géométrie variable, pour laquelle les ailettes sont en position d'ouverture, La figure 3 est un logigramme montrant les principales étapes d'un procédé de gestion selon l'invention, La figure 4 est un diagramme illustrant un exemple de régime 10 fourni par un moteur thermique d'un véhicule hybride en fonction du temps, avec un procédé de gestion selon l'invention. En se référant à la figure 1, un élément de motorisation 1 d'un véhicule hybride selon l'invention, comprend un moteur électrique 15 et un moteur thermique 2 suralimenté, comme par exemple un moteur diesel 15 présentant quatre cylindres en ligne. Le véhicule hybride fonctionne principalement avec le moteur électrique 15, le moteur thermique 2 venant en appoint du moteur électrique 15 lors de certaines phases de roulage dudit véhicule. Pour son fonctionnement, un tel moteur thermique 2 aspire de l'air 20 dans le sens de la flèche F1 par l'intermédiaire d'une ligne d'admission 3, et rejette ses gaz de combustion dans une ligne d'échappement 4 afin de les évacuer dans l'atmosphère extérieure dans le sens de la flèche F2. Le moteur 2 thermique consomme également du carburant, par exemple du gazole, qui est amené audit moteur 2 grâce à un système 25 d'injection (non représenté), par exemple un système d'injection directe qui comporte une rampe d'alimentation à très haute pression commune aux cylindres et au moins un injecteur de carburant par cylindre apte à injecter le carburant directement dans chacun des cylindres. La ligne d'admission d'air 3 comprend un filtre à air 5, un débitmètre 6 30 permettant de déterminer le débit massique d'air frais admis dans le moteur 2, un volet d'admission 7 d'air permettant de réguler le débit admis dans le 3024752 7 moteur 2 et un collecteur d'admission d'air 8, ou répartiteur 8, amenant l'air traversant le volet d'admission 7 dans les différents cylindres du moteur 2. La ligne d'échappement 4 comprend un collecteur d'échappement 9, et au moins un dispositif de post-traitement 10 des gaz de combustion du 5 moteur, par exemple un catalyseur d'oxydation 10, un filtre à particules 10, un piège à oxydes d'azote 10 ou un catalyseur de réduction sélective des oxydes d'azote 10. Le moteur 2 thermique étant suralimenté, il comporte par ailleurs un turbocompresseur 11 dont un compresseur 12 est interposé dans la ligne d'admission 3 entre le débitmètre 6 et le volet d'admission 7. Un échangeur de 10 température 13 est disposé dans la ligne d'admission 3, entre le compresseur 12 et le volet d'admission 7, de manière à refroidir l'air comprimé par le compresseur 12. Le compresseur 12 est entraîné par une turbine 14 du turbocompresseur 11, qui est interposée dans la ligne d'échappement 4 entre le moteur 2 et le dispositif de post-traitement 10. Classiquement, la ligne 15 d'échappement 4 est pourvue d'une conduite de dérivation (non représentée) qui contourne la turbine 14 et qui comporte une vanne de décharge à l'échappement, également appelée vanne « waste gate », pour pouvoir limiter l'énergie apportée par les gaz d'échappement à la turbine 14, et donc pour pouvoir limiter la pression fournie par le compresseur 12. 20 Le moteur thermique 2 peut comporter un ou plusieurs circuits de recirculation de gaz d'échappement à l'admission (non représentés), plus particulièrement un circuit dit EGR (de l'anglais Exhaust Gas Recirculation) haute pression et/ou un circuit EGR basse pression. En se référant aux figures 2A et 2B, la turbine 14 possède une 25 géométrie variable et comprend des ailettes orientables 16 et aptes à se déplacer entre une position de fermeture illustrée à la figure 2A, et une position d'ouverture illustrée à la figure 2B. Les ailettes 16 sont disposées le long d'une portion annulaire 17 de la turbine 14, et sont chacune montées mobiles en rotation autour d'un axe 18 émergeant perpendiculairement de 30 ladite portion annulaire 17. Un dispositif de commande 19 comprenant un moteur électrique secondaire 20 et une tige de manoeuvre rigide 21 