Brevet FR3087492A1 — publié le 20200424

La présente invention concerne un procédé et un système de régulation du régime d'un moteur à combustion interne entrainant un dispositif débrayable, par exemple un moteur de tondeuse à gazon. Le domaine de l'invention est ainsi celui du contrôle moteur et plus particulièrement pour des moteurs destinés à entrainer un dispositif avec une inertie variable. Il s'agit par exemple d'une tondeuse à gazon, éventuellement autoportée, avec une lame débrayable. En effet, l'inertie de la tondeuse varie sensiblement lorsque la lame est embrayée (et entrainée par le moteur), surtout en tondant, et lorsque la lame est débrayée. Dans le domaine des tondeuses, le contrôle moteur est réalisé en tendant à maintenir un régime (vitesse de rotation du moteur) constant. Toutefois, le plus souvent, le contrôle moteur est réalisé sans tenir compte de l'inertie globale de l'ensemble du dispositif entrainé par le moteur. On obtient alors un compromis avec un régime sensiblement constant pour une inertie donnée mais avec des variations de régime lorsque l'inertie change. Il est aussi connu de munir le système de contrôle d'une entrée indiquant pour une tondeuse si la lame est entrainée (ou embrayée) ou non. Cette solution permet une meilleure gestion du régime moteur au moment où la lame de la tondeuse est embrayée ou débrayée. Elle nécessite toutefois de prévoir des liaisons complémentaires dans le moteur et entraîne donc un surcout en matériel. La présente invention a alors pour but de fournir un procédé et un système correspondant pour la régulation du régime d'un moteur à combustion interne qui permette un bon contrôle du régime moteur sans cependant nécessiter d'utiliser un capteur (ou autre matériel) supplémentaire. Un autre but de la présente invention est de déterminer quelle est l'inertie globale du dispositif devant être entrainé par le moteur. Ainsi, il deviendra possible d'améliorer encore la régulation du régime du moteur. À cet effet, la présente invention propose un procédé de régulation du régime d'un moteur à combustion interne entrainant un dispositif débrayable dans lequel ladite régulation du régime moteur est réalisée selon un premier mode lorsque le dispositif débrayable n'est pas entrainé par le moteur (état débrayé) et selon un second mode lorsque le dispositif débrayable est entrainé par le moteur (état embrayé). Selon la présente invention, la détermination du fait que le dispositif débrayable est ou non entrainé par le moteur est réalisée par la mise en oeuvre des 35 étapes suivantes : - estimation du couple résistif exercé sur le moteur par le dispositif débrayable, 2 - passage d'une valeur binaire représentative de l'état embrayé ou débrayé du dispositif débrayable d'une première valeur représentative de l'état débrayé à une seconde valeur représentative de l'état embrayé lorsque le couple résistif estimé est supérieur à un premier seuil prédéterminé pendant une première durée prédéterminée, et 5 - passage de ladite valeur binaire représentative de l'état embrayé ou débrayé du dispositif débrayable de la seconde valeur représentative de l'état embrayé à sa première valeur représentative de l'état débrayé lorsque, pendant une seconde durée prédéterminée le couple résistif estimé est inférieur à un second seuil éventuellement égal au premier seuil, 10 la valeur binaire représentative de l'état embrayé ou débrayé du dispositif débrayable étant fournie au système de gestion électronique du moteur. Ainsi, par analyse du couple résistif, il est possible de détecter si le dispositif débrayable est entrainé ou non par le moteur. Cette analyse peut se faire à partir de capteurs présents habituellement sur un moteur ou à partir de paramètres connus d'un 15 système de régulation et/ou de gestion du moteur. Le couple résistif peut être par exemple déterminé en connaissant, d'une part, les quantités de carburant et de comburant alimentant la (ou les) chambre(s) de combustion du moteur et, d'autre part, le régime moteur (ou vitesse de rotation). Inutile ici donc de prévoir un capteur au niveau du dispositif d'embrayage pour déterminer si celui-ci est en position embrayée ou débrayée. 