Brevet FR3025770A1 — publié le 20160318

PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE CONTRÔLE DES COUPLES FOURNIS PAR UN MOTEUR THERMIQUE TURBOCOMPRESSÉ ET UN MOYEN DE DÉMARRAGE ASSOCIÉ D'UN VÉHICULE L'invention concerne les véhicules dont la chaîne de transmission comprend au moins un moteur thermique couplé à un turbocompresseur et à un moyen de démarrage, et plus précisément le contrôle des couples fournis par leur moteur thermique et leur moyen de démarrage. l a On notera que l'invention concerne également les véhicules hybrides, c'est-à-dire comportant une chaîne de transmission comprenant au moins un moteur thermique turbocompressé et au moins une machine (ou moteur), électrique ou hydraulique ou encore à air comprimé, associé(e) à des moyens de stockage d'énergie. 15 Par ailleurs, on notera que l'on entend ici par « moyen de démarrage » aussi bien un démarreur qu'un alterno-démarreur. Dans les véhicules précités, éventuellement de type automobile, le moteur thermique turbocompressé comporte un attelage mobile qui est couplé à un moyen de démarrage afin de pouvoir recevoir du couple de ce 20 dernier pendant les phases de démarrage. La présence d'un turbocompresseur offre plusieurs avantages, et notamment une augmentation du couple, une réduction de l'encombrement du moteur thermique, une augmentation des performances dynamiques, une réduction de la consommation de carburant et une réduction de la pollution. 25 Cependant, cela induit également plusieurs inconvénients, et notamment un sifflement (effet de sirène) et un pompage turbo (bruyant et susceptible d'induire des dégâts (rupture d'ailettes dans un compresseur axial, vibrations radiales de très grand niveau, destruction de moyens d'étanchéité internes)). Il est rappelé que le pompage turbo est un phénomène qui est propre 30 aux compresseurs dynamiques. Il survient chaque fois qu'il existe temporairement une différence importante de pression d'air entre les parties 3025770 2 aval et amont du compresseur et donc que l'air est contraint de sortir en remontant à contre-courant par les ailettes du compresseur (c'est ce que l'on appelle un « décrochage aérodynamique »). Ce type de situation survient généralement lorsque le régime du moteur thermique s'effondre 5 brusquement. C'est notamment le cas lors d'un changement de rapport du fait des frottements de l'attelage mobile, notamment contre le carter du moteur thermique, et de la compression dans les cylindres de ce dernier. Les limites de pompage turbo d'un compresseur dépendent principalement de l'architecture de son turbocompresseur et de la forme de ses ailettes. Certaines stratégies ont été proposées pour éviter l'occurence d'un pompage turbo lorsque survient une forte baisse du régime moteur. Ainsi, on peut ouvrir la vanne contrôlant la recirculation des gaz d'échappement pour décharger la pression de l'admission (en aval du compresseur) vers l'échappement (en aval de la turbine) lorsque le moteur est de type turbo diesel. On peut également utiliser la valve bipasse de décharge pour décharger la pression de l'admission (en aval du compresseur) vers le filtre à air ou vers le conduit amont du compresseur lorsque le moteur est de type turbo essence. Hélas, ces stratégies ne peuvent pas toujours être mises en oeuvre, et lorsqu'elles peuvent l'être elles induisent systématiquement un bruit de décharge. L'invention a donc notamment pour but d'améliorer la situation en limitant les situations susceptibles d'induire un pompage turbo. Plus précisément, l'invention propose notamment un procédé destiné à permettre le contrôle au sein d'un véhicule du fonctionnement d'un moteur thermique, couplé à un turbocompresseur et comportant un attelage mobile, et d'un moyen de démarrage couplé à cet attelage mobile. Ce procédé se caractérise par le fait qu'il consiste, en cas de réception d'une demande de fonctionnement du moteur thermique selon un premier point de fonctionnement défini par un premier régime moteur et un premier couple, à déterminer si ce premier point de fonctionnement est compris dans un ensemble de points de fonctionnement choisis (par exemple 3025770 3 à risque élevé de pompage turbo), et dans l'affirmative à faire fonctionner simultanément le moteur thermique et le moyen de démarrage de sorte qu'ils fournissent à l'attelage mobile respectivement des deuxième et troisième couples dont la somme est sensiblement égale au premier couple. 