permet de déplacer en rotation et simultanément, toutes les ailettes 16 de ladite turbine 3024752 8 14. Le moteur électrique secondaire 20 provoque ainsi le déplacement de la tige 21, qui, au moyen d'un élément de transmission (non visible sur les figures), transmet un mouvement de rotation à chaque axe 18 sur lequel est montée une ailette 16. Ainsi, en déclenchant le moteur électrique secondaire 5 20, les ailettes 16 se déplacent simultanément en rotation sur la turbine 14. Lorsque les ailettes 16 se retrouvent dans une position d'ouverture, comme illustré à la figure 2B, elles ont tendance à laisser facilement passer les gaz d'échappement. A l'inverse, lorsqu'elles sont placées dans une position de fermeture, comme illustré à la figure 2A, elles présentent une résistance 10 maximale à ces gaz d'échappement et provoquent une mise en mouvement instantanée et rapide de la turbine 14, qui accélère aussitôt le compresseur 12. Les ailettes 16 orientables sont montées sur la turbine 14 au moyen d'un dispositif à ressort, permettant auxdites ailettes 16 d'être, par défaut, repoussées dans une position d'ouverture. De cette manière, pour placer les 15 ailettes 16 dans une position de fermeture, le dispositif de commande 19 doit vaincre les efforts engendrés par ledit dispositif à ressort. En se référant à la figure 3, un procédé de gestion du fonctionnement d'un moteur thermique 2 d'un élément de motorisation 1 selon l'invention, est piloté par un calculateur embarqué dans le véhicule hybride. Un tel procédé 20 comprend les étapes suivantes, une étape de demande 22 de couple par le conducteur et que le moteur électrique 15 n'est pas en mesure de fournir à lui tout seul. Cette demande de couple peut intervenir, soit lorsque le véhicule est à l'arrêt, soit lorsqu'il est dans une phase de roulage. Cette 25 demande de couple est transmise instantanément au calculateur. une étape de pré-positionnement 23 du moteur secondaire 20, afin qu'il soit opérationnel pour piloter le déplacement des ailettes orientables 16. En effet, une fois que la demande de couple parvient au calculateur, il renvoie un signal au moteur électrique 30 secondaire 20 afin qu'il se positionne dans une configuration opérationnelle. 3024752 9 - une étape de manoeuvre 24 des ailettes 16 du moteur électrique secondaire 20 pour les placer dans une position de fermeture, dès que ladite demande de couple a été initiée. En effet, une fois que le moteur électrique secondaire 20 a été pré-positionné, le 5 calculateur pilote ledit moteur secondaire 20 afin qu'il place les ailettes 16 orientables dans une position de fermeture. - une étape de détection 25 des ailettes 16 dans leur position de fermeture. - une étape de démarrage 26 du moteur thermique 2. Tant que les 10 ailettes 16 ne sont pas parvenues à cette position de fermeture, le moteur thermique 2 ne démarre pas. Le procédé de gestion selon l'invention, peut le cas échéant, comprendre une étape d'attente 27, afin que les ailettes 16 parviennent dans leur position de fermeture. Dès qu'elles sont correctement placées dans cette 15 position, le moteur thermique 2 démarre. - une étape de montée en couple 28 du moteur thermique 2 pour parvenir au régime de consigne. - une étape de replacement 29 des ailettes 26 dans une position d'ouverture, dès que le conducteur ne souhaite plus demander de 20 couple au véhicule. En se référant à la figure 4, une demande de couple se traduit par un régime de consigne 24 à atteindre par le moteur thermique 2, qui est de 2500tr/mn sur l'exemple illustré. Ainsi, suite à cette demande de couple, une fois que les ailettes 16 de la turbine 14 ont été placées dans une position de 25 fermeture, le moteur thermique 2 démarre, puis monte doucement en régime pendant environ 1s comme l'illustre la première partie 30 de la courbe, l'effet du placement des ailettes 16 dans la position de fermeture n'étant pas encore effectif. Le moteur thermique 2 accélère alors brutalement, sous l'effet de la mise en mouvement rapide de la turbine 14 provoqué par le placement des 30 ailettes 16 dans une position de fermeture, comme l'illustre la deuxième partie 31 de la courbe, pour atteindre rapidement la consigne de régime de 3024752 10 2500tr/mn. De cette manière, le moteur thermique 2 répond de façon quasi-instantanée à la demande de couple du conducteur, qui constate avec satisfaction que son véhicule réagit en temps réel à toutes les sollicitations qu'il soumet à son moteur 2. 