20 Selon une variante préférée du procédé proposé ci-dessus, lors du passage de la valeur binaire représentative de l'état embrayé ou débrayé du dispositif débrayable de la seconde valeur représentative de l'état embrayé à sa première valeur représentative de l'état débrayé, le second seuil peut être un seuil dont la valeur est déterminée en fonction du régime moteur. De la sorte, la détection de l'état de l'embrayage est plus 25 fiable. Pour une détection encore plus fiable de l'état de l'embrayage, il est proposé en variante de réalisation avantageuse que le passage de la valeur binaire représentative de l'état embrayé ou débrayé du dispositif débrayable de la seconde valeur représentative de l'état embrayé à sa première valeur représentative de l'état débrayé est réalisé 30 lorsqu'à la fois, pendant une seconde durée prédéterminée : i) le couple résistif estimé est inférieur au second seuil, et ii) la variation du régime moteur par unité de temps est supérieure à un seuil d'accélération prédéfini. Dans un procédé de régulation tel que décrit ci-dessus, on peut prévoir que 35 l'estimation du couple résistif exercé sur le moteur par le dispositif débrayable est faite à partir du couple produit par la combustion dans le moteur, auquel on retire, d'une part, le 3 couple lié aux frottements internes du moteur et, d'autre part, le couple d'accélération qui correspond à J Tdc: où J correspond au moment d'inertie du dispositif entrainé par le moteur et 7t) correspond à la variation dans le temps du régime moteur. 5 D'autres calculs peuvent bien entendu être réalisés pour déterminer ce couple résistif. Dans un procédé de régulation tel que décrit ci-dessus, on utilise comme grandeur le couple résistif exercé par le dispositif débrayable sur le moteur. Ce couple résistif dépend du moment d'inertie de ce dispositif débrayable. Pour une meilleure 10 estimation du couple résistif, il est donc intéressant de connaitre ce moment d'inertie. Ce dernier peut varier au cours de la vie du dispositif débrayable en fonction par exemple de son usure mais aussi lorsque le dispositif débrayable est changé. Il est alors proposé que le procédé de régulation comporte en outre, lorsque le système est à l'état embrayé, les étapes suivantes : 15 - lorsque le couple résistif estimé du dispositif débrayable sur le moteur est stable pendant une durée prédéterminée, détermination du moment où la vitesse de rotation du moteur passe un seuil bas de vitesse, - mémorisation d'une première valeur représentative du couple résistif estimé, - détermination du moment où la vitesse de rotation du moteur passe un seuil 20 haut de vitesse, - détermination d'un moment d'inertie à partir du couple résistif estimé, de la variation de régime et de l'intervalle de temps mesuré pour obtenir ladite variation de régime, et - adaptation d'une valeur mémorisée représentative du moment d'inertie du 25 dispositif débrayable si la différence entre la valeur déterminée à l'étape précédente et une valeur déjà mémorisée est en dehors d'un intervalle prédéterminé. Dans ce procédé mettant en oeuvre une adaptation du moment d'inertie du dispositif débrayable, l'estimation du couple résistif exercé sur le moteur par le dispositif débrayable peut être faite à partir du couple produit par la combustion dans le moteur, 30 auquel on retire, d'une part, le couple lié aux frottements internes du moteur et, d'autre part, le couple d'accélération qui correspond à J cTdc: d(d où J correspond à l'inertie du dispositif entrainé par le moteur et dt correspond à la variation dans le temps du régime moteur, et dans ce cas alors, l'adaptation d'une valeur mémorisée représentative du moment d'inertie du dispositif débrayable est avantageusement faite en négligeant la variation des frottements internes du moteur. 