5 En réduisant temporairement le couple devant être fourni par le moteur thermique, tout en compensant cette réduction par du couple fourni par le moyen de démarrage, on limite notablement, voire empêche quasi totalement, la survenue de pompages turbo dans le groupe motopropulseur du véhicule. 10 Le procédé selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : - dans un premier mode de réalisation, lorsque le premier point de fonctionnement est compris dans l'ensemble de points de fonctionnement choisis, on peut faire fonctionner, d'une part, le moteur thermique selon un 15 deuxième point de fonctionnement situé en dehors de l'ensemble de points de fonctionnement choisis et défini notamment par le deuxième couple, et, d'autre part, le moyen de démarrage de sorte qu'il fournisse à l'attelage mobile un troisième couple sensiblement égal à la différence entre les premier et deuxième couples ; 20 - dans un second mode de réalisation, lorsque le premier point de fonctionnement est compris dans l'ensemble de points de fonctionnement choisis, on peut faire fonctionner, d'une part, le moteur thermique selon un deuxième point de fonctionnement situé dans l'ensemble de points de fonctionnement choisis et défini par un deuxième régime moteur et un 25 deuxième couple situé à proximité d'un couple minimal qui définit un point de fonctionnement limite de l'ensemble de points de fonctionnement choisis avec le deuxième régime moteur, et, d'autre part, le moyen de démarrage de sorte qu'il fournisse à l'attelage mobile un troisième couple sensiblement égal à la différence entre les premier et deuxième couples ; 30 le deuxième point de fonctionnement peut être également défini par un deuxième régime moteur qui est sensiblement égal au premier régime moteur ; l'ensemble peut comprendre des points de fonctionnement présentant un 3025770 4 fort risque de pompage turbo. L'invention propose également un dispositif de contrôle destiné à équiper un véhicule comprenant un moteur thermique, couplé à un turbocompresseur et comportant un attelage mobile couplé à un moyen de 5 démarrage. Ce dispositif se caractérise par le fait qu'il est agencé, en cas de réception d'une demande de fonctionnement du moteur thermique selon un premier point de fonctionnement défini par un premier régime moteur et un premier couple, pour déterminer si ce premier point de fonctionnement est 10 compris dans un ensemble de points de fonctionnement choisis, et dans l'affirmative pour déclencher un fonctionnement simultané du moteur thermique et du moyen de démarrage de sorte qu'ils fournissent à l'attelage mobile respectivement des deuxième et troisième couples dont la somme est sensiblement égale au premier couple. 15 L'invention propose également un calculateur, destiné à équiper un véhicule comprenant un moteur thermique couplé à un turbocompresseur et comportant un attelage mobile couplé à un moyen de démarrage, et comprenant un dispositif de contrôle du type de celui présenté ci-avant. L'invention propose également un véhicule, éventuellement de type 20 automobile, et comprenant un moteur thermique, couplé à un turbocompresseur et comportant un attelage mobile couplé à un moyen de démarrage, et un calculateur du type de celui présenté ci-avant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur 25 lesquels : la figure 1 illustre schématiquement et fonctionnellement un véhicule comprenant une chaîne de transmission à moteur thermique turbocompressé et un calculateur de supervision de chaîne de transmission équipé d'un dispositif de contrôle selon l'invention, et 30 la figure 2 illustre schématiquement au sein d'un diagramme un exemple de courbe d'évolution du couple maximal CMT max fourni par un moteur thermique turbocompressé en fonction du régime moteur RMT de ce moteur thermique, ainsi qu'une zone interdite