5 REVENDICATIONS1. Procédé de gestion du fonctionnement d'un moteur thermique (2) d'un véhicule hybride lors d'une demande de couple, ledit moteur (2) étant suralimenté au moyen d'un turbocompresseur (11) dont au moins la turbine (14) ou le compresseur (12) est à géométrie variable et comprend des ailettes (16) orientables et aptes à être déplacées entre une position d'ouverture pour laquelle elles favorisent le passage des gaz et une position de fermeture pour laquelle elles offrent une résistance maximale auxdits gaz, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes, une étape de demande (22) de couple par le conducteur et que le moteur électrique (15) n'est pas en mesure de fournir à lui tout seul, une étape de manoeuvre (24) des ailettes au moyen d'un dispositif de commande (19) pour les placer dans une position de fermeture, dès que ladite demande de couple a été initiée, une étape de démarrage (26) du moteur thermique (2), une fois que lesdites ailettes (16) ont été placées dans ladite position de fermeture. 2. Procédé de gestion selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ailettes orientables (16) sont implantées uniquement dans la turbine (14). 3. Procédé de gestion selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif de commande (19) est un dispositif pneumatique comprenant une réserve de vide. 4. Procédé de gestion selon la revendication 3, caractérisé en ce que la réserve de vide est réalisée au moyen d'une pompe à vide électrique capable de fonctionner pendant la phase de roulage du véhicule. 5. Procédé de gestion selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif de commande (19) est un dispositif 3024752 12 électrique comprenant un moteur électrique secondaire (20) et une tige (21) de manoeuvre, ledit moteur électrique (20) déplaçant la tige (21) pour actionner le mécanisme de déplacement des ailettes (16). 6. Procédé de gestion selon la revendication 5, caractérisé en ce que le 5 moteur électrique secondaire (20) est apte à être mis en rotation pour déplacer la tige (21) de manoeuvre. 7. Procédé de gestion selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de sécurité consistant à replacer automatiquement les ailettes (16) dans une position 10 d'ouverture, dans le cas d'une défaillance du dispositif de commande (19), après que lesdites ailettes (16) aient été placées dans une position de fermeture. 8. Procédé de gestion selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape de sécurité est réalisé au moyen d'un dispositif à ressort 15 précontraint, permettant de replacer les ailettes (16) dans leur position d'ouverture. 9. Procédé de gestion selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est piloté par un calculateur embarqué. 10.Elément de motorisation (1) d'un véhicule hybride permettant la mise 20 en oeuvre d'un procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 9, ledit élément (1) comprenant un moteur thermique (2), et un turbocompresseur (11) dont au moins la turbine (14) ou le compresseur (12) est à géométrie variable et comprend des ailettes (16) orientables et aptes à être déplacées entre une position d'ouverture pour laquelle 25 elles favorisent le passage des gaz et une position de fermeture pour laquelle elles offrent une résistance maximale auxdits gaz, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de commande (19) apte à être déclenché lors d'une demande de couple, pour placer les ailettes (16) dans une position de fermeture pour laquelle elles offrent une résistance 30 maximale aux gaz.