4 La présente invention concerne également : A) un produit programme d'ordinateur, comprenant une série d'instructions de code pour la mise en oeuvre d'un procédé de régulation du régime d'un moteur à combustion interne entrainant un dispositif débrayable tel que décrit ci-dessus, quand il 5 est mis en oeuvre par un calculateur. B) un dispositif de régulation du régime d'un moteur à combustion interne entrainant un dispositif débrayable comprenant : - des moyens de détermination du régime du moteur, - des moyens de régulation permettant de modifier le régime du moteur, 10 - un calculateur électronique configuré pour : - passer une valeur binaire représentative de l'état embrayé ou débrayé du dispositif débrayable d'une première valeur représentative de l'état débrayé à une seconde valeur représentative de l'état embrayé lorsque le couple résistif estimé est supérieur à un premier seuil prédéterminé pendant une première durée prédéterminée, et 15 - passer ladite valeur binaire représentative de l'état embrayé ou débrayé du dispositif débrayable de la seconde valeur représentative de l'état embrayé à sa première valeur représentative de l'état débrayé lorsque, pendant une seconde durée prédéterminée le couple résistif estimé est inférieur à un second seuil éventuellement égal au premier seuil, et 20 - fourniture à un système de gestion électronique du moteur de la valeur binaire représentative de l'état embrayé ou débrayé du dispositif débrayable. C) un moteur à combustion interne de type quatre temps, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de gestion d'alimentation comme ci-dessus, et D) une tondeuse comportant un moteur et une lame de coupe débrayable, 25 caractérisée en ce que le moteur est un moteur comme ci-dessus. Des détails et avantages de la présente invention apparaitront mieux de la description qui suit, faite en référence au dessin schématique annexé sur lequel : La figure 1 est un logigramme illustrant un procédé pour détecter si une lame de tondeuse est accouplée ou non à un moteur, et 30 La figure 2 est un logigramme illustrant un procédé pour déterminer le moment d'inertie de la lame de tondeuse. La description qui va être faite ici fait référence à une tondeuse à gazon. De manière classique, une telle tondeuse comporte une structure montée sur roues avec une lame de tonte entrainée par un moteur, moteur utilisé aussi pour le déplacement de la 35 tondeuse. On suppose ici que la lame de tonte est reliée au moteur par un embrayage, par exemple un embrayage électromagnétique. 5 Il s'agit là d'un exemple de réalisation pour lequel la présente invention est particulièrement bien adaptée. Toutefois, la présente invention peut aussi s'appliquer à d'autres exemples de réalisation dans lesquels un moteur à combustion interne est destiné à entrainer par l'intermédiaire d'un embrayage un dispositif tel un outil. Il pourrait 5 par exemple s'agir d'un moteur qui entraine un compresseur. Dans une tondeuse à gazon, il est habituel de réguler le moteur pour avoir un régime constant, ce qui permet alors d'avoir une vitesse de rotation de la lame de tonte constante. L'utilisateur donne ainsi à l'aide d'un dispositif de commande (levier ou manette par exemple) une consigne correspondant à une vitesse de rotation de la lame 10 de tonte. L'alimentation du moteur varie alors en fonction de la charge appliquée sur le moteur. Cette charge varie sensiblement lorsque la lame de tonte est embrayée ou débrayée. La régulation du moteur est adaptée et un mode de régulation est prévu lorsque la lame de tonte est embrayée et un autre mode de régulation est prévu lorsque la lame de tonte est débrayée (et donc non entrainée par le moteur). La régulation est 15 réalisée au sein d'une unité électronique appelée par la suite ECU (du sigle anglais pour Engine Control Unit soit en français unité de contrôle moteur). Cette ECU comporte par exemple une entrée binaire, c'est-à-dire pouvant accepter deux valeurs d'entrée, en général 0 et 1. En fonction de la valeur d'entrée, l'ECU régulera le moteur selon un premier mode correspondant par exemple à l'état débrayé de la tondeuse ou bien selon 20 un second mode correspondant dans cet exemple à l'état embrayé de la tondeuse. Le procédé décrit ci-après permet de déterminer la valeur binaire à appliquer sur ladite entrée de l'ECU afin d'adapter le mode de régulation du moteur. On appelle par la suite BIN la valeur d'entrée (binaire) représentative de l'état embrayé ou débrayé de la lame de tonte. BIN peut alors prendre soit la valeur 0, soit la 25 valeur 1. La valeur 0 correspond à l'état débrayé de la lame de tonte tandis que la valeur 1 