définie à partir d'un ensemble de 3025770 5 points de fonctionnement choisis. L'invention a notamment pour but de proposer un procédé de contrôle, et le dispositif de contrôle D associé, destinés à contrôler dans un véhicule V le fonctionnement d'un moteur thermique MT, couplé à un 5 turbocompresseur TC et comportant un attelage mobile AM, et d'un moyen de démarrage MD couplé à cet attelage mobile AM. Dans ce qui suit, on considère, à titre d'exemple non limitatif, que le véhicule V est de type automobile. Il s'agit par exemple d'une voiture. Mais l'invention n'est pas limitée à ce type de véhicule. Elle concerne en effet tout 10 type de véhicule terrestre ou maritime (ou fluvial) ou encore aéronautique, disposant d'une chaîne de transmission comprenant au moins un moteur thermique turbocompressé, comportant un attelage mobile couplé à un moyen de démarrage. Par ailleurs, on considère dans ce qui suit, à titre d'exemple non 15 limitatif, que la chaîne de transmission est de type classique, et donc qu'elle ne comprend qu'un moteur thermique turbocompressé. Mais l'invention n'est pas limitée à ce type de chaîne de transmission. Ainsi, elle concerne également les chaînes de transmission hybrides, c'est-à-dire comprenant au moins un moteur thermique turbocompressé et au moins une machine (ou 20 moteur), électrique ou hydraulique ou encore à air comprimé, associé(e) à des moyens de stockage d'énergie. On a schématiquement représenté sur la figure 1 un véhicule V comprenant une chaîne de transmission classique, un calculateur (ou superviseur) CS propre à superviser (ou contrôler) le fonctionnement de la 25 chaîne de transmission, et un dispositif de contrôle D selon l'invention. La chaîne de transmission comprend (ici) un moteur thermique MT couplé à un turbocompresseur TC, des moyens de couplage MC, une boite de vitesses BV, au moins un arbre de transmission AT, et un moyen de démarrage MD. 30 Par exemple, l'arbre de transmission AT est entraîné en rotation par un différentiel DV, couplé à la boîte de vitesses BV via un pignon de couplage, et chargé d'entraîner en rotation les roues motrices du train avant TV du véhicule V. Mais dans une variante de réalisation l'arbre de 302 5 770 6 transmission AT pourrait être chargé d'entraîner en rotation les roues motrices du train arrière TR du véhicule V. Le moteur thermique MT comprend un attelage mobile AM qui est couplé au moyen de démarrage MD. Cet attelage mobile AM comprend 5 notamment un vilebrequin. Le couplage entre le moyen de démarrage MD et l'attelage mobile AM peut se faire par tout moyen, et notamment via une courroie, ou un ensemble de pignons, ou encore une prise directe. Le moyen de démarrage MD est par exemple un alterno-démarreur. 10 Cela permet en effet de faire tourner le moteur thermique MT à différents régimes qui sont supérieurs, égaux ou inférieurs à son régime de ralenti. Mais il pourrait également s'agir d'un démarreur renforcé de manière à pouvoir faire tourner le moteur thermique MT à des régimes qui sont supérieurs, égaux ou inférieurs à son régime de ralenti. 15 Ce moyen de démarrage MD est (ici) couplé à des moyens de stockage d'énergie électrique MS agencés, par exemple, sous la forme d'une batterie de type « basse tension » (par exemple 12 V ou 24 V). Les moyens de couplage MC peuvent être soit un convertisseur lorsque la boîte de vitesses BV est de type automatique, soit un embrayage 20 lorsque la boîte de vitesses BV est de type manuel ou manuel piloté ou encore à double embrayage (ou DCT). La boîte de vitesses BV comprend au moins un arbre d'entrée (ou primaire) destiné à recevoir le couple moteur (thermique) via les moyens de couplage MC, et un arbre de sortie (ou secondaire) destiné à recevoir le 25 couple moteur via l'arbre d'entrée afin de le communiquer (ici) au différentiel DV qui entraîne les arbres de transmission AT. On notera que dans une variante de réalisation, l'arbre de sortie pourrait être couplé à un arbre de transmission, lui-même couplé à un différentiel également entraînant deux arbres de transmission couplés aux roues motrices. 30 Les fonctionnements du moteur thermique MT, du turbocompresseur TC, du moyen de démarrage MD, et éventuellement de la boîte de vitesses BV et des moyens de couplage MC, peuvent être contrôlés par le calculateur de supervision CS. 3025770 7 Comme indiqué précédemment, l'invention propose de mettre en oeuvre dans le véhicule V un procédé destiné à contrôler le fonctionnement du moteur thermique MT et du moyen de démarrage MD. Un tel procédé peut être mis en oeuvre par le dispositif de contrôle D. 5 Dans l'exemple non limitatif illustré sur la figure 1, le dispositif de contrôle D fait partie du calculateur de supervision CS. Mais cela n'est pas obligatoire. Ce dispositif de contrôle D pourrait en effet être un équipement qui est couplé au calculateur de supervision CS, directement ou indirectement. Il pourrait également s'agir d'un calculateur dédié à ses propres fonctions ou bien faire 10 partie d'un calculateur dédié. Par conséquent, le dispositif de contrôle D peut être réalisé sous la forme de modules logiciels (ou informatiques ou encore « software »), ou bien d'une combinaison de circuits électroniques (ou « hardware ») et de modules logiciels. Le procédé de contrôle, selon l'invention, est mis en oeuvre chaque 15 fois que l'on reçoit une demande de fonctionnement du moteur thermique MT selon un premier point de fonctionnement P1 qui est défini par un premier régime moteur R1 et un premier couple C1. Chaque demande de fonctionnement est fournie par un module de gestion de la chaîne de transmission, généralement consécutivement à une action du conducteur sur 20 un organe de commande du véhicule V, comme par exemple la pédale d'accélérateur. Par exemple, lorsque seule la pédale d'accélérateur est enfoncée par le pied du conducteur, le premier régime moteur R1 peut être défini par le niveau d'enfoncement de cette pédale d'accélérateur. Chaque fois que l'on (le dispositif de contrôle D) reçoit une telle 25 demande de fonctionnement selon un premier point de fonctionnement P1, le procédé consiste tout d'abord à déterminer si ce premier point de fonctionnement P1 est compris dans un ensemble El de points de fonctionnement choisis. On entend ici par « point de fonctionnement choisi » un point de 30 fonctionnement du moteur thermique MT que l'on ne souhaite pas utiliser, par exemple du fait qu'ils présentent un fort risque de pompage turbo (ou en d'autres termes que lorsqu'ils sont utilisés il y a une forte probabilité de survenue d'un pompage turbo). L'ensemble interdit El d'un véhicule V est 3025770 8 déterminé en usine ou en laboratoire. Il peut, par exemple, être défini par des points de fonctionnement limites qui définissent le contour d'une zone « interdite » dans laquelle survient la plupart des pompages turbo. Un exemple d'ensemble El est illustré non limitativement dans le diagramme de 5 la figure 2. Dans ce diagramme de couple CMT fourni par le moteur thermique MT en fonction du régime moteur RMT du moteur thermique MT, se trouve matérialisée, par une courbe en trait épais, un exemple de courbe d'évolution du couple maximal CMT max fourni par le moteur thermique MT en fonction du régime moteur RMT, ainsi qu'une zone interdite définie à partir d'un ensemble 10 El de points de fonctionnement choisis. Une partie de cet ensemble El est délimitée par une partie de la courbe d'évolution du couple maximal CMT max. La définition d'une zone interdite ou d'un ensemble El est stockée dans le dispositif D. Si le premier point de fonctionnement PI est en dehors de l'ensemble 15 El (et donc lorsque la détermination est négative), on (le dispositif D) autorise son utilisation en tant que nouveau point de fonctionnement du moteur thermique MT. En revanche, si le premier point de fonctionnement PI est situé dans l'ensemble El (et donc lorsque la détermination est positive (ou dans 20 l'affirmative)), on (le dispositif D) fait fonctionner simultanément le moteur thermique MT et le moyen de démarrage MD de sorte qu'ils fournissent à l'attelage mobile AM respectivement des deuxième C2 et troisième C3 couples dont la somme est sensiblement égale au premier couple Cl qui participe à la définition du premier point de