correspond à l'état embrayé de la lame de tonte. Sur la figure 1, une première étape 10 correspond à une initialisation de l'ECU, par exemple au démarrage du moteur. Au cours de cette initialisation, BIN est mise à 0. On considère donc que le moteur est démarré alors que l'embrayage est à l'état 30 débrayé, la lame n'étant alors pas entrainée. Une deuxième étape 20 prévoit le contrôle de la valeur de BIN. Ici il est prévu de comparer cette valeur BIN à 1. Dans tout le dessin, la lettre Y seule correspond à « oui » tandis que la lettre N seule correspond à « non ». Si lors du contrôle de la deuxième étape 20 BIN vaut 0, c'est-à-dire BIN#1 et 35 donc réponse « non », une estimation du couple résista exercé par la lame de tonte sur le moteur est réalisée. 6 On appelle C le couple résistif correspondant à la charge exercée par la lame sur le moteur. Ce couple C est sensiblement nul quand la lame est débrayée. Lorsque la lame de tonte est embrayée, ce couple varie notamment en fonction des « obstacles » (notamment des herbes) rencontrés par la lame de tonte en action. 5 Le moteur produit quant à lui un couple total, appelé CT, produit par la combustion de carburant dans le moteur. Le moteur comporte des pièces mécaniques en mouvement. De fait, pour mettre ces pièces en mouvement, il convient d'exercer un effort. Le moteur doit alors produire un couple CF pour produire cet effort qui permet de vaincre les divers 10 frottements internes au moteur. Enfin, si la vitesse de rotation du moteur et/ou de la lame de tonte varie (augmente), un couple CA doit être disponible pour permettre au moteur d'accélérer. En première approximation, le couple CT produit par le moteur est ainsi utilisé pour entrainer la lame de tonte, pour vaincre les frottements internes du moteur et plus 15 largement du système de tonte et pour faire varier la vitesse de rotation. On a alors l'équation suivante : C = CT - CF - CA CT est connu par l'ECU car cette valeur correspond à la consigne de couple du moteur et elle est fonction de l'alimentation en carburant et comburant (air) du moteur 20 ainsi que du régime w du moteur (en rad.s-1 ou en tr.min-1). CF peut être déterminé de plusieurs manières. En première approximation, il s'agit d'une constante. CF peut être aussi déterminée plus précisément comme fonction du régime moteur, par exemple par une fonction du type : CF (co) = a co2 25 D'autres fonctions peuvent bien entendu être utilisées ici. CA quant à lui dépend pour l'essentiel de la variation de vitesse de rotation de la lame de tonte. On a : CA = JT dwldt avec JT moment d'inertie total du système en mouvement. 30 On a : JT = J JM où J est le moment d'inertie de la lame de tonte et JM le moment d'inertie des pièces en mouvement dans le moteur. JM reste sensiblement constant -et connu-, les pièces du moteur ne changeant pas. La variation de JT correspond alors à la variation de J. 35 Au cours d'une troisième étape, le couple résistif C est alors déterminé par exemple comme indiqué ci-dessus (ou par toute autre méthode appropriée). Plusieurs déterminations successives sont effectuées sur un intervalle de temps prédéterminé de 7 l'ordre par exemple de quelques millisecondes (ms), par exemple entre 1 et 20 ms. Si l'une ou l'autre de ces déterminations conduit à une estimation du couple C inférieure à un seuil CO prédéterminé, alors on estime que la lame de tonte n'est pas embrayée et la valeur de BIN est maintenue à 0. Le procédé renvoie alors à la deuxième étape 20. 5 Par contre, si toutes les déterminations réalisées sur l'intervalle de temps conduisent à une estimation du couple résistif C supérieure au seuil CO, alors la valeur BIN prend la valeur 1 (étape 40). Le procédé renvoie alors à la deuxième étape 20. À cette deuxième étape 20, s'il est déterminé que la lame de tonte est embrayée, c'est-à-dire que BIN vaut 1, alors une étape de temporisation 50 est prévue. 10 En effet, juste après avoir détecté l'accouplement de la lame de tonte, il est prévu d'attendre un peu avant de lancer une détection de débrayage de la lame de tonte. Cette temporisation est par exemple de l'ordre d'une seconde (1 s), par exemple comprise entre 0,1 s et 5 s. À l'expiration de cette étape de temporisation, le couple résistif C exercé par 15 la lame de tonte sur le moteur est à nouveau estimé. Par analogie avec ce qui est fait à l'étape 30, on peut prévoir de détecter un débrayage lorsque pendant une durée prédéterminée le couple résistif estimé reste inférieur à un seuil, qui peut être le même seuil que celui utilisé plus haut ou bien un seuil différent (effet d'hystérésis). Il est toutefois proposé ici, dans un mode de réalisation préféré, une autre 20 stratégie pour faire repasser BIN à 0 afin de limiter autant que possible de faire passer la valeur BIN à 0 alors que la lame de tonte est encore embrayée. Tout d'abord, il est prévu que le seuil utilisé ici est un seuil variable en fonction de la vitesse de rotation du moteur (régime). Ce second seuil, variable, est alors noté CO (w). D'autres paramètres peuvent être utilisés en remplacement ou en complément du 25 régime moteur, comme par exemple la température du moteur, la position d'un papillon d'arrivée d'air, .... Ensuite, pour rendre la détection d'un débrayage encore plus fiable, il est prévu de détecter aussi une augmentation du régime moteur. En effet, si la détection d'un débrayage de la lame n'est basée que sur une 30 mesure de couple, il pourrait arriver de mesurer un couple résistif faible lors d'une commande de baisse de régime moteur de la part de l'utilisateur, la lame de tonte étant toutefois toujours encore embrayée. Une détection de débrayage pourrait aussi être déclenchée dans le cas où l'inertie de la lame est mal connue (par exemple après un changement de lame). 35 Dans la forme de réalisation préférée illustrée sur la figure 1, une étape 60 prévoit alors la vérification cumulative que le couple résistif est en-dessous d'un seuil 8 prédéterminé dépendant du régime moteur et que l'augmentation du régime moteur est comprise entre deux accélérations prédéfinies. La figure 1 prévoit donc de contrôler à l'étape 60 que, pendant un intervalle de temps prédéterminé, de l'ordre de la seconde (par exemple entre 0,1 et 5 s), on a à la 5 fois : C REVENDICATIONS1. Procédé de régulation du régime d'un moteur à combustion interne entrainant un dispositif débrayable dans lequel ladite régulation du régime moteur est réalisée selon un premier mode lorsque le dispositif débrayable n'est pas entrainé par le moteur (état débrayé) et selon un second mode lorsque le dispositif débrayable est entrainé par le 5 moteur (état embrayé), caractérisé en ce que la détermination du fait que le dispositif débrayable est ou non entrainé par le moteur est réalisée par la mise en oeuvre des étapes suivantes : - estimation du couple résistif exercé sur le moteur par le dispositif débrayable, 10 - passage d'une valeur binaire représentative de l'état embrayé ou débrayé du dispositif débrayable d'une première valeur représentative de l'état débrayé à une seconde valeur représentative de l'état embrayé lorsque le couple résistif estimé est supérieur à un premier seuil prédéterminé pendant une première durée prédéterminée, et - passage de ladite valeur binaire représentative de l'état embrayé ou débrayé du 15 dispositif débrayable de la seconde valeur représentative de l'état embrayé à sa première valeur représentative de l'état débrayé lorsque, pendant une seconde durée prédéterminée le couple résistif estimé est inférieur à un second seuil éventuellement égal au premier seuil, la valeur binaire représentative de l'état embrayé ou débrayé du dispositif débrayable 20 étant fournie à système de gestion électronique du moteur. 2. Procédé de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que lors du passage de la valeur binaire représentative de l'état embrayé ou débrayé du dispositif débrayable de la seconde valeur représentative de l'état embrayé à sa première valeur représentative de l'état débrayé, le second seuil est un seuil dont la valeur est déterminée 25 en fonction du régime moteur. 3. Procédé de régulation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le passage de la valeur binaire représentative de l'état embrayé ou débrayé du dispositif débrayable de la seconde valeur représentative de l'état embrayé à sa première valeur représentative de l'état débrayé est réalisé lorsqu'à la fois, pendant une seconde durée 30 prédéterminée : i) le couple résistif estimé est inférieur au second seuil, et 12 ii) la variation du régime moteur par unité de temps est supérieure à un seuil d'accélération prédéfini. 