fonctionnement P1. Le moteur 25 thermique MT et le moyen de démarrage MD vont alors être pilotés de manière à fournir à l'attelage mobile AM respectivement un deuxième couple C2 et un troisième couple C3, tels que Cl =--.. C2 + C3. On comprendra que l'objectif de l'invention est d'éviter autant que possible la survenue de pompages turbo dans le groupe motopropulseur du 30 véhicule V, lesquels sont bruyants et potentiellement susceptibles de l'endommager progressivement, comme indiqué dans la partie introductive. Cet objectif est atteint en réduisant temporairement le couple devant être fourni par le moteur thermique MT, tout en compensant cette réduction par du 3025770 9 couple C3 fourni par le moyen de démarrage MD. Deux modes de réalisation peuvent être envisagés pour éviter autant que possible les pompages turbo. Dans un premier mode de réalisation le dispositif de contrôle D peut 5 être agencé, lorsque le premier point de fonctionnement PI est situé dans l'ensemble El, pour faire fonctionner, d'une part, le moteur thermique MT selon un deuxième point de fonctionnement P2 qui est situé en dehors de l'ensemble El et défini notamment par le deuxième couple C2, et, d'autre part, le moyen de démarrage MD de sorte qu'il fournisse à l'attelage mobile AM un o troisième couple C3 sensiblement égal à la différence entre les premier Cl et deuxième C2 couples (soit C3 Cl - C2). Une telle situation est illustrée dans l'exemple de la figure 2. On comprendra qu'en faisant ainsi fonctionner temporairement le moteur thermique MT selon un point de fonctionnement (P2) qui est situé en 15 dehors de la zone interdite (et donc de l'ensemble El), on est quasiment certain que cela n'induira pas de pompage turbo. Dans un second mode de réalisation le dispositif de contrôle D peut être agencé, lorsque le premier point de fonctionnement PI est situé dans l'ensemble El, pour faire fonctionner, d'une part, le moteur thermique MT 20 selon un deuxième point de fonctionnement P2 qui est situé dans l'ensemble El et défini par un deuxième régime moteur R2 et un deuxième couple C2 qui est situé à proximité d'un couple minimal qui définit un point de fonctionnement limite de l'ensemble El avec le deuxième régime moteur R2, et, d'autre part, le moyen de démarrage MD de sorte qu'il fournisse à 25 l'attelage mobile AM un troisième couple C3 sensiblement égal à la différence entre les premier Cl et deuxième C2 couples (soit C3 Cl - C2). La courbe CMT min, qui représente le couple minimal du moteur thermique MT (pour des points de fonctionnement limites de l'ensemble El) en fonction du régime moteur RMT, est matérialisée en trait mince dans le diagramme de la figure 2. 30 On comprendra qu'en faisant ainsi fonctionner temporairement le moteur thermique MT selon un point de fonctionnement (P2) qui est situé dans la zone interdite (et donc dans l'ensemble El), mais à proximité de son contour (ou sa limite) inférieur(e), on ne fait que réduire notablement la 3025770 10 probabilité d'occurrence d'un pompage turbo. Cela est donc moins avantageux que dans le premier mode de réalisation, mais cela permet de mettre en oeuvre l'invention lorsque le couple maximal que peut fournir le moyen de démarrage MD est relativement faible. 5 On notera que dans les deux modes de réalisation il est préférable que le deuxième point de fonctionnement P2 soit également défini par un deuxième régime moteur R2 qui est sensiblement égal au premier régime moteur RI participant à la définition du premier point de fonctionnement P1. Cela permet d'éviter que le nouveau régime moteur diffère de celui choisi par 10 le conducteur, lorsque seule la pédale d'accélérateur est enfoncée par le pied du conducteur. Mais dans une variante de réalisation, le dispositif D pourrait être agencé pour choisir, lorsque cela s'avère utile, un deuxième régime moteur R2 légèrement différent du premier régime moteur R1, notamment dans le but de ne pas avoir un troisième couple C3 trop important. On 15 comprendra en effet qu'en utilisant un deuxième régime moteur R2 légèrement différent du premier régime moteur RI cela peut permettre de choisir un deuxième couple C2 plus important et donc un troisième couple C3 moins important. L'invention offre plusieurs avantages, parmi lesquels : 20 - une réduction importante, voire quasi-totale, du nombre de pompages turbo, - une augmentation de la durée de vie du turbocompresseur, - une amélioration de la dynamique du moteur thermique et de la dynamique longitudinale du véhicule, et donc du confort des passagers. 25 REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle, au sein d'un véhicule (V), du fonctionnement d'un moteur thermique (MT), couplé à un turbocompresseur (TC) et comportant un attelage mobile (AM), et d'un moyen de démarrage (MD) couplé audit attelage mobile (AM), caractérisé en ce qu'il consiste, en cas de réception d'une demande de fonctionnement dudit moteur thermique (MT) selon un premier point de fonctionnement défini par un premier régime moteur et un premier couple, à déterminer si ledit premier point de fonctionnement est compris dans un ensemble de points de fonctionnement choisis, et dans l'affirmative à faire fonctionner simultanément ledit moteur thermique (MT) et ledit moyen de démarrage (MD) de sorte qu'ils fournissent audit attelage mobile (AM) respectivement des deuxième et troisième couples dont la somme est sensiblement égale audit premier couple. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans ladite affirmative on fait fonctionner, d'une part, ledit moteur thermique (MT) selon un deuxième point de fonctionnement situé en dehors dudit ensemble et défini notamment par ledit deuxième couple, et, d'autre part, ledit moyen de démarrage (MD) de sorte qu'il fournisse audit attelage mobile (AM) un troisième couple sensiblement égal à la différence entre lesdits premier et deuxième couples. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans ladite affirmative on fait fonctionner, d'une part, ledit moteur thermique (MT) selon un deuxième point de fonctionnement situé dans ledit ensemble et défini par un deuxième régime moteur et un deuxième couple situé à proximité d'un couple minimal qui définit un point de fonctionnement limite dudit ensemble avec ledit deuxième régime moteur, et, d'autre part, ledit moyen de démarrage (MD) de sorte qu'il fournisse audit attelage mobile (AM) un troisième couple sensiblement égal à la différence entre lesdits premier et deuxième couples. 4. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ledit deuxième point de fonctionnement est également défini par un deuxième 3025770 12 régime moteur sensiblement égal audit premier régime moteur. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit ensemble comprend des points de fonctionnement présentant un fort risque de pompage turbo. 5 6. Dispositif de contrôle (D) pour un véhicule (V) comprenant un moteur thermique (MT), couplé à un turbocompresseur (TC) et comportant un attelage mobile (AM) couplé à un moyen de démarrage (MD), caractérisé en ce qu'il est agencé, en cas de réception d'une demande de fonctionnement dudit moteur thermique (MT) selon un premier point de fonctionnement défini la par un premier régime moteur et un premier couple, pour déterminer si ledit premier point de fonctionnement est compris dans un ensemble de points de fonctionnement choisis, et dans l'affirmative pour déclencher un fonctionnement simultané dudit moteur thermique (MT) et dudit moyen de démarrage (MD) de sorte qu'ils fournissent audit attelage mobile (AM) 15 respectivement des deuxième et troisième couples dont la somme est sensiblement égale audit premier couple. 7. Calculateur (CS) pour un véhicule (V) comprenant un moteur thermique (MT) couplé à un turbocompresseur (TC) et comportant un attelage mobile (AM) couplé à un moyen de démarrage (MD), caractérisé en ce qu'il 20 comprend un dispositif de contrôle (D) selon la revendication 6. 8. Véhicule (V) comprenant un moteur thermique (MT) couplé à un turbocompresseur (TC) et comportant un attelage mobile (AM) couplé à un moyen de démarrage (MD), caractérisé en ce qu'il comprend en outre un calculateur (CS) selon la revendication 7. 25 9. Véhicule selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est de type automobile.