4. Procédé de régulation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'estimation du couple résistif exercé sur le moteur par le dispositif débrayable est 5 faite à partir du couple produit par la combustion dans le moteur, auquel on retire, d'une part, le couple lié aux frottements internes du moteur et, d'autre part, le couple d'accélération qui correspond à I `et où J correspond au moment d'inertie du dispositif entrainé par le moteur et de correspond à la variation dans le temps du régime moteur. 10 5. Procédé de régulation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre, lorsque le système est à l'état embrayé, les étapes suivantes : - lorsque le couple résistif estimé du dispositif débrayable sur le moteur est stable pendant une durée prédéterminée, détermination du moment où la vitesse de rotation du moteur passe un seuil bas de vitesse, 15 - mémorisation d'une première valeur représentative du couple résistif estimé, - détermination du moment où la vitesse de rotation du moteur passe un seuil haut de vitesse, - détermination d'un moment d'inertie à partir du couple résistif estimé, de la variation de régime et de l'intervalle de temps mesuré pour obtenir ladite variation de régime, et 20 - adaptation d'une valeur mémorisée représentative du moment d'inertie du dispositif débrayable si la différence entre la valeur déterminée à l'étape précédente et une valeur déjà mémorisée est en dehors d'un intervalle prédéterminé. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'estimation du couple résistif exercé sur le moteur par le dispositif débrayable est faite à partir du couple produit 25 par la combustion dans le moteur, auquel on retire, d'une part, le couple lié aux frottements internes du moteur et, d'autre part, le couple d'accélération qui correspond à e* où J correspond à l'inertie du dispositif entrainé par le moteur et d[ correspond correspond à la dt variation dans le temps du régime moteur, et 30 en ce que l'adaptation d'une valeur mémorisée représentative du moment d'inertie du dispositif débrayable est faite en négligeant la variation des frottements internes du moteur. 13 7. Produit programme d'ordinateur, comprenant une série d'instructions de code pour la mise en oeuvre d'un procédé de régulation du régime d'un moteur à combustion interne entrainant un dispositif débrayable selon l'une des revendications 1 à 6, quand il est mis en oeuvre par un calculateur. 8. Dispositif de régulation du régime d'un moteur à combustion interne entrainant un dispositif débrayable comprenant : - des moyens de détermination du régime du moteur, - un calculateur électronique, - des moyens de régulation permettant de modifier le régime du moteur, 10 caractérisé en ce que le calculateur électronique est configuré pour : - estimer un couple résistif exercé sur le moteur par le dispositif débrayable, - passer une valeur binaire représentative de l'état embrayé ou débrayé du dispositif débrayable d'une première valeur représentative de l'état débrayé à une seconde valeur 15 représentative de l'état embrayé lorsque le couple résistif estimé est supérieur à un premier seuil prédéterminé pendant une première durée prédéterminée, et - passer ladite valeur binaire représentative de l'état embrayé ou débrayé du dispositif débrayable de la seconde valeur représentative de l'état embrayé à sa première valeur représentative de l'état débrayé lorsque, pendant une seconde durée prédéterminée le 20 couple résistif estimé est inférieur à un second seuil éventuellement égal au premier seuil, et - fourniture à un système de gestion électronique du moteur de la valeur binaire représentative de l'état embrayé ou débrayé du dispositif débrayable. 9. Moteur à combustion interne de type deux temps, caractérisé en ce qu'il 25 comporte un dispositif de gestion d'alimentation selon la revendication 8. 10. Tondeuse comportant un moteur et une lame de coupe débrayable, caractérisée en ce que le moteur est un moteur